盧立

(宜昌市測繪大隊(duì)，湖北 宜昌 443000)

宜昌CORS新增參考站選址分析

盧立*

(宜昌市測繪大隊(duì)，湖北 宜昌 443000)

介紹了宜昌市連續(xù)運(yùn)行GNSS參考站系統(tǒng)(YCCORS)新增5個(gè)參考站勘選過程中，利用TEQC、RTKLIB軟件，對選定站點(diǎn)位置連續(xù) 24 h的GNSS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，從數(shù)據(jù)完整性、多路徑效應(yīng)、信噪比等多個(gè)方面對選址的GNSS觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，參照《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范》確定選址，并實(shí)施建設(shè)。

CORS；TEQC；多路徑；選址

1 引 言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)發(fā)展信息化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，城市規(guī)劃管理的方法也向高度依靠信息和技術(shù)的智能性方式轉(zhuǎn)化。近幾年來，宜昌市的發(fā)展日趨加快，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐年擴(kuò)大。CORS技術(shù)綜合應(yīng)用已成為基礎(chǔ)測繪和地理信息獲取的重要技術(shù)手段[1，2]。

宜昌市連續(xù)運(yùn)行GNSS參考站系統(tǒng)(以下簡稱YCCORS)于2008年建成5個(gè)參考站，2009年正式投入使用，有效覆蓋面積1.7萬km2。系統(tǒng)自建成以來不但節(jié)約了大量人力物力、提高了工作效率、產(chǎn)生大量經(jīng)濟(jì)效益，而且具有重要的科學(xué)意義和社會(huì)效益。為整合YCCORS資源，避免重復(fù)建設(shè)浪費(fèi)，YCCORS于2013年與多個(gè)單位簽訂合作協(xié)議，完成對興山、秭歸、長陽三個(gè)CORS單基站的并網(wǎng)；為實(shí)現(xiàn)宜昌市域面積CORS服務(wù)全覆蓋，宜昌市測繪大隊(duì)于2015年開始新增5個(gè)參考站的踏勘、選址及基建工作。

YCCORS作為維持宜昌市參考框架一個(gè)重要手段，不僅可用于服務(wù)測繪、災(zāi)害檢測等基礎(chǔ)或重點(diǎn)行業(yè)部門，也為今后建立我國自主的高精度動(dòng)態(tài)參考框架提供現(xiàn)勢性強(qiáng)的基本信息，因此，CORS參考站的選址就顯得尤為重要。本文利用TEQC等軟件對各新增參考站選址數(shù)據(jù)完整性、多路徑效應(yīng)、信噪比等方面進(jìn)行分析，為YCCORS新增參考站的選址提供參考依據(jù)。

2 參考站選址

CORS參考站選址設(shè)計(jì)是CORS整體設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到CORS系統(tǒng)是否能良好運(yùn)行。而此次YCCORS新增CORS參考站是對已建成YCCORS參考站網(wǎng)的擴(kuò)充，主要是對YCCORS未覆蓋區(qū)域的補(bǔ)充、信號薄弱區(qū)域的加強(qiáng)，最終實(shí)現(xiàn)YCCORS全宜昌市域范圍的全覆蓋。根據(jù)YCCORS現(xiàn)有參考站分布圖(如圖1所示)，擬在宜昌市周邊新增5個(gè)參考站，分別位于當(dāng)陽市官垱鎮(zhèn)、夷陵區(qū)樟村坪鎮(zhèn)、宜都市松木坪鎮(zhèn)、五峰縣牛莊鄉(xiāng)、五峰縣漁洋關(guān)鎮(zhèn)。建成后YCCORS參考站分布圖如圖2所示：

參考站的選址主要遵循以下要求[3]：

(1)距易產(chǎn)生多路徑效應(yīng)的地物(如高大建筑、數(shù)目、水體、海灘和易積水地帶等)的距離不小于 200 m；

(2)應(yīng)有10°以上地平高度角的衛(wèi)星通視條件；

(3)距電磁干擾區(qū)(如微波站、無線電發(fā)射臺、高壓線穿越地帶等)的距離不小于 200 m；

(4)避開易產(chǎn)生振動(dòng)的地帶；

(5)便于介入公共或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)；

(6)具有穩(wěn)定、安全可靠的電源；

(7)交通便利，便于人員往來和車輛運(yùn)輸。

在初步踏勘5個(gè)新增參考站選址的同時(shí)，為了真實(shí)、有效地評估擬選站點(diǎn)的多路徑效應(yīng)、信號遮擋、信噪比等情況，特組織技術(shù)人員與設(shè)備對5個(gè)選址進(jìn)行了GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集。

3 參考站數(shù)據(jù)質(zhì)量分析

3.1 TEQC軟件簡介

TEQC(Translation，Editing and Quality Checking)是功能強(qiáng)大且簡單易用的GNSS數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件，是由UNAVCO Facility(美國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與地殼形變觀測研究大學(xué)聯(lián)合體)研制的為地學(xué)研究GPS監(jiān)測站數(shù)據(jù)管理服務(wù)的公開免費(fèi)軟件。TEQC主要有格式轉(zhuǎn)換(Translate)、數(shù)據(jù)編輯(Edit)、質(zhì)量檢查(QualityCheck)、單點(diǎn)定位(Coordinate)四方面的功能。它的四個(gè)模塊是相互獨(dú)立、互不影響的，既可以單獨(dú)使用其中的一個(gè)模塊，也可以組合使用。

在YCCORS選址中，主要運(yùn)用TEQC的質(zhì)量檢查模塊，該模塊是利用偽距觀測值和載波相位觀測值的線性組合對靜態(tài)GPS、GLONASS數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。站點(diǎn)的觀測環(huán)境、觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量主要反映在MP1、MP2、SN1、SN2等數(shù)值上[4]。

(1)

(2)

式中，p1、p2是偽距觀測值，Φ1、Φ2是相位觀測值，α是L1、L2頻率的平方比。

3.2 選址觀測數(shù)據(jù)分析

根據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)，觀測文件頭文件如圖3所示：

圖3 O文件頭文件

觀測時(shí)間從2015年4月28日0時(shí)～2015年4月29日0時(shí)，共 24 h，數(shù)據(jù)采樣間隔為 10 s。

(1)衛(wèi)星星空圖

衛(wèi)星星空圖主要反映參考站在觀測時(shí)間段內(nèi)所觀測到的GPS、GLONASS、BDS三種導(dǎo)航衛(wèi)星的軌跡及數(shù)量。G表示GPS衛(wèi)星，R表示GLONASS衛(wèi)星，C表示BDS衛(wèi)星。如圖4所示：

圖4

(2)數(shù)據(jù)完整性

數(shù)據(jù)完整性主要反映參考站周邊地物對衛(wèi)星信號的遮擋情況，擬選5個(gè)參考站的數(shù)據(jù)完整性分析如表1所示：

數(shù)據(jù)完整性分析表 表1

5個(gè)參考站的選址測試結(jié)果，載波相位數(shù)據(jù)的利用率均在95%以上，說明所選站址周邊建筑、樹木等對參考站的遮擋影響很小。

(3)幾何精度因子

幾何精度因子(Geometric Dilution Precision，縮寫為GDOP)是衡量定位精度的很重要的一個(gè)系數(shù)，它代表GNSS測距誤差造成的接收機(jī)與空間衛(wèi)星間的距離矢量放大因子。實(shí)際表征參與定位解的從接收機(jī)至空間衛(wèi)星的單位矢量所勾勒的形體體積與GDOP成反比，故又稱為幾何精度因子[5]。參考站選址的幾何精度因子如圖5所示：

圖5 參考站幾何精度因子圖(GPS、GLONASS、BDS混合)

(4)多路徑效應(yīng)

在GPS測量的理想狀態(tài)下，接收機(jī)只接收來自衛(wèi)星的信號，但在實(shí)際的作業(yè)中被測站周圍的反射物所反射的衛(wèi)星信號如果進(jìn)入接收機(jī)天線，就將和直接來自衛(wèi)星的信號產(chǎn)生干涉，從而使觀測值偏離真值，產(chǎn)生所謂的多路徑誤差[6]。而這種由于多個(gè)路徑的信號傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)就被稱為多路徑效應(yīng)。多路徑效應(yīng)嚴(yán)重?fù)p害了GPS測量的精度，是GPS測量中的一個(gè)重要誤差源。因此，在對CORS參考站進(jìn)行選址時(shí)，多路徑效應(yīng)誤差需要特別注意[7]。通過對5個(gè)擬選站址觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量分析，最終得到5個(gè)選址L1、L2載波多路徑誤差如表2所示：

新增5個(gè)參考站選址測試多路徑誤差表 表2

從表2可以看出，5個(gè)參考站的選址，GPS衛(wèi)星L1、L2載波多路徑效應(yīng)平均值均優(yōu)于 0.35 m，GLONASS衛(wèi)星L1、L2載波多路徑效應(yīng)平均值均優(yōu)于 0.42 m，BDS衛(wèi)星L1載波多路徑效應(yīng)平均值均優(yōu)于 0.35 m。

(5)信噪比

在GPS測量中，信噪比指的是接收機(jī)接收衛(wèi)星信號的功率S和干擾信號功率N的比值，即S/N。由于干擾信號在實(shí)際作業(yè)中是無法消除的，所以當(dāng)信噪比的值越大接收機(jī)接收衛(wèi)星信號的效果就會(huì)越好。在CORS參考站選址中對信噪比進(jìn)行分析能夠有效反映出選址周邊的信號干擾情況。5個(gè)參考站選址的信噪比情況如表3所示：

參考站選址信噪比 表3

續(xù)表3

從表3可以看出，在10°～15°高度角的L1載波信噪比均大于5，L2載波均大于2.5。

4 結(jié) 論

通過對YCCORS新增5個(gè)參考站的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量分析可以看出，5個(gè)選址的數(shù)據(jù)質(zhì)量、觀測環(huán)境良好，均符合CORS參考站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。通過對測試數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析，不僅能夠客觀了解參考站周邊的環(huán)境是否符合建站標(biāo)準(zhǔn)，也為確保參考站建成后的良好運(yùn)行提供了參考依據(jù)。

[1] 張婷，栗靖，朱大為等. CORS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及建立的必要性[J]. 現(xiàn)代導(dǎo)航，2012，4： 268～270.

[2] 陳俊勇，黨亞民. 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的進(jìn)展及建設(shè)CORS的思考[J]. 地理空間信息，2009，7(3)： 1～3.

[3] CH/T2008-2005. 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行參考站網(wǎng)建設(shè)規(guī)范[S].

[4] 黃育華，倪宏宇. CORS服務(wù)網(wǎng)的技術(shù)研究[J]. 地理空間信息，2008，6(1)：34～36.

[5] 焦磊，姜慶國，徐劍鋒. 幾何精度因子對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的影響[J]. 現(xiàn)代導(dǎo)航，2011，6(4)：283～287.

[6] 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.

[7] 李征航，黃勁松. GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M]. 武漢大學(xué)出版社，2010.

Location Analysis of Reference Stations of YiChang CORS

Lu Li

(Surveying and Mapping Detachment of Yichang City，Yichang 443000，China)

Introduced Yichang continuous operation GPS reference station (YCCORS) 5 new Reference Site Selection process，using TEQC、RTKLIB software，for 24 consecutive hours GNSS observation data for the selected site location for quality analysis，from data integrity，and more many aspects path effects，signal to noise ratio of the GNSS observation data to assess the location，refer to “global navigation satellite systems continuously operating reference station network construction specifications” to determine the siting，construction and implementation.

CORS；TEQC；multipath；location

1672-8262(2017)03-90-04

P228.4

B

2016—10—31

盧立(1985—)，男，工程師，碩士，主要從事城市測繪技術(shù)工作。