基于北斗兼容GPS+GLONASS 的網(wǎng)絡(luò)RTK 定位精度分析

馬丙浩 徐克成

（蘇州市測繪院有限責(zé)任公司，江蘇 蘇州215000）

1 概述

在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，國家建設(shè)在測繪工程、交通建設(shè)、電力行業(yè)、國土調(diào)查等行業(yè)對使用GNSS 進行定位的具有很強的依賴性，尤其是，在高速鐵路，高速公路、特大橋梁等國家重點基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，所采用的技術(shù)幾乎都是GNSS 實時高精度RTK 或事后高精度定位技術(shù)，在制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，高精度數(shù)字地圖，以及智慧城市所需要的信息產(chǎn)品都離不開GNSS 定位技術(shù)，在此過程中采用的國外定位系統(tǒng)，實質(zhì)上上存在一定的位置安全漏洞。

北斗地基增強系統(tǒng)的建設(shè)為國內(nèi)各行業(yè)提供了高精度且安全的實時差分服務(wù)及事后處理服務(wù)，并且采用的是靠定且可靠的的國產(chǎn)軟設(shè)備，保證了特殊重點行業(yè)領(lǐng)域的高位置安全，解決國內(nèi)特殊重點行業(yè)的位置應(yīng)用安全。

基于北斗衛(wèi)星的地面增強定位系統(tǒng)（簡稱北斗地基增強系統(tǒng)）是北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)重要的地面基礎(chǔ)設(shè)施，利用地面基準(zhǔn)站網(wǎng)，借助GNSS 實時差分定位技術(shù)，是使用普通移動通信網(wǎng)絡(luò)等通信手段，實現(xiàn)對區(qū)域北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的空間信號誤差的改正，提高北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度，并提升了服務(wù)的質(zhì)量和競爭優(yōu)勢。

北斗導(dǎo)航衛(wèi)星應(yīng)用于高精度定位服務(wù)所具有以下優(yōu)勢：a.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位授時精度高、加密性號、可靠性強。b.北斗衛(wèi)星系統(tǒng)特殊的傾斜軌道設(shè)計IGSO 衛(wèi)星使得中國區(qū)域內(nèi)可見衛(wèi)星數(shù)增多，衛(wèi)星信號更優(yōu)。c.時間可用性和空間可用性更強；d.兼容世界其他衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)；e.多星定位更有優(yōu)勢；f.獨特的功能提供了位置服務(wù)的優(yōu)勢。

本文從北斗兼容GPS+GLONASS 的網(wǎng)絡(luò)RTK 角度，論述與單GPS 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)RTK 定位效果對比。

2 數(shù)學(xué)統(tǒng)計模型

2.1 內(nèi)符合精度統(tǒng)計方法

首先對所有使用的點進行計算得到平均值，然后將每個點的數(shù)據(jù)與該平均值相減。對所有差值進行分布概率統(tǒng)計，最后可以使用下面公式計算得到所有點的在三個方向上的內(nèi)符合精度：

2.2 系統(tǒng)間精度統(tǒng)計

分析各測點的誤差分布，最后使用下面的公式計算所有點在多個方向的精度。

3 實驗分析

選取某地區(qū)的北斗地基增強系統(tǒng)提供支持北斗兼容GPS與GLONASS 的網(wǎng)絡(luò)RTK 差分信號。測試項主要包括野外RTK在北斗+GPS+GLONASS，及單GPS 模式下的實時測量精度與初始化時間。定位精度測試的主要內(nèi)容是對RTK 實時定位精度的測試，需要在野外實地進行。

實時高精度動態(tài)RTK 定位測量的精度反映的是使用單位在實際情況下，使用GNSS 接收地基增強系統(tǒng)播發(fā)出來的的增強信息，通過解算得到實時高精度定位結(jié)果。對GNSS RTK 實時定位精度產(chǎn)生影響的因素主要有測量點周圍的環(huán)境情況、所在位置的衛(wèi)星分布情況、移動網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量（增強信息是否有延遲）、增強定位系統(tǒng)算法的優(yōu)劣等。

測試使用RTCM32MSM 格式播發(fā)北斗+GPS+GLONASS 系統(tǒng)RTK 數(shù)據(jù)，每次測量30 個歷元的實時差分定位結(jié)果。在北斗地基增強系統(tǒng)覆蓋網(wǎng)內(nèi)，選取多個點進行測試分析，測試設(shè)備采用南方S82T 流動站。

圖1 北斗+GPS+GLONASS 三系統(tǒng)內(nèi)符合精度統(tǒng)計

圖2 GPS 系統(tǒng)內(nèi)符合精度統(tǒng)計圖

圖3 北斗+GPS+GLONASS 系統(tǒng)內(nèi)符合精度分布圖

圖4 GPS 系統(tǒng)內(nèi)符合精度分布圖

從上述分析，通過北斗+GPS+GLONASS 三星系統(tǒng)的定位內(nèi)符合精度，平面80%左右優(yōu)于3mm，高程90%左右優(yōu)于1cm，通過GPS 單星系統(tǒng)的內(nèi)符合精度，平面80%左右優(yōu)于5cm，高程90%左右優(yōu)于1cm；并且從精度豐富統(tǒng)計通上可以看到，北斗+GPS+GLONASS 三星系統(tǒng)的定位內(nèi)符合精度要優(yōu)于單GPS 系統(tǒng)。

3.1 系統(tǒng)間精度統(tǒng)計

圖5 系統(tǒng)間差異統(tǒng)計圖

圖6 系統(tǒng)間差異分布圖

從上述分析，北斗+GPS+GLONASS 三系統(tǒng)與GPS 單星結(jié)果差異，平面絕大部分優(yōu)于1cm，高程絕大部分優(yōu)于3cm；統(tǒng)計精度，平面X 方向1.21cm，平面Y 方向1.19cm，高程H 方向2.36cm。

3.2 初始化時間對比測試

用戶初始化時間測試，在流動站初始化成功后，得到固定解變開始記錄高精度測量定位結(jié)果，且記錄對網(wǎng)絡(luò)的連接時間、RTK 的初始化的時間、DOP 值和衛(wèi)星數(shù)等信息進行記錄，然后斷開進行多次連接重新初始化，記錄相應(yīng)的高精度數(shù)據(jù)，作為這個點的一組測試數(shù)據(jù)。

圖7 北斗+GPS+GLONASS 與單GPS 始化時間測試對比

圖8 可見衛(wèi)星數(shù)對比

另外，jybd、wjsq、seus 等點優(yōu)于觀測環(huán)境惡劣，單GPS 系統(tǒng)無法固定，北斗+GPS+GLONASS 系統(tǒng)能夠快速固定。

通過對比分析得到：

在觀測環(huán)境良好的情況下，北斗+GPS+GLONASS 三星系統(tǒng)的初始化時間稍微優(yōu)于GPS 單星系統(tǒng)，總體情況基本相當(dāng)。

在觀測情況不好，尤其在下午時段，GPS 系統(tǒng)很難或者無法固定的情況下，北斗+GPS+GLONASS 三星系統(tǒng)的能夠有效快速的固定。

4 結(jié)論

通過測試得到一些有益的結(jié)論：

4.1 內(nèi)符合精度方面，通過NRS 三星系統(tǒng)的定位內(nèi)符合精度，平面80%左右優(yōu)于3mm，高程90%左右優(yōu)于1cm，通過GPS單星系統(tǒng)的內(nèi)符合精度，平面80%左右優(yōu)于5cm，高程90%左右優(yōu)于1cm；并且從精度豐富統(tǒng)計通上可以看到，北斗+GPS+GLONASS 三星系統(tǒng)的定位內(nèi)符合精度要優(yōu)于單GPS 系統(tǒng)。

4.2 系統(tǒng)間差異方面，北斗+GPS+GLONASS 三系統(tǒng)與GPS單星結(jié)果差異，平面絕大部分優(yōu)于1cm，高程絕大部分優(yōu)于3cm；統(tǒng)計精度，平面X 方向1.21cm，平面Y 方向1.19cm，高程H 方向2.36cm。

4.3 系統(tǒng)初始化方面，在觀測環(huán)境良好的情況下，北斗+GPS+GLONASS 三星系統(tǒng)的初始化時間稍微優(yōu)于GPS 單星系統(tǒng)，總體情況基本相當(dāng)。在觀測情況不好，尤其在下午時段，GPS系統(tǒng)很難或者無法固定的情況下，北斗+GPS+GLONASS 三星系統(tǒng)的能夠有效快速的固定。