梁 艷

(新疆維吾爾自治區(qū)測繪科學(xué)研究院, 新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)正式對外提供服務(wù),衛(wèi)星導(dǎo)航和位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大。新疆是“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)”之一,地理位置在“一帶一路”實(shí)施過程中發(fā)揮重要的紐帶作用,需要大量基于空間信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和服務(wù),北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)重要組成部分,國內(nèi)大部分省、自治區(qū)、直轄市均建立了自己的連續(xù)運(yùn)行參考站(Continuously Operating Reference Stations,CORS)系統(tǒng)[1-3]。近年來,隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展及更高精度服務(wù)的需求,部分地區(qū)進(jìn)一步對CORS進(jìn)行了加密及升級改造,并進(jìn)行了精度及性能測試[4-9],更好地為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國防建設(shè)、基礎(chǔ)科研等領(lǐng)域提供保障。

1 新疆CORS簡介

新疆CORS于2016年8月建成并啟動運(yùn)行,“十三五”期間通過實(shí)施新疆北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目,新建80座北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站,對原有基準(zhǔn)站網(wǎng)進(jìn)行了加密、升級和完善,目前共計(jì)263座基準(zhǔn)站(圖1)。自運(yùn)行以來,系統(tǒng)廣泛地服務(wù)于自然資源調(diào)查與監(jiān)測、國土空間規(guī)劃、土地確權(quán)、地震監(jiān)測與預(yù)判、公路設(shè)計(jì)、電力線路規(guī)劃、水文調(diào)查等方面。截至目前,新疆CORS在線注冊單位近500家,終端用戶2 000余個,可同時為400個用戶提供動態(tài)定位服務(wù)。系統(tǒng)的運(yùn)行極大地帶動了新疆衛(wèi)星導(dǎo)航定位高新技術(shù)和新型業(yè)態(tài)的發(fā)展,為加快實(shí)現(xiàn)自治區(qū)的新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程以及“一帶一路”國家戰(zhàn)略提供重要技術(shù)支撐。

圖1 新疆CORS基準(zhǔn)站分布示意圖

2 測試內(nèi)容及方法

2.1 測試內(nèi)容

本次測試范圍為全疆基準(zhǔn)站點(diǎn)覆蓋區(qū),測試點(diǎn)位選在網(wǎng)形較好、距離基準(zhǔn)站點(diǎn)有效距離范圍內(nèi)的點(diǎn),采用網(wǎng)絡(luò)RTK流動站測量方法采取測試點(diǎn)2000國家大地坐標(biāo)系(China Geodetic Coordinate System 2000， CGCS2000)坐標(biāo),并將其與已知控制點(diǎn)成果做對比。測試點(diǎn)位共計(jì)272個,采用的點(diǎn)均為原有高等級的GNSS點(diǎn)且具有與新疆CORS一致性較好的CGCS2000成果,其中B級點(diǎn)250個, C級點(diǎn)22個,測試點(diǎn)位分布均勻,施測時間為2020年5月20日至2020年7月5日。

2.2 測試模式

本次測試采用的儀器為南方銀河6和華測I90接收機(jī),每個點(diǎn)采取5種觀測模式,每種觀測模式下每個源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行3次測量(初始化),每次測量25個歷元,歷元時間間隔為2 s,完全按照要求作業(yè)。測試的全部點(diǎn)位可以獲得固定解數(shù)據(jù),大部分點(diǎn)可以三星系統(tǒng)五種模式分別固定。少量點(diǎn)位缺少北斗信息,只有全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)、俄羅斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GLONASS)兩星系統(tǒng)兩種模式進(jìn)行固定,測試模式如表1所示。

表1 動態(tài)作業(yè)模式表

2.3 精度統(tǒng)計(jì)方法

實(shí)時定位精度統(tǒng)計(jì)可以分為內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)、外符合精度統(tǒng)計(jì)兩個部分[10-11]。

(1)

在新疆CORS網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時定位內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)中,計(jì)算每一個觀測點(diǎn)所有測量值的平均值,再將該平均值與每一測量值求差,依照式(1)分別計(jì)算系統(tǒng)各個坐標(biāo)方向的內(nèi)符合精度。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)評定的限差應(yīng)滿足水平≤3 cm,大地高≤5 cm。

外符合精度反映的是與已知坐標(biāo)的符合情況,可體現(xiàn)系統(tǒng)快速或?qū)崟r定位的精度。將實(shí)際測量坐標(biāo)與已知點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行比較,得到外符合精度,外符合參考值為國家控制點(diǎn)CGCS2000的坐標(biāo)基準(zhǔn)成果。外符合精度計(jì)算方法如下：

(2)

3 測試結(jié)果分析

3.1 內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)

在測試過程中,各測試點(diǎn)平面坐標(biāo)的內(nèi)符合精度均在1.0 cm左右,最大值2.7 cm;大地高精度在2.0 cm左右,最大值4.5 cm。說明新疆CORS實(shí)時定位狀態(tài)較為穩(wěn)定。

3.2 外符合精度統(tǒng)計(jì)

測試點(diǎn)外符合精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 測試點(diǎn)測試外符合精度統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出：測試點(diǎn)位整體外符合精度較好,絕大部分地區(qū)滿足精度要求。272個測試點(diǎn)位,有效點(diǎn)271個。其中,平面超限12點(diǎn),有11個測試點(diǎn)是C級點(diǎn),查詢歷史資料得知,C級點(diǎn)成果坐標(biāo)基準(zhǔn)與新疆CORS不完全一致,且長年未更新,現(xiàn)勢性較差,導(dǎo)致一定程度上影響測試結(jié)果。高程超限點(diǎn)數(shù)9個,其中2個點(diǎn)存在粗差,其余7個點(diǎn)中5個點(diǎn)未超過2倍中誤差值。外符合精度分布區(qū)間如圖2～3所示。

圖2 平面中誤差區(qū)間分布圖

圖3 大地高中誤差區(qū)間分布圖

3.3 實(shí)時動態(tài)定位精度整體分析

在不同觀測模式以及不同時段進(jìn)行測試,測試結(jié)果包含了新疆CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的內(nèi)外區(qū)域的觀測固定解成果。為了統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)整體的實(shí)時動態(tài)定位精度,對所有不同觀測模式的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)外符合精度的統(tǒng)計(jì)(表3)。

表3 實(shí)時動態(tài)定位整體精度統(tǒng)計(jì)表

測試點(diǎn)在基準(zhǔn)站最大間距小于80 km,外延小于40 km范圍內(nèi),整體中誤差內(nèi)符合精度平面方向均小于3 cm,垂直方向均小于5 cm,外符合精度平面精度均小于5 cm,垂直方向均小于10 cm,滿足技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)要求;在基準(zhǔn)站外延大于80 km的測試點(diǎn),得不到固定解。

3.4 初始化時間

在系統(tǒng)測試的同時,對不同模式下測試的初始化時間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(圖4)。分析得到GPS+BDS+GLONASS模式定位最快,平均初始化時間只需要12 s,說明三星系統(tǒng)在得到固定解的初始化速度具有明顯的優(yōu)勢。其次是GPS,單GPS初始化時間15 s,GPS+BDS模式平均初始化時間只需要15.4 s,GPS+GLONASS模式平均初始化時間22.8 s,單BDS初始化時間34.3 s,其中單BDS模式耗時最長。

圖4 初始化時間結(jié)果

4 結(jié)束語

本文簡要介紹了新疆CORS系統(tǒng),并對加密后的基準(zhǔn)站網(wǎng)進(jìn)行了實(shí)時動態(tài)定位精度測試。對全疆共計(jì)272個測試點(diǎn)位進(jìn)行實(shí)時動態(tài)測試,并對其內(nèi)外符合精度數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和統(tǒng)計(jì),得出新疆CORS系統(tǒng)的實(shí)時動態(tài)定位精度符合設(shè)計(jì)要求,可提供滿足全天候95%以上有效范圍內(nèi)的厘米級實(shí)時動態(tài)定位服務(wù),且采用BDS+GPS+GLONASS組合模式的測試初始化時間最短。