丁建勛，李秀龍，馬德富

（1.珠海市測(cè)繪院,廣東 珠海 519015）

珠海市北斗CORS網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)測(cè)分析

丁建勛1，李秀龍1，馬德富1

（1.珠海市測(cè)繪院,廣東 珠海 519015）

簡要介紹了珠海市北斗CORS系統(tǒng)，重點(diǎn)通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度與可用性指標(biāo)。分析表明，系統(tǒng)精度高，穩(wěn)定可靠，可用性強(qiáng)。特別是北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的引入，大幅提高了系統(tǒng)定位效率。

ZHBDCORS；RTK；CBI；精度；可用性

城市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)（CORS）是城市空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施之一[1]，可作為區(qū)域動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的和高精度的空間數(shù)據(jù)參考基準(zhǔn)框架，提供精確、可靠的多種類服務(wù)，為社會(huì)發(fā)展與城市建設(shè)提供支持。目前，國內(nèi)大多數(shù)城市都建設(shè)了本地CORS，主要為GPS單?；騁PS/GLONASS雙模系統(tǒng)。2012-12-27，隨著我國自主研發(fā)的第二代北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）正式向亞太地區(qū)提供服務(wù)，標(biāo)志著北斗衛(wèi)星邁向民用的第一步。當(dāng)前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已進(jìn)入建用并舉的關(guān)鍵階段，珠海市北斗CORS正是因應(yīng)我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式對(duì)外提供服務(wù)的契機(jī)和珠海市城市發(fā)展的需要而建立的同時(shí)兼容BDS、GPS、GLONASS 3大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的三模城市CORS。

1 ZHBDCORS介紹

珠海市北斗CORS全稱“珠海市北斗連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)系統(tǒng)（簡稱ZHBDCORS）”。ZHBDCORS由珠海市國土資源局主持，珠海市測(cè)繪院聯(lián)合廣東省國土資源測(cè)繪院、武漢大學(xué)承建。珠海市位于珠江出?？谖髂蟼?cè)，陸海面積比約為1∶5，境內(nèi)陸域現(xiàn)有2007年建成并投入使用的GDCORS系統(tǒng)3個(gè)基準(zhǔn)站，海域在GDCORS系統(tǒng)的有效服務(wù)范圍之外。珠海市城市CORS建設(shè)起步較晚，為滿足日益迫切的城市建設(shè)需求，同時(shí)避免重復(fù)建設(shè)，ZHBDCORS將境內(nèi)3個(gè)GDCORS基準(zhǔn)站納入系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，在國內(nèi)率先建立了實(shí)用型的城市北斗CORS。ZHBDCORS兼容BDS、GPS、GLONASS 3大導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，構(gòu)建了新一代網(wǎng)絡(luò)化的連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ZHBDCORS基準(zhǔn)站網(wǎng)共由11個(gè)基準(zhǔn)站組成，包括8個(gè)新建站（1個(gè)為檢測(cè)站）、3個(gè)已有GDCORS站的升級(jí)站，其中陸地站8個(gè)，分布于市區(qū)與西區(qū)陸地區(qū)域；海島站3個(gè)，分布于珠江出?？谌髰u嶼上，實(shí)現(xiàn)了珠海市全域的有效覆蓋。系統(tǒng)站網(wǎng)布局見圖1。

圖1 ZHBDCORS基準(zhǔn)站網(wǎng)圖（審圖號(hào)：粵S（2013）094號(hào)）

ZHBDCORS整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系是以控制中心為中心節(jié)點(diǎn)的星型網(wǎng)絡(luò)，基準(zhǔn)站與控制中心的內(nèi)部數(shù)據(jù)專網(wǎng)采用電信光纖專線連接，以系統(tǒng)控制中心為主節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部數(shù)據(jù)網(wǎng)間各單元可互訪，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

ZHBDCORS是實(shí)用型三模地基增強(qiáng)系統(tǒng)，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 ZHBDCORS主要技術(shù)指標(biāo)

根據(jù)沿海環(huán)境特點(diǎn)，本系統(tǒng)各基準(zhǔn)站天線統(tǒng)一采用天寶扼流圈天線以降低多路徑效應(yīng)影響，基準(zhǔn)站接收機(jī)為國產(chǎn)三模（BDSGPSGLONASS）接收機(jī)，支持BDS（B1,B2,B3）、GPS（L1,L2）和GLONASS（L1,L2）三大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)信號(hào)。

控制中心服務(wù)軟件為武漢大學(xué)的PowerNetwork軟件，網(wǎng)絡(luò)RTK核心技術(shù)采用CBI[2]技術(shù)。目前具有代表性的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)有虛擬參考站技術(shù)（VRS）、主輔站技術(shù)（MAX）、區(qū)域改正參數(shù)法（FKP）和綜合誤差內(nèi)插法（CBI）。CBI技術(shù)由武漢大學(xué)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)研究中心提出并進(jìn)行了改進(jìn)。相關(guān)研究表明，綜合誤差內(nèi)插法的精度最弱點(diǎn)位于基準(zhǔn)站基線的中間，對(duì)于隨位置不同而呈線性變化的誤差，如電離層延遲和軌道誤差，可以基本完全消除其影響，同時(shí)消除絕大部分不符合線性變化的誤差，如對(duì)流層延遲等系統(tǒng)誤差[3]。

2 實(shí)測(cè)分析

實(shí)測(cè)是評(píng)估系統(tǒng)性能的重要手段，實(shí)測(cè)效果可反映實(shí)際應(yīng)用中能否提供精確、實(shí)時(shí)、可靠的定位信息，本文從定位精度、初始化時(shí)間和可用性方面對(duì)ZHBDCORS進(jìn)行了實(shí)測(cè)分析。

測(cè)試區(qū)域分布在珠海全市范圍，海域測(cè)試地點(diǎn)位于海島，測(cè)試點(diǎn)位盡量均勻分布，測(cè)試點(diǎn)位共43個(gè)點(diǎn)。測(cè)試點(diǎn)位分布見圖3。

本次測(cè)試的43個(gè)點(diǎn)位中，含GPS-C級(jí)控制點(diǎn)31個(gè)，臨時(shí)點(diǎn)10個(gè)，水準(zhǔn)點(diǎn)2個(gè)。測(cè)試設(shè)備為司南k508、天寶GEOXR、支持三星七頻的中海達(dá)設(shè)備H32。觀測(cè)方法：測(cè)試中進(jìn)行了GPS、GPS+GLO和GPS+GLONASS+BDS組合定位測(cè)量，觀測(cè)歷元間隔1 s，20個(gè)歷元組成一個(gè)測(cè)回，每套設(shè)備在每個(gè)點(diǎn)位上施測(cè)3個(gè)測(cè)回，同時(shí)記錄每測(cè)回初始化時(shí)間。

2.1 初始化時(shí)間

從43個(gè)測(cè)試點(diǎn)統(tǒng)計(jì)的初始化時(shí)間記錄共387次，其中GPS+GLONASS+BDS組合模式下的初始化時(shí)間共記錄了215次，GPS/GPS+GLO模式下的初始化時(shí)間共記錄了172次。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，GPS+GLONASS+BDS信號(hào)模式的平均初始化時(shí)間為12 s；GPS/GPS+GLO模式下的平均初始化時(shí)間為23 s，可見，增加了北斗信號(hào)的初始化耗時(shí)明顯減少。本次的初始化時(shí)間在不同定位模式下的統(tǒng)計(jì)情況見圖4。

圖3 實(shí)時(shí)定位精度測(cè)試點(diǎn)位示意圖（審圖號(hào)：粵S（2013）094號(hào)）

圖4 初始化時(shí)間對(duì)比統(tǒng)計(jì)

從圖4可知，GPS+GLONASS+BDS模式的初始化時(shí)間不超過5 s的占比超過30%，不超過10 s的占比超過60%，顯然，加入北斗信號(hào)可大幅提高RTK解算效率。

2.2 定位精度

實(shí)時(shí)定位精度測(cè)試，它反映的是流動(dòng)站用戶利用系統(tǒng)播發(fā)的網(wǎng)絡(luò)差分?jǐn)?shù)據(jù)，可以得到的RTK實(shí)時(shí)定位精度[4]，本文采用已知點(diǎn)比較法分析最終定位精度[5]。精度評(píng)定可以分為內(nèi)符合精度評(píng)定和外符合精度評(píng)定，RTK動(dòng)態(tài)定位精度指標(biāo)主要有內(nèi)符合精度和外符合精度。內(nèi)符合精度反映了觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量,外符合精度反映了ZHBDCORS在實(shí)際測(cè)量中的可用性[6]。

按上述要求對(duì)43個(gè)測(cè)試點(diǎn)的坐標(biāo)成果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)評(píng)定，其中內(nèi)符合精度平面分量為1．3 cm，高程分量為1．6 cm；外符合精度平面分量為3．7 cm，高程分量為3．8 cm，測(cè)試結(jié)果優(yōu)于設(shè)計(jì)要求。

2.3 可用性

可用性是衡量系統(tǒng)性能的主要內(nèi)容之一，也是實(shí)際使用中用戶最關(guān)心的指標(biāo)之一。系統(tǒng)的可用性分為空間可用性、時(shí)間可用性兩方面，空間可用性是對(duì)系統(tǒng)服務(wù)的有效覆蓋范圍進(jìn)行測(cè)試[7]，時(shí)間可用性用于衡量系統(tǒng)提供連續(xù)服務(wù)的能力。

1）空間可用性。上文中提到的精度測(cè)試選點(diǎn)覆蓋范圍均勻遍布系統(tǒng)有效服務(wù)區(qū)域，測(cè)試過程順利，未發(fā)現(xiàn)無法使用服務(wù)的點(diǎn)位，說明系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠的空間可用性。為進(jìn)一步測(cè)試動(dòng)態(tài)環(huán)境下連續(xù)定位的空間可用性，采取了車載接收機(jī)進(jìn)行長距離連續(xù)跟蹤測(cè)量的方式。該測(cè)試采用了2臺(tái)不同品牌的三星（GPS+GLONASS+BDS）六頻網(wǎng)絡(luò)RTK接收機(jī)按1 s/ 歷元進(jìn)行觀測(cè)，不顧及實(shí)際定位精度，僅記錄固定解數(shù)據(jù)。為此，將接收機(jī)安置在小汽車前擋風(fēng)玻璃下方車廂內(nèi)，衛(wèi)星信號(hào)受到側(cè)面遮擋。測(cè)試路線包括東部沿海道路、市區(qū)，西部主干道、城鎮(zhèn)區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)。測(cè)試路線見圖5。

圖5中，珠海市陸地版塊內(nèi)部藍(lán)色軌跡為測(cè)試數(shù)據(jù)，路線總長度約160 km，從圖中可知，東部測(cè)量軌跡斷點(diǎn)較多，原因在于東部立交、高大建筑物及隧道較多，造成了固定解短暫丟失。總體來說，測(cè)試軌跡連續(xù)，固定解獲取穩(wěn)定，固定解再獲取速度快，空間可用性較好。

2）時(shí)間可用性。時(shí)間可用性測(cè)試方式為在固定點(diǎn)上長時(shí)間進(jìn)行連續(xù)RTK觀測(cè)，可基本反映全天的時(shí)間可用性。測(cè)試時(shí)間為上午8：00～下午18：00，時(shí)長大于8 h，分別采取GPS（采樣率5 s）、BDS（采樣率10 s），GPS+GLO+BDS（采樣率5 s）3種信號(hào)模式各自進(jìn)行了3晝夜觀測(cè)，測(cè)試坐標(biāo)分量的相對(duì)變化情況見圖6。

圖5 空間可用性測(cè)試軌跡圖（審圖號(hào)：粵S（2013）094號(hào)）

由圖6可知，系統(tǒng)連續(xù)觀測(cè)值一致性較好，下午時(shí)段收斂精度有所下降，平面差值穩(wěn)定在2 cm以內(nèi)，高程差值穩(wěn)定在3 cm以內(nèi)。其中GPS+GLO+BDS數(shù)據(jù)下午時(shí)段因云層變厚、大雨影響，高程方向有較大跳動(dòng)，說明高程收斂度對(duì)天氣較為敏感。總體來說，系統(tǒng)在GPS、BDS和組合信號(hào)3種模式下均能成功定位，且精度相當(dāng)。

2.4 主流用戶設(shè)備兼容性

系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位服務(wù)對(duì)不同品牌、型號(hào)用戶設(shè)備的支持即兼容性也是反映系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一。為驗(yàn)證ZHBDCORS實(shí)時(shí)定位服務(wù)對(duì)不同型號(hào)設(shè)備的兼容性，選取了5大品牌（天寶、徠卡、中海達(dá)、華測(cè)、南方）10個(gè)最新型號(hào)的RTK接收機(jī)進(jìn)行了定點(diǎn)測(cè)試。經(jīng)實(shí)測(cè)檢驗(yàn)，各機(jī)型均能在本系統(tǒng)下正常工作，系統(tǒng)具有較好的設(shè)備兼容性。

3 結(jié) 語

本文通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了ZHBDCORS網(wǎng)絡(luò)RTK精度、初始化時(shí)間、可用性等指標(biāo)，分析表明，以北斗為主，兼容GPS、GLONASS信號(hào)的ZHBDCORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK定位內(nèi)符合精度高，外符合精度滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)，系統(tǒng)可提供單BDS模式下的網(wǎng)絡(luò)RTK定位服務(wù)。對(duì)比單GPS或GPS+GLO模式，GPS+GLO+BDS組合信號(hào)定位大幅提高初始化速度，明顯提升了系統(tǒng)服務(wù)可用性，無疑BDS信號(hào)起到了關(guān)鍵性作用。隨著BDS星座的不斷完善，系統(tǒng)定位精度與可用性將進(jìn)一步得到加強(qiáng)。

圖6 固定點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)相對(duì)較差統(tǒng)計(jì)圖

[1] 劉經(jīng)南,劉暉．連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)—城市空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版,2003,28(3):259-264

[2] 唐衛(wèi)明,劉經(jīng)南,劉暉,等．一種GNSS網(wǎng)絡(luò)RTK改進(jìn)的綜合誤差內(nèi)插方法[J]．武漢大學(xué)學(xué)報(bào):信息科學(xué)版,2007,32(12): 1 156-1 159

[3] 胡兵,王成,李超,等．網(wǎng)絡(luò)RTK幾種常用技術(shù)的比較[J]．地理空間信息,2011,9(3):102-105

[4] 張周平,劉忠．城市CORS的測(cè)試內(nèi)容與方法研究[J]．測(cè)繪技術(shù)裝備,2010,12(3):7-9

[5] 龔真春,楊晉強(qiáng),白冰,等．GPS CORS系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位精度檢測(cè)方法探討[J]．測(cè)繪與空間地理信息,2011,34(3):88-90

[6] 張西軍,唐衛(wèi)明,曾廣鴻,等．廣州市CORS系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位精度測(cè)試[J]．測(cè)繪信息與工程,2008,33(5):6-8

[7] 田宗彪,劉暉,郭思彤．CORS可用性測(cè)試方法研究[J]．?dāng)?shù)字通信世界,2014(增刊):12-15

P228.4

B

1672-4623（2016）06-0068-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.06.023

丁建勛，高級(jí)工程師，主要從事城市測(cè)量新技術(shù)應(yīng)用研究與管理。

2016-03-17。