顧建祥,趙奕澎,陳 燕

(1. 上海市測繪院,上海 200063; 2. 武漢大學(xué)測繪學(xué)院,湖北 武漢430079)

隨著GNSS的飛速發(fā)展,連續(xù)運(yùn)行參考站 (continous operational reference system, CORS)網(wǎng)絡(luò)已逐漸成為現(xiàn)代社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,是實(shí)現(xiàn)地球空間信息服務(wù)現(xiàn)代化、大眾化、高效率及高質(zhì)量目標(biāo)的基礎(chǔ),目前已在山東、云南、廣東等多地得到了應(yīng)用[1-4]。但隨著應(yīng)用需求量的急速增長,現(xiàn)有CORS系統(tǒng)大多面臨以下問題:一是網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)解算數(shù)據(jù)量大,數(shù)據(jù)更新速度快,亟須高精度、高效率的數(shù)據(jù)處理算法支撐海量數(shù)據(jù)服務(wù);二是目前大多數(shù)CORS得到的仍是實(shí)時(shí)地心坐標(biāo),地方坐標(biāo)及正常高結(jié)果仍需通過事后處理的手段獲得;三是CORS涉及大量的地理信息數(shù)據(jù),其系統(tǒng)安全性與保密性應(yīng)被高度重視[5-6]。

上海市衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)服務(wù)系統(tǒng)(SHCORS)在現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航定位基準(zhǔn)站的基礎(chǔ)上,通過對(duì)數(shù)據(jù)中心計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源優(yōu)化,在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)以下突破:通過解算與服務(wù)分離結(jié)構(gòu),徹底解決雙向通信模型下,海量用戶高并發(fā)實(shí)時(shí)服務(wù)難題;提出虛擬格網(wǎng)化方法,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)脫密轉(zhuǎn)化,解決SHCORS服務(wù)中數(shù)據(jù)涉密問題;通過向用戶提供一套有別于真坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)的“發(fā)布七參數(shù)”,在確保數(shù)據(jù)安全的前提下實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地方坐標(biāo)與正常高的獲取。

1 格網(wǎng)虛擬參考站技術(shù)

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)(real-time kinematic, RTK),是一種利用兩個(gè)測量站實(shí)時(shí)載波相位觀測量的差分方法,能夠得到實(shí)時(shí)的厘米級(jí)定位精度。但由于工作范圍有限,以及新建基站成本高等問題,20世紀(jì)90年代,國外率先提出了基于廣域差分定位技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù),目前仍是最主要的GNSS高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)[7-8]。網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的是虛擬參考站技術(shù)(virtual reference station, VRS),即利用地面布設(shè)的多個(gè)基準(zhǔn)站組成GNSS參考站網(wǎng)[9-10],以及在用戶站附近建立一個(gè)虛擬基準(zhǔn)站,根據(jù)多個(gè)基準(zhǔn)站的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)算出虛擬基準(zhǔn)站的虛擬觀測值,實(shí)現(xiàn)用戶站的高精度定位。

VRS在生成過程中存在大量的誤差內(nèi)插、估計(jì)及建模過程,隨著用戶數(shù)量的增長,為每個(gè)流動(dòng)站分配一個(gè)虛擬參考站需要耗費(fèi)大量的運(yùn)算資源,單純依靠服務(wù)器硬件的升級(jí)則帶來了極高的運(yùn)維成本,難以滿足海量用戶的應(yīng)用需求[11-12];同時(shí)由于 VRS采用雙向通信,當(dāng)同一時(shí)間段用戶較多時(shí),通信信道會(huì)發(fā)生擁堵,甚至?xí)?dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)算失敗[13]。因此,為了有效解決以上問題,SHCORS系統(tǒng)在開發(fā)過程中采用格網(wǎng)VRS技術(shù):格網(wǎng)化VRS通過將大區(qū)域內(nèi)的虛擬參考站布設(shè)在規(guī)律的網(wǎng)格點(diǎn)上,形成一個(gè)網(wǎng)格化的虛擬參考站網(wǎng)絡(luò)。通過每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)虛擬基準(zhǔn)站,可有效減少需要處理的數(shù)據(jù)量,提高數(shù)據(jù)的處理效率,是實(shí)現(xiàn)海量服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。

一方面,采用格網(wǎng)化算法的虛擬改正數(shù)解算模型在對(duì)外服務(wù)層只能獲取格網(wǎng)點(diǎn)的虛擬改正數(shù),實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)站原始觀測數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站成果的隔離,保證基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)安全[14];另一方面,格網(wǎng)化虛擬改正數(shù)的計(jì)算不依賴真實(shí)的用戶請(qǐng)求,采用分布式架構(gòu)進(jìn)行部署,將虛擬化網(wǎng)格點(diǎn)處的虛擬改正數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。海量的用戶并發(fā)請(qǐng)求則通過服務(wù)層調(diào)用格網(wǎng)化虛擬改正數(shù),采用多服務(wù)器負(fù)載均衡高并發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了集安全防護(hù)、海量并發(fā)和資源均衡為一體的解決方案。

1.1 虛擬格網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)

采用格網(wǎng)化算法的虛擬改正數(shù)解算模型在基站周邊模擬虛擬觀測站,在對(duì)外服務(wù)層只能獲取格網(wǎng)站的觀測數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)站原始觀測數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)站成果的隔離,保證基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)安全;通過虛擬參考站,以基站數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)經(jīng)過偏移得到的數(shù)據(jù)質(zhì)量高。通過網(wǎng)站提供給用戶便于申請(qǐng)下載,可以滿足社會(huì)化應(yīng)用后處理解算需求,虛擬格網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)如圖1所示。

圖1 虛擬格網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)

1.2 格網(wǎng)化服務(wù)流程

SHCORS格網(wǎng)化服務(wù)方法的各模塊之間關(guān)系如圖2所示。

圖2 格網(wǎng)化服務(wù)各模塊間關(guān)系

用戶使用格網(wǎng)化VRS的服務(wù)流程包括以下步驟:

(1) 當(dāng)用戶請(qǐng)求服務(wù)時(shí),首先需要確定用戶所在位置所屬的格網(wǎng)。這一步通?？梢酝ㄟ^用戶提供的位置信息(如經(jīng)緯度坐標(biāo)或地圖顯示位置)完成。如果用戶無法提供位置信息,服務(wù)系統(tǒng)也可以通過IP地址定位等方式嘗試確定用戶位置。

(2) 確定了用戶所在的格網(wǎng)后,服務(wù)系統(tǒng)可以從相應(yīng)的網(wǎng)格服務(wù)器中獲取對(duì)應(yīng)的參考站數(shù)據(jù),可以是歷元觀測值、星歷參數(shù)、天線相位中心偏差等信息。獲取參考站數(shù)據(jù)時(shí),通常會(huì)考慮用戶請(qǐng)求時(shí)間內(nèi)附近的參考站數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差分或其他處理,以提高數(shù)據(jù)的精度和可靠性。

(3) 獲取參考站數(shù)據(jù)后,服務(wù)系統(tǒng)可進(jìn)行用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)解算。通常采用RTK技術(shù)進(jìn)行快速高精度定位計(jì)算。計(jì)算結(jié)果可以包括用戶所在位置的坐標(biāo)、速度、高度等信息,也可根據(jù)用戶需求進(jìn)行其他數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)換。

(4)服務(wù)系統(tǒng)將計(jì)算結(jié)果返回給用戶。返回的數(shù)據(jù)格式可以是文本、二進(jìn)制或其他格式,也可根據(jù)用戶需求進(jìn)行定制化輸出。返回?cái)?shù)據(jù)的內(nèi)容通常包括用戶請(qǐng)求的定位結(jié)果和相應(yīng)的精度評(píng)估信息,也可包括其他相關(guān)數(shù)據(jù)和服務(wù)建議。

2 實(shí)時(shí)地方坐標(biāo)、正常高技術(shù)服務(wù)

傳統(tǒng)的RTK測量中,得到的直接結(jié)果仍是地心坐標(biāo)。而地方坐標(biāo)系是以地球橢球體的某個(gè)點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn),通過正反算的方法將地球表面上任意一點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。在實(shí)際工程應(yīng)用中,若使用地心坐標(biāo),可能會(huì)涉及大量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程。地方坐標(biāo)作為針對(duì)局部地區(qū)建立的坐標(biāo)系,更能適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌等特點(diǎn),對(duì)實(shí)際測量的精度有更直接和精確的反映,因此需將CORS計(jì)算得到的地心坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至地方坐標(biāo)及正常高,便于應(yīng)用于實(shí)際工程測量和建設(shè)。

目前所采用的轉(zhuǎn)換方法大多存在以下問題:①多個(gè)區(qū)域提供不同的事后轉(zhuǎn)換參數(shù)導(dǎo)致區(qū)域邊緣及區(qū)域重合地區(qū)轉(zhuǎn)換精度較低;②較大面積地區(qū)只采用一種轉(zhuǎn)換參數(shù),導(dǎo)致部分區(qū)域的轉(zhuǎn)換結(jié)果較差[15-17]。

為解決以上問題,SHCORS采用通過計(jì)算及播發(fā)“發(fā)布七參數(shù)”的技術(shù)手段,提供高精度的實(shí)時(shí)地方坐標(biāo)及正常高結(jié)果。

2.1 實(shí)時(shí)地方坐標(biāo)及正常高獲取流程

地方獨(dú)立坐標(biāo)系與1980西安坐標(biāo)系和1954北京坐標(biāo)系之間無法進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換,在現(xiàn)有處理方法中,通常利用CGCS2000坐標(biāo)系作為中間過渡,即先將CORS解算得到的坐標(biāo)結(jié)果轉(zhuǎn)換至CGCS2000坐標(biāo)系下,再由其轉(zhuǎn)換至獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)結(jié)果。其主要流程如下:

(1)根據(jù)高斯投影反算公式,由CGCS2000坐標(biāo)系下點(diǎn)坐標(biāo)及該點(diǎn)的大地高H,得到基于CGCS2000坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)(B,L,H)CGCS2000。

(2) 利用已知的轉(zhuǎn)換參數(shù),將轉(zhuǎn)換得到的大地坐標(biāo)(B,L,H)CGCS2000轉(zhuǎn)換至獨(dú)立坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)(B,L,H)2000。

(3) 以3°為間隔進(jìn)行高斯投影,將1980西安坐標(biāo)系下成果轉(zhuǎn)換至國家統(tǒng)一坐標(biāo)格式。

(4)結(jié)合區(qū)域內(nèi)的似大地水準(zhǔn)面格網(wǎng)模型,根據(jù)GNSS點(diǎn)周圍的格網(wǎng)值,進(jìn)行雙線性插值,最終得到正常高結(jié)果。

2.2 實(shí)現(xiàn)方法

在此基礎(chǔ)上,SHCORS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)地方坐標(biāo)、正常高技術(shù)服務(wù)的核心步驟如下:

(1) 采用基于服務(wù)器端加密的實(shí)時(shí)地方坐標(biāo)、正常高測量模型,即向用戶提供一套有別于真坐標(biāo)轉(zhuǎn)換七參數(shù)的“發(fā)布七參數(shù)”,用戶在GNSS接收機(jī)手簿中設(shè)置后,即可實(shí)時(shí)測得相應(yīng)目的坐標(biāo)系的平面坐標(biāo)和正常高。

(2) 該技術(shù)利用CORS系統(tǒng)向GNSS測量用戶的流動(dòng)站提供虛擬基準(zhǔn)站的原始坐標(biāo),通過七參數(shù)轉(zhuǎn)換使其變換到過渡坐標(biāo)系下。在CGCS2000坐標(biāo)系中,可以認(rèn)為小于50 m的點(diǎn)坐標(biāo)平移,對(duì)解算得到的基線向量無影響。其中,過渡坐標(biāo)系只是由CGCS2000坐標(biāo)系進(jìn)行較小的平移得到的。因此,把由CORS系統(tǒng)播發(fā)出去的VRS信號(hào)中虛擬基準(zhǔn)站的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成過渡坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值再播發(fā)出去,在流動(dòng)站得到RTK解算結(jié)果后,通過坐標(biāo)變換即可得到其在CGCS2000坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

(3) 在保證似大地水準(zhǔn)面成果可靠的前提下,實(shí)時(shí)為CORS用戶提供正常高服務(wù),基于似大地水準(zhǔn)面成果和CORS虛擬格網(wǎng)點(diǎn),插值生成虛擬格網(wǎng)點(diǎn)的虛擬正常高,該正常高本身并不存在實(shí)際物理意義,系統(tǒng)在用戶作業(yè)時(shí)將該格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)、正常高及實(shí)時(shí)解算的虛擬觀測值發(fā)送給用戶,用戶無需改變?nèi)蝿?wù)作業(yè)方式,即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線獲取測量點(diǎn)正常高。

3 分布式解算播發(fā)技術(shù)

系統(tǒng)對(duì)外服務(wù)作業(yè)時(shí),主要提供兩種基準(zhǔn)的數(shù)據(jù)播發(fā),兩種基準(zhǔn)分別是CGCS2000坐標(biāo)系和上海地方坐標(biāo)系。通過系統(tǒng)配置轉(zhuǎn)換參數(shù),在播發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線轉(zhuǎn)換,提供相應(yīng)坐標(biāo)系下的服務(wù)。通過坐標(biāo)參數(shù)管理頁面進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的七參數(shù)添加管理,在管理員輸入完成后系統(tǒng)會(huì)對(duì)七參數(shù)進(jìn)行偏移后加密存儲(chǔ),即系統(tǒng)不會(huì)含有真實(shí)的七參數(shù),保證了參數(shù)的安全性。七參數(shù)添加完成后可在用戶權(quán)限管理頁面對(duì)用戶可轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系進(jìn)行權(quán)限配置,配置完成后用戶只能選擇管理員配置的坐標(biāo)系進(jìn)行實(shí)時(shí)和事后轉(zhuǎn)換。管理員對(duì)已有的七參數(shù)進(jìn)行修改刪除等操作都會(huì)自動(dòng)更新用戶可轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的權(quán)限信息,無需進(jìn)行二次配置。

用戶作業(yè)時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換,直接測量相應(yīng)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。系統(tǒng)管理員配置好坐標(biāo)系和似大地水準(zhǔn)面模型參數(shù)后,用戶在作業(yè)手簿上將參數(shù)輸入為0,便可直接獲得帶正常高和地方坐標(biāo)系的成果數(shù)據(jù),地方坐標(biāo)系通過兩套假參數(shù)獲取偏移真參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換,整個(gè)過程不存在真實(shí)的七參數(shù),且轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理過程和所有可能涉密的信息全部放在涉密內(nèi)網(wǎng)下進(jìn)行處理。外網(wǎng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)都不涉及加密信息,保證了系統(tǒng)參數(shù)的安全性。參數(shù)及坐標(biāo)服務(wù)流程如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)播發(fā)參數(shù)流程

用戶作業(yè)可通過播發(fā)RTCM直接獲取坐標(biāo)系坐標(biāo)和手動(dòng)鍵入偽參數(shù)兩種方式。上海2000坐標(biāo)系是上海市地方坐標(biāo)系,該坐標(biāo)系數(shù)據(jù)播發(fā)通過系統(tǒng)輸入與CGCS2000之間的轉(zhuǎn)換參數(shù),在用戶使用時(shí),數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)利用轉(zhuǎn)換參數(shù)(CGCS2000轉(zhuǎn)換上海2000坐標(biāo)系),轉(zhuǎn)換為上海2000坐標(biāo)系成果提供給用戶。

為控制用戶作業(yè)坐標(biāo)系精度,對(duì)用戶進(jìn)行權(quán)限劃分,分亞米級(jí)和厘米級(jí)兩種權(quán)限。主要是通過系統(tǒng)對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行設(shè)定,在播發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)精度控制,對(duì)分米級(jí)用戶僅播發(fā)保留小數(shù)點(diǎn)后一位的坐標(biāo)數(shù)據(jù);厘米級(jí)用戶則保留小數(shù)點(diǎn)后兩位的坐標(biāo)數(shù)據(jù),這樣可以避免用戶進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)逆獲取。

SHCORS系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)基準(zhǔn)站網(wǎng)分布式處理和服務(wù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了虛擬改正數(shù)服務(wù)系統(tǒng)與虛擬改正數(shù)解算系統(tǒng)分離。針對(duì)整合多套解算資源的差分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)一對(duì)用戶提供服務(wù)的問題,將數(shù)據(jù)解算和播發(fā)服務(wù)管理分離,結(jié)合格網(wǎng)化虛擬改正數(shù)技術(shù),開發(fā)了基準(zhǔn)站網(wǎng)分布式處理和服務(wù)平臺(tái),同步緩解解算和用戶通訊服務(wù)壓力,不僅能夠獨(dú)立格網(wǎng)化自主解算,同時(shí)也能有效解決用戶海量雙向通信問題,并整合多個(gè)解算資源統(tǒng)一對(duì)外服務(wù)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例及測試

平臺(tái)部署中采用“獨(dú)立部署、同步多級(jí)服務(wù)”。獨(dú)立部署將平臺(tái)分成數(shù)據(jù)處理中心和用戶服務(wù)管理中心并分別進(jìn)行獨(dú)立部署,且兩個(gè)中心同時(shí)為Web用戶、RTK用戶、巡查用戶、GIS用戶、移動(dòng)端用戶、管理員用戶及其他實(shí)時(shí)用戶等提供多級(jí)服務(wù)。

4.1 系統(tǒng)實(shí)施情況

系統(tǒng)角色可分為超級(jí)管理員、管理員、單位用戶和終端用戶4種。其中,超級(jí)管理員和管理員的功能包括用戶管理、站網(wǎng)信息管理、監(jiān)控管理及數(shù)據(jù)處理等;用戶端則主要是對(duì)個(gè)人信息的設(shè)置維護(hù)及對(duì)終端作業(yè)的監(jiān)控管理。

4.2 并發(fā)量支持測試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)在用戶量劇增情況下的服務(wù)能力,對(duì)系統(tǒng)支持的用戶并發(fā)數(shù)量進(jìn)行測試:分別選取了3臺(tái)服務(wù)器,在每臺(tái)服務(wù)器上進(jìn)行并發(fā)測試。每組并發(fā)用戶設(shè)置為1000,所有用戶并發(fā)訪問均在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。在第一臺(tái)服務(wù)器上完成4組并發(fā)(即4000用戶),每組并發(fā)間隔時(shí)間為10 min,在另外兩臺(tái)服務(wù)器上各完成3組并發(fā),總計(jì)10 000個(gè)用戶并發(fā)。測試過程中3臺(tái)服務(wù)器的服務(wù)均正常,證明了系統(tǒng)面向海量用戶服務(wù)的可行性。

4.3 實(shí)時(shí)定位精度測試

實(shí)時(shí)定位精度是衡量一個(gè)CORS網(wǎng)服務(wù)性能的關(guān)鍵指標(biāo),選取外符合精度和內(nèi)符合精度作為衡量指標(biāo),測試SHCORS為用戶提供實(shí)時(shí)定位服務(wù)的精度。其中,內(nèi)符合精度是系統(tǒng)定位可靠性與穩(wěn)定性的衡量指標(biāo),為同一觀測點(diǎn)不同測回的測量結(jié)果之間的差值,內(nèi)符合精度的統(tǒng)計(jì)公式[18-20]為

(1)

式中,dX、dY、dZ為測試點(diǎn)坐標(biāo)分量平均值與觀測值分量的差值;MX、MY、MZ為各分量的內(nèi)符合中誤差,以2 cm作為限差值;N為測試點(diǎn)的個(gè)數(shù);K為測試點(diǎn)的觀測次數(shù);dP為定位結(jié)果的平均值與每次觀測值的差值;mP為測試點(diǎn)的空間點(diǎn)位內(nèi)符合誤差。

外符合精度可反映系統(tǒng)的正確性、可靠性和兼容性,為測量點(diǎn)測量結(jié)果與已知值之間的不同方向上的差值絕對(duì)值,其統(tǒng)計(jì)公式為

(2)

式中,MP和MH分別為測試點(diǎn)的平面點(diǎn)位和大地高外符合中誤差,分別以3 cm和5 cm作為限差值;dx、dy分別為測試點(diǎn)已知的平面坐標(biāo)分量與觀測值分量的差值;dH為測試點(diǎn)的已知大地高高程與觀測的大地高高程平均值的差值;dP為測試點(diǎn)的已知平面點(diǎn)位與觀測的平面點(diǎn)位平均值的差值;N為測試點(diǎn)個(gè)數(shù)。

采用外業(yè)實(shí)測方式,按照《全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量(RTK)技術(shù)規(guī)范》中網(wǎng)絡(luò)RTK測量流動(dòng)站的技術(shù)要求,同時(shí)充分考慮季節(jié)、時(shí)間和地形等因素影響,滿足數(shù)量不低于基準(zhǔn)站網(wǎng)點(diǎn)數(shù)量且在覆蓋區(qū)域內(nèi)均勻分布的要求和原則,選取了48個(gè)GNSS C級(jí)點(diǎn)。其中,系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)測試點(diǎn)數(shù)量為37個(gè),系統(tǒng)網(wǎng)外測試點(diǎn)數(shù)量為11個(gè),測試點(diǎn)位的選取分布如圖4所示。測試采用了徠卡GS15、中海達(dá)V96及華測X90多款GNSS接收機(jī),系統(tǒng)設(shè)備兼容性良好。

圖4 測試點(diǎn)位分布

(1) 內(nèi)符合測試:采用網(wǎng)絡(luò)RTK的方式進(jìn)行測量,按照1 s的采樣率,每個(gè)點(diǎn)采集60個(gè)定位結(jié)果,在不同測回之間要重啟接收機(jī),重置衛(wèi)星接收信息,重新初始化等,共進(jìn)行3組觀測。

首先,對(duì)37個(gè)網(wǎng)外點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。其中,X、Y、Z方向的最大差值的絕對(duì)值分別為1.3、1.4及1.3 cm;再統(tǒng)計(jì)11個(gè)網(wǎng)外點(diǎn),其統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6所示。其中,X、Y、Z方向的最大差值的絕對(duì)值分別為1.2、1.7及1.6 cm,網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)及網(wǎng)外點(diǎn)各方向上誤差均滿足限差,各測試點(diǎn)內(nèi)符合精度良好。

圖5 網(wǎng)內(nèi)測試點(diǎn)內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)

圖6 網(wǎng)外測試點(diǎn)內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)坐標(biāo)分量內(nèi)符合中誤差情況見表1。其中,網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)最大誤差出現(xiàn)在Y方向,為0.6 cm;網(wǎng)外點(diǎn)最大誤差出現(xiàn)在Z方向,為0.8 cm,均滿足限差值2.0 cm的要求。

表1 測試點(diǎn)各坐標(biāo)分量內(nèi)符合中誤差 cm

表2 測試點(diǎn)各坐標(biāo)分量外符合中誤差 cm

(2) 外符合測試:采用網(wǎng)絡(luò)RTK的方式進(jìn)行測量,具體數(shù)據(jù)采集流程與內(nèi)符合精度測試相同。其中,37個(gè)網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)的外符合精度統(tǒng)計(jì)如圖7所示,平面最大誤差為1.5 cm,大地高方向最大誤差為3.5 cm;11個(gè)網(wǎng)外點(diǎn)的外符合精度統(tǒng)計(jì)如圖8所示,平面最大誤差為1.4 cm,大地高方向最大誤差為4.2 cm,兩種測試情況下均符合限差要求。統(tǒng)計(jì)坐標(biāo)分量外符合中誤差情況見表 2,平面誤差與大地高方向誤差分別滿足限差值3和5 cm。

圖7 網(wǎng)內(nèi)測試點(diǎn)外符合精度統(tǒng)計(jì)

圖8 網(wǎng)外測試點(diǎn)外符合精度統(tǒng)計(jì)

(3)分時(shí)段測試:分別對(duì)37個(gè)網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)和11個(gè)網(wǎng)外點(diǎn)的定位精度進(jìn)行分時(shí)間段測試,對(duì)每個(gè)點(diǎn)分別在上午時(shí)段及下午時(shí)段進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,對(duì)定位結(jié)果與參考值的平面方向與高程方向差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中,網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)的誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖9所示,網(wǎng)外點(diǎn)的誤差統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖10所示(圖像均為左軸代表平面誤差大小,右軸代表高程誤差大小)。由結(jié)果可以看出,大部分測試上午的誤差值小于下午,即定位精度優(yōu)于下午時(shí)段,且平面誤差顯著小于高程誤差。

圖9 網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)分時(shí)段定位誤差測試結(jié)果

5 結(jié) 語

本文針對(duì)現(xiàn)有CORS網(wǎng)存在的問題,結(jié)合SHCORS建設(shè),提出了滿足海量用戶需求和實(shí)時(shí)地方坐標(biāo)及正常高轉(zhuǎn)換的解算與服務(wù)算法。其中,通過格網(wǎng)化VRS技術(shù),將大范圍的區(qū)域劃分成多個(gè)小區(qū)域進(jìn)行分布式計(jì)算,降低計(jì)算量與響應(yīng)時(shí)間,在保障位置服務(wù)精度的同時(shí)有效降低了數(shù)據(jù)傳輸與解算模塊的負(fù)荷,提升了服務(wù)的穩(wěn)定性;同時(shí),通過“發(fā)布七參數(shù)”作業(yè)模式,以及將數(shù)據(jù)解算和播發(fā)服務(wù)管理進(jìn)行分離的技術(shù),在確保地心坐標(biāo)系到地方坐標(biāo)系的“真七參數(shù)”及用于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中的“過渡七參數(shù)”保密性的前提下,實(shí)現(xiàn)了用戶能夠?qū)崟r(shí)測得高精度的地方坐標(biāo)和正常高。系統(tǒng)有效地監(jiān)管用戶,并根據(jù)用戶需求進(jìn)行了功能擴(kuò)展,建立了嚴(yán)謹(jǐn)完善的基站管理機(jī)制和科學(xué)自動(dòng)化的服務(wù)流程,集運(yùn)維、監(jiān)測、數(shù)據(jù)處理為一體的面向現(xiàn)代測繪管理體系的多層次、多節(jié)點(diǎn)運(yùn)維管理平臺(tái),能夠安全、可靠、穩(wěn)定地提供社會(huì)化服務(wù),實(shí)現(xiàn)服務(wù)海量化的同時(shí)保障服務(wù)高精度。