大洋山、小洋山地區(qū)RTK定位精度分析

姚煒

【摘 要】隨著GPS技術的飛速進步和應用普及，CORS （Continuously Operating Reference System）作為其重要的基礎設施，在城市測量中的作用已越來越重要。論文結合在大洋山、小洋山地區(qū)實際觀測數(shù)據(jù)，探討在邊緣地區(qū)利用CORS進行網(wǎng)絡RTK測量的精度問題。

【Abstract】With the rapid development of GPS technology and the popularization of application， as the important infrastructure of GPS technology， the CORS （Continuously Operating Reference System） has become more and more important in urban measurement. Based on the actual observation data of Dayangshan and Xiaoyangshan areas， this paper discusses the accuracy of using CORS in the marginal area to measure the network RTK.

【關鍵詞】CORS；精度；大洋山；小洋山

【Keywords】 CORS； accuracy； Dayangshan； Xiaoyangshan

【中圖分類號】U495 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）09-0163-03

1 引言

當下，利用CORS進行網(wǎng)絡RTK（Real - time kinematic，實時動態(tài)差分法）測量的技術在測繪工程等各個領域得到了廣泛的應用，其優(yōu)勢在于其測量技術精度高、效率高、并且相鄰點之間不需要考慮通視問題、儀器操作方便、氣候環(huán)

境因素影響較小等優(yōu)點。上海市連續(xù)運行參考站系統(tǒng)

（簡稱SHCORS）就是基于該理念下誕生的，它高度集成了衛(wèi)星、計算機和數(shù)字通訊等多方面的技術，并且它的優(yōu)點在于全天候實時提供整個上海市范圍的高精度三維坐標和時間信息。

在上海市區(qū)地帶，一般情況下RTK測量的平面坐標各測回之間變化大部分都在1cm以內(nèi)，平面精度很穩(wěn)定，即使高程的測回互差起伏較大，但也能基本上滿足要求。由于大洋山、小洋山屬于上海CORS的外圍邊緣地區(qū)，其坐標精度是否還能滿足工程控制測量要求還需進一步實地檢驗。本文將通過實測數(shù)據(jù)對此情況進行觀點闡述。

2 RTK定位技術

2.1 小洋山、大洋山地區(qū)概況

大洋山為浙江省崎嶇列島的主島，是嵊泗縣洋山鎮(zhèn)政府駐地，與小洋山隔海相望，位于東海之濱。東北距縣城菜園鎮(zhèn)39.6公里，西北距上海市蘆潮港35公里。島嶼呈螺旋槳狀，東西走向，長4公里，南端寬1.3公里北部寬200～300米，陸域面積4.19平方公里，海岸線長16.7公里，島嶼四周為山，中間谷地較開闊，最高點大山海拔204米。

小洋山為崎嶇列島第二大島，曾是小洋鄉(xiāng)政府所在地。北距上海蘆潮港30公里，東距嵊泗縣城菜園鎮(zhèn)39.2公里。島呈“士”字形，南北走向，兩頭寬大高聳，中部狹小低平。長約2.5公里，寬700米，陸域面積1.76平方公里，其中丘陵面積1.71平方公里。島上群峰起伏，山勢陡峭，平地甚少，多裸巖，最高點為南部大觀音山，海拔141.7米。海岸線長14.21公里。其屬于上海深水港，由東海大橋連接。大洋山、小洋山處于上海 CORS的東南角方位，具體位置詳見圖1。

2.2 連續(xù)運行參考站系統(tǒng)CORS與虛擬參考站VRS技術

在當前的測繪領域，連續(xù)運行參考站系統(tǒng)CORS被大量引入其中，已經(jīng)發(fā)展成不可或缺的一門技術。從CORS系統(tǒng)最初被引入進測繪行業(yè)開始，它就給傳統(tǒng)的測繪方式帶來了深遠的影響，也為現(xiàn)代測繪地理服務奠定了基礎。

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)可以建設一個或若干個固定的、連續(xù)運行的GPS參考站，利用現(xiàn)代計算機、數(shù)據(jù)通信和互聯(lián)網(wǎng)（LAN/WAN）技術組成的網(wǎng)絡，實時的向不同類型、不同需求、不同層次的用戶自動地提供經(jīng)過檢驗的不同類型的GPS觀測值（載波相位、偽距）、各種改正數(shù)、狀態(tài)信息以及其他有關GPS服務項目的系統(tǒng)[1]。

虛擬參考站VRS技術就是在一定區(qū)域內(nèi)架設一定數(shù)量的基準站，精確測定這些基準站的位置及變化率，基準站連續(xù)接收衛(wèi)星信號，將信息傳送至信息處理中心，數(shù)據(jù)處理中心同時接收流動站發(fā)送的接收機概略位置信息，數(shù)據(jù)處理中心會根據(jù)移動站的位置，選擇與之較近或定位精度較好的基準站信息，“虛擬”出一個參考站，然后根據(jù)各基準站上誤差信息通過一定的數(shù)學模型內(nèi)插出該虛擬站的誤差，將虛擬出的流動站改正數(shù)據(jù)播發(fā)給流動站，這樣虛擬參考站的位置通常是在移動站真實位置的周圍5米范圍內(nèi)，保證了虛擬參考站與流動站誤差的相關性[2]。

2.3 網(wǎng)絡RTK定位中的誤差源

網(wǎng)絡RTK定位誤差主要是由基準站GPS觀測誤差、流動站觀測誤差和差分誤差信息的數(shù)學內(nèi)插模型等引起的。其中前兩項誤差與GPS定位中出現(xiàn)的誤差基本等同，以系統(tǒng)誤差的危害性為重，并大多有規(guī)律可循[3]。

基準站GPS觀測誤差包括：基準站點坐標誤差；衛(wèi)星星歷誤差；衛(wèi)星鐘差；電離層延遲誤差；對流層延遲誤差；多路徑誤差；基準站接收機誤差。

流動站GPS觀測誤差包括：與基準站同性質誤差；接收機測量噪聲影響；地形條件的影響；人為觀測誤差。

在實際工作中，RTK觀測環(huán)境對固定解的獲得影響尤其嚴重，主要是集中在接收機測量噪聲、多路徑誤差、對流層延遲誤差等方面。但是有時也發(fā)現(xiàn)即使是在空曠的地區(qū)，并且也處于白天中午，但是RTK數(shù)據(jù)仍無法快速得到固定解，甚至是無法固定。這種情況一般就屬于受當時大氣電離層的干擾較大。考慮到這一情況，所以在大洋山、小洋山地區(qū)的數(shù)據(jù)采集中，通過對數(shù)據(jù)采集地點的篩選，盡量排除受電離層影響的可能性，讓RTK數(shù)據(jù)質量受基站影響的比例最大化。

3 數(shù)據(jù)分析及結論

3.1 系統(tǒng)內(nèi)符合精度統(tǒng)計

在觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，經(jīng)常使用系統(tǒng)內(nèi)符合精度來衡量實際觀測值誤差的收斂程度和它的穩(wěn)定性。同時在一般工程項目中，它也會作為實測點位精度的主要參考標準來進行統(tǒng)計。

統(tǒng)計操作方式是：

首先求出所有觀測點坐標的平均值，即空間坐標（xi ， yi ， zi）各個分量上的算術平均值；

其次遍歷所有觀測點坐標，將其與之前得到的平均值相減；最后統(tǒng)計出差值的概率分布。

具體計算公式如下：

其中，n為每一測點測量值總數(shù)；v為測點測試值（xi，yi，zi）分別與相應測試算術平均值在X、Y、H方向的差值；M為系統(tǒng)分別在X、Y、H方向的內(nèi)符合精度算術平均值中誤差，反映系統(tǒng)實時定位的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的收斂性。

根據(jù)公式（1）計算觀測數(shù)據(jù)分別在X、Y、H方向上最大值、最小值和平均值，并統(tǒng)計各區(qū)間的分布數(shù)量。最終統(tǒng)計結果如表1所示。

3.2 結論

從表1中數(shù)據(jù)的統(tǒng)計情況可知，大洋山、小洋山地區(qū)RTK的平面坐標內(nèi)符合精度約0～4cm，最大值不超過6cm。而該地區(qū)的高程內(nèi)符合精度明顯比平面坐標精度更低，而且由于受區(qū)域性似大地水準面的精度、坐標系統(tǒng)不一致性的影響，高程精度一直被認為不可靠。因此，在本次數(shù)據(jù)比較中僅列出高程數(shù)據(jù)的內(nèi)符合精度以供參考。

綜上說述，在大洋山、小洋山地區(qū)使用上海CORS進行網(wǎng)絡RTK測量是很困難的，尤其是控制測量。而對精度要求不高的工程測量而言，雖然也可以進行RTK測量，但由于系統(tǒng)觀測值誤差收斂以及穩(wěn)定性不好，因此需要對數(shù)據(jù)成果進行嚴密地校驗后方可使用。

【參考文獻】

【1】徐文兵.GPS連續(xù)運行參考站系統(tǒng)（CORS）定位精度的可靠性研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2009.

【2】柏柳，肖鸞，胡友健，等.CORS的精度及其穩(wěn)定性研究[J].河南理工大學學報，2005，24（4）：283-288.

【3】楊崴， 劉業(yè)光.CORS系統(tǒng)定位精度可靠性分析 [C].廣東省2010年度城市測量與工程測量學術交流會論文集，2010.endprint