鄧思勝,劉文建, 胡斯斌

(廣東省國(guó)土資源測(cè)繪院,廣東 廣州 510500)

0 引 言

廣東省連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)(GDCORS，以下簡(jiǎn)稱“原平臺(tái)”)于2006年建成并投入運(yùn)行,已連續(xù)不間斷運(yùn)行10余年，可提供單GPS的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)服務(wù),服務(wù)成果精度相對(duì)穩(wěn)定、可靠,獲得用戶的廣泛認(rèn)可.

為了進(jìn)一步提升現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)社會(huì)化服務(wù)能力,推進(jìn)現(xiàn)代測(cè)繪基準(zhǔn)的廣泛應(yīng)用,按照廣東省2017和2018年基礎(chǔ)測(cè)繪項(xiàng)目計(jì)劃要求,建成了GDCORS兼容多星系統(tǒng)的北斗地基增強(qiáng)平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“新平臺(tái)”). 為確保新平臺(tái)服務(wù)的穩(wěn)定、可靠,在平臺(tái)正式投入運(yùn)行前,組織開展了新平臺(tái)與原平臺(tái)的外業(yè)測(cè)試,以評(píng)估新平臺(tái)多星定位服務(wù)的精度實(shí)際情況,并為GDCORS用戶使用新/原平臺(tái)提供實(shí)際應(yīng)用參考.

預(yù)期新平臺(tái)的實(shí)時(shí)精密定位精度由表1示出.

表1 實(shí)時(shí)精密定位精度技術(shù)指標(biāo)

1 測(cè)試方案

1.1 方案設(shè)計(jì)

為了多方面考察多星定位服務(wù)系統(tǒng),計(jì)劃在粵東、粵北、珠三角和粵西四個(gè)區(qū)域,各選取1～2個(gè)地級(jí)市作為測(cè)試區(qū),每個(gè)測(cè)試區(qū)選取20～30個(gè)等級(jí)點(diǎn)(C/D/E級(jí)控制點(diǎn),同時(shí)要求盡可能提供控制點(diǎn)的CGCS2000坐標(biāo)成果);每個(gè)點(diǎn)采用三腳架對(duì)中、整平后接入如表2所示的3種服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行5個(gè)時(shí)段的觀測(cè),每個(gè)時(shí)段以1 s采樣間隔觀測(cè)不少于60個(gè)歷元,從獲得固定解開始記錄測(cè)量結(jié)果,并填寫觀測(cè)記錄表[1]. 為方便表述,新平臺(tái)標(biāo)識(shí)為Cur,原平臺(tái)標(biāo)識(shí)為Pri.

表2 外業(yè)測(cè)試服務(wù)系統(tǒng)及觀測(cè)時(shí)段列表

表2中列明觀測(cè)系統(tǒng)及時(shí)段的目的在于:

Cur-CGCS2000、Cur-ITRF2000兩者各需接入不同差分?jǐn)?shù)據(jù)格式的源節(jié)點(diǎn)來完成2個(gè)時(shí)段的觀測(cè),其目的在于考察系統(tǒng)平臺(tái)對(duì)移動(dòng)終端的兼容性;如缺少其中某個(gè)時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)并不影響后續(xù)的精度統(tǒng)計(jì)分析.

Cur-CGCS2000、Cur-ITRF2000兩者用來考察新平臺(tái)在不同坐標(biāo)系統(tǒng)下的服務(wù)能力,特別是能否直接在CGCS2000空間直角坐標(biāo)系下提供有效的實(shí)時(shí)精密定位服務(wù);

Cur-ITRF2000、Pri-ITRF2000兩者均運(yùn)行在ITRF2000空間直角坐標(biāo)系(2006.9歷元),即GDCORS坐標(biāo)框架,可以考察新舊系統(tǒng)定位服務(wù)的一致性.

Pri-ITRF2000已連續(xù)不間斷運(yùn)行10余年,服務(wù)成果精度穩(wěn)定可靠,不是本次測(cè)試的重點(diǎn),主要作為Cur-ITRF2000乃至新平臺(tái)服務(wù)成果精度參考,特別是在控制點(diǎn)沒有已知成果的情況下.

1.2 實(shí)施情況

本次測(cè)試經(jīng)細(xì)化后具體劃分為以下7個(gè)區(qū)域:肇慶高要市區(qū)域、廣州番禺區(qū)域、珠海市區(qū)域、韶關(guān)市區(qū)域、河源市區(qū)域、揭陽市區(qū)域和清遠(yuǎn)市區(qū)域;每個(gè)區(qū)域1個(gè)小組,每個(gè)小組的成員包括3人(含司機(jī)),于2018年11月間完成了測(cè)試. 共獲取178個(gè)測(cè)試點(diǎn)位成果,其中有145個(gè)點(diǎn)位上同時(shí)接入前述3種服務(wù)系統(tǒng)獲取了觀測(cè)成果;具體情況如表3所示.

表3 測(cè)試點(diǎn)接入觀測(cè)系統(tǒng)情況

各服務(wù)系統(tǒng)的接入觀測(cè)情況如表4所示.

表4 各服務(wù)系統(tǒng)的接入觀測(cè)情況

測(cè)試區(qū)域和測(cè)試點(diǎn)的分布情況如圖1所示

圖1 測(cè)試區(qū)域和測(cè)試點(diǎn)分布示意圖

2 實(shí)時(shí)精密定位精度測(cè)試結(jié)果分析

2.1 網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度分析

網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度統(tǒng)計(jì)可以分為內(nèi)符合精度評(píng)定、重復(fù)性精度評(píng)定、外符合精度評(píng)定三個(gè)部分;并在此基礎(chǔ)上對(duì)新平臺(tái)與原平臺(tái)的坐標(biāo)精度進(jìn)行了比對(duì)分析. 囿于篇幅,不在此贅述各指標(biāo)的具體計(jì)算公式[2].

2.1.1 內(nèi)符合與重復(fù)性精度分析

本次測(cè)試的3種服務(wù)系統(tǒng)各自內(nèi)符合與重復(fù)性精度分別如表5～6所示.

表5 內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)表

表6 重復(fù)性精度統(tǒng)計(jì)表

表注:Pri-ITRF2000系統(tǒng)僅觀測(cè)了一個(gè)時(shí)段,故不統(tǒng)計(jì)重復(fù)性精度指標(biāo).

新平臺(tái)在內(nèi)符合精度方面,平面精度優(yōu)于1 cm,高程精度優(yōu)于2 cm;重復(fù)性精度方面,平面精度優(yōu)于1 cm,高程精度優(yōu)于2 cm. 結(jié)果表明,新平臺(tái)所提供的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量及定位服務(wù)精度在不同坐標(biāo)系統(tǒng)、不同端口下是一致的;與原平臺(tái)比較,兩者在內(nèi)符合、重復(fù)性精度方面均處于同等水平.

2.1.2 新平臺(tái)與原平臺(tái)比對(duì)分析

在ITRF2000空間直角坐標(biāo)系(2006.9歷元),保證測(cè)試點(diǎn)在Cur-ITRF2000、Pri-ITRF2000至少各有一個(gè)時(shí)段觀測(cè)的前提下,將觀測(cè)數(shù)據(jù)合并在一起進(jìn)行內(nèi)符合和重復(fù)性檢驗(yàn),結(jié)果如表7所示.

表7 ITRF2000下新平臺(tái)&原平臺(tái)精度統(tǒng)計(jì)表

總共有152點(diǎn)436個(gè)有效時(shí)段參與統(tǒng)計(jì)計(jì)算,其中132點(diǎn)觀測(cè)了3個(gè)時(shí)段(即新平臺(tái)觀測(cè)2時(shí)段,原平臺(tái)觀測(cè)1時(shí)段),占87%,20點(diǎn)觀測(cè)2個(gè)時(shí)段(即新平臺(tái)與原平臺(tái)各觀測(cè)1時(shí)段),占13%.

又將上述152點(diǎn)分別在Cur-ITRF2000、Pri-ITRF2000下的觀測(cè)位置成果進(jìn)行高斯投影平面坐標(biāo)、大地高兩項(xiàng)比較,結(jié)果如表8所示.

表8 ITRF2000下新平臺(tái)與原平臺(tái)位置較差精度統(tǒng)計(jì)表

新平臺(tái)與原平臺(tái)平面較差中誤差、大地高較差中誤差均優(yōu)于5 cm,達(dá)到了測(cè)試預(yù)期精度.

因此,新平臺(tái)和原平臺(tái)的內(nèi)符合精度、重復(fù)性精度以及兩者在平面位置與大地高較差結(jié)果表明,兩套獨(dú)立平臺(tái)在同一坐標(biāo)框架下提供的網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)測(cè)量成果無差別. 因此,新平臺(tái)的可用性良好,且與原平臺(tái)有良好的契合度,可完全提供原平臺(tái)的服務(wù)功能.

2.1.3 新平臺(tái)外符合精度統(tǒng)計(jì)

在上述測(cè)試點(diǎn)中,最后收集到了57個(gè)控制點(diǎn)已有的CGCS2000成果(其中GPS-C級(jí)點(diǎn)34個(gè),GPS-D級(jí)點(diǎn)21個(gè),GPS-E級(jí)點(diǎn)2個(gè))作為本次網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)試的外符合精度檢核點(diǎn)[3]. 外符合精度檢核點(diǎn)上接入Cur-CGCS2000獲得網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量結(jié)果與已知CGCS2000成果的較差情況如圖2所示.

圖2 CGCS2000外符合精度較差情況

外符合精度統(tǒng)計(jì)情況如表9所示.

表9 CGCS2000外符合精度統(tǒng)計(jì)表

表注:坐標(biāo)分量較差按絕對(duì)值統(tǒng)計(jì).

可見,所有點(diǎn)位較差均小于5 cm,點(diǎn)位較差最大值為4.0 cm;其中45個(gè)點(diǎn)的點(diǎn)位較差小于2.0 cm,占79%;12個(gè)點(diǎn)位較差在2.0～4.0 cm,占21%;誤差區(qū)間分布符合正態(tài)分布. 整體上,Cur-CGCS2000測(cè)試點(diǎn)位外符合平面點(diǎn)位中誤差為±1.7 cm. 新平臺(tái)的定位結(jié)果可靠,精度良好.

2.2 網(wǎng)絡(luò)RTK定位初始化時(shí)長(zhǎng)分析

初始化時(shí)長(zhǎng)是指流動(dòng)站全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)接入GDCORS到獲得固定解所經(jīng)歷的時(shí)間. 初始化時(shí)長(zhǎng)受GNSS接收機(jī)、觀測(cè)環(huán)境、衛(wèi)星信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)等多種因素的影響[4-5]. 目前,初始化時(shí)長(zhǎng)尚無明確的閾值要求. 但初始化時(shí)間的長(zhǎng)短反映了用戶獲得固定解的速率,是綜合因素作用下連續(xù)運(yùn)行參考站(CORS)系統(tǒng)服務(wù)可用性和生產(chǎn)效率高低的直接反映,也是基于心理等待時(shí)間的用戶體驗(yàn)良好與否的直觀感受.

本次測(cè)試中,記錄了各測(cè)試點(diǎn)GNSS接收機(jī)在接入Cur-CGCS2000、Cur-ITRF2000、Pri-ITRF2000三種服務(wù)狀態(tài)的初始化時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù),最終獲得62組共186個(gè)有效數(shù)據(jù)(同時(shí)具有三種服務(wù)狀態(tài)的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)). 初始化時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)具體如圖3所示.

圖3 初始化時(shí)長(zhǎng)情況圖

對(duì)3種服務(wù)狀態(tài)的初始化時(shí)長(zhǎng)分別進(jìn)行最長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)、最短時(shí)長(zhǎng)和平均時(shí)長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì),并將多星系統(tǒng)初始化時(shí)長(zhǎng)匯總一起進(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計(jì),各服務(wù)狀態(tài)的初始化時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表10所示.

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果,結(jié)合網(wǎng)絡(luò)RTK測(cè)量特點(diǎn),我們認(rèn)為在初始化等待過程中,30 s的初始化時(shí)長(zhǎng)是無需等待的范疇,屬于極佳的用戶體驗(yàn);并人為設(shè)定120 s(2 min)為基于心理時(shí)間的初始化等待時(shí)間閾值,是一個(gè)可接受的等待范疇,超過等待時(shí)間閾值后將導(dǎo)致測(cè)量員產(chǎn)生不良情緒. 據(jù)此對(duì)各服務(wù)狀態(tài)的初始化時(shí)長(zhǎng)區(qū)間分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表11和圖4所示.

表10 初始化時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表11 初始化時(shí)長(zhǎng)區(qū)間分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖4 初始化時(shí)長(zhǎng)區(qū)間分布統(tǒng)計(jì)圖

所有186個(gè)初始化時(shí)長(zhǎng)中,最長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)為550 s(不超過10 min),最短時(shí)長(zhǎng)為1.5 s;其中180個(gè)數(shù)據(jù)在100 s之內(nèi),僅有6個(gè)數(shù)據(jù)超過100 s. 原平臺(tái)單星系統(tǒng)平臺(tái)總平均時(shí)長(zhǎng)為33 s, 新平臺(tái)多星系統(tǒng)平臺(tái)總平均時(shí)長(zhǎng)為16 s. 從區(qū)間分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看,多星系統(tǒng)平臺(tái)初始化時(shí)長(zhǎng)更集中在不超過30 s的區(qū)間.

3 結(jié)束語

本次測(cè)試結(jié)果符合測(cè)試方案要求,達(dá)到了預(yù)期的精度指標(biāo);GDCORS兼容多星系統(tǒng)的北斗地基增強(qiáng)平臺(tái)(新平臺(tái))具有以下特點(diǎn):

1) 平臺(tái)軟件支持RTCM v2.x/3.x,CMR/CMR+等各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的差分?jǐn)?shù)據(jù)格式,移動(dòng)終端兼容性、可用性良好.

2) 平臺(tái)提供的網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時(shí)定位服務(wù),在坐標(biāo)框架和定位精度上與原平臺(tái)系統(tǒng)是相容的,一致的.

3) 平臺(tái)可以直接在2000國(guó)家大地坐標(biāo)系(CGCS2000)下發(fā)布服務(wù),定位結(jié)果更為直接,減少了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié).

4) 多星系統(tǒng)在初始化時(shí)長(zhǎng)的各個(gè)指標(biāo)上均優(yōu)于單星系統(tǒng),表明同等條件下多星系統(tǒng)可以更快獲得固定解,減少了用戶等待時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率,用戶體驗(yàn)更好.

綜上所述,GDCORS兼容多星系統(tǒng)的北斗地基增強(qiáng)平臺(tái)的定位結(jié)果可靠、精度優(yōu)良,可正式提供網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù).