新疆CORS網絡RTK精度測試與分析

梁 艷

(新疆維吾爾自治區(qū)測繪科學研究院, 新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

隨著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)正式對外提供服務,衛(wèi)星導航和位置服務產業(yè)不斷發(fā)展壯大。新疆是“絲綢之路經濟帶核心區(qū)”之一,地理位置在“一帶一路”實施過程中發(fā)揮重要的紐帶作用,需要大量基于空間信息的基礎數(shù)據(jù)和服務,北斗地基增強系統(tǒng)是北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)重要組成部分,國內大部分省、自治區(qū)、直轄市均建立了自己的連續(xù)運行參考站(Continuously Operating Reference Stations,CORS)系統(tǒng)[1-3]。近年來,隨著科學技術的高速發(fā)展及更高精度服務的需求,部分地區(qū)進一步對CORS進行了加密及升級改造,并進行了精度及性能測試[4-9],更好地為國民經濟發(fā)展、國防建設、基礎科研等領域提供保障。

1 新疆CORS簡介

新疆CORS于2016年8月建成并啟動運行,“十三五”期間通過實施新疆北斗地基增強系統(tǒng)建設項目,新建80座北斗衛(wèi)星導航定位基準站,對原有基準站網進行了加密、升級和完善,目前共計263座基準站(圖1)。自運行以來,系統(tǒng)廣泛地服務于自然資源調查與監(jiān)測、國土空間規(guī)劃、土地確權、地震監(jiān)測與預判、公路設計、電力線路規(guī)劃、水文調查等方面。截至目前,新疆CORS在線注冊單位近500家,終端用戶2 000余個,可同時為400個用戶提供動態(tài)定位服務。系統(tǒng)的運行極大地帶動了新疆衛(wèi)星導航定位高新技術和新型業(yè)態(tài)的發(fā)展,為加快實現(xiàn)自治區(qū)的新型工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農業(yè)現(xiàn)代化進程以及“一帶一路”國家戰(zhàn)略提供重要技術支撐。

圖1 新疆CORS基準站分布示意圖

2 測試內容及方法

2.1 測試內容

本次測試范圍為全疆基準站點覆蓋區(qū),測試點位選在網形較好、距離基準站點有效距離范圍內的點,采用網絡RTK流動站測量方法采取測試點2000國家大地坐標系(China Geodetic Coordinate System 2000， CGCS2000)坐標,并將其與已知控制點成果做對比。測試點位共計272個,采用的點均為原有高等級的GNSS點且具有與新疆CORS一致性較好的CGCS2000成果,其中B級點250個, C級點22個,測試點位分布均勻,施測時間為2020年5月20日至2020年7月5日。

2.2 測試模式

本次測試采用的儀器為南方銀河6和華測I90接收機,每個點采取5種觀測模式,每種觀測模式下每個源節(jié)點進行3次測量(初始化),每次測量25個歷元,歷元時間間隔為2 s,完全按照要求作業(yè)。測試的全部點位可以獲得固定解數(shù)據(jù),大部分點可以三星系統(tǒng)五種模式分別固定。少量點位缺少北斗信息,只有全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)、俄羅斯全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System,GLONASS)兩星系統(tǒng)兩種模式進行固定,測試模式如表1所示。

表1 動態(tài)作業(yè)模式表

2.3 精度統(tǒng)計方法

實時定位精度統(tǒng)計可以分為內符合精度統(tǒng)計、外符合精度統(tǒng)計兩個部分[10-11]。

(1)

在新疆CORS網絡RTK實時定位內符合精度統(tǒng)計中,計算每一個觀測點所有測量值的平均值,再將該平均值與每一測量值求差,依照式(1)分別計算系統(tǒng)各個坐標方向的內符合精度。根據(jù)設計要求,內符合精度統(tǒng)計評定的限差應滿足水平≤3 cm,大地高≤5 cm。

外符合精度反映的是與已知坐標的符合情況,可體現(xiàn)系統(tǒng)快速或實時定位的精度。將實際測量坐標與已知點坐標進行比較,得到外符合精度,外符合參考值為國家控制點CGCS2000的坐標基準成果。外符合精度計算方法如下：

(2)

3 測試結果分析

3.1 內符合精度統(tǒng)計

在測試過程中,各測試點平面坐標的內符合精度均在1.0 cm左右,最大值2.7 cm;大地高精度在2.0 cm左右,最大值4.5 cm。說明新疆CORS實時定位狀態(tài)較為穩(wěn)定。

3.2 外符合精度統(tǒng)計

測試點外符合精度統(tǒng)計結果如表2所示。

表2 測試點測試外符合精度統(tǒng)計表

根據(jù)統(tǒng)計結果可以看出：測試點位整體外符合精度較好,絕大部分地區(qū)滿足精度要求。272個測試點位,有效點271個。其中,平面超限12點,有11個測試點是C級點,查詢歷史資料得知,C級點成果坐標基準與新疆CORS不完全一致,且長年未更新,現(xiàn)勢性較差,導致一定程度上影響測試結果。高程超限點數(shù)9個,其中2個點存在粗差,其余7個點中5個點未超過2倍中誤差值。外符合精度分布區(qū)間如圖2～3所示。

圖2 平面中誤差區(qū)間分布圖

圖3 大地高中誤差區(qū)間分布圖

3.3 實時動態(tài)定位精度整體分析

在不同觀測模式以及不同時段進行測試,測試結果包含了新疆CORS系統(tǒng)網絡覆蓋的內外區(qū)域的觀測固定解成果。為了統(tǒng)計系統(tǒng)整體的實時動態(tài)定位精度,對所有不同觀測模式的測量數(shù)據(jù)進行內外符合精度的統(tǒng)計(表3)。

表3 實時動態(tài)定位整體精度統(tǒng)計表

測試點在基準站最大間距小于80 km,外延小于40 km范圍內,整體中誤差內符合精度平面方向均小于3 cm,垂直方向均小于5 cm,外符合精度平面精度均小于5 cm,垂直方向均小于10 cm,滿足技術指標設計要求;在基準站外延大于80 km的測試點,得不到固定解。

3.4 初始化時間

在系統(tǒng)測試的同時,對不同模式下測試的初始化時間進行了統(tǒng)計(圖4)。分析得到GPS+BDS+GLONASS模式定位最快,平均初始化時間只需要12 s,說明三星系統(tǒng)在得到固定解的初始化速度具有明顯的優(yōu)勢。其次是GPS,單GPS初始化時間15 s,GPS+BDS模式平均初始化時間只需要15.4 s,GPS+GLONASS模式平均初始化時間22.8 s,單BDS初始化時間34.3 s,其中單BDS模式耗時最長。

圖4 初始化時間結果

4 結束語

本文簡要介紹了新疆CORS系統(tǒng),并對加密后的基準站網進行了實時動態(tài)定位精度測試。對全疆共計272個測試點位進行實時動態(tài)測試,并對其內外符合精度數(shù)據(jù)進行了分析和統(tǒng)計,得出新疆CORS系統(tǒng)的實時動態(tài)定位精度符合設計要求,可提供滿足全天候95%以上有效范圍內的厘米級實時動態(tài)定位服務,且采用BDS+GPS+GLONASS組合模式的測試初始化時間最短。