蔡成輝，劉立龍，黎峻宇，黃良珂

（1.桂林理工大學(xué) 廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 桂林 541004；2.桂林理工大學(xué) 測繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004；3.廣西空間信息與測繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004）

CORS定位精度的可靠性研究

蔡成輝1,2,3，劉立龍1,2,3，黎峻宇1,2,3，黃良珂1,2,3

（1.桂林理工大學(xué) 廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，廣西 桂林 541004；2.桂林理工大學(xué) 測繪地理信息學(xué)院，廣西 桂林 541004；3.廣西空間信息與測繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 桂林 541004）

對某地區(qū)連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)(CORS)的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評價，得到內(nèi)外符合精度之間的函數(shù)關(guān)系，正確反映了觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量及CORS在實(shí)際測量中的可用性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該地區(qū)的CORS系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)外精度分布均勻，可以提供cm級的實(shí)時定位服務(wù)。

CORS；定位精度；可靠性；檢驗(yàn)方法

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)[1]技術(shù)已經(jīng)在全世界的導(dǎo)航、定位和科學(xué)研究等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，目前世界上較發(fā)達(dá)的國家都已建立或正在建立滿足自身需求的連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)，如美國的CORS[2]、澳大利亞的連續(xù)運(yùn)行基準(zhǔn)網(wǎng)（AFN）[3]、德國的全國衛(wèi)星定位網(wǎng)[4]、日本的GeoNet[5]。在我國，CORS的建設(shè)正在加緊進(jìn)行中。深圳市建立了我國第一個連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（SZCORS）[6]，目前已廣泛應(yīng)用于主要的測量領(lǐng)域。繼深圳之后，全國部分省、市也已初步建成或正在建立類似的省、市級CORS系統(tǒng)[7-9]。

目前的CORS技術(shù)比較成熟，與傳統(tǒng)RTK系統(tǒng)相比，CORS的有效作業(yè)范圍增大，定位精度以及可靠性得以提高，利用CORS可以開展全天候、多功能、多用途、應(yīng)用廣的服務(wù)，大大提高了空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的利用率。但是流動站在定位時，受到許多不定因素的影響，在缺乏必要檢核條件時，其定位精度的可靠性無法進(jìn)行正確評估，導(dǎo)致CORS在一些工程中的應(yīng)用受到制約。本文將重點(diǎn)研究和分析CORS系統(tǒng)定位精度可靠性檢驗(yàn)方法，并結(jié)合實(shí)例得出可靠的結(jié)論。

1 CORS定位精度可靠性檢驗(yàn)方法

為了確定CORS定位精度的可靠性，拓寬CORS系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域以及保證應(yīng)用的安全性，需要對CORS的定位精度可靠性進(jìn)行檢測。目前常用的檢驗(yàn)方法有靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法、實(shí)時動態(tài)觀測值與后處理結(jié)果比較的檢測方法、動態(tài)規(guī)則幾何軌跡檢測方法、固定基線長度相對檢測方法[10]。以下將分別對靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法和實(shí)時動態(tài)觀測值與后處理結(jié)果比較的檢測方法進(jìn)行研究。

1.1 靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法

靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法是CORS定位精度檢測中最簡單、最容易的方法，其基本原理是在CORS系統(tǒng)所覆蓋的區(qū)域內(nèi)，選取精確的已知點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)觀測，將平差計(jì)算得出的觀測結(jié)果與已知的精確坐標(biāo)進(jìn)行比較，從而檢驗(yàn)其定位精度。靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法有不少劣勢：①若測區(qū)范圍內(nèi)沒有有已知點(diǎn)，該檢測方法就無法使用，其應(yīng)用范圍有局限性[10]；②靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法是在靜態(tài)模式下進(jìn)行的，不能完全反映流動站在移動時的定位精度[10]；③測區(qū)范圍內(nèi)外界條件可能各不相同，不能正確反映測區(qū)各個地方的情況。

1.2 實(shí)時動態(tài)觀測值與后處理結(jié)果比較的檢測方法

CORS實(shí)時動態(tài)定位時，通過流動站所測定的點(diǎn)的坐標(biāo)是單點(diǎn)定位的結(jié)果，其觀測值存在數(shù)據(jù)丟失、整周跳變和通信誤碼等問題，定位精度偏低[11]，而GPS定位數(shù)據(jù)后處理結(jié)果可通過軟件解算，消除或減弱這些問題的影響，其可靠性更高。該檢測方法就是將后處理結(jié)果當(dāng)作參考值，與實(shí)時動態(tài)觀測值進(jìn)行比較，從而確定CORS實(shí)時動態(tài)定位的精度和可靠性。該方法在找不到已知點(diǎn)的情況下，也可以檢驗(yàn)CORS系統(tǒng)定位精度的可靠性，但是，該方法受到后處理軟件、觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量等的影響。

2 實(shí)例分析

2.1 某地區(qū)CORS系統(tǒng)簡介

某地區(qū)CORS系統(tǒng)運(yùn)用了GPS/GLONASS雙星定位等先進(jìn)技術(shù)建設(shè)的地區(qū)連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)，系統(tǒng)由5個連續(xù)運(yùn)行的GNSS參考站、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、1個數(shù)據(jù)處理及控制中心和流動站用戶4部分組成[11]。

2.2 靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法及內(nèi)插模型誤差的精度分析

2.2.1 靜態(tài)已知點(diǎn)檢驗(yàn)方法和過程介紹

CORS的實(shí)時定位精度一般取決于系統(tǒng)發(fā)送的VRS改正信息，同時也決定了用戶所能夠得到的實(shí)時定位服務(wù)的精度。本次實(shí)驗(yàn)的目的是比較全面、準(zhǔn)確地檢驗(yàn)VRS內(nèi)插模型誤差的精度，在一定程度上限制觀測條件對檢驗(yàn)結(jié)果的影響[11]。在檢驗(yàn)過程中，共選擇14個有代表性的已知點(diǎn)，網(wǎng)內(nèi)外各分布7個點(diǎn)，各檢測點(diǎn)比較均勻地分布在網(wǎng)內(nèi)外，其觀測條件良好。

本次實(shí)驗(yàn)使用的儀器是蘇一光A20流動站，檢測的方法是多歷元靜態(tài)已知點(diǎn)檢測方法。在每個已知點(diǎn)上觀測一個時段，數(shù)據(jù)采樣率為10 s，連續(xù)觀測一段時間后，記錄一組測量數(shù)據(jù)。

2.2.2 觀測數(shù)據(jù)成果的統(tǒng)計(jì)與分析

1）系統(tǒng)內(nèi)符合精度的統(tǒng)計(jì)。

內(nèi)符合精度反映了觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，其具體的統(tǒng)計(jì)方法是計(jì)算每一測點(diǎn)（X，Y，H）測量值的算術(shù)平均值（,并將該平均值作為參考值，然后將每一測量值與其求差。統(tǒng)計(jì)所有差值（?X，?Y，?H）的分布情況,并對差值在不同區(qū)間的概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分別計(jì)算系統(tǒng)X、Y、H方向的內(nèi)符合精度：

式中，n為觀測數(shù)總數(shù)；v為測試點(diǎn)觀測值與其算術(shù)平均值的差值。

其內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1和圖1所示。

表1 CORS系統(tǒng)內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)表

表1和圖1共同表明，該地區(qū)的CORS系統(tǒng)的內(nèi)符合精度在平面坐標(biāo)中集中在1～2 cm，占70%以上，最大值不超過3 cm；高程方向的內(nèi)符合精度集中在1～3 cm，占78．57%，最大不超過4 cm。由此可知，平面坐標(biāo)的內(nèi)符合精度高于高程方向。

圖1 CORS系統(tǒng)內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)圖

2）系統(tǒng)外符合精度統(tǒng)計(jì)。

利用基準(zhǔn)站W(wǎng)GS84坐標(biāo)向該地區(qū)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系轉(zhuǎn)換的參數(shù)，將實(shí)驗(yàn)中CORS的各測試點(diǎn)的WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為該地區(qū)的坐標(biāo)系統(tǒng)，并將這些測試點(diǎn)原坐標(biāo)作為真值，在轉(zhuǎn)換值與已知值之間求差，即為各測點(diǎn)的外符合精度，并統(tǒng)計(jì)其分布情況，分別計(jì)算測試點(diǎn)在X、Y、H方向的外符合精度中誤差：

式中，n為觀測值總數(shù)；?為測試點(diǎn)轉(zhuǎn)換參數(shù)后的差值。其外符合精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2和圖2所示。

表2 CORS系統(tǒng)外符合精度統(tǒng)計(jì)表

圖2 CORS系統(tǒng)外符合精度統(tǒng)計(jì)圖

表2和圖2共同表明，該地區(qū)的CORS系統(tǒng)的外符合精度在平面坐標(biāo)中集中在1～3 cm，最大值不超過4 cm；高程方向的外符合精度集中在3～5 cm，最大值不超過5 cm。由此可知，平面坐標(biāo)的外符合精度高于高程方向，但是分布都比較離散。綜上所述，該地區(qū)的CORS系統(tǒng)的內(nèi)符合精度比外符合精度高。

2.3 實(shí)時動態(tài)觀測值與后處理結(jié)果比較的檢測

在CORS系統(tǒng)中，利用靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行事后靜態(tài)處理，可將后處理結(jié)果作為參考值，與實(shí)時動態(tài)的觀測值進(jìn)行比較，從而檢驗(yàn)動態(tài)觀測數(shù)據(jù)的定位精度和可靠性，這樣不僅可以減少野外檢核的工作量，而且可以對所有野外觀測點(diǎn)進(jìn)行成批檢測[12]，有利于CORS系統(tǒng)定位精度可靠性的確定，更有利于CORS系統(tǒng)的應(yīng)用。

本次實(shí)驗(yàn)中選擇了幾個點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)觀測，觀測時為120 min，數(shù)據(jù)采樣率10 s。用蘇一光GPS隨機(jī)FGO數(shù)據(jù)后處理軟件對相關(guān)參考站的觀測數(shù)據(jù)與靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算。經(jīng)平差計(jì)算，得到各點(diǎn)的靜態(tài)處理結(jié)果，將處理結(jié)果作為真值，在各點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時動態(tài)觀測，所得的值與后處理結(jié)果進(jìn)行比較，如表3所示。

表3 實(shí)時動態(tài)測量值與后處理結(jié)果的比較/m

表3表明，實(shí)時動態(tài)測量值與后處理結(jié)果的精度為：X方向?yàn)椤?．16 cm，Y方向?yàn)椤?．93 cm，H方向?yàn)椤?．61 cm，采用該方法進(jìn)行定位精度檢測，各測點(diǎn)精度較高，且誤差值比較集中。

3 結(jié) 語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該地區(qū)的CORS系統(tǒng)定位精度可靠性較高，其技術(shù)指標(biāo)能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。在CORS系統(tǒng)定位精度方面，平面坐標(biāo)內(nèi)符合精度不超過3 cm，高程內(nèi)符合精度不超過4 cm，平面坐標(biāo)外符合精度不超過4 cm，高程外符合精度不超過5 cm，且在該地區(qū)的CORS系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)外精度分布均勻，可以提供cm級的實(shí)時定位服務(wù)。在該CORS系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)可以廣泛應(yīng)用于空間定位服務(wù)，但是應(yīng)增加不同地形條件檢測或其他檢核方式。

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P228.41

B

1672-4623（2014）06-0073-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2014.06.026

蔡成輝，碩士，研究方向?yàn)镚NSS技術(shù)與應(yīng)用。

2013-12-26。

項(xiàng)目來源：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（41064001）；廣西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2012GXNSFGA060001、2012GXNSFAA053183）；廣西空間信息與測繪重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室資助項(xiàng)目（1207115-07）；廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心資助項(xiàng)目（KH2012ZD004）；研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目（YCSZ2013077）；廣西“八桂學(xué)者”崗位專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目。