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        廣州市北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)測(cè)試及分析

        2020-06-22 08:36:56曲宏偉程曉暉歐海平
        關(guān)鍵詞:廣州市基線北斗

        曲宏偉 程曉暉 歐海平

        (廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510060)

        1 引言

        北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),是繼美國(guó)全球定位系統(tǒng)(GPS)、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GLONASS)之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2017 年11 月5 日,中國(guó)第三代導(dǎo)航衛(wèi)星順利升空,標(biāo)志著中國(guó)正式開始建造北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。作為國(guó)家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和具有創(chuàng)新性的新興產(chǎn)業(yè),北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)作為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分在全國(guó)大力發(fā)展[1]。

        廣州市于2016 年開展了CORS 整合項(xiàng)目,對(duì)原有的多套CORS 系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化整合,建立了一套支持北斗三頻/GPS/GLONASS 多系統(tǒng)運(yùn)行的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng),解決了原有CORS 系統(tǒng)并行帶來的數(shù)據(jù)精度不一致問題,有效解決了城市一張圖管理、三規(guī)合一地圖等問題[2]。

        2 系統(tǒng)介紹

        廣州市城市CORS 原本有三套:一套為2005 年原廣州市城市規(guī)劃局組織建設(shè)的“廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位城市測(cè)量綜合服務(wù)系統(tǒng)”[3];一套為2006 年原廣州市國(guó)土資源和房屋管理局組織建設(shè)的“廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)”;還有一套是2014 年至2015 年廣州市國(guó)規(guī)委(原廣州市國(guó)土局)組織建設(shè)的支持北斗定位的CORS。

        2016 年,廣州市對(duì)三套CORS 進(jìn)行了優(yōu)化整合,建立了廣州市北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng),在廣州市內(nèi)現(xiàn)有20 個(gè)基準(zhǔn)站里選取了8 個(gè),同時(shí)選取周邊6 個(gè)廣東省GDCORS站構(gòu)成新的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)(如圖1所示)。該系統(tǒng)采用天寶NET-R9 和思拓力SC300 接收機(jī)并置運(yùn)行方案,保證過渡期內(nèi)原有CORS 正常運(yùn)行;數(shù)據(jù)處理中心軟件采用武漢大學(xué)的PowerNetwork 軟件系統(tǒng),可以滿足國(guó)家、省、市和行業(yè)等各種級(jí)別北斗/GNSS 網(wǎng)絡(luò)RTK 系統(tǒng)以及連續(xù)運(yùn)行跟蹤站系統(tǒng)(CORS)的站點(diǎn)管理和數(shù)據(jù)播發(fā)服務(wù)需要。

        圖1 廣州北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)

        3 系統(tǒng)測(cè)試

        為驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,對(duì)系統(tǒng)的基線精度、時(shí)間可用性、RTK 精度以及儀器兼容性等方面開展相關(guān)測(cè)試,以驗(yàn)證系統(tǒng)基線解算精度、重復(fù)性精度、24小時(shí)內(nèi)系統(tǒng)的可用性、RTK 實(shí)時(shí)定位的內(nèi)符合精度、外符合精度及用戶端儀器對(duì)系統(tǒng)的兼容性。

        3.1 基線精度分析

        在14 個(gè)基準(zhǔn)站組成的基線網(wǎng)圖中,選取4 條不同長(zhǎng)度的基線(市國(guó)規(guī)委—永和、市國(guó)規(guī)委—新街口、永和—呂田、市國(guó)規(guī)委—呂田),分別采用單北斗、單GPS 進(jìn)行連續(xù)7 天的相對(duì)定位(基線長(zhǎng)度:32.2km、57.2km、78.8km、103.3km)。北斗基線靜態(tài)解平面精度(如圖2 所示)1cm 以內(nèi),高程方向精度2cm 以內(nèi),GPS 基線靜態(tài)解精度(如圖3 所示)略優(yōu)于北斗基線靜態(tài)解精度。

        圖2 北斗基線靜態(tài)解精度

        圖3 GPS基線靜態(tài)解精度

        對(duì)“永和—呂田”基線解算結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性精度檢驗(yàn),在連續(xù)7 天的處理結(jié)果中,N、E、U 三個(gè)方向與7 天的均值互差均在1.1cm 以內(nèi)?;€重復(fù)性精度如圖4 所示。

        圖4 基線重復(fù)性精度

        3.2 時(shí)間可用性測(cè)試

        時(shí)間可用性是衡量北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文選定廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院樓頂開闊位置架設(shè)兩臺(tái)天寶R8 接收機(jī),對(duì)測(cè)試點(diǎn)分別使用單BDS 和單GPS 模式連續(xù)采集24h 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。經(jīng)測(cè)試,單GPS 模式平面內(nèi)符合精度為2.03cm,高程內(nèi)符合精度為3.34cm,其中,平面內(nèi)符合誤差小于3cm 的歷元占比96.1%,高程內(nèi)符合誤差小于5cm的歷元占比92.2%。GPS 24h 平面內(nèi)符合誤差序列、高程內(nèi)符合誤差序列如圖5 和圖6 所示。

        圖5 GPS 24h平面內(nèi)符合誤差序列

        圖6 GPS 24h高程內(nèi)符合誤差序列

        單BDS 模式平面內(nèi)符合精度為2.59cm,高程內(nèi)符合精度為3.11cm,其中平面內(nèi)符合誤差小于3cm 的歷元占比88.8%,高程內(nèi)符合誤差小于5cm 的歷元占比97.9%。BDS 24h 平面內(nèi)符合誤差序列、高程內(nèi)符合誤差序列如圖7 和圖8 所示。

        圖7 BDS 24h平面內(nèi)符合誤差序列

        圖8 BDS 24h高程內(nèi)符合誤差序列

        經(jīng)測(cè)試可知,單BDS 模式和單GPS 模式在觀測(cè)條件理想的情況下,定位結(jié)果精度差別較小,且均能滿足系統(tǒng)要求,單GPS 平面定位精度略高于單BDS 定位精度;但是在電離層相對(duì)活躍期間(中午至下午),單GPS 模式定位偏差較大甚至無法定位,而BDS 模式可以正常定位。

        3.3 RTK 定位精度測(cè)試

        RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)量精度反映的是用戶在實(shí)際作業(yè)條件下,通過系統(tǒng)播發(fā)的VRS 改正信息,得到的實(shí)時(shí)定位服務(wù)的精度[4]。為客觀評(píng)定系統(tǒng)精度,在全市范圍選取分布均勻的若干GPS 控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試,控制點(diǎn)分布如圖9 所示。分別測(cè)試在GPS+BDS+GLONASS、GPS+GLONASS、GPS 不同組合方式下RTK 定位精度。內(nèi)、外符合精度測(cè)試對(duì)比如圖10 和圖11 所示。

        圖9 RTK定位測(cè)試分布

        圖10 內(nèi)符合精度測(cè)試對(duì)比

        由測(cè)試結(jié)果可知,新系統(tǒng)采用北斗三頻/GPS/GLONASS三星系統(tǒng),RTK 測(cè)量精度更高。

        3.4 兼容性測(cè)試

        為了驗(yàn)證系統(tǒng)的兼容性,在系統(tǒng)測(cè)試中使用了天寶、徠卡、華測(cè)、南方等使用頻率較高的不同品牌RTK(如圖12 所示),每臺(tái)儀器采用GPRS 上網(wǎng)連接的方式和數(shù)據(jù)中心建立數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)連接成功后,記錄儀器初始化獲得點(diǎn)位固定解的時(shí)間,各類儀器數(shù)據(jù)通信連通后,均能獲得固定解,所有儀器在系統(tǒng)中測(cè)試的固定解時(shí)間平均為20 秒[2]。

        圖11 外符合精度測(cè)試對(duì)比

        圖12 儀器兼容性檢測(cè)(分別為天寶、徠卡、華測(cè)、南方)

        4 結(jié)論

        通過測(cè)試可知,廣州市北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求,全天候滿足95%以上服務(wù)。通過選取部分GDCORS 站作為外圍網(wǎng)采取“內(nèi)網(wǎng)+外網(wǎng)”組合模式,確保了系統(tǒng)真 正做到無縫隙、無死角覆蓋全廣州范圍。GPS+BDS+GLONASS 組合較GPS、GPS+GLONASS 定位精度和效率更好,有效提高了RTK用戶工作效率。

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