延邊州GPS 綜合信息服務系統(tǒng)測試研究

崔光哲

(延邊國土資源勘測規(guī)劃大隊，吉林 延吉 133001)

GPS 綜合信息服務系統(tǒng)(簡稱YBGTCORS)是由7 個GNSS 基準站組成的GNSS 區(qū)域網(wǎng)(稱為參考站網(wǎng))組成，覆蓋延邊核心地帶。此系統(tǒng)能夠準確采集高精度的原始數(shù)據(jù)，提供高精度的GNSS 差分改正數(shù)據(jù)，構建服務于社會的地理信息數(shù)據(jù)采集平臺［1～3］。

YBGTCORS 自2009 年10 月完成系統(tǒng)與城市平面坐標系的聯(lián)測后，進入初步應用階段。為了對系統(tǒng)各項設計指標進行評價，評定系統(tǒng)是否達到設計要求，延邊國土資源勘測規(guī)劃大隊組織了系統(tǒng)RTK 實時定位精度、空間可用性、時間可用性和定位服務時效性的專項測試。

1 自然概況

延邊屬于長白山高山區(qū)，山高林密。從全區(qū)地形地貌情況來看，除城市建城區(qū)、建制鎮(zhèn)區(qū)外，山地和林區(qū)能見度差，通訊系統(tǒng)覆蓋率低，存在不少盲區(qū)。這些自然條件對CORS 系統(tǒng)的空間可用性、時間可用性及定位服務時效性都有一定的影響。

2 RTK 實時定位測量精度及測試地點選擇

RTK 實時定位測量精度是指用戶在實地作業(yè)時，通過系統(tǒng)播發(fā)的VRS 改正信息，可以得到實時定位服務的精度。影響RTK 實時定位測量精度的可能因素有測站衛(wèi)星分布情況(可用衛(wèi)星數(shù)和衛(wèi)星天空視圖)、通信質量狀況(是否收到VRS 改正信息)、系統(tǒng)定位算法的優(yōu)劣等［4］。RTK 實時定位測量精度測試通過RTK 實時定位測試的外符合精度對系統(tǒng)定位精度作出評定。外符合精度是指測量值與已知值之差，反映系統(tǒng)的可靠性及與城市坐標系統(tǒng)的兼容性。

延邊地區(qū)沒有建立全區(qū)域性的統(tǒng)一坐標控制網(wǎng)。全州8 個縣(市)和獨立工(礦)、水利、發(fā)電、旅游等企(事)業(yè)單位都是根據(jù)各自的需要先后建立了獨立的控制網(wǎng)(近似1954 年北京坐標系)作為城建規(guī)劃、國土管理、工程測量的定位依據(jù)。為全面反映系統(tǒng)與各縣(市)獨立控制網(wǎng)之間的兼容程度和不同地域對系統(tǒng)定位結果可能產(chǎn)生的影響，本次RTK 實時定位測試，選擇具有代表性的3 個縣(市)城區(qū)獨立控制網(wǎng)，采用CDMA 方式，選擇25 個縣(市)國土、規(guī)劃部門提供的獨立控制網(wǎng)的首級控制點。其中，敦化市建城區(qū)8 個點，延吉市建城區(qū)8 個點，琿春市建城區(qū)9 個點。本次RTK 實時定位測量的測試點貫穿延邊地區(qū)中部(兩個邊界點，一個中心點)，具有一定的代表性，也是目前頻繁應用的控制點，能在一定程度上滿足系統(tǒng)用戶真實的定位需求。

3 測試方法

3.1 外符合精度測試

取一個點，上網(wǎng)3 次，每次上網(wǎng)得到3 次固定解(Fix Solution)測量值和獲得初始固定解的時間。每點共獲得9 個固定解測量值和3 個初始固定解的時間。對三個縣(市)獨立控制網(wǎng)的RTK 實時定位測試的1 000 多個測量數(shù)據(jù)進行了外符合精度統(tǒng)計。

采用選定的轉換參數(shù)將本次各測點的RTK 實時定位測量的平均WGS－84 坐標轉換為3 個測試區(qū)域獨立坐標系坐標，再將轉換值與已知值進行比較，即可得出3 個測試區(qū)各測點的外符合性分布情況，最后計算系統(tǒng)在X、Y方向的外符合精度(由于延邊地區(qū)沒有做三維控制網(wǎng)改造和擬大地水準面精化，高程精度暫不做評定)［5］。

3.2 空間可用性測試

空間可用性是用戶能夠得到RTK 固定解的區(qū)域范圍。此項測試利用與RTK 實時定位精度測試相同的儀器設備(R8GNSS)，采用CDMA 方式在網(wǎng)絡圖形外每10 km 測試1 次，在接近國內其他類似系統(tǒng)的極限距離后，每1 000 m 測試1 點，直至確定不能測出RTK 固定解的點，然后在該點前后分別以100 m 間隔測試RTK 固定解極限距離［4］。

本次空間可用性測試在龍井—三合、龍井—開山屯、汪清—羅子溝、琿春—春化、安圖—二道白河、敦化—額穆等6 條縣級公路上進行。這些點位于通往國界、省界和地區(qū)界的6 條公路上，接近延邊地區(qū)邊緣，基本上覆蓋全延邊地區(qū)。

3.3 時間可用性測試

YBGTCORS 所要求的最少有效衛(wèi)星數(shù)是5顆，如果某一時刻有效衛(wèi)星數(shù)少于5 顆時，系統(tǒng)則無法向用戶提供RTK 實時定位服務，用戶應避免在該時間段從事RTK 作業(yè)。由于系統(tǒng)站間距平均為78.4 km，各站跟蹤衛(wèi)星、處理衛(wèi)星和解算衛(wèi)星情況基本一致［6］。

3.4 定位服務時效性測試

本次測試中，采用CDMA 方式定位，從上網(wǎng)到獲得固定解的平均時間是9 s，最短時間是延吉市D08G 點3 s，最長時間是敦化市葦子溝南山30 s，就是說在YBGTCORS 系統(tǒng)范圍內CDMA 方式作業(yè)一般在30 s 內可獲得固定解［6］。

4 結果與分析

4.1 外符合精度統(tǒng)計

YBGTCORS 對各區(qū)域實時定位測試外符合精度統(tǒng)計見表1。

表1 YBGTCORS 對各區(qū)域實時定位測試外符合精度統(tǒng)計Tab.1 The outer corresponding accuracy statistics of real－time location test of each area by YBGTCORS

從表1 中可以看出，敦化市城區(qū)外符合精度X 方向為1.20 cm，Y 方向為1.40 cm;延吉市城區(qū)X 方向為2.00 cm，Y 方向為1.50 cm;琿春市城區(qū)X 方向為0.90 cm，Y 方向為1.70 cm。敦化、延吉、琿春市城區(qū)內YBGTCORS 實時定位測試外符合定位精度滿足設計要求。

4.2 空間可用性測試

系統(tǒng)測試得到固定解極限距離見表2。

表2 YBGTCORS 固定解極限距離測試統(tǒng)計Tab.2 The test statistics of YBGTCORS fixed solution critical distance

從表2 中可以看出，空間可用性優(yōu)于設計指標。從本項測試及定位精度外業(yè)測試記錄情況可以看出，以各基準站為圓心，半徑50 km 以內流動站只要可以接收到5 顆以上衛(wèi)星，均可獲得RTK 固定解?？烧J為在延邊州范圍內(8個縣市區(qū)內非完全遮蔽區(qū))系統(tǒng)有效覆蓋率達100%。80 km 以內流動站只要可以接收到5顆以上衛(wèi)星，通訊網(wǎng)絡均能覆蓋，可得到厘米級RTK 實時定位精度。

4.3 時間可用性測試

延邊是中高緯度地區(qū)，電離層變化平穩(wěn)，系統(tǒng)各基準站24 h 內有效衛(wèi)星的最少顆數(shù)為8顆，系統(tǒng)對各站系統(tǒng)可用性24 h 統(tǒng)計見圖1。

圖1 各站衛(wèi)星跟蹤情況和系統(tǒng)可用性統(tǒng)計Fig.1 The satellite tracking condition of each station and system availability statistics

從圖1 可以看出，YBGTCORS 系統(tǒng)24 h可用性為97.5%，優(yōu)于系統(tǒng)設計全天可用性95%。時間可用性測試優(yōu)于設計指標。

4.4 定位服務時效性測試

在區(qū)域范圍內，采用CDMA/GPRS 方式需25 s 左右系統(tǒng)得到從流動站用戶發(fā)送而來的GGA 數(shù)據(jù)信息(用戶概略位置)，并依此生成用戶虛擬站，然后系統(tǒng)將虛擬站的誤差改正信息發(fā)送給用戶，一般用戶在收到該信息20 s 內可獲得固定解(Fix Solution)。即在市域范圍內，采用CDMA/GPRS 方式定位一般45 s 內可以獲得固定解。定位服務時效性滿足要求。

5 小結

2009 年10 月，延邊州完成YBGTCORS 系統(tǒng)與城市平面坐標系聯(lián)測后進入初步應用階段。為了對系統(tǒng)各項設計指標進行評價，評定系統(tǒng)是否達到設計要求，延邊國土資源勘測規(guī)劃大隊組織了系統(tǒng)RTK 實時定位精度、空間可用性、時間可用性和定位服務時效性專項測試。結果表明:敦化、延吉、琿春市城區(qū)內YBGTCORS 實時定位測試外符合定位精度滿足設計要求;80 km 以內流動站只要可以接收到5 顆以上衛(wèi)星，通訊網(wǎng)絡均能覆蓋，可得到厘米級RTK 實時定位精度;時間可用性測試中系統(tǒng)全天可用性為97.5%，優(yōu)于系統(tǒng)設計全天可用性95%;在市域范圍內，采用CDMA/GPRS 方式定位，一般45 s 內可以獲得固定解，定位服務時效性滿足要求。綜合來看，YBGTCORS 系統(tǒng)的各項指標達到設計要求，可以滿足系統(tǒng)用戶真實的定位需求。

［1］黃俊華，陳文森.連續(xù)運行衛(wèi)星定位綜合服務系統(tǒng)(CORS)建設與應用［M］.北京:科學出版社.

［2］李雙福，劉慶忠，蘆靜，等. 基于DGPS 的SPOT5 遙感影像幾何精校正研究［J］. 吉林林業(yè)科技，2013，42(1):26－29.

［3］王建宇，初照，鄭加柱. GPS 天線相位中心檢定方法的研究［J］.森林工程，2013，29(4):79－82.

［4］安艷輝，史照良.全球衛(wèi)星導航定位連續(xù)運行參考站網(wǎng)的技術探討——以JSCORS 徐州試點工程為例［J］.現(xiàn)代測繪，2006，29(6):3－6.

［5］李江衛(wèi)，肖建華，高光星，等.武漢市連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務系統(tǒng)(WHCORS)測試與分析［J］.城市勘測，2007，(1):9－12.

［6］張偉.虛擬參考站(VRS)系統(tǒng)的建設與研究［D］.長春:吉林大學，2008.