千尋知寸FindCM和SCCORS實時動態(tài)測量位置精度的差異性評價

孫 勇，黃 明

(1.四川省地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局區(qū)域地質調查隊，四川 成都 610213；2.四川省國土科學技術研究院，四川 成都 610045)

0 引 言

連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(CORS)是由若干個固定的連續(xù)運行GNSS參考站，利用計算機、數(shù)據(jù)通信技術和互聯(lián)網(wǎng)技術，實時向不同層次和不同需求的用戶自動地提供不同類型的GPS觀測值、改正數(shù)、狀態(tài)信息以及其他有關GNSS服務項目的現(xiàn)代位置基準系統(tǒng)。CORS系統(tǒng)由參考站、數(shù)據(jù)處理與控制中心、通訊網(wǎng)絡、用戶四大子系統(tǒng)組成(圖1)。參考站子系統(tǒng)主要負責GNSS衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)的跟蹤、采集、記錄等；數(shù)據(jù)處理與控制中心是整個系統(tǒng)的核心單元，負責接收參考站上衛(wèi)星的實時觀測數(shù)據(jù)，以進行相應的建模和生成網(wǎng)絡差分改正數(shù)(包括電離層、對流層、衛(wèi)星軌道誤差等)，并服務終端用戶；通訊網(wǎng)絡是連接數(shù)據(jù)處理與控制中心、參考站子系統(tǒng)和用戶終端的紐帶；用戶子系統(tǒng)是用戶通過多種方式登錄系統(tǒng)，獲取系統(tǒng)提供的相應的數(shù)據(jù)服務。網(wǎng)絡RTK技術是CORS系統(tǒng)的核心技術，基于CORS系統(tǒng)能夠提供高精度實時動態(tài)定位服務。

圖1 CORS系統(tǒng)架構圖

為保證CORS系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性，畢京學[1]等通過研究建議系統(tǒng)建設上參考站間的距離應控制到30 km～50 km，精度覆蓋范圍為網(wǎng)內(nèi)及網(wǎng)外30 km，且分布均勻。

國內(nèi)現(xiàn)已建成的CORS系統(tǒng)按照區(qū)域劃分，大部分為省級CORS，在省域內(nèi)進行RTK測量等工作均可接收到差分定位信號，個別城市也建成有覆蓋局部范圍的城市CORS系統(tǒng)。CORS在不同的專業(yè)領域應用也越來越廣泛，如李冠[2]等利用北京CORS站和城市GPS已有控制點對北京地鐵16號線及海淀山后線地鐵GPS控制網(wǎng)測量開展應用研究，發(fā)現(xiàn)用CORS站起算的平差精度優(yōu)于用城市GPS點起算的平差精度；廣東省基于廣東CORS(GDCORS)構建地質災害監(jiān)測平臺，實現(xiàn)滑坡災害的動態(tài)監(jiān)測[3]；四川省地震局基于四川CORS觀測網(wǎng)絡，構建的區(qū)域地殼運動監(jiān)測系統(tǒng)[4]等。中國兵器和阿里巴巴共建的千尋CORS是現(xiàn)階段比較成熟且投入到生產(chǎn)中的全國一張網(wǎng)CORS系統(tǒng)，顛覆了RTK測量作業(yè)的傳統(tǒng)模式，購買服務簡單，價格實惠，在測繪服務領域已有較好的應用。

1 千尋知寸FindCM與SCCORS系統(tǒng)

1.1 千尋知寸FindCM

千尋知寸FindCM是千尋位置網(wǎng)絡有限公司(中國兵器工業(yè)集團公司和阿里巴巴集團共同投資設立)基于位置服務云平臺開發(fā)出的厘米級高精度定位服務產(chǎn)品，千尋位置以“互聯(lián)網(wǎng)+位置”的理念，通過利用超過2 500個北斗地基增強站的整合與建設，基于衛(wèi)星定位、云計算和大數(shù)據(jù)技術，構建的位置服務云平臺[5]，具有靜態(tài)毫米級和動態(tài)厘米級的定位能力，服務范圍遍布全國，標志著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的應用邁出了重要步伐。

千尋知寸FindCM，終端硬件需支持Ntrip Client協(xié)議、差分數(shù)據(jù)以RTCM3.2格式播發(fā)[6]，提供8001、8002、8003三個RTK端口，分別對應ITRF2008、WGS84、CGCS2000坐標框架。根據(jù)其產(chǎn)品介紹，在觀測環(huán)境良好的情況下，統(tǒng)計精度可以達到水平2～5 cm，高程2～8 cm，在四川服務覆蓋方面，除川西高原(阿壩州、涼山州、甘孜州所屬部分區(qū)域)外均能全部覆蓋。

1.2 SCCORS系統(tǒng)

四川省衛(wèi)星導航與位置服務基礎平臺(SCCORS)是四川省建CORS系統(tǒng)，其基準站有100座，分布于全省，是目前規(guī)模最大、覆蓋區(qū)域廣泛、兼容GPS以及GLONASS的省級北斗地基增強系統(tǒng)[7]。SCCORS系統(tǒng)支持發(fā)布RTCM3.X、RTCM2.X、CMR、CMR+等多種格式的差分電文，提供2101(雙星，GPS/GLONASS)和2301(三星，GPS/GLONASS/BDS)端口。就四川北斗CORS試驗網(wǎng)基線解算精度而言，張芯[8]等利用四川省7個北斗CORS站4天的基線觀測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)解算試驗，結果表明四川省地區(qū)BDS(北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng))基線解算精度較GPS基線解算精度差，存有厘米級差異，BDS/GPS聯(lián)合解算的基線精度與GPS基線解算精度相當。

公開資料顯示，SCCORS系統(tǒng)的實時動態(tài)定位服務能夠覆蓋除川西高原地區(qū)以外的全部區(qū)域，其他服務覆蓋全省，其主要技術指標為動態(tài)定位精度：水平不大于5 cm，大地高不大于8 cm，采用靜態(tài)觀測并經(jīng)事后處理，精度能夠達到：水平不大于1 cm，大地高不大于2 cm，平臺在功能上除具有實時動態(tài)定位外，還具有數(shù)據(jù)解算和坐標轉換等功能，利用四川似大地水準面的精化成果(似大地水準面分辨率：2.5′×2.5′)，在成都平原區(qū)能夠達到±2.3 cm，川東、川南區(qū)(丘陵區(qū))能夠達到±3.4 cm，川西高原能夠達到±6.8 cm的高程異常精度。

1.3 千尋位置與SCCORS系統(tǒng)服務的比較

千尋位置立足于計算網(wǎng)、時空網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的三網(wǎng)合一，基于自主可控的算法能力，構建了統(tǒng)一維度的“時空基礎平臺”和海量數(shù)據(jù)存儲和融合的“時空大數(shù)據(jù)平臺”，并逐漸發(fā)展成為新型智能基礎設施[5]。千尋位置運用虛擬參考站(VRS)技術實現(xiàn)CORS系統(tǒng)的網(wǎng)絡RTK服務，較SCCORS系統(tǒng)服務而言，除服務區(qū)域更為廣泛外，具有高可用、高并發(fā)特點以及快速的運維響應、領先的技術優(yōu)勢和不斷發(fā)掘的商業(yè)模式(表1)。

表1 千尋位置服務與SCCORS系統(tǒng)服務的比較

2 千尋知寸FindCM和SCCORS位置精度的差異性評價

2.1 檢測方案

檢測區(qū)位于四川省西南部的一工業(yè)園區(qū)，面積約14 km2，區(qū)域形狀呈帶狀，屬山區(qū)地形，海拔高度約860～2 430 m，工作內(nèi)容為1∶500大比例尺測圖，要求精度符合《四川省工程建設項目竣工驗收階段“多測合一”技術指南(試行)》，即重要地物點相對鄰近圖根點的點位中誤差不大于5 cm，地物點之間的間距中誤差不大7 cm，其他地物點相對鄰近圖根點的點位中誤差不應大于7 cm，地物點之間的間距中誤差不應大于10 cm，高程點相對于鄰近圖根點的高程中誤差不應大于4 cm。

項目實施中，按照GPS測量規(guī)范共布設了20個E級點，采用5臺經(jīng)檢校合格的華測i70智能型GNSS接收機以邊連接模式進行GPS靜態(tài)同步觀測，并適當延長觀測時間，共觀測6個時段。i70智能型GNSS接收機標稱靜態(tài)平面精度：±(2.5+0.5×10-6×D)mm，靜態(tài)高程精度：±(5.0+0.5×10-6×D)mm；標稱RTK平面精度：±(8.0+1.0×10-6×D)mm，RTK高程精度：±(15.0+1.0×10-6×D)mm。觀測完成后，及時導出觀測數(shù)據(jù)，正確設置接收機高(根據(jù)不同量測模式，歸算至相位中心)，進行觀測數(shù)據(jù)的質量檢核，包括數(shù)據(jù)剔除率、重復基線較差、同步環(huán)和異步環(huán)的數(shù)據(jù)檢驗，經(jīng)檢校合格的數(shù)據(jù)導出Rinex標準數(shù)據(jù)包，委托自然資源部第三大地測量隊(SCCORS系統(tǒng)管理單位)利用SCCORS系統(tǒng)24 h不間斷觀測的CORS基準站觀測數(shù)據(jù)，聯(lián)合進行數(shù)據(jù)解算和平差等工作，獲得靜態(tài)解算成果。

利用FindCM和SCCORS實時動態(tài)在測量結果位置精度上開展比較的前置條件準備如下：① 采用同一臺RTK儀器(華測i70)分別登錄SCCORS賬號和千尋知寸FindCM賬號進行登錄；② 采集點位為項目布設的E級控制點，每個點位采用SCCORS賬號和千尋賬號分別采集3個測回(每個測回采集完成后斷開RTK通信鏈路重新初始化)；③ 觀測使用三腳架強制對中整平，正確設置儀器高，所有觀測均由同一人操作執(zhí)行；④ 將靜態(tài)解算結果視為真值，高程比較均基于CGCS2000直接測定的大地高進行比較。

2.2 內(nèi)符合精度評定

每個檢測點測量3個測回，在三維分量上的內(nèi)符合精度評定中誤差公式為：

(1)

所有n個檢測點在三維分量上的內(nèi)符合精度評定中誤差公式為：

(2)

根據(jù)式(1)、式(2)計算20個檢測點的內(nèi)符合精度中誤差，并統(tǒng)計匯總，如表2、表3所示。

表2 SCCORS內(nèi)符合精度統(tǒng)計結果 單位/m

表3 千尋知寸FindCM內(nèi)符合精度統(tǒng)計結果 單位/m

2.3 外符合精度評定

將20個等級控制點通過SCCORS靜態(tài)解算獲得的成果視為已知坐標值(真值)，將采用SCCORS和千尋知寸FindCM動態(tài)測量結果與已知坐標值的差異來確定動態(tài)測量的三維坐標分量所達到的實際精度，n個檢測點在三維分量上的外符合精度評定中誤差公式為：

(3)

根據(jù)式(3)計算20個檢測點的外符合精度中誤差，并統(tǒng)計匯總，如表4、表5所示。

表4 SCCORS外符合精度統(tǒng)計結果 單位/m

表5 千尋知寸FindCM外符合精度統(tǒng)計結果 單位/m

2.4 SCCORS與千尋知寸FindCM測量結果較差

經(jīng)匯總統(tǒng)計，在數(shù)值較差上，x(北坐標)平均較差約0.12 m，y(東坐標)平均較差約0.08 m，高程平均較差0.15 m，平面上平均較差約0.15 m，最大、最小較差如表6所示。

表6 SCCORS與千尋知寸FindCM測量結果較差 單位/m

3 結 語

將數(shù)據(jù)統(tǒng)計匯總和評定分析，可以得出如下結論：

(1)采用SCCORS進行動態(tài)測量，多測回間數(shù)據(jù)穩(wěn)定，測回間x最大中誤差0.002 m，y最大中誤差0.002 m，h最大中誤差0.020 m、平均0.013 m，平面平均中誤差0.002 mm，SCCORS內(nèi)符合性好，可靠性高。

(2)采用千尋知寸FindCM，測回間x最大中誤差0.009 m最大中誤差0.009 m，y最大中誤差0.016 m、平均0.013 m，平面平均中誤差0.008 m，千尋知寸FindCM內(nèi)符合性一致，可靠性高。

(3)從外符合角度評價SCCORS系統(tǒng)，采用SCCORS開展動態(tài)測量，其測量結果較靜態(tài)觀測結果平面上平均中誤差0.013 m,大地高中誤差0.055 m，驗證結果表明利用SCCORS開展動態(tài)測量結果的精度與系統(tǒng)介紹的技術指標相符，說明利用SCCORS動態(tài)測量直接測量圖根控制點(嚴格按照規(guī)范要求操作)，可以不需要進行多點校正，能夠完全滿足測圖精度需求。

(4)使用千尋知寸FindCM進行動態(tài)測量，在位置精度上與SCCORS測量平面上中誤差平均為0.075 m，SCCORS較千尋知寸FindCM平面較差約0.150 m，高程校差約0.015 m，平面較差偏大，大地高測量結果較為一致。使用千尋知寸FindCM開展動態(tài)測量能夠滿足一般地物點的測量精度需求，但用SCCORS系統(tǒng)檢測千尋知寸FindCM測量的圖根點或明顯地物點，檢測結果不能達到要求。因此，實地測量中，不建議采用未經(jīng)點校正的千尋知寸FindCM直接開展動態(tài)測量，可實地采集控制點，經(jīng)校正后可滿足需求。

受千尋CORS保密、知識產(chǎn)權保護原因無法獲得千尋CORS基準站的建立、核心的數(shù)據(jù)算法等更多信息，就千尋知寸FindCM較SCCORS系統(tǒng)實時動態(tài)測量結果平面較差偏大原因暫無法作進一步評價。同時本結論存有不足之處，即驗證條件比較局限，包括但不限于驗證范圍較小、不同地貌的選擇有限、受制于條件未選擇在高等級國家點上進行驗證等，對外部場景使用發(fā)生明顯變化區(qū)域，使用時應進一步加強檢校。