崔光哲

(延邊國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃大隊(duì)，吉林 延吉 133001)

GPS 綜合信息服務(wù)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)YBGTCORS)是由7 個(gè)GNSS 基準(zhǔn)站組成的GNSS 區(qū)域網(wǎng)(稱(chēng)為參考站網(wǎng))組成，覆蓋延邊核心地帶。此系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確采集高精度的原始數(shù)據(jù)，提供高精度的GNSS 差分改正數(shù)據(jù)，構(gòu)建服務(wù)于社會(huì)的地理信息數(shù)據(jù)采集平臺(tái)［1～3］。

YBGTCORS 自2009 年10 月完成系統(tǒng)與城市平面坐標(biāo)系的聯(lián)測(cè)后，進(jìn)入初步應(yīng)用階段。為了對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)定系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，延邊國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃大隊(duì)組織了系統(tǒng)RTK 實(shí)時(shí)定位精度、空間可用性、時(shí)間可用性和定位服務(wù)時(shí)效性的專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試。

1 自然概況

延邊屬于長(zhǎng)白山高山區(qū)，山高林密。從全區(qū)地形地貌情況來(lái)看，除城市建城區(qū)、建制鎮(zhèn)區(qū)外，山地和林區(qū)能見(jiàn)度差，通訊系統(tǒng)覆蓋率低，存在不少盲區(qū)。這些自然條件對(duì)CORS 系統(tǒng)的空間可用性、時(shí)間可用性及定位服務(wù)時(shí)效性都有一定的影響。

2 RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)量精度及測(cè)試地點(diǎn)選擇

RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)量精度是指用戶(hù)在實(shí)地作業(yè)時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)播發(fā)的VRS 改正信息，可以得到實(shí)時(shí)定位服務(wù)的精度。影響RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)量精度的可能因素有測(cè)站衛(wèi)星分布情況(可用衛(wèi)星數(shù)和衛(wèi)星天空視圖)、通信質(zhì)量狀況(是否收到VRS 改正信息)、系統(tǒng)定位算法的優(yōu)劣等［4］。RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)量精度測(cè)試通過(guò)RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)試的外符合精度對(duì)系統(tǒng)定位精度作出評(píng)定。外符合精度是指測(cè)量值與已知值之差，反映系統(tǒng)的可靠性及與城市坐標(biāo)系統(tǒng)的兼容性。

延邊地區(qū)沒(méi)有建立全區(qū)域性的統(tǒng)一坐標(biāo)控制網(wǎng)。全州8 個(gè)縣(市)和獨(dú)立工(礦)、水利、發(fā)電、旅游等企(事)業(yè)單位都是根據(jù)各自的需要先后建立了獨(dú)立的控制網(wǎng)(近似1954 年北京坐標(biāo)系)作為城建規(guī)劃、國(guó)土管理、工程測(cè)量的定位依據(jù)。為全面反映系統(tǒng)與各縣(市)獨(dú)立控制網(wǎng)之間的兼容程度和不同地域?qū)ο到y(tǒng)定位結(jié)果可能產(chǎn)生的影響，本次RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)試，選擇具有代表性的3 個(gè)縣(市)城區(qū)獨(dú)立控制網(wǎng)，采用CDMA 方式，選擇25 個(gè)縣(市)國(guó)土、規(guī)劃部門(mén)提供的獨(dú)立控制網(wǎng)的首級(jí)控制點(diǎn)。其中，敦化市建城區(qū)8 個(gè)點(diǎn)，延吉市建城區(qū)8 個(gè)點(diǎn)，琿春市建城區(qū)9 個(gè)點(diǎn)。本次RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)量的測(cè)試點(diǎn)貫穿延邊地區(qū)中部(兩個(gè)邊界點(diǎn)，一個(gè)中心點(diǎn))，具有一定的代表性，也是目前頻繁應(yīng)用的控制點(diǎn)，能在一定程度上滿(mǎn)足系統(tǒng)用戶(hù)真實(shí)的定位需求。

3 測(cè)試方法

3.1 外符合精度測(cè)試

取一個(gè)點(diǎn)，上網(wǎng)3 次，每次上網(wǎng)得到3 次固定解(Fix Solution)測(cè)量值和獲得初始固定解的時(shí)間。每點(diǎn)共獲得9 個(gè)固定解測(cè)量值和3 個(gè)初始固定解的時(shí)間。對(duì)三個(gè)縣(市)獨(dú)立控制網(wǎng)的RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)試的1 000 多個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了外符合精度統(tǒng)計(jì)。

采用選定的轉(zhuǎn)換參數(shù)將本次各測(cè)點(diǎn)的RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)量的平均WGS－84 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為3 個(gè)測(cè)試區(qū)域獨(dú)立坐標(biāo)系坐標(biāo)，再將轉(zhuǎn)換值與已知值進(jìn)行比較，即可得出3 個(gè)測(cè)試區(qū)各測(cè)點(diǎn)的外符合性分布情況，最后計(jì)算系統(tǒng)在X、Y方向的外符合精度(由于延邊地區(qū)沒(méi)有做三維控制網(wǎng)改造和擬大地水準(zhǔn)面精化，高程精度暫不做評(píng)定)［5］。

3.2 空間可用性測(cè)試

空間可用性是用戶(hù)能夠得到RTK 固定解的區(qū)域范圍。此項(xiàng)測(cè)試?yán)门cRTK 實(shí)時(shí)定位精度測(cè)試相同的儀器設(shè)備(R8GNSS)，采用CDMA 方式在網(wǎng)絡(luò)圖形外每10 km 測(cè)試1 次，在接近國(guó)內(nèi)其他類(lèi)似系統(tǒng)的極限距離后，每1 000 m 測(cè)試1 點(diǎn)，直至確定不能測(cè)出RTK 固定解的點(diǎn)，然后在該點(diǎn)前后分別以100 m 間隔測(cè)試RTK 固定解極限距離［4］。

本次空間可用性測(cè)試在龍井—三合、龍井—開(kāi)山屯、汪清—羅子溝、琿春—春化、安圖—二道白河、敦化—額穆等6 條縣級(jí)公路上進(jìn)行。這些點(diǎn)位于通往國(guó)界、省界和地區(qū)界的6 條公路上，接近延邊地區(qū)邊緣，基本上覆蓋全延邊地區(qū)。

3.3 時(shí)間可用性測(cè)試

YBGTCORS 所要求的最少有效衛(wèi)星數(shù)是5顆，如果某一時(shí)刻有效衛(wèi)星數(shù)少于5 顆時(shí)，系統(tǒng)則無(wú)法向用戶(hù)提供RTK 實(shí)時(shí)定位服務(wù)，用戶(hù)應(yīng)避免在該時(shí)間段從事RTK 作業(yè)。由于系統(tǒng)站間距平均為78.4 km，各站跟蹤衛(wèi)星、處理衛(wèi)星和解算衛(wèi)星情況基本一致［6］。

3.4 定位服務(wù)時(shí)效性測(cè)試

本次測(cè)試中，采用CDMA 方式定位，從上網(wǎng)到獲得固定解的平均時(shí)間是9 s，最短時(shí)間是延吉市D08G 點(diǎn)3 s，最長(zhǎng)時(shí)間是敦化市葦子溝南山30 s，就是說(shuō)在YBGTCORS 系統(tǒng)范圍內(nèi)CDMA 方式作業(yè)一般在30 s 內(nèi)可獲得固定解［6］。

4 結(jié)果與分析

4.1 外符合精度統(tǒng)計(jì)

YBGTCORS 對(duì)各區(qū)域?qū)崟r(shí)定位測(cè)試外符合精度統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 YBGTCORS 對(duì)各區(qū)域?qū)崟r(shí)定位測(cè)試外符合精度統(tǒng)計(jì)Tab.1 The outer corresponding accuracy statistics of real－time location test of each area by YBGTCORS

從表1 中可以看出，敦化市城區(qū)外符合精度X 方向?yàn)?.20 cm，Y 方向?yàn)?.40 cm;延吉市城區(qū)X 方向?yàn)?.00 cm，Y 方向?yàn)?.50 cm;琿春市城區(qū)X 方向?yàn)?.90 cm，Y 方向?yàn)?.70 cm。敦化、延吉、琿春市城區(qū)內(nèi)YBGTCORS 實(shí)時(shí)定位測(cè)試外符合定位精度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

4.2 空間可用性測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試得到固定解極限距離見(jiàn)表2。

表2 YBGTCORS 固定解極限距離測(cè)試統(tǒng)計(jì)Tab.2 The test statistics of YBGTCORS fixed solution critical distance

從表2 中可以看出，空間可用性?xún)?yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。從本項(xiàng)測(cè)試及定位精度外業(yè)測(cè)試記錄情況可以看出，以各基準(zhǔn)站為圓心，半徑50 km 以?xún)?nèi)流動(dòng)站只要可以接收到5 顆以上衛(wèi)星，均可獲得RTK 固定解?？烧J(rèn)為在延邊州范圍內(nèi)(8個(gè)縣市區(qū)內(nèi)非完全遮蔽區(qū))系統(tǒng)有效覆蓋率達(dá)100%。80 km 以?xún)?nèi)流動(dòng)站只要可以接收到5顆以上衛(wèi)星，通訊網(wǎng)絡(luò)均能覆蓋，可得到厘米級(jí)RTK 實(shí)時(shí)定位精度。

4.3 時(shí)間可用性測(cè)試

延邊是中高緯度地區(qū)，電離層變化平穩(wěn)，系統(tǒng)各基準(zhǔn)站24 h 內(nèi)有效衛(wèi)星的最少顆數(shù)為8顆，系統(tǒng)對(duì)各站系統(tǒng)可用性24 h 統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 各站衛(wèi)星跟蹤情況和系統(tǒng)可用性統(tǒng)計(jì)Fig.1 The satellite tracking condition of each station and system availability statistics

從圖1 可以看出，YBGTCORS 系統(tǒng)24 h可用性為97.5%，優(yōu)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)全天可用性95%。時(shí)間可用性測(cè)試優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)。

4.4 定位服務(wù)時(shí)效性測(cè)試

在區(qū)域范圍內(nèi)，采用CDMA/GPRS 方式需25 s 左右系統(tǒng)得到從流動(dòng)站用戶(hù)發(fā)送而來(lái)的GGA 數(shù)據(jù)信息(用戶(hù)概略位置)，并依此生成用戶(hù)虛擬站，然后系統(tǒng)將虛擬站的誤差改正信息發(fā)送給用戶(hù)，一般用戶(hù)在收到該信息20 s 內(nèi)可獲得固定解(Fix Solution)。即在市域范圍內(nèi)，采用CDMA/GPRS 方式定位一般45 s 內(nèi)可以獲得固定解。定位服務(wù)時(shí)效性滿(mǎn)足要求。

5 小結(jié)

2009 年10 月，延邊州完成YBGTCORS 系統(tǒng)與城市平面坐標(biāo)系聯(lián)測(cè)后進(jìn)入初步應(yīng)用階段。為了對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)定系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，延邊國(guó)土資源勘測(cè)規(guī)劃大隊(duì)組織了系統(tǒng)RTK 實(shí)時(shí)定位精度、空間可用性、時(shí)間可用性和定位服務(wù)時(shí)效性專(zhuān)項(xiàng)測(cè)試。結(jié)果表明:敦化、延吉、琿春市城區(qū)內(nèi)YBGTCORS 實(shí)時(shí)定位測(cè)試外符合定位精度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;80 km 以?xún)?nèi)流動(dòng)站只要可以接收到5 顆以上衛(wèi)星，通訊網(wǎng)絡(luò)均能覆蓋，可得到厘米級(jí)RTK 實(shí)時(shí)定位精度;時(shí)間可用性測(cè)試中系統(tǒng)全天可用性為97.5%，優(yōu)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)全天可用性95%;在市域范圍內(nèi)，采用CDMA/GPRS 方式定位，一般45 s 內(nèi)可以獲得固定解，定位服務(wù)時(shí)效性滿(mǎn)足要求。綜合來(lái)看，YBGTCORS 系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，可以滿(mǎn)足系統(tǒng)用戶(hù)真實(shí)的定位需求。

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