CORS定位誤差來(lái)源與精度分析

苑慶中 劉玉臣 聊城市水利局,山東 聊城252000

1 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

CORS的全稱是Continuous Operational Reference System，是集衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、 數(shù)字通訊技術(shù)等手段為一體，利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)RTK差分信息生產(chǎn)方式有虛擬參考站法VRS（Virtual Reference Station）、區(qū)域改正法FKP（Area Correction Parameter）和主輔站技術(shù)MAC（Masterauxiliary concept）。VRS是較成熟的方法。

VRS網(wǎng)絡(luò)中，各固定參考站不直接向移動(dòng)站發(fā)送任何改正信息，而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊線發(fā)給控制中心，同時(shí)，移動(dòng)站在工作前，先通過(guò)GSM的短信息功能向控制中心發(fā)一個(gè)概略坐標(biāo)，控制中心收到該位置信息后，根據(jù)用戶位置，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇最佳的一個(gè)固定基準(zhǔn)站，根據(jù)這些站發(fā)來(lái)的信息，整體改正GPS的軌道誤差、電離層、對(duì)流層、大氣折射等引起的誤差，將高精度的差分信號(hào)發(fā)給移動(dòng)站。該差分信號(hào)的效果相當(dāng)于在移動(dòng)站旁生產(chǎn)一個(gè)虛擬的參考站，解決了RTK作業(yè)距離的限制問(wèn)題，并保證了用戶的精度。

1.1 VRS的優(yōu)勢(shì)：

1.1.1 允許服務(wù)器應(yīng)用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息來(lái)計(jì)算電離層和對(duì)流層的復(fù)雜模型。

1.1.2 消除了對(duì)流層誤差，在整個(gè)VRS生產(chǎn)步驟中對(duì)流層模型是一致的，而在FKP模式中，則存在著服務(wù)器和流動(dòng)站所用對(duì)流層模型不一致的危險(xiǎn)。

1.1.3 成果的可靠性、信號(hào)可利用性和精度水平在系統(tǒng)的有效覆蓋范圍內(nèi)大致均勻，同離開(kāi)參考站的距離無(wú)明顯相關(guān)性。費(fèi)用大幅度降低，70km的邊長(zhǎng)使GPS網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用大大降低，用戶不再架設(shè)自己的基準(zhǔn)站；相對(duì)傳統(tǒng)的RTK，提高了精度，1ppm的概念沒(méi)了，在VRS網(wǎng)絡(luò)控制范圍內(nèi)，精度始終在1～2cm；采用多個(gè)參考站的聯(lián)合數(shù)據(jù)，可靠性隨之提高。VRS網(wǎng)絡(luò)RTK解算模式下，流動(dòng)站到虛擬參考站（VRS）保持在幾十米的距離，RTK固定解的比例誤差部分可以忽略不計(jì)，只余固定誤差部分。采用VRS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在CORS系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)RTK精度的均衡比，并提高RTK收斂速度及固定解的可靠性。

1.2 VRS的劣勢(shì)：在支持流動(dòng)站進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)用方面有一定的局限性，特別是在大型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)、在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行撥號(hào)服務(wù)的時(shí)段。在VRS中，修正信息是在撥號(hào)時(shí)根據(jù)初始流動(dòng)站的位置計(jì)算基線得到，若流動(dòng)站在撥號(hào)后位置移動(dòng)，則該修正對(duì)流動(dòng)站的新位置不一定合適。雖然這種效果僅影響長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)站，但通過(guò)采用附加的信息，流動(dòng)站也能在該情況下工作。需選一個(gè)主參考站，若主參考站出故障，需重新選擇，服務(wù)產(chǎn)生間斷；傳輸數(shù)據(jù)量較大。

2 網(wǎng)絡(luò)RTK的誤差來(lái)源及應(yīng)對(duì)措施

2.1 與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差及削弱

2.1.1 衛(wèi)星星歷誤差，通過(guò)建立衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立測(cè)軌、軌道改進(jìn)法、同步求差法等，在平差模型中將星歷中給出的衛(wèi)星軌道參數(shù)作為未知參數(shù)納入平差模型，通過(guò)平差同時(shí)得到測(cè)站位置及軌道偏移改正數(shù)。

2.1.2 衛(wèi)星鐘的誤差，采用鐘差改正法和差分技術(shù)削弱。

2.2 與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差及削弱

2.2.1 電離層延遲，利用雙頻接收機(jī)將L1和L2的觀測(cè)值進(jìn)行線性組合來(lái)削弱電離層的影響、利用2個(gè)以上觀測(cè)站同步觀測(cè)量求差、利用電離層模型加以改正、選擇有利觀測(cè)時(shí)段。

2.2.2 對(duì)流層延遲，利用同步觀測(cè)量求差和對(duì)流層模型加以改正。

2.2.3 多路徑誤差，采用扼流圈天線、能削弱多徑誤差的抑徑天線、參考站和流動(dòng)站附近設(shè)吸收電波材料、選擇視野開(kāi)闊無(wú)反射面的點(diǎn)位。

2.3 與接收機(jī)的誤差及削弱

2.3.1 接收機(jī)鐘的鐘誤差，同步觀測(cè)5顆以上衛(wèi)星，采用對(duì)觀測(cè)值的求差（星間單差，星站間雙差）削弱。

2.3.2 接收機(jī)的位置誤差，通過(guò)對(duì)天線進(jìn)行檢驗(yàn)校正削弱。

2.4 與GPS參考站系統(tǒng)及通信有關(guān)的誤差

同距離有關(guān)的誤差主要部分可通過(guò)多參考站技術(shù)來(lái)削弱，因網(wǎng)絡(luò)RTK自身的解算模型以及參考站系統(tǒng)軟件的調(diào)節(jié)功能，能夠削弱誤差，使網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度均勻，良好的通訊條件是獲取高質(zhì)量RTK成果的保證。

2.5 與作業(yè)人員有關(guān)的誤差及削弱

選擇適當(dāng)時(shí)段，選擇同等精度的高等級(jí)控制點(diǎn)求轉(zhuǎn)換參數(shù)，使腳架對(duì)中整平，準(zhǔn)確量取天線高，設(shè)置適當(dāng)?shù)氖諗恐?，適當(dāng)增加觀測(cè)歷元數(shù)，初始化后重復(fù)觀測(cè)，求取平均值，能有效提高測(cè)量精度。

3 SDCORS簡(jiǎn)介

山東CORS系統(tǒng)：于2011年3月18日正式開(kāi)通，為用戶提供厘米級(jí)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)差分定位服務(wù)（RTCM2.3、RTCM3.0、CMR三種數(shù)據(jù)格式）。由101個(gè)參考站點(diǎn)組成，覆蓋山東省全境，相鄰基線平均邊長(zhǎng)52公里，30～70公里的邊長(zhǎng)占總數(shù)的85%。據(jù)CORS中心統(tǒng)計(jì)分析，GPS網(wǎng)點(diǎn)空間直角坐標(biāo)精度X≤±3.5mm，Y≤±6.0mm，Z≤±4.8mm，GPS網(wǎng)點(diǎn)南北方向的精度≤±2.0mm。點(diǎn)位變化，GPS網(wǎng)點(diǎn)南北方向的變化≤3.0cm，東西方向的變化均≤1cm。系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)RTK精度水平≤3cm，垂直≤5cm；事后精密定位及變形監(jiān)測(cè)精度水平≤5mm，垂直≤10mm。RTK連續(xù)地形模式下外符合精度平面最大值0.0456m，最小值0.0046m，平均值0.0188m；高程最大值0.129m，最小值0005m，平均值0.0363m。

SDCORS使用TOP_NET軟件，采用VRS技術(shù)，所發(fā)送的參數(shù)模型是根據(jù)站點(diǎn)的概率位置，由軟件自動(dòng)計(jì)算形成的區(qū)域性參數(shù)模型。其好處是根據(jù)全省各地的不同外部因素環(huán)境，使用符合本區(qū)域的改正參數(shù)模型。避免全省一個(gè)模型，造成因環(huán)境狀況不同而導(dǎo)致精度下降。

4 網(wǎng)絡(luò)RTK應(yīng)用實(shí)例

在22.7平方公里的某1/1000比例尺地形圖測(cè)量項(xiàng)目區(qū)，使用經(jīng)檢核合格的南方S82T GPS接收機(jī)，利用SDCORS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)，聯(lián)測(cè)了測(cè)區(qū)內(nèi)及周邊均勻分布的4個(gè)C級(jí)（三等水準(zhǔn)精度）、4個(gè)D級(jí)（四等水準(zhǔn)精度）GPS點(diǎn)求取轉(zhuǎn)換參數(shù)，平面和垂直殘差均≤1.6cm，在測(cè)區(qū)布設(shè)一級(jí)GPS點(diǎn)38個(gè)，圖根點(diǎn)350個(gè)，使用腳架對(duì)中整平，重新初始化后獨(dú)立觀測(cè)4次，每次30個(gè)歷元，全采用固定解，各次結(jié)果較差符合限差要求后求平均值。

5 網(wǎng)絡(luò)RTK精度檢測(cè)

為檢驗(yàn)測(cè)量成果的精度和可靠性，我們使用5種檢測(cè)方法。

5.1 已知點(diǎn)檢驗(yàn)法：對(duì)比測(cè)區(qū)附近的3個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn)，平面殘差最大為0.95cm，高程殘差最大為1.2cm.

5.2 與靜態(tài)定位成果對(duì)比法：對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK施測(cè)的18個(gè)一級(jí)GPS點(diǎn)以靜態(tài)模式定位施測(cè)，并施測(cè)了四等水準(zhǔn)精度的高程，比較結(jié)果顯示，平面≤1cm的占72.2%，1～2cm的占22.2%，≥2cm的占5.6%；高程≤2cm的占83.3%，＞2cm的占16.7%。

5.3 相對(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)法：對(duì)相互通視的一級(jí)GPS點(diǎn)，使用經(jīng)檢驗(yàn)合格的2″級(jí)全站儀進(jìn)行邊長(zhǎng)測(cè)量，檢測(cè)的12對(duì)點(diǎn)，相對(duì)誤差均小于1/20000.

5.4 不同歷元檢測(cè)法：對(duì)已經(jīng)施測(cè)的一級(jí)GPS和圖根點(diǎn)，在不同的時(shí)間段，按照相同的要求施測(cè)3次，較差均在限差范圍內(nèi)。

5.5 高程影響檢測(cè)法：假定某點(diǎn)真實(shí)高程為H，對(duì)中桿分三級(jí)，級(jí)差為0.5m，將觀測(cè)值與理論值比較，將試驗(yàn)點(diǎn)分布在整個(gè)測(cè)區(qū)，對(duì)各點(diǎn)觀測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，CORS在高程方面的精度及靈敏度相當(dāng)高。

通過(guò)分析可以看出，網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)能滿足低等級(jí)控制和碎部測(cè)量的精度要求。

6 網(wǎng)絡(luò)RTK的應(yīng)用前景

實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的地面控制到無(wú)控制網(wǎng)系統(tǒng)，不受城市建設(shè)等因素的影響，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)快速提供控制點(diǎn)。滿足地球物理與環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求，進(jìn)行地震、滑坡、板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，減少或避免自然災(zāi)害帶來(lái)的人身財(cái)產(chǎn)損失。為公共安全提供服務(wù)，與電子地圖、無(wú)線電通信網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)車(chē)輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)公共車(chē)輛的防爆、防盜、防火、急救、調(diào)度及特種車(chē)輛運(yùn)行線路的全程監(jiān)控，實(shí)時(shí)對(duì)車(chē)輛導(dǎo)航、跟蹤、信息查詢、緊急求援等。

[1]舒鵬，李建國(guó).GPS連續(xù)參考站系統(tǒng)（CORS）定位進(jìn)度檢測(cè)方法[J].大科技，2010

[2]唐衛(wèi)明,樓益棟等.GPS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)定位精度檢測(cè)方法研究[J].通信學(xué)報(bào)，2006

[3]劉經(jīng)南，劉暉.建立我國(guó)衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行站網(wǎng)的若干思考[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2003

[4]CH/T 2009-2010 全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量（RTK）技術(shù)規(guī)范[M].2010

[5]吳俐民，丁仁軍.網(wǎng)絡(luò)RTK誤差分析與質(zhì)量控制[J].2009全國(guó)測(cè)繪科技信息交流會(huì)曁首屆測(cè)繪博客征文頒獎(jiǎng)?wù)撐募?009