單基站CORS-RTK測(cè)量的精度分析

祝明坤 劉 鍇

(青島市勘察測(cè)繪研究院，山東 青島 266032)

1 概述

目前，大型CORS系統(tǒng)的建設(shè)，成本昂貴，建設(shè)周期長(zhǎng)，維護(hù)復(fù)雜，并不適合在中小城市應(yīng)用。單基站CORS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)RTK可以滿足50 km范圍內(nèi)厘米級(jí)的定位精度，并且建設(shè)費(fèi)用少、周期短，技術(shù)成熟，安全穩(wěn)定，升級(jí)拓展方便，很好的解決了中小城市發(fā)展需求，受到越來(lái)越多學(xué)者們的青睞。

2 單基站CORS-RTK誤差來(lái)源

結(jié)合國(guó)內(nèi)外的理論研究，目前可以確定影響單基站CORS-RTK測(cè)量的主要方面包括衛(wèi)星、信號(hào)傳播及接收設(shè)備和觀測(cè)，具體影響因素如下：

1)衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星星歷誤差、地球自轉(zhuǎn)的影響以及相對(duì)論效應(yīng)的影響；

2)電離層折射、對(duì)流層折射和多路徑效應(yīng)；

3)接收機(jī)鐘誤差、天線相位中心位置偏差和觀測(cè)誤差。

3 單基站CORS-RTK精度測(cè)試方案

3.1 不同系統(tǒng)組合測(cè)試方案

目前常用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)有美國(guó)GPS、俄羅斯GLONASS和中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱BDS)。結(jié)合目前主流的單基站CORS-RTK的作業(yè)方式，將測(cè)試分6個(gè)部分進(jìn)行，分別為只接收GPS衛(wèi)星、只接收俄羅斯GLONASS衛(wèi)星、只接收中國(guó)BDS衛(wèi)星、同時(shí)接收美國(guó)GPS衛(wèi)星和俄羅斯GLONASS衛(wèi)星、同時(shí)接收美國(guó)GPS衛(wèi)星和中國(guó)BDS衛(wèi)星和同時(shí)接收美國(guó)GPS衛(wèi)星、俄羅斯GLONASS衛(wèi)星和中國(guó)BDS衛(wèi)星，測(cè)試方案如表1所示。

表1 不同系統(tǒng)組合測(cè)試方案

3.2 不同基線長(zhǎng)度測(cè)試方案

測(cè)試點(diǎn)選用某GPS控制網(wǎng)點(diǎn)，通過(guò)實(shí)測(cè)對(duì)比，分析不同基線長(zhǎng)度測(cè)試方案，如表2所示。

4 單基站CORS-RTK精度分析

上述測(cè)試方式中，采樣率統(tǒng)一設(shè)置為1 Hz，采集時(shí)長(zhǎng)2 h，一共采集7 200條數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理方式為每10 min數(shù)據(jù)取平均值，最后每次測(cè)試一共有12條數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)與第一條數(shù)據(jù)求差，算出差值，以下分析對(duì)差值進(jìn)行比較。

數(shù)據(jù)分析時(shí)，一律采用WGS-84平面坐標(biāo)，采集的數(shù)據(jù)為固定解狀態(tài)。

表2 測(cè)點(diǎn)選擇情況

4.1 不同系統(tǒng)組合測(cè)試精度分析

將每一種系統(tǒng)組合的測(cè)試數(shù)據(jù)直接求取三個(gè)方向的中誤差，中誤差匯總?cè)绫?，圖1所示。

表3 各種組合下的中誤差情況

通過(guò)表3和圖1可以得出，GLONASS和BDS兩個(gè)系統(tǒng)不能獨(dú)立使用，必須配合GPS才能正常工作；使用單GPS系統(tǒng)時(shí)的精度要優(yōu)于GPS與GLONASS組合，同時(shí)從GPS+GLONASS，GPS+BDS和GPS+GLONASS+BDS這三種組合的測(cè)試精度中可以再次驗(yàn)證只要系統(tǒng)使用GLONASS系統(tǒng)會(huì)影響測(cè)試精度；當(dāng)GPS+BDS系統(tǒng)組合時(shí)，定位精度有明顯的提升。

4.2 不同基線長(zhǎng)度測(cè)試精度分析

將不同基線長(zhǎng)度的測(cè)試數(shù)據(jù)直接求取三個(gè)方向的中誤差，中誤差匯總?cè)绫?，圖2所示。

表4 各種組合下的中誤差情況

通過(guò)表4和圖2可以得出，測(cè)試點(diǎn)距離基站51.2 km時(shí)，精度最差，三個(gè)方向的中誤差分別為102.6 mm,113.6 mm和156.4 mm，基線長(zhǎng)度在10 km以內(nèi)，數(shù)據(jù)精度基本一致，精度受基線影響不大。基線長(zhǎng)度在10 km以內(nèi)，平面精度在25 mm以內(nèi)，可以滿足一般工程的需要。但是距離基站30 km～50 km后，三個(gè)方向的差值增大，增長(zhǎng)速度較快，主要是由于距離基站較遠(yuǎn)，受電離層和對(duì)流層誤差的影響較大。

5 結(jié)語(yǔ)

本文依托單基站CORS系統(tǒng)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)與研究，結(jié)合單基站CORS-RTK誤差來(lái)源，重點(diǎn)完成了系統(tǒng)的精度測(cè)試與分析。通過(guò)不同的場(chǎng)地環(huán)境，研究了單基站CORS系統(tǒng)精度的影響因素，確定單基站CORS系統(tǒng)在短基線上面具有較強(qiáng)的定位精度，對(duì)部分行業(yè)領(lǐng)域具有較高的推廣價(jià)值。