TM-CORS系統(tǒng)實時定位精度檢測方法研究與應(yīng)用

張自賓

TM-CORS系統(tǒng)實時定位精度檢測方法研究與應(yīng)用

張自賓

CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)定位精度等指標(biāo)是該系統(tǒng)正常運行與使用的核心指標(biāo)，本文對比較成熟的多種網(wǎng)絡(luò)定位精度檢測方法進行了對比和討論，最后采用已知點檢測、網(wǎng)絡(luò)實時RTK觀測值與靜態(tài)定位解算結(jié)果比較檢測法、固定基線長度檢測方法對TM-CORS系統(tǒng)進行檢測，通過實踐驗證了該系統(tǒng)的定位精度和可靠性。

網(wǎng)絡(luò)RTK；定位精度；精度檢測；靜態(tài)定位

1 引言

連續(xù)運行參考站網(wǎng)CORS(Continuously Operating Reference Stations，)是利用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，按一定距離建立一個或若干個，長年連續(xù)運行的固定定位參考站，利用數(shù)據(jù)通信設(shè)備、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，向已授權(quán)用戶自動地發(fā)布不同類型的RTK、RTD等改正數(shù)據(jù)，而組成的一個網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)[1]。同煤網(wǎng)絡(luò)定位系統(tǒng)即TM-CORS，采用SmartTrack+和SmartCheck+技術(shù)，配備三臺參考站接收機GRX1200+和系統(tǒng)管理軟件Spider。該系統(tǒng)在礦區(qū)內(nèi)新建3個連續(xù)運行衛(wèi)星參考站基礎(chǔ)，分別為：塔山站（tash）、燕子山站（yzsh）、鐵峰站（tief）,平均邊長34 Km，覆蓋面積：2 123.7 Km2，形成大同煤田范圍的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)全覆蓋。各參考站的觀測數(shù)據(jù)通過同煤內(nèi)網(wǎng)傳送至管理中心。經(jīng)過處理，通過專網(wǎng)向已授權(quán)用戶發(fā)布多種格式的差分?jǐn)?shù)據(jù)和定位測量數(shù)據(jù)。

TM-CORS系統(tǒng)建成后，需要對系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)定位精度、時間和空間可用性、定位速度和不同品牌接收機的兼容性等進行整體測試，評價系統(tǒng)成果是否達到設(shè)計所要求的精度，用戶確?？梢苑判氖褂?。本文主要對比較成熟的網(wǎng)絡(luò)定位和單參考站定位精度的多種測試方法進行了分析和研究，提出了一些有益的見解。并對同煤集團的TM-CORS系統(tǒng)實時定位精度進行了檢測，對該系統(tǒng)的使用者起到了一定的幫助和指導(dǎo)作用。

2 CORS系統(tǒng)定位精度檢測方法[2 -4 ]

CORS的主要優(yōu)點是實時網(wǎng)絡(luò)定位精度高、可信度高，并且可提供常規(guī)電臺頻段RTK定位、網(wǎng)絡(luò)實時RTK定位以及精密單點定位等多種服務(wù)。衡量該系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)有網(wǎng)絡(luò)RTK的定位精度、效率和可信度等，比較成熟和容易操作的檢測方法有下面幾種。

2.1 已知點檢測法

CORS實時定位精度檢測中比較成熟而且容易操作的方法為已知點檢測法。它是通過在網(wǎng)絡(luò)定位范圍內(nèi)選擇若干具有代表性的且地方坐標(biāo)已知的控制點，將流動站安置在已知點上，選擇實時網(wǎng)絡(luò)定位，并記錄坐標(biāo)數(shù)據(jù)。然后對記錄的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，得到若干檢測點的網(wǎng)絡(luò)RTK定位內(nèi)、外符合精度。

（1）內(nèi)符合精度計算：

（2）外符合精度計算：

式中：n為已知點的野外實測總數(shù)；為該點所有觀測值與觀測值平均值的差值，根據(jù)（1）、（2）式可計算各個點在X，Y，H三個方向的內(nèi)、外符合精度。

此方法操作過程簡單，易于實現(xiàn)，但是檢測點的坐標(biāo)必須是已知的，如果在系統(tǒng)范圍沒有已知點，該方法只能對內(nèi)符合精度進行檢測。

2.2 RTK觀測值與靜態(tài)定位結(jié)果比較法

靜態(tài)定位主要采用事后相對定位的方法，即首先將檢測點靜態(tài)記錄數(shù)據(jù)與參考站同步的靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)做基線解算，然后約束參考站坐標(biāo)對基線平差，進而得到檢測點的靜態(tài)解算坐標(biāo)。靜態(tài)解算坐標(biāo)為真值，RTK坐標(biāo)值與靜態(tài)解算坐標(biāo)值比較，來確定系統(tǒng)RTK解算坐標(biāo)的精度和可靠性。精度檢測計算方法與已知點檢測法類似。

實時動態(tài)RTK解算結(jié)果，實質(zhì)上是單點定位的結(jié)果，廣播星歷、周跳和數(shù)據(jù)丟失等問題都會存在，而靜態(tài)定位解算可避免這些誤差來源，將平差解算結(jié)果作為參考值，用來確定實時動態(tài)RTK解算結(jié)果的精度和可靠性，不僅可以避免沒有已知點的問題，而且可以對觀測成果成批檢核。但是多基站長距離數(shù)據(jù)解算問題在很多靜態(tài)平差處理軟件中都沒能很好解決，因此在多基站長距離條件下，實時動態(tài)RTK觀測精度，無法得到有效檢測。

2.3 動態(tài)規(guī)則幾何軌跡檢測法

動態(tài)規(guī)則幾何軌跡法可以實現(xiàn)流動站在運動情況下網(wǎng)絡(luò)解算的定位精度和軌跡離散的檢測，有無已知點的地面上均可采用此方法布設(shè)直線，三角形，矩形規(guī)則等幾何軌跡。基本方法是將流動站以一定的速度沿著設(shè)計的軌跡運動，計算得到運動各點的離散軌跡與實際軌跡之間的偏離值，以此衡量系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)定位精度，具體方法如圖1所示。

圖1 規(guī)則矩形軌跡

設(shè)A、D兩點的平面坐標(biāo)為A(xAyA)、D(xDyD)，則過A、D兩點的直線方程可用下式計算：

E為運動軌跡點，令其平面坐標(biāo)為，點E到直線AD的距離即為軌跡偏差值，用下式計算：

這種方法對于CORS系統(tǒng)運動狀態(tài)時的定位檢測比較適合。

2.4 固定基線長度檢測法

固定基線長度檢測方法是通過在運動載體上架設(shè)的接收機來檢測CORS系統(tǒng)定位精度，因為接收機在運動載體上是固定不變的，通常情況下這種運動載體不容易選取，可在地面布設(shè)多個已知點，用全站儀測量各個點之間的基線長度作為真值，流動站記錄各個點位的網(wǎng)絡(luò)RTK坐標(biāo)值，反算其距離與固定基線長度比較來檢測系統(tǒng)精度。

這種方法只能檢測固定邊長的定位精度，無法反應(yīng)點位坐標(biāo)分量的變化情況，因此存在不能確定坐標(biāo)分量定位精度的缺點。

以上四種檢測方法的靜態(tài)定位解算可采用快速靜態(tài)定位的方法，精度優(yōu)于網(wǎng)絡(luò)RTK定位結(jié)果，適合于高精度、搶險救援工作。已知點檢測和固定基線檢測更適合于外業(yè)工作時系統(tǒng)精度檢測，確保成果的正確性。

3 TM-CORS系統(tǒng)定位精度檢測

TM-CORS系統(tǒng)由參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理中心子系統(tǒng)、用戶單元子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)組成。TM-CORS系統(tǒng)建成后，為了保證系統(tǒng)的可靠性，我們通過外業(yè)實測數(shù)據(jù)，采用已知點檢測法、網(wǎng)絡(luò)實時RTK觀測值與靜態(tài)定位解算結(jié)果比較檢測法、固定基線長度檢測法對其定位精度進行檢測。

1、已知點檢測法，TM-CORS系統(tǒng)坐標(biāo)框架為CGCS2000坐標(biāo)系，但是同煤集團大部分礦井采用的是1964年礦區(qū)獨立坐標(biāo)系統(tǒng)，因當(dāng)時大同煤田三角網(wǎng)采用測角方法，使用基南、基北做為控制導(dǎo)線，測角精度不高，手工平差，整網(wǎng)精度不均勻，少部分控制點坐標(biāo)偏差在0.5 m左右，TM-CORS系統(tǒng)與1964礦區(qū)獨立坐標(biāo)系聯(lián)測坐標(biāo)變化量在0.15 m左右，所以我們只對其CGCS2000坐標(biāo)系的內(nèi)符合精度進行檢測，TMCORS系統(tǒng)投入使用時，坐標(biāo)系統(tǒng)采用局部控制點三維點校正的方法。

我們分別在TM-CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算范圍內(nèi)選取了15個、網(wǎng)外25 Km以內(nèi)選取了5個具有代表性的點，表1為內(nèi)符合精度統(tǒng)計表。大同煤田位于山區(qū)，作業(yè)范圍基本都是2G網(wǎng)絡(luò)信號，網(wǎng)絡(luò)傳輸有延遲性，由統(tǒng)計結(jié)果我們可以看出TM-CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK定位內(nèi)符合平面精度整體優(yōu)于3 cm，高程精度優(yōu)于5 cm，系統(tǒng)整體內(nèi)符合精度滿足要求。

表1 已知點檢測法內(nèi)符合精度統(tǒng)計表

2、網(wǎng)絡(luò)實時RTK觀測值與靜態(tài)定位解算結(jié)果比較檢測法，在TM-CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)選取10個固定點，實時記錄網(wǎng)絡(luò)RTK定位觀測數(shù)據(jù)，流動站關(guān)機重啟再次記錄觀測數(shù)據(jù)，取其平均值作為最終觀測數(shù)據(jù)，最后將流動站設(shè)置為靜態(tài)數(shù)據(jù)采集模式，記錄靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)10分鐘，使用基座嚴(yán)格對中整平，并量取天線高，靜態(tài)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用Spider軟件快速靜態(tài)虛擬固定解坐標(biāo)進行平差解算。RTK網(wǎng)絡(luò)解與靜態(tài)解算結(jié)果差值統(tǒng)計見圖2，從圖中可以看出除JC03點之外，其他檢測點在X、Y方向變化量比較均勻，整體高程精度也滿足要求。

圖2 RTK觀測值與靜態(tài)解算結(jié)果差值統(tǒng)計圖

3、固定基線長度檢測法，通常情況下運動載體不容易選取，所以在TM-CORS系統(tǒng)外業(yè)檢測中選取了6個固定點，用全站儀測量各個點之間的基線長度作為真值，流動站記錄各個點位的網(wǎng)絡(luò)RTK坐標(biāo)值，流動站關(guān)機重啟再次記錄觀測數(shù)據(jù)，取其平均值作為最終觀測結(jié)果，然后將解算類型改為單站解算類型（距離最遠(yuǎn)的參考站），重復(fù)上面操作流程，最后反算各點之間的網(wǎng)絡(luò)解算RTK距離和單站解算RTK距離，并與全站儀所測基線長度計算差值。表2為選取其中三條基線差的統(tǒng)計結(jié)果，由統(tǒng)計結(jié)果可以看出網(wǎng)絡(luò)解算精度明顯優(yōu)于單站解算精度，這主要由于檢測點與參考站距離有關(guān)，但是系統(tǒng)總體精度還是滿足要求的。

表2 固定基線長度檢測結(jié)果統(tǒng)計表

4 結(jié)束語

通過外業(yè)實測數(shù)據(jù)對TM-CORS系統(tǒng)定位精度的檢測，分析出該系統(tǒng)已知點內(nèi)符合精度，網(wǎng)絡(luò)RTK解算定位精度，單站解網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度等均滿足要求，先后為王村煤業(yè)、姜家灣煤業(yè)、安平煤業(yè)等煤礦的應(yīng)急搶險救援工作快速、精準(zhǔn)的實地放樣出救援孔孔位坐標(biāo)，確保了救援孔精確鉆進至井下事發(fā)巷道和工作面，保證了救援工作的順利完成。本文所采用的檢測方法和對比結(jié)果對該系統(tǒng)的使用者起到了一定的幫助和指導(dǎo)作用，TM-CORS系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)測量方法的缺點，在同煤集團地面礦山測量工作以及地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與治理等工作中發(fā)揮著重要作用，為同煤集團的建設(shè)和發(fā)展節(jié)省了大量的人力與財力，取得了良好的經(jīng)濟效益。

參考文獻

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Research and application of TM-CORS system real-time positioning accuracy detection method

ZHANG Zi-bin
（Geological Survey Department,Datong Coal Mine Group,Datong Shanxi 037003,China）

In this paper,the existing network positioning accuracy detection methods are carried on the comparison and analysis,and the TM-CORS system is checked and researched by using the known point detection,network realtime RTK observation,static positioning calculating results comparison detection method and fixed baseline length detec?tion method,the practice proves the positioning accuracy and reliability of the TM-CORS system.

Network RTK;Positioning accuracy;Accuracy test;Static positioning

P228.4

B

1000-4866(2016)06-0040-04

10.19413/j.cnki.14-1117.2016.06.012

2016-11-17

張自賓，男，1982年出生，寧夏石嘴山人，碩士生，工程師，主要從事礦山測量方面研究。