SZBDCORS實(shí)時定位精度研究

李沛鴻 張遠(yuǎn) 邱世聰

（江西理工大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院 江西贛州 341000）

1 引言

目前在我國能提供高精度定位服務(wù)的手段中百分之九十以上都是以GPS為主的基準(zhǔn)站差分定位技術(shù)[1-2]，由于單GPS系統(tǒng)定位精度受限于建筑物的遮擋，可視衛(wèi)星數(shù)量較少等觀測條件的影響，用戶在山區(qū)、城市等遮擋嚴(yán)重的地區(qū)無法獲得高精度的定位成果，大大降低了定位精度的可靠性[3-4]。隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已具備向亞太地區(qū)提供高精度定位服務(wù)的能力，多系統(tǒng)集成已經(jīng)成為現(xiàn)今CORS系統(tǒng)建設(shè)的趨勢，如何建立基于北斗的CORS系統(tǒng)是目前北斗系統(tǒng)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。深圳北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)（SZBDCORS）是兼容北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS和GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的多模的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。掌握不同衛(wèi)星系統(tǒng)組合的網(wǎng)絡(luò)RTK實(shí)時定位精度[5-6]，對提高SZBDCORS定位性能具有重要作用。

本文利用天寶、南方、萊卡和攀達(dá)等不同廠商的設(shè)備獲取 GPS/GLONASS、GPS/BDS、BDS、GPS 四種不同差分信號的野外實(shí)測數(shù)據(jù)，并對四種差分信號的定位精度進(jìn)行比較分析。

2 方案設(shè)計(jì)

本文對SZBDCORS的四種測量工作模式RTCMGB （GPS/BDS 雙 系 統(tǒng)）、RTCM31（GPS/GLONASS雙系統(tǒng)）、RTCM3B（BDS單系統(tǒng)）、RTCM3G（GPS單系統(tǒng)）定位精度進(jìn)行比較分析。本次實(shí)驗(yàn)對分布在深圳市全域的60個具有已知坐標(biāo)控制點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)RTK觀測，在測量時利用三腳架在已知點(diǎn)上設(shè)站，利用基座上的光學(xué)對中器或垂球進(jìn)行對中，對中精度優(yōu)于2毫米；量取天線的標(biāo)志點(diǎn)到地面點(diǎn)標(biāo)志的高度，在不同方向上量測三次，最大互差1毫米，取平均值記錄。在每個測站上用四種方式測量三組數(shù)據(jù)，每個測量模式60個值，每個歷元一秒采樣，每次測量都要重新初始化，每個測站上記錄720個數(shù)據(jù)。測試點(diǎn)分布圖見圖1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)RTK測試點(diǎn)分布圖

3 數(shù)據(jù)處理分析

3.1 內(nèi)符合精度分析

SZBDCORS實(shí)時定位的內(nèi)符合精度反映了其定位結(jié)果的收斂情況,并能夠評定系統(tǒng)的穩(wěn)定性[7]。系統(tǒng)用戶在測量作業(yè)時常常把CORS系統(tǒng)內(nèi)符合精度作為測站點(diǎn)點(diǎn)位精度的參考指標(biāo)。具體統(tǒng)計(jì)方法為對上述每個測量模式的三組數(shù)據(jù)共180個數(shù)據(jù)的三維坐標(biāo)分量求取平均值，并將觀測點(diǎn)的各個歷元的三維坐標(biāo)分量求差。坐標(biāo)分量內(nèi)符合中誤差（MX、MY、MZ）和點(diǎn)位中誤差 MS按照下列公式計(jì)算[8]：

上式中：（MX、MY、MZ）為坐標(biāo)分量內(nèi)符合中誤差（cm）；MS為點(diǎn)位內(nèi)符合中誤差（cm）；dZ測試點(diǎn)坐標(biāo)分量平均值與觀測值分量的差值（cm）；測試點(diǎn)點(diǎn)位平均值與每次觀測點(diǎn)位的差值（cm）；N測試點(diǎn)個數(shù)；K測試點(diǎn)的觀測次數(shù)。

本文利用EXCEL處理野外觀測數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)四種工作模式下的各測試點(diǎn)的X、Y、H方向的內(nèi)符合精度并繪制圖表。

1)內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)

表1 RTCM3G（GPS單系統(tǒng)）內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)

圖2 RTCM3G（GPS單系統(tǒng)）內(nèi)符合精度分布

表2 RTCM32B（BDS單系統(tǒng)）內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)

圖3 RTCM32B（BDS單系統(tǒng)）內(nèi)符合精度分布

表3 RTCMGB（GPS/BDS雙系統(tǒng)）內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)

圖4 RTCMGB（GPS/BDS雙系統(tǒng)）內(nèi)符合精度分布

表4 RTCM31（GPS/GLONASSS雙系統(tǒng)）內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)

圖5 RTCM31（GPS/GLONASSS雙系統(tǒng)）內(nèi)符合精度分布

圖6 四種模式各分量內(nèi)符合精度平均值

通過對表1-4和圖2-5分析得到，從整體上看，四種不同衛(wèi)星信號差分模式各點(diǎn)位X,Y分量的內(nèi)符合精度主要集中在0-1cm和1-2cm區(qū)間并且0-1cm占90%，高程方向內(nèi)符合精度在2cm以內(nèi)達(dá)到80%以上，總體上，X方向上的內(nèi)符合精度約為0.52cm，Y方向上的內(nèi)符合精度約為0.36cm，Z方向上的內(nèi)符合精度約為1.64cm，說明四種差分模式的點(diǎn)位內(nèi)符合精度分布均勻，具有較高的穩(wěn)定性。對各差分模式的X、Y、H的內(nèi)符合精度進(jìn)行橫向比較可知，H方向的內(nèi)符合精度相對于平面精度較低且精度分布比較離散，其中Y方向的內(nèi)符合精度最高。

由表1-4和圖6可知，RTCMGB（GPS/BDS雙系統(tǒng)）和RTCM31（GPS/GLONASS雙系統(tǒng)）差分模式X,Y方向上的內(nèi)符合精度均略優(yōu)于RTCM3B（BDS單系統(tǒng)）、RTCM3G（GPS單系統(tǒng)）。RTCM31（GPS/GLONASS雙系統(tǒng)）H方向上的內(nèi)符合精度較低。在內(nèi)符合精度方面RTCMGB（GPS/BDS雙系統(tǒng)）較其他模式有優(yōu)勢。然而，四種差分模式各點(diǎn)位三維坐標(biāo)分量的內(nèi)符合精度差別并不大，基本處于同一精度水平上，說明我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有能力向亞太地區(qū)廣大用戶提供高精度實(shí)時定位服務(wù)。

3.2 外符合精度分析

系統(tǒng)的外符合精度反應(yīng)了定位的準(zhǔn)確性，測試點(diǎn)的平面點(diǎn)位外符合中誤差MP按照下列公式計(jì)算[8]，式中MP為測試點(diǎn)的平面外符合中誤差（cm）；測試點(diǎn)的已知平面坐標(biāo)點(diǎn)位與觀測的點(diǎn)位平均值的差值（cm）；N測試點(diǎn)的個數(shù)。

數(shù)據(jù)處理結(jié)果如下：

表5 四種差分模式外符合精度分布統(tǒng)計(jì)

由表5和圖7可知，四種差分模式各點(diǎn)的外符合精度基本保持在3cm以內(nèi)，個別點(diǎn)位由于周圍環(huán)境較差，導(dǎo)致移動信號差，數(shù)據(jù)鏈傳輸不流暢，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈自動斷開的情況，難以獲得固定解，導(dǎo)致精度較差。從最大值和平均值來看四種不同衛(wèi)星信號的差分模式各點(diǎn)位的外符合精度沒有明顯差別，其中RTCMGB（GPS/BDS雙系統(tǒng)）略有優(yōu)勢。

圖7 四種差分模式外符合精度比較

4 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：總體上，X方向上的內(nèi)符合精度約為0.52cm，Y方向上的內(nèi)符合精度約為0.36cm，Z方向上的內(nèi)符合精度約為1.64cm，四種差分模式各點(diǎn)的外符合精度基本保持在3cm以內(nèi)，均達(dá)到規(guī)范設(shè)計(jì)要求。GPS/BDS雙系統(tǒng)和GPS/GLONASS雙系統(tǒng)差分模式X,Y方向上的內(nèi)符合精度均略優(yōu)于BDS單系統(tǒng)、GPS單系統(tǒng)。在內(nèi)符合精度及外符合精度方面，GPS/BDS雙系統(tǒng)較其他模式有優(yōu)勢。然而，四種差分模式各點(diǎn)位三維坐標(biāo)分量的內(nèi)符合精度和外符合精度差別并不大，基本處于同一精度水平上，說明完全不依賴其他系統(tǒng)的BDS單系統(tǒng)有能力向亞太地區(qū)廣大用戶提供高精度實(shí)時定位服務(wù)?？傮w上說，多系統(tǒng)定位比單系統(tǒng)定位有優(yōu)勢，這是由于多系統(tǒng)增加了可視衛(wèi)星數(shù)進(jìn)而有效地增強(qiáng)觀測衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度，從而提高定位精度和定位結(jié)果的可靠性。對于亞太地區(qū)的觀測者，北斗系統(tǒng)衛(wèi)星星座可視條件比GPS系統(tǒng)更好[9-10]，SZBDCORS中的GPS/BDS雙系統(tǒng)差分信號定位效果最優(yōu)。