兰州市CORS系统定位精度测试及应用

朱建华,龚真春,李燕军,陈金龙,白冰

(61243部队,兰州 730020)



兰州市CORS系统定位精度测试及应用

朱建华,龚真春,李燕军,陈金龙,白冰

(61243部队,兰州 730020)

摘要：CORS系统的定位精度检测是系统整体性能测试中一项最重要的内容,也是系统用户最为关心的。简述了CORS系统定位误差源,分析比较了几种常用定位精度测试方法的优缺点,在利用兰州市CORS系统第一次作业时,对该系统的定位精度进行了测试和评价分析。测试结果表明,该系统定位精度可靠性高,可满足作业需求。

关键词：CORS;定位精度;可靠性;测试方法

0引言

随着CORS技术的发展和推广应用,现已在全国大部分城市及区域建成了上百个CORS,并能实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户自动提供不同类型的GNSS观测值(载波相位,伪距)、各种改正数、状态信息以及其他有关GNSS服务项目。同传统 RTK 系统相比,不论是单基站、多基站还是网络CORS,其有效作业范围增大,定位精度以及可靠性得以提高,在功能、用途和应用范围等方面都扩大了许多。一个建成的CORS系统是否能够提供连续、动态和高精度的空间定位服务,是否满足多类用户实时定位以及事后数据处理高精度定位应用需求,很大程度上取决于系统的定位精度[1-2]。此外,在利用CORS系统进行具体项目测量作业前,也应对此定位精度进行简单测试,以确保作业成果质量是否符合规范要求。本文将重点分析和比较CORS系统定位精度可靠性的检验方法,并结合兰州市CORS系统,对该系统的定位精度进行测试和评价分析。

1CORS系统定位中的主要误差源

CORS系统定位误差主要是由基准站GNSS 观测误差、流动站观测误差和差分误差信息的数学内插模型等引起的。其中前两项误差与常规RTK定位中出现的误差基本等同,以系统误差的危害性为重,并大多有规律可循,因此要提高CORS定位精度是以分析该部分误差源与消除方法为主[3]。也可把CORS的误差源划分为非空间相关和空间相关误差来处理,非空间相关误差有卫星钟钟差、接收机钟差、接收机噪声、多路径效应等等;而空间相关误差包括轨道误差、对流层延迟误差和电离层延迟误差等[4]。上述对CORS误差源划分不同,但在本质上是一样,目的都是通过对各种误差削弱或消除的方法研究,以提高其定位精度。

2CORS系统定位精度测试方法

目前,用于测试CORS系统定位精度的方法较多,且每种方法各有其不同适用情况及优缺点。常用的有静态已知点检测方法、实时动态观测值与后处理结果比较的检测方法、反算基线长法、动态规则几何轨迹检测方法、固定基线长度相对检测方法以及高程影响检测法和空间因子检测法等。但从用户作业需求及实现便利角度出发,以下几种检测方法在实践应用中十分普遍。

2.1静态已知点检测法

该方法是当前CORS定位精度检测中最常用也是最易实现的方法[5]。一般通过在系统覆盖区域内选择具有代表性的、已知精确坐标的检测点,将动态用户接收机架设在已知点上进行实时定位并记录结果,然后对实时定位结果进行统计分析,得到在检测点上实时定位的内、外符合精度。

内符合精度用于评定CORS定位的稳定性程度。具体方法是计算每一测点所有测量值的算术平均值,再将该算术平均值与每一测量值求差,分析统计出各方向(X、Y、H)差值的分布情况,以反映系统实时定位的稳定性和收敛性。其计算公式为

(1)

式中: v为测试点观测值与其算术平均值的差值; n为观测值总数。

外符合精度反映CORS系统定位的准确性和与已有坐标系成果一致性。具体方法是在已知测试点上,通过转换参数实测得出当地坐标系下的坐标成果,与该测试点的己知坐标成果相比较,即可得出在(X、Y、H)方向上的外符合精度分布情况。外符合精度与已知点位精度、转换参数精度、系统定位精度三者有关。其计算公式为

(2)

式中: q为检测点的总数;Δ为检测点实测值与已知坐标值的差值。

该方法的优点是统计方法简单,易实现,在检测点上能显著地反映CORS系统实时定位精度;缺点是需要已知检测点的精确坐标,如果在系统覆盖区域内很难找到已知点或者坐标基准不统一,该方法就无法实施[6]。

2.2与后处理结果比较法

与后处理结果比较法是选定某一检测点,先进行静态观测,然后再进行实时动态观测,把实时动态的定位结果与事后静态数据处理得到的结果进行比较,以事后静态数据处理得到的结果为真值,来确定实时动态定位结果的精度可靠性。该方法弥补了静态已知点检测法需要已知检测点精确坐标的不足,在系统某些区域很难找到已知点的条件下,采用该方法进行系统定位精度检测显得非常有效。但事后数据处理的定位结果受观测数据质量和参考站坐标精确性影响[7]。

2.3反算基线长法

反算基线长法主要是对通视的、相距不远的两点进行实时动态测量,利用实时动态定位结果反算基线长,然后与使用静态测量得到的基线长或使用常规测量方法测得的距离进行比较,两者的偏差在一定程度上反映出系统的定位精度[8]。

3测试结果及分析

兰州市CORS(LZCORS)系统由7个参考站和管理控制中心、数据中心、用户终端设备等部分组成,相邻参考站间的距离最长70.6km,最短31.0km,平均44.1km,快速或实时定位的设计精度为:水平≤3cm,垂直≤5cm.现根据上述三种检测方法,结合第一次利用该系统作业时,给出其定位精度检测的结果及分析。

3.1静态已知点法检测结果及分析

为了比较全面、准确地检验该CORS系统定位精度,尽量减少测试点自身观测条件对检测结果的影响。测试中共选择了12个已知点,如表1所示。

表1　已知点等级及分布情况

表1中所选取的这些点既有较高等级的GPS控制点,也有较低等级的城市导线控制点,观测条件良好,有很好的代表性,点位均匀分布在网内外。

内符合精度检测时,流动站在已知点上分别进行四次初始化,每次采集10个历元,进行4个测回的观测,坐标系统采用WGS-84,高程为大地高;外符合精度检测时,求取了1980西安坐标系到2000国家大地坐标系的转换参数。按照式(2)、式(3)分别计算出内、外符合精度,统计结果如表2、图3和图4所示。

表2　静态已知点检测法内、外精度统计

图1　CORS系统内符合精度

图2　CORS系统外符合精度

从表2、图3和图4中可看出,LZCORS系统的内符合精度比外符合精度要高(一般高1～2 cm),水平方向和高程方向整体优于2 cm,高于设计精度3 cm和5 cm,表明了该CORS系统实时动态定位稳定、可靠。LZCORS系统外符合精度概率分布比较离散,分散分布在0～5 cm之间,外符合精度水平方向整体优于3 cm,水平方向最大值为3.8 cm,高程方向优于5 cm,说明了网络RTK 实时动态定位是准确的。

3.2与后处理结果比较法检测结果及分析

在该系统覆盖范围内选取7个点,先进行GPS静态测量,后进行实时动态测量,坐标系统采用CGCS2000.将实时动态测量结果与后处理计算结果进行比较,结果如表3所示。

表3　与后处理结果比较精度统计

从表3可看出,采用该方法进行检测时,除测试点JC22坐标差值较大外,其余测试点的实时定位精度较高,均达到了设计精度和作业规范规定的坐标较差要求[9]:平面坐标较差≤3 cm,高程较差≤5 cm.

3.3采用反算基线长法检测结果及分析

在该系统覆盖范围内选取10个点,两点之间相互通视。利用实时动态的定位结果反算出5条基线长,然后使用全站仪对5条边进行距离测量,对二者的结果进行比较,结果如表4所示。

从表4看出,两者的差值小于作业规范规定的边长较差小于15 mm的要求,也在一定程度上反映出了该CORS系统的实时定位精度。

表4　与反算基线长比较结果统计

4结束语

本文在使用兰州市CORS系统进行作业时,采用静态已知点检测法、与后处理结果比较法和反算基线长法三种检测方法,对此定位精度进行了检测。检测结果表明,兰州市CORS系统定位精度可靠性高,其技术指标达到了设计要求,可满足大比例尺测图、工程测量及其他等方面的应用需求。同时应注意的是,进行CORS系统定位精度可靠性检测时,要针对不同工程测量项目需求,综合运用各种检测方法,以便更全面、客观地对其实时定位精度进行检测,以确保其定位精度的可靠性。

参考文献

[1] 蔡成辉,刘立龙,黎峻宇,等. CORS 定位精度的可靠性研究[J].地理空间信息,2014,12(6):74-75.

[2] 黄俊华,陈文森.连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用[M].北京:科学出版社,2009.

[3] 徐文兵. GPS连续运行参考站系统(CORS)定位精度的可靠性研究[D].合肥:合肥工业大学,2009.

[4] 陈昇. CORS站系统定位精度分析及检测方法的研究[D].昆明:昆明理工大学,2011.

[5] 王 妍,孔祥仲,韩晓冰.华测连续参考站系统(CORS) 定位精度检测方法[J].测绘与空间地理信息,2012,35(4):156-157.

[6] 王锴华,汪 洋,刘鸿飞.基于单基站的航运CORS系统动态精度测试与分析[J].测绘地理信息,2014,40(1):12-13.

[7] 唐卫明,楼益栋，刘晖，等.GPS连续运行参考站系统定位精度检测方法研究[J].通信学报,2006,27(8):73-77.

[8] 蔡荣华,苏立钱，杨一挺，等.浙江省省级CORS系RTK测试与分析[J].全球定位系统,2009,34(3):41-45.

[9] 浙江省测绘局、国家测绘局重庆测绘院.全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范(GH/T2009-2010) [S].北京:中国计划出版社, 2010.

朱建华(1977-),男,工程师,主要从事大地测量和GNSS导航定位方面的研究。

龚真春(1973-),男,高级工程师,主要从事大地测量和GNSS导航定位方面的研究。

李燕军(1973-),男,工程师,主要从事航测和工程测量方面的研究。

陈金龙(1985-),男,工程师,主要从事GNSS导航定位与数据处理方面的研究。

白冰(1971-),男,高级工程师,主要从事航测和工程测量方面的研究。

Positioning Accuracy Test and Application of Lanzhou CORS

ZHU Jianhua,GONG Zhenchun,LI Yanjun,CHEN Jinlong,BAI Bing

(61243Troops,Lanzhou730020,China)

Abstract:The positioning accuracy is one of the most important test contents of CORS and it is paid great attention by users. Based on briefly introducing the error source of CORS positioning, this paper analyses and compares the advantages and disadvantages of several commonused detection methods for CORS, Combining Lanzhou CORS to work for the first time, the positioning accuracy of it is tested and evaluated. The experimentation results indicate that positioning accuracy of the system is reliable, meeting surveying job requirements.

Keywords:CORS; positioning accuracy; reliability; test methods

作者简介

中图分类号：P228.4

文献标志码：A

文章编号：1008-9268(2016)01-0087-04

收稿日期：2015-11-05

doi:10.13442/j.gnss.1008-9268.2016.01.018

联系人： 朱建华 E-mail: 1076695185@qq.com