詹達(dá)誨，杜 昊，謝寶飛，范瀟云，葉文芳，王一飛

（1.國家無線電監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)中心，北京 100041；2.武漢大學(xué)，武漢 430079）

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）指的是由美國GPS、俄羅斯GLONASS、中國北斗以及歐洲Galileo四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)[1]。CORS（Continuously Operating Reference System），即連續(xù)運(yùn)行參考系統(tǒng)可以理解為一種以提供衛(wèi)星導(dǎo)航定位服務(wù)為主的多功能GNSS服務(wù)系統(tǒng)，是建立數(shù)字城市、國家乃至地球時(shí)不可缺少的基礎(chǔ)設(shè)施，其實(shí)質(zhì)是一種多功能的連續(xù)運(yùn)行的GNSS綜合服務(wù)系統(tǒng)[2-3]。隨著城市化建設(shè)的不斷加快和推進(jìn)，CORS服務(wù)系統(tǒng)在人民生活和國防建設(shè)之中扮演著愈來愈重要角色，使得用戶對(duì)CORS服務(wù)系統(tǒng)的性能要求不斷提高，這引起測(cè)繪界的廣泛關(guān)注[3]。本文通過使用天寶GNSS接收機(jī)進(jìn)行在JLCORS服務(wù)系統(tǒng)下的一般GNSS接收機(jī)性能檢驗(yàn)和靜態(tài)定位測(cè)試、動(dòng)態(tài)定位測(cè)試及內(nèi)、外符合精度測(cè)試等綜合性能來評(píng)估JLCORS服務(wù)系統(tǒng)的整體性能[4]。

1 JLCORS系統(tǒng)簡介

吉林省連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)（Jilin Continuously Operat ing Reference System，JLCORS）是于2009年11月吉林省人民政府正式批準(zhǔn)立項(xiàng)建設(shè)的，由吉林省測(cè)繪地理信息局領(lǐng)頭組織，與吉林省氣象局、吉林省地震局共同建設(shè)完成，在2011年底開通進(jìn)入試運(yùn)行階段[5]。吉林省連續(xù)運(yùn)行參考站（JLCORS）系統(tǒng)作為新一代的網(wǎng)絡(luò)化大地測(cè)量系統(tǒng)，它不僅可以向各級(jí)測(cè)繪用戶提供高精度、連續(xù)的時(shí)間和空間基準(zhǔn)，也可以向氣象監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)導(dǎo)航定位、災(zāi)害預(yù)報(bào)等部門提供各種數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)也是建設(shè)數(shù)字化吉林的基礎(chǔ)設(shè)施之一[6]。JLCORS包括基準(zhǔn)站網(wǎng)絡(luò)、控制中心、數(shù)據(jù)中心、用戶應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)5個(gè)子系統(tǒng)以及49個(gè)參考站（參考站具體點(diǎn)位分布如圖1），實(shí)現(xiàn)可覆蓋吉林省90% 地區(qū)[5]。

圖1 JLCORS參考站的點(diǎn)位分布圖[7]

2 JLCORS服務(wù)系統(tǒng)的整體性能檢驗(yàn)

到目前為止，對(duì)于CORS系統(tǒng)的測(cè)試指標(biāo)在國際上還沒有一個(gè)明確的指標(biāo)[3]，為了準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)CORS系統(tǒng)的綜合性能、定位精度、可靠性、穩(wěn)定性等指標(biāo)，本次研究通過在吉大校區(qū)內(nèi)的4個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)測(cè)量并從以下4個(gè)方面來測(cè)試CORS系統(tǒng)的整體性能：定位服務(wù)時(shí)效性檢測(cè)、靜態(tài)定位精度檢測(cè)、動(dòng)態(tài)定位精度檢測(cè)、內(nèi)外符合精度檢測(cè)等[4]。

2.1 GNSS接收機(jī)定位服務(wù)時(shí)效性檢測(cè)

在GNSS接收機(jī)定位服務(wù)時(shí)效性檢測(cè)之中，主要包括初始化時(shí)間、PDOP值、衛(wèi)星個(gè)數(shù)、水平精度、垂直精度等信息。

（1）初始化時(shí)間：對(duì)于RTK測(cè)量而言，用戶在獲得JLCORS系統(tǒng)差分?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)后可能夠很快得到該測(cè)站的浮動(dòng)解，但是需要一定時(shí)間的觀測(cè)才能得到符合定位精度要求的固定解，我們將獲得浮動(dòng)解到獲取到固定解的時(shí)間間隔稱為初始化時(shí)間[4]。

（2）PDOP：指空間位置精度因子

（3）衛(wèi)星個(gè)數(shù)：指GNSS接收機(jī)所接收到衛(wèi)星信號(hào)的衛(wèi)星的個(gè)數(shù)，一般至少應(yīng)大于4顆，最好大于6顆（本次實(shí)驗(yàn)每次觀測(cè)都大于6顆）。

表1 JLCORS定位服務(wù)時(shí)效性測(cè)試表

通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)能在很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)現(xiàn)有已知點(diǎn)都進(jìn)行初始化，并成功和JLCORS在短時(shí)間內(nèi)連接，用戶RTK網(wǎng)絡(luò)連接也無故障出現(xiàn)，同時(shí)PDOP、衛(wèi)星個(gè)數(shù)及其他消息也滿足要求，說明JLCORS系統(tǒng)的定位服務(wù)時(shí)效性良好。

2.2 靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)試

靜態(tài)相對(duì)定位指的是根據(jù)安置在固定待定點(diǎn)和基準(zhǔn)點(diǎn)上GNSS接收機(jī)所進(jìn)行同步觀測(cè)的資料來確定待定點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)位置或再根據(jù)相對(duì)定位原理利用已知的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)來確定固定待定點(diǎn)的坐標(biāo)的測(cè)量方式。其觀測(cè)值可以使用偽距觀測(cè)值也可以使用載波相位觀測(cè)值，由于經(jīng)過周跳修復(fù)并確定了整周模糊度的載波相位觀測(cè)值可以看作為高精度的測(cè)距碼偽距觀測(cè)值，因此本文僅考慮載波相位觀測(cè)值得情況。

2.2.1 基本原理

（1）非差觀測(cè)值

（2）單差觀測(cè)值

（3）雙差觀測(cè)值

2.2.2 具體操作

在靜態(tài)作業(yè)條件下，通過RTK進(jìn)行定位測(cè)量，利用JLCORS系統(tǒng)播發(fā)的網(wǎng)絡(luò)RTK改正信息，確定靜態(tài)定位精度。具體操作是在4個(gè)已知坐標(biāo)的點(diǎn)上進(jìn)行靜態(tài)單點(diǎn)定位測(cè)試，通過根據(jù)不同時(shí)長得到的點(diǎn)位坐標(biāo)與已知坐標(biāo)比較，來判斷靜態(tài)單點(diǎn)定位精度。其中P點(diǎn)定位時(shí)間為5min，Q定位時(shí)間為10min，M定位時(shí)間為15min，N點(diǎn)為20min，具體測(cè)量結(jié)果見表2。

表2 靜態(tài)單點(diǎn)定位測(cè)試表（單位：cm）

從表2中可以看出，靜態(tài)相對(duì)定位隨著時(shí)間的增加其精度也增加，最后趨于穩(wěn)定。

2.3 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位（盲區(qū)測(cè)試）測(cè)試

2.3.1 基本概念

動(dòng)態(tài)相對(duì)定位指的是根據(jù)安置在運(yùn)動(dòng)載體和基準(zhǔn)點(diǎn)上GNSS接收機(jī)所進(jìn)行同步觀測(cè)的資料來確定運(yùn)動(dòng)載體上的GNSS接收機(jī)（待定點(diǎn)）相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)位置或再根據(jù)相對(duì)定位原理利用已知的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)來確定移動(dòng)的待定點(diǎn)的坐標(biāo)的測(cè)量方式。其觀測(cè)值與靜態(tài)相對(duì)定位一樣可以是偽距觀測(cè)值或是載波相位觀測(cè)值，其觀測(cè)原理及方程與靜態(tài)相對(duì)定位一致，在這就不再反復(fù)說明。

2.3.2 具體操作

動(dòng)態(tài)精度測(cè)試指的是在JLCORS系統(tǒng)下接收機(jī)接收到信號(hào)的強(qiáng)弱和定位服務(wù)的范圍，是否存在測(cè)量盲區(qū)，以及在測(cè)量過程中是否出現(xiàn)信號(hào)的丟失和重連情況等。通過動(dòng)態(tài)定位測(cè)試來評(píng)定JLCORS系統(tǒng)覆蓋是否健康，間接評(píng)判JLCORS系統(tǒng)的綜合性能。本次研究是將CORS-RTK調(diào)節(jié)到連續(xù)地形測(cè)量模式下，每10秒觀測(cè)一次，勻速圍繞整個(gè)測(cè)區(qū)走一圈實(shí)時(shí)定位測(cè)量，以點(diǎn)位的疏密程度來判斷JLCORS在測(cè)區(qū)內(nèi)的服務(wù)強(qiáng)度及定位范圍（如圖2、圖3所示）。

圖2 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)試（未插底圖）

圖3 動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)試（含CAD底圖）

通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，測(cè)區(qū)內(nèi)主干道路信號(hào)穩(wěn)定、PDOP數(shù)值小、垂直精度與水平精度都較低，衛(wèi)星數(shù)也都基本大于等于6顆，只有特別靠近水工樓后邊和其側(cè)邊等阻擋物過多且過高地方會(huì)發(fā)生PDOP數(shù)值過大，測(cè)量被中斷。由此說明，JLCORS系統(tǒng)的服務(wù)性較好，覆蓋率也接近90%，滿足厘米級(jí)別的測(cè)量。

2.4 內(nèi)、外符合精度測(cè)試

2.4.1 基本概念

內(nèi)部符合精度反映的是觀測(cè)數(shù)據(jù)本身的質(zhì)量好壞，而外部符合精度反映的則是該GNSS數(shù)據(jù)在實(shí)際測(cè)量中的質(zhì)量[8]。

2.4.2 基本原理

（1）內(nèi)部符合精度：首先計(jì)算各個(gè)測(cè)站點(diǎn)上觀測(cè)值的平均值，再與每個(gè)觀測(cè)值求差，即可得到各測(cè)點(diǎn)的內(nèi)部符合精度情況。

（2）外部符合精度：將GNSS-RTK作業(yè)的觀測(cè)值與其相應(yīng)的已知值進(jìn)行比較，就可以出各點(diǎn)的外符合精度。

首先，計(jì)算測(cè)量的偏離值：

其次，計(jì)算外部符合精度：

最后，計(jì)算點(diǎn)位精度：

2.4.3 具體操作

通過觀察測(cè)區(qū)內(nèi)已知的4個(gè)點(diǎn)P、Q、M、N獲得靜態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)試點(diǎn)的內(nèi)外符合精度做評(píng)定，最后得到4個(gè)測(cè)點(diǎn)的內(nèi)、外符合精度（如表3所示）。

表3 內(nèi)外符合精度測(cè)試表（單位：±m(xù)）

由表3可知，測(cè)區(qū)內(nèi)4個(gè)點(diǎn)的內(nèi)、外分部符合精度及點(diǎn)位精度都較好，反映出JLCORS服務(wù)系統(tǒng)的綜合性能較好。

3 結(jié)束語

通過利用GNSS接收機(jī)在JLCORS系統(tǒng)中的定位服務(wù)時(shí)效性測(cè)試和對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的4個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)試、動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)試及靜態(tài)定位內(nèi)、外符合精度的計(jì)算的數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)JLCORS系統(tǒng)的整體性能。從點(diǎn)位精度可以達(dá)到1.500m，可以得出JLCORS系統(tǒng)的整體性能較好，由此可以判斷使用GNSS數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)CORS系統(tǒng)的可行性。