北方海區(qū)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)精度測(cè)試與數(shù)據(jù)分析

董江

摘 要：為檢驗(yàn)北方海區(qū)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)建設(shè)效果，采用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)相結(jié)合的精度檢測(cè)方法對(duì)其精度進(jìn)行了分析和評(píng)估。通過(guò)在系統(tǒng)理論覆蓋范圍內(nèi)合理布設(shè)若干網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外控制點(diǎn)、車載測(cè)試線路和船載測(cè)試線路，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時(shí)觀測(cè)和事后處理，分析內(nèi)、外符合精度，有效地解決了系統(tǒng)精度評(píng)估問(wèn)題，滿足了實(shí)際工程需要。

關(guān)鍵詞：北斗系統(tǒng)；沿海CORS；精度評(píng)估；靜態(tài)檢測(cè)法；動(dòng)態(tài)檢測(cè)法

0 引 言

北方海區(qū)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)是中國(guó)沿海北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的重要組成部分，服務(wù)范圍覆蓋環(huán)渤海及山東半島沿海海域。系統(tǒng)主要包括參考站網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)中心、用戶應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等四大部分[1]。其中，參考站網(wǎng)共包括26個(gè)永久基準(zhǔn)站，點(diǎn)位分布如圖1。在系統(tǒng)正式對(duì)外提供服務(wù)前，為確保能向用戶提供高精度的導(dǎo)航定位服務(wù)，有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精度評(píng)估，以確認(rèn)是否符合設(shè)計(jì)要求。

1 測(cè)試方法

1.1 靜態(tài)檢測(cè)法

靜態(tài)檢測(cè)法是衛(wèi)星定位精度檢測(cè)中最普通、最易實(shí)現(xiàn)的方法，廣泛應(yīng)用于靜態(tài)定位、常規(guī)RTK、網(wǎng)絡(luò)RTK等定位技術(shù)的精度檢測(cè)中。實(shí)時(shí)測(cè)試時(shí)，將接收機(jī)架設(shè)在已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)上并保持靜止，進(jìn)行實(shí)時(shí)差分定位，并記錄實(shí)時(shí)定位結(jié)果文件，然后以已知點(diǎn)坐標(biāo)作為參考基準(zhǔn)，定位結(jié)果與參考基準(zhǔn)的差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到實(shí)時(shí)定位的精度指標(biāo)。事后測(cè)試時(shí)，將接收機(jī)架設(shè)在已知坐標(biāo)的控制點(diǎn)上并保持靜止，連續(xù)采集2小時(shí)以上的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用事后解算軟件解算出定位結(jié)果文件，然后以已知點(diǎn)坐標(biāo)作為參考基準(zhǔn)，定位結(jié)果與參考基準(zhǔn)的差值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到事后定位的精度指標(biāo)。

靜態(tài)檢測(cè)精度統(tǒng)計(jì)方法簡(jiǎn)單，且能顯著反映定位精度，但對(duì)于整個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，只進(jìn)行靜態(tài)檢測(cè)是不能完全驗(yàn)證模型算法和反映定位精度的。主要原因有：（1）靜態(tài)檢測(cè)的方法一般是接收機(jī)用靜態(tài)測(cè)量方式模擬動(dòng)態(tài)測(cè)量，但由于靜態(tài)觀測(cè)條件一般會(huì)優(yōu)于動(dòng)態(tài)觀測(cè)條件，因此所得的精度測(cè)試結(jié)果會(huì)較為樂(lè)觀，難以真實(shí)反映實(shí)際應(yīng)用中的動(dòng)態(tài)定位精度。（2）靜態(tài)檢測(cè)需要不變的已知點(diǎn)或不變的基線向量基準(zhǔn)，但在某些測(cè)量區(qū)域可能很難找到已知點(diǎn)或不變的基線向量基準(zhǔn)（如水面上），在這些情況下，靜態(tài)檢測(cè)無(wú)法實(shí)施[2]。

1.2 動(dòng)態(tài)檢測(cè)法

動(dòng)態(tài)檢測(cè)時(shí)，使用固定基線長(zhǎng)檢測(cè)法，將同型號(hào)同批次的兩臺(tái)多頻接收機(jī)天線固定架設(shè)在同一個(gè)運(yùn)動(dòng)載體上，兩天線之間的距離已知，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，兩臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行定位解算，將解的基線長(zhǎng)與已知基線長(zhǎng)比較，其差值在一定程度上反映了動(dòng)態(tài)定位精度[2]。

2 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果

測(cè)試主要包括實(shí)時(shí)定位精度測(cè)試、事后精密定位精度測(cè)試和動(dòng)態(tài)導(dǎo)航測(cè)試，其中，動(dòng)態(tài)導(dǎo)航測(cè)試又包括車載測(cè)試和船載測(cè)試。

2.1 實(shí)時(shí)定位精度測(cè)試

考慮到系統(tǒng)建設(shè)的主要目的是服務(wù)沿海區(qū)域，因此，本次測(cè)試按照靠近碼頭、重點(diǎn)港口和重要航路的原則，選取了位于系統(tǒng)理論覆蓋范圍內(nèi)的控制點(diǎn)21個(gè)（如圖2和圖3），其中，16個(gè)位于網(wǎng)內(nèi)，5個(gè)位于網(wǎng)外。為保證測(cè)試的可信度，其中，15個(gè)為已有C級(jí)點(diǎn)成果，6個(gè)為BERNESE軟件事后靜態(tài)解算成果。

2.1.1 初始化時(shí)間和固定成功率統(tǒng)計(jì)

在網(wǎng)絡(luò)RTK定位測(cè)試中，初始化時(shí)間為網(wǎng)絡(luò)RTK定位狀態(tài)中從浮點(diǎn)解到固定解的時(shí)間[3-6]。同時(shí)，對(duì)模糊度固定成功和不成功的時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以計(jì)算出每種觀測(cè)模式的固定成功率和整體的固定成功率。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，各控制點(diǎn)在GPS+BDS+GLONASS和單BDS定位模式下的平均初始化時(shí)間（如圖2）的平均值為4秒，最大值為8秒，兩種定位模式的初始化時(shí)間差別不大；每種定位模式在不同時(shí)段都能固定，固定率100%。

2.1.2 實(shí)時(shí)定位精度統(tǒng)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度統(tǒng)計(jì)可以分為內(nèi)符合精度評(píng)定和外符合精度評(píng)定兩個(gè)部分。其中，內(nèi)符合精度是單次觀測(cè)值均方根誤差，反映的是定位結(jié)果的收斂情況，即定位的穩(wěn)定性；外符合精度反映的是與已知坐標(biāo)的符合情況，即定位的準(zhǔn)確性，根據(jù)不同的已知坐標(biāo)，可以得到不同坐標(biāo)系的外符合精度[7]。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖4所示：平面內(nèi)符合精度平均值0.006m，最大值為0.009m，高程內(nèi)符合精度平均值0.010m，最大值為0.022m。平面外符合精度平均值0.032m，最大值為0.049m；高程外符合精度平均值0.052m，最大值為0.084m，滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位水平優(yōu)于0.050m，垂直優(yōu)于0.100m的精度要求。

2.2 事后精密定位測(cè)試

在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)選取6個(gè)控制網(wǎng)內(nèi)點(diǎn)和2個(gè)網(wǎng)外控制點(diǎn)進(jìn)行事后精密定位測(cè)試。精度結(jié)果如圖3所示，平面精度平均值為0.014m，最大值0.016m，高程精度平均值為0.026m，最大值0.030m，滿足系統(tǒng)事后精密定位平面優(yōu)于0.02m，高程優(yōu)于0.04m的精度要求。

2.3 動(dòng)態(tài)導(dǎo)航測(cè)試

2.3.1 車載測(cè)試

本次RTK車載測(cè)試路線分布在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)，且網(wǎng)內(nèi)、網(wǎng)外均有覆蓋。車載動(dòng)態(tài)多頻導(dǎo)航的解狀態(tài)分布及精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。其中，固定解占89%，內(nèi)符合三維精度優(yōu)于0.036m，外符合三維精度優(yōu)于0.040m；浮點(diǎn)解占6%，內(nèi)符合三維精度優(yōu)于0.734m，外符合三維精度優(yōu)于0.840m；固定解和浮點(diǎn)解合計(jì)占95%，根據(jù)外符合精度與各解狀態(tài)占比可以得出，車載動(dòng)態(tài)多頻導(dǎo)航三維精度優(yōu)于0.087m，滿足系統(tǒng)多頻導(dǎo)航水平優(yōu)于0.3m，垂直優(yōu)于0.5m的精度要求。

2.3.2 船載測(cè)試

鑒于陸地動(dòng)態(tài)環(huán)境和海上動(dòng)態(tài)環(huán)境在運(yùn)動(dòng)速度、通訊和衛(wèi)星信號(hào)、多路徑效應(yīng)等方面都存在一定的差異，因此，船載測(cè)試是檢驗(yàn)系統(tǒng)海上應(yīng)用效果必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。按照兼顧網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外、覆蓋重點(diǎn)港口和航路的原則，船載測(cè)試分為山東半島南部沿海區(qū)域和遼東半島及渤海北部沿海區(qū)域兩個(gè)測(cè)區(qū)。其中，第二測(cè)區(qū)由于要避開(kāi)禁航區(qū)和近海養(yǎng)殖區(qū)，導(dǎo)致測(cè)試路線距離海岸線過(guò)遠(yuǎn)，無(wú)法獲得電信、聯(lián)通、移動(dòng)等公網(wǎng)信號(hào)，因此采用在測(cè)試過(guò)程中先采集原始數(shù)據(jù)、事后再利用周邊基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)對(duì)該路線進(jìn)行RTK解算的方法來(lái)獲得解。船載動(dòng)態(tài)多頻導(dǎo)航的解狀態(tài)分布及精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6所示。其中，固定解占42%，內(nèi)符合三維精度優(yōu)于0.037m，外符合三維精度優(yōu)于0.040m；浮點(diǎn)解占2%，內(nèi)符合三維精度優(yōu)于0.405m，外符合三維精度優(yōu)于0.416m。在兩臺(tái)多頻接收機(jī)均達(dá)到固定解時(shí)，能滿足系統(tǒng)多頻導(dǎo)航水平優(yōu)于0.3m，垂直優(yōu)于0.5m的精度要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

測(cè)試結(jié)果表明，北方海區(qū)北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)定位精度為平面0.032m，高程0.052m，滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位水平優(yōu)于0.050m，垂直優(yōu)于0.100m的精度要求；事后精密定位精度為平面0.014m，高程0.026m，滿足系統(tǒng)事后精密定位平面優(yōu)于0.02m，高程優(yōu)于0.04m的精度要求；陸上車載動(dòng)態(tài)多頻導(dǎo)航三維精度優(yōu)于0.087m，滿足系統(tǒng)多頻導(dǎo)航水平優(yōu)于0.3m，垂直優(yōu)于0.5m的精度要求；在兩臺(tái)多頻接收機(jī)均達(dá)到固定解時(shí)，船載動(dòng)態(tài)多頻導(dǎo)航三維精度優(yōu)于0.040m，能滿足系統(tǒng)多頻導(dǎo)航水平優(yōu)于0.3m，垂直優(yōu)于0.5m的精度要求。

受時(shí)間和測(cè)試條件的限制（如部分海域無(wú)通信信號(hào)覆蓋，海中無(wú)精確測(cè)試點(diǎn)等），本次測(cè)試尚有一些可改進(jìn)之處，需待今后進(jìn)一步完善，如進(jìn)一步豐富和完善測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試路線的數(shù)量和布局等，完成基準(zhǔn)站高等級(jí)水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)后開(kāi)展測(cè)試點(diǎn)85高程精度評(píng)估，進(jìn)一步豐富測(cè)試時(shí)段的選擇等。

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