基于北斗兼容GPS+GLONASS 的網絡RTK 定位精度分析

馬丙浩 徐克成

（蘇州市測繪院有限責任公司，江蘇 蘇州215000）

1 概述

在相當長的一段時間內，國家建設在測繪工程、交通建設、電力行業、國土調查等行業對使用GNSS 進行定位的具有很強的依賴性，尤其是，在高速鐵路，高速公路、特大橋梁等國家重點基礎設施建設中，所采用的技術幾乎都是GNSS 實時高精度RTK 或事后高精度定位技術，在制定相關的標準，高精度數字地圖，以及智慧城市所需要的信息產品都離不開GNSS 定位技術，在此過程中采用的國外定位系統，實質上上存在一定的位置安全漏洞。

北斗地基增強系統的建設為國內各行業提供了高精度且安全的實時差分服務及事后處理服務，并且采用的是靠定且可靠的的國產軟設備，保證了特殊重點行業領域的高位置安全，解決國內特殊重點行業的位置應用安全。

基于北斗衛星的地面增強定位系統（簡稱北斗地基增強系統）是北斗導航衛星系統重要的地面基礎設施，利用地面基準站網，借助GNSS 實時差分定位技術，是使用普通移動通信網絡等通信手段，實現對區域北斗衛星系統的空間信號誤差的改正，提高北斗導航系統定位精度，并提升了服務的質量和競爭優勢。

北斗導航衛星應用于高精度定位服務所具有以下優勢：a.北斗衛星導航系統的定位授時精度高、加密性號、可靠性強。b.北斗衛星系統特殊的傾斜軌道設計IGSO 衛星使得中國區域內可見衛星數增多，衛星信號更優。c.時間可用性和空間可用性更強；d.兼容世界其他衛星導航定位系統；e.多星定位更有優勢；f.獨特的功能提供了位置服務的優勢。

本文從北斗兼容GPS+GLONASS 的網絡RTK 角度，論述與單GPS 系統的網絡RTK 定位效果對比。

2 數學統計模型

2.1 內符合精度統計方法

首先對所有使用的點進行計算得到平均值，然后將每個點的數據與該平均值相減。對所有差值進行分布概率統計，最后可以使用下面公式計算得到所有點的在三個方向上的內符合精度：

2.2 系統間精度統計

分析各測點的誤差分布，最后使用下面的公式計算所有點在多個方向的精度。

3 實驗分析

選取某地區的北斗地基增強系統提供支持北斗兼容GPS與GLONASS 的網絡RTK 差分信號。測試項主要包括野外RTK在北斗+GPS+GLONASS，及單GPS 模式下的實時測量精度與初始化時間。定位精度測試的主要內容是對RTK 實時定位精度的測試，需要在野外實地進行。

實時高精度動態RTK 定位測量的精度反映的是使用單位在實際情況下，使用GNSS 接收地基增強系統播發出來的的增強信息，通過解算得到實時高精度定位結果。對GNSS RTK 實時定位精度產生影響的因素主要有測量點周圍的環境情況、所在位置的衛星分布情況、移動網絡的通信質量（增強信息是否有延遲）、增強定位系統算法的優劣等。

測試使用RTCM32MSM 格式播發北斗+GPS+GLONASS 系統RTK 數據，每次測量30 個歷元的實時差分定位結果。在北斗地基增強系統覆蓋網內，選取多個點進行測試分析，測試設備采用南方S82T 流動站。

圖1 北斗+GPS+GLONASS 三系統內符合精度統計

圖2 GPS 系統內符合精度統計圖

圖3 北斗+GPS+GLONASS 系統內符合精度分布圖

圖4 GPS 系統內符合精度分布圖

從上述分析，通過北斗+GPS+GLONASS 三星系統的定位內符合精度，平面80%左右優于3mm，高程90%左右優于1cm，通過GPS 單星系統的內符合精度，平面80%左右優于5cm，高程90%左右優于1cm；并且從精度豐富統計通上可以看到，北斗+GPS+GLONASS 三星系統的定位內符合精度要優于單GPS 系統。

3.1 系統間精度統計

圖5 系統間差異統計圖

圖6 系統間差異分布圖

從上述分析，北斗+GPS+GLONASS 三系統與GPS 單星結果差異，平面絕大部分優于1cm，高程絕大部分優于3cm；統計精度，平面X 方向1.21cm，平面Y 方向1.19cm，高程H 方向2.36cm。

3.2 初始化時間對比測試

用戶初始化時間測試，在流動站初始化成功后，得到固定解變開始記錄高精度測量定位結果，且記錄對網絡的連接時間、RTK 的初始化的時間、DOP 值和衛星數等信息進行記錄，然后斷開進行多次連接重新初始化，記錄相應的高精度數據，作為這個點的一組測試數據。

圖7 北斗+GPS+GLONASS 與單GPS 始化時間測試對比

圖8 可見衛星數對比

另外，jybd、wjsq、seus 等點優于觀測環境惡劣，單GPS 系統無法固定，北斗+GPS+GLONASS 系統能夠快速固定。

通過對比分析得到：

在觀測環境良好的情況下，北斗+GPS+GLONASS 三星系統的初始化時間稍微優于GPS 單星系統，總體情況基本相當。

在觀測情況不好，尤其在下午時段，GPS 系統很難或者無法固定的情況下，北斗+GPS+GLONASS 三星系統的能夠有效快速的固定。

4 結論

通過測試得到一些有益的結論：

4.1 內符合精度方面，通過NRS 三星系統的定位內符合精度，平面80%左右優于3mm，高程90%左右優于1cm，通過GPS單星系統的內符合精度，平面80%左右優于5cm，高程90%左右優于1cm；并且從精度豐富統計通上可以看到，北斗+GPS+GLONASS 三星系統的定位內符合精度要優于單GPS 系統。

4.2 系統間差異方面，北斗+GPS+GLONASS 三系統與GPS單星結果差異，平面絕大部分優于1cm，高程絕大部分優于3cm；統計精度，平面X 方向1.21cm，平面Y 方向1.19cm，高程H 方向2.36cm。

4.3 系統初始化方面，在觀測環境良好的情況下，北斗+GPS+GLONASS 三星系統的初始化時間稍微優于GPS 單星系統，總體情況基本相當。在觀測情況不好，尤其在下午時段，GPS系統很難或者無法固定的情況下，北斗+GPS+GLONASS 三星系統的能夠有效快速的固定。