廣州市北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)測(cè)試及分析

曲宏偉 程曉暉 歐海平

（廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060）

1 引言

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國(guó)全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。2017 年11 月5 日，中國(guó)第三代導(dǎo)航衛(wèi)星順利升空，標(biāo)志著中國(guó)正式開始建造北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。作為國(guó)家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和具有創(chuàng)新性的新興產(chǎn)業(yè)，北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)作為北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分在全國(guó)大力發(fā)展[1]。

廣州市于2016 年開展了CORS 整合項(xiàng)目，對(duì)原有的多套CORS 系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化整合，建立了一套支持北斗三頻/GPS/GLONASS 多系統(tǒng)運(yùn)行的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，解決了原有CORS 系統(tǒng)并行帶來(lái)的數(shù)據(jù)精度不一致問題，有效解決了城市一張圖管理、三規(guī)合一地圖等問題[2]。

2 系統(tǒng)介紹

廣州市城市CORS 原本有三套：一套為2005 年原廣州市城市規(guī)劃局組織建設(shè)的“廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位城市測(cè)量綜合服務(wù)系統(tǒng)”[3]；一套為2006 年原廣州市國(guó)土資源和房屋管理局組織建設(shè)的“廣州市連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)”；還有一套是2014 年至2015 年廣州市國(guó)規(guī)委（原廣州市國(guó)土局）組織建設(shè)的支持北斗定位的CORS。

2016 年，廣州市對(duì)三套CORS 進(jìn)行了優(yōu)化整合，建立了廣州市北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)，在廣州市內(nèi)現(xiàn)有20 個(gè)基準(zhǔn)站里選取了8 個(gè)，同時(shí)選取周邊6 個(gè)廣東省GDCORS站構(gòu)成新的北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)（如圖1所示）。該系統(tǒng)采用天寶NET-R9 和思拓力SC300 接收機(jī)并置運(yùn)行方案，保證過渡期內(nèi)原有CORS 正常運(yùn)行；數(shù)據(jù)處理中心軟件采用武漢大學(xué)的PowerNetwork 軟件系統(tǒng)，可以滿足國(guó)家、省、市和行業(yè)等各種級(jí)別北斗/GNSS 網(wǎng)絡(luò)RTK 系統(tǒng)以及連續(xù)運(yùn)行跟蹤站系統(tǒng)（CORS）的站點(diǎn)管理和數(shù)據(jù)播發(fā)服務(wù)需要。

圖1 廣州北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)

3 系統(tǒng)測(cè)試

為驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，對(duì)系統(tǒng)的基線精度、時(shí)間可用性、RTK 精度以及儀器兼容性等方面開展相關(guān)測(cè)試，以驗(yàn)證系統(tǒng)基線解算精度、重復(fù)性精度、24小時(shí)內(nèi)系統(tǒng)的可用性、RTK 實(shí)時(shí)定位的內(nèi)符合精度、外符合精度及用戶端儀器對(duì)系統(tǒng)的兼容性。

3.1 基線精度分析

在14 個(gè)基準(zhǔn)站組成的基線網(wǎng)圖中，選取4 條不同長(zhǎng)度的基線（市國(guó)規(guī)委—永和、市國(guó)規(guī)委—新街口、永和—呂田、市國(guó)規(guī)委—呂田），分別采用單北斗、單GPS 進(jìn)行連續(xù)7 天的相對(duì)定位（基線長(zhǎng)度：32.2km、57.2km、78.8km、103.3km）。北斗基線靜態(tài)解平面精度（如圖2 所示）1cm 以內(nèi)，高程方向精度2cm 以內(nèi)，GPS 基線靜態(tài)解精度（如圖3 所示）略優(yōu)于北斗基線靜態(tài)解精度。

圖2 北斗基線靜態(tài)解精度

圖3 GPS基線靜態(tài)解精度

對(duì)“永和—呂田”基線解算結(jié)果進(jìn)行重復(fù)性精度檢驗(yàn)，在連續(xù)7 天的處理結(jié)果中，N、E、U 三個(gè)方向與7 天的均值互差均在1.1cm 以內(nèi)?；€重復(fù)性精度如圖4 所示。

圖4 基線重復(fù)性精度

3.2 時(shí)間可用性測(cè)試

時(shí)間可用性是衡量北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)可用性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文選定廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院樓頂開闊位置架設(shè)兩臺(tái)天寶R8 接收機(jī)，對(duì)測(cè)試點(diǎn)分別使用單BDS 和單GPS 模式連續(xù)采集24h 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。經(jīng)測(cè)試，單GPS 模式平面內(nèi)符合精度為2.03cm，高程內(nèi)符合精度為3.34cm，其中，平面內(nèi)符合誤差小于3cm 的歷元占比96.1%，高程內(nèi)符合誤差小于5cm的歷元占比92.2%。GPS 24h 平面內(nèi)符合誤差序列、高程內(nèi)符合誤差序列如圖5 和圖6 所示。

圖5 GPS 24h平面內(nèi)符合誤差序列

圖6 GPS 24h高程內(nèi)符合誤差序列

單BDS 模式平面內(nèi)符合精度為2.59cm，高程內(nèi)符合精度為3.11cm，其中平面內(nèi)符合誤差小于3cm 的歷元占比88.8%，高程內(nèi)符合誤差小于5cm 的歷元占比97.9%。BDS 24h 平面內(nèi)符合誤差序列、高程內(nèi)符合誤差序列如圖7 和圖8 所示。

圖7 BDS 24h平面內(nèi)符合誤差序列

圖8 BDS 24h高程內(nèi)符合誤差序列

經(jīng)測(cè)試可知，單BDS 模式和單GPS 模式在觀測(cè)條件理想的情況下，定位結(jié)果精度差別較小，且均能滿足系統(tǒng)要求，單GPS 平面定位精度略高于單BDS 定位精度；但是在電離層相對(duì)活躍期間（中午至下午），單GPS 模式定位偏差較大甚至無(wú)法定位，而BDS 模式可以正常定位。

3.3 RTK 定位精度測(cè)試

RTK 實(shí)時(shí)定位測(cè)量精度反映的是用戶在實(shí)際作業(yè)條件下，通過系統(tǒng)播發(fā)的VRS 改正信息，得到的實(shí)時(shí)定位服務(wù)的精度[4]。為客觀評(píng)定系統(tǒng)精度，在全市范圍選取分布均勻的若干GPS 控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，控制點(diǎn)分布如圖9 所示。分別測(cè)試在GPS+BDS+GLONASS、GPS+GLONASS、GPS 不同組合方式下RTK 定位精度。內(nèi)、外符合精度測(cè)試對(duì)比如圖10 和圖11 所示。

圖9 RTK定位測(cè)試分布

圖10 內(nèi)符合精度測(cè)試對(duì)比

由測(cè)試結(jié)果可知，新系統(tǒng)采用北斗三頻/GPS/GLONASS三星系統(tǒng)，RTK 測(cè)量精度更高。

3.4 兼容性測(cè)試

為了驗(yàn)證系統(tǒng)的兼容性，在系統(tǒng)測(cè)試中使用了天寶、徠卡、華測(cè)、南方等使用頻率較高的不同品牌RTK（如圖12 所示），每臺(tái)儀器采用GPRS 上網(wǎng)連接的方式和數(shù)據(jù)中心建立數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)連接成功后，記錄儀器初始化獲得點(diǎn)位固定解的時(shí)間，各類儀器數(shù)據(jù)通信連通后，均能獲得固定解，所有儀器在系統(tǒng)中測(cè)試的固定解時(shí)間平均為20 秒[2]。

圖11 外符合精度測(cè)試對(duì)比

圖12 儀器兼容性檢測(cè)（分別為天寶、徠卡、華測(cè)、南方）

4 結(jié)論

通過測(cè)試可知，廣州市北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)范要求，全天候滿足95%以上服務(wù)。通過選取部分GDCORS 站作為外圍網(wǎng)采取“內(nèi)網(wǎng)+外網(wǎng)”組合模式，確保了系統(tǒng)真 正做到無(wú)縫隙、無(wú)死角覆蓋全廣州范圍。GPS+BDS+GLONASS 組合較GPS、GPS+GLONASS 定位精度和效率更好，有效提高了RTK用戶工作效率。