沿海北斗CORS系統(tǒng)穩(wěn)定性及精度測試的研究

周爭橋

摘 要：基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的精密導(dǎo)航定位打破GPS的壟斷，是沿海精密導(dǎo)航定位服務(wù)的重要手段，為掌握沿海北斗CORS系統(tǒng)的運(yùn)行情況及系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標(biāo)是否滿足應(yīng)用要求，需對系統(tǒng)定位精度以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性、連續(xù)性和兼容性等性能指標(biāo)進(jìn)行測試評估。

關(guān)鍵詞：北斗CORS系統(tǒng)；RTK；定位精度測試；內(nèi)符合精度；外符合精度

中圖分類號：U665 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006—7973（2018）4-0033-03

基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航的精密導(dǎo)航系統(tǒng)打破GPS的壟斷，目前，全國各地都建設(shè)了一定數(shù)量的北斗CORS（連續(xù)運(yùn)行參考站）系統(tǒng)為各行業(yè)服務(wù)，為掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，以及系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標(biāo)是否滿足服務(wù)要求，需對系統(tǒng)定位精度以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性、連續(xù)性和兼容性等性能指標(biāo)進(jìn)行測試并評估。本文以珠江口北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)測試為案例，對沿海的北斗CORS系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精度的測試方法及測試技術(shù)進(jìn)行討論研究。

1 系統(tǒng)建設(shè)概況

城市北斗CORS系統(tǒng)的應(yīng)用主要范圍為陸地應(yīng)用，沿海北斗CORS系統(tǒng)既要為近海陸地提供應(yīng)用服務(wù)，更重要的需為近海海上區(qū)域范圍提供服務(wù)，因此，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性及系統(tǒng)精度的測試上，城市北斗CORS系統(tǒng)與沿海北斗CORS系統(tǒng)存在一定的差異性。珠江口北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)，建設(shè)在廣東省內(nèi)珠江口一帶，各北斗CORS基準(zhǔn)站點分布廣州、東莞、蛇口、中山、珠海、江門，應(yīng)用目的范圍覆蓋了珠江口區(qū)域以及重點海域，建設(shè)的10個基準(zhǔn)站分別為侖頭站、桂山站、高欄站、山咀港站、崖南站、南沙站、灣仔站、中山站、大鏟灣站及東莞長安站，基準(zhǔn)站點位分布如圖1所示，各基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)最終通過網(wǎng)絡(luò)專線傳輸，匯入數(shù)據(jù)中心。圖1其中淺藍(lán)色標(biāo)識為基準(zhǔn)站位置，深藍(lán)色直線組成系統(tǒng)覆蓋范圍的網(wǎng)圖，深藍(lán)色線條覆蓋區(qū)域內(nèi)為網(wǎng)內(nèi)（以下簡稱網(wǎng)內(nèi)），深藍(lán)色線條覆蓋區(qū)域外為網(wǎng)外（以下簡稱網(wǎng)外）。數(shù)字代碼為測試自選測試點號。

2 沿海北斗CORS系統(tǒng)測試

2.1系統(tǒng)精度測試方法及數(shù)據(jù)指標(biāo)分析

2.1.1 定位精度測試

定位精度測試主要進(jìn)行RTK實時定位精度測試和事后靜態(tài)

精密定位測試。

（1）RTK實時定位精度測試。本次測試在珠江口北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)的10個基準(zhǔn)站覆蓋的網(wǎng)內(nèi)選取9個控制點，網(wǎng)外10～15公里選取3個控制點，共計12個控制點進(jìn)行測試，這些控制點都在10個基準(zhǔn)站的理論覆蓋范圍內(nèi)。為確保測試結(jié)果的合理可信，網(wǎng)絡(luò)RTK測試采用系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的B、C級精度的控制點作為參考基準(zhǔn)。RTK實時動態(tài)測試需要進(jìn)行兩次連接和初始化，獲取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)源，并選擇一種定位模式，測試采樣間隔為1秒。測試的坐標(biāo)系統(tǒng)采用CGCS2000坐標(biāo)，平面坐標(biāo)的精度評定以控制點所在的中央子午線高斯投影的平面坐標(biāo)進(jìn)行，以CGCS2000坐標(biāo)的大地高為高程方向的比較值。

1）RTK實時動態(tài)測量內(nèi)符合精度統(tǒng)計方法

計算每一測點所有測量值的平均值，再將該平均值與每一測量值求差。統(tǒng)計所有差值的分布情況，并對差值在不同區(qū)間的概率進(jìn)行統(tǒng)計，同時根據(jù)式（1-1）分別計算系統(tǒng)B、L、H方向的內(nèi)符合精度。

取BDS，GPS+GLONASSS，GPS+BDS+GLONASS不同數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)圖表略），通過內(nèi)、外符合精度計算統(tǒng)計，可以看出，系統(tǒng)能夠滿足用戶對實時高精度定位的要求，平面方向外符合精度優(yōu)于0.012m，高程方向外符合精度優(yōu)于0.039m；其中，平面方向外符合最大值為0.034m，高程方向外符合最大值為0.059m；滿足系統(tǒng)實時定位平面0.050m，高程0.100m的精度要求。

（2）事后靜態(tài)精密定位精度測試。在珠江口北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)的10個基準(zhǔn)站覆蓋的網(wǎng)內(nèi)選取4個控制點，網(wǎng)外選取1個控制點進(jìn)行事后精密定位測試，設(shè)定靜態(tài)聯(lián)測觀測時段長為120min，聯(lián)測點采樣間隔1s。在已知坐標(biāo)的控制點上采集靜態(tài)原始觀測數(shù)據(jù)，利用事后解算軟件PANDA，事后解算結(jié)果與控制點的已知坐標(biāo)的差值進(jìn)行統(tǒng)計分析，評定事后精密定位精度。

從結(jié)果可以看出，以基準(zhǔn)站為起算，平面方向精度優(yōu)于0.010m，高程方向精度優(yōu)于0.017m；滿足系統(tǒng)的事后精密定位平面精度優(yōu)于0.02m，高程精度優(yōu)于0.04m的設(shè)計要求。

2.1.2 空間可用性測試

空間可用性，主要包含車載GNSS動態(tài)測試和船載GNSS動態(tài)測試，通過固定基線長度相對檢測法，在車和船上固定移動終端，用鋼尺量出兩者的長度，然后通過比較測試的長度以及實際長度的對比，測試系統(tǒng)在陸地以及海上的空間可用性以及信號的接收狀況。

空間可用性測試采用GPRS方式進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈接。車載GNSS動態(tài)定位測試在珠江口北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi)的公路上進(jìn)行，流動站設(shè)備要能正常工作，得到固定解。船載GNSS動態(tài)定位測試則利用船只在海面上航行，流動站設(shè)備能正常完成初始化，并得到固定解。在海面上，可能由于網(wǎng)絡(luò)信號差或無網(wǎng)絡(luò)信號水段，鏈接可能斷開，固定解丟失，航行出該水段后，在不進(jìn)行任何操作的情況下，流動站設(shè)備在40秒內(nèi)要能自動恢復(fù)鏈接并得到固定解。

（1）車載GNSS動態(tài)定位測試。車載設(shè)計三條路線 侖頭-518路線，526-530路線，九州港-南沙路線。

誤差相對較大路線的為九州-南沙路線，如下統(tǒng)計表：

從結(jié)果統(tǒng)計可以看出，剔除掉因過隧道、城市高架等因素?zé)o法接收到信號的點，可得到固定解所占百分比的平均值為95.83%，滿足空間導(dǎo)航可用性95%的設(shè)計要求；單頻導(dǎo)航三維精度優(yōu)于0.264m，最大值為0.458m；多頻導(dǎo)航三維精度優(yōu)于0.023m，最大值為0.029m；結(jié)果滿足單頻導(dǎo)航水平精度優(yōu)于1m，高程精度優(yōu)于2m；多頻導(dǎo)航水平精度優(yōu)于0.3m，高程精度優(yōu)于0.5m的系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)要求。

（2）船載GNSS動態(tài)定位測試。

測試路線：本次測試選擇珠海港—高欄港、高欄港—舢板洲、舢板洲—珠海港路線。本次測試采用武漢攀達(dá)公司的設(shè)備，PD327，TC1。誤差相對較大路線為舢板洲-珠海港，如下統(tǒng)計表.

從結(jié)果統(tǒng)計可以看出，剔除掉因海面上無網(wǎng)絡(luò)信號等因素?zé)o法接收到信號的點，可得到固定解所占百分比的平均值為95.46%，滿足空間導(dǎo)航可用性95%的設(shè)計要求；單頻導(dǎo)航三維精度優(yōu)于0.398m，最大值為0.486m；多頻導(dǎo)航三維精度優(yōu)于0.014m，最大值為0.016m；結(jié)果滿足單頻導(dǎo)航水平精度優(yōu)于1m，高程精度優(yōu)于2m；多頻導(dǎo)航水平精度優(yōu)于0.3m，高程精度優(yōu)于0.5m的系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)要求。

2.2系統(tǒng)穩(wěn)定性測試

2.2.1 24h連續(xù)可用性測試

為了驗證珠江口北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)能否全天候提供穩(wěn)定的RTK差分信號，需要進(jìn)行系統(tǒng)的可用性測試。在珠江口北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)的10個基準(zhǔn)站覆蓋范圍內(nèi)，選擇503控制點進(jìn)行二十四小時連續(xù)定位可用性測試，具體點位見下圖，選擇系統(tǒng)播發(fā)的GPS+BDS+GLONASS定位模式作為數(shù)據(jù)源，連續(xù)觀測24小時，然后對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理統(tǒng)計，比較定位的穩(wěn)定性及可靠性。

2.2.2 定位服務(wù)時效性測試

系統(tǒng)定位服務(wù)時效性就是實時定位所需的初始化時間，用戶在得到系統(tǒng)北斗差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)后，極短時間內(nèi)獲得測站浮動解，但獲得符合精度的測站固定解需要一定時間，利用秒表記錄登陸成功后從單點解到固定解的時間，此時間為RTK初始化時間，經(jīng)統(tǒng)計登陸時間，求出平均登陸時間值，其平均 登陸時間值可以作為系統(tǒng)穩(wěn)定性一個參考指標(biāo)。

3 結(jié)束語

沿海北斗CORS系統(tǒng)服務(wù)沿海區(qū)域經(jīng)濟(jì)，可為水上交通，港口建設(shè)，水運(yùn)工程、海事監(jiān)管及航海保障提供服務(wù)，本文以珠江口北斗精密定位服務(wù)系統(tǒng)測試為案例，參考以往的城市北斗CORS系統(tǒng)測試方法，對沿海的北斗CORS系統(tǒng)的穩(wěn)定性及精度測試的方法技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，整套測試方案符合國家相關(guān)規(guī)范及相關(guān)技術(shù)規(guī)格，取得了一定的成效，可為后續(xù)的沿海北斗CORS系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。

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