濟南市連續運行衛星定位服務系統測試及分析

劉成寶，牛守明，劉曦燦

(濟南市勘察測繪研究院，山東濟南 250013)

濟南市連續運行衛星定位服務系統測試及分析

劉成寶?，牛守明，劉曦燦

(濟南市勘察測繪研究院，山東濟南 250013)

首先對濟南市連續運行衛星定位服務系統進行概述，介紹了JNCORS系統測試的內容及其方法，然后對系統測試數據處理中有關問題進行了詳細介紹和分析，最后得到JNCORS系統的測試結果。

CORS；網絡RTK；系統測試；GNSS

1 引 言

當前衛星定位技術正朝著實時、高精度、高可靠性的方向發展，隨著衛星、無線通信、網絡等高新技術的發展和融合，人類對網絡化的空間信息服務的需求也越來越迫切。為此，國內外一些城市相繼建立了連續運行衛星定位服務系統(簡稱CORS)[1]。在這一背景下，濟南市開展了濟南連續運行衛星定位服務系統(JNCORS系統)項目建設，項目于2007年12月建成并通過專家鑒定。

為客觀評價JNCORS系統的功能、精度及可靠性等指標，為系統投入使用做好準備，需要對系統的性能進行嚴格測試。本文就JNCORS系統性能測試的內容、方法及測試數據處理等相關問題進行探討，并得出測試結論。

2 JNCORS系統概況

JNCORS系統共建設勘測院、商河、濟陽、齊河、章丘、平陰和柳埠7個基準站，相鄰站間距最長為79 km，最短為27 km，平均為50 km。基準站分布情況如圖1所示。JNCORS系統各基準站使用新型接收機，可以同時接收GPS(包括L2C信號)和GLONASS衛星信號，實現了衛星定位系統由GPS向GNSS的轉變；采用扼流圈天線，滿足氣象和地震等部門的基準站網建設規范，部分基準站可升級為國家級的GNSS跟蹤站、國家地殼形變監測的基準站；數據中心采用虛擬參考站技術的GPSNet；實時動態用戶采用GPRS/CDMA與數據中心連接。

3 系統測試方案

自2007年10月完成設備安裝與調試、平面與高程聯測等工作后，JNCORS系統進入測試和試運行階段。為全面、客觀地評價系統的性能、精度和可靠性等指標，組織了JNCORS系統測試工作。測試工作主要內容包括系統功能和連續自動運行能力、定位精度、系統可用性、定位時效性、接收機兼容性等[2，3]。其中，系統功能和連續自動運行能力和時間可用性兩項指標通過系統數據中心軟件統計得到，其余各項指標均需外業實測。

為反映在不同地域分布定位結果精度情況，JNCORS系統RTK定位測試共在系統覆蓋范圍內外有選擇地布測了37個點位。其中，按照地形分，市區及北部平原選擇23點，南部丘陵、山區選擇14個點；按照系統覆蓋范圍分，網內選取17個點，網外 20 km范圍內選擇16個點、網外20 km～50 km選擇4個點，最遠點為網外50 km的國家B級GPS點1 526。

圖1 JNCORS系統站址公布圖

4 系統測試及數據處理

4.1 定位精度測試

RTK定位精度測試使用三腳架，在每個點位上測量兩次，兩次測量均進行了獨立初始化。數據采樣率為1 s，得到固定解后開始連續采集數據，每次采集30個歷元數據。

(1)RTK定位內符合精度

內符合精度是單次觀測值均方根誤差，可以反映定位結果的收斂情況。其計算公式如下:

式中:MX為系統X方向內符合精度，反映系統實時定位的穩定性。n為測量值總數；△X為測點測試值與相應測試平均值的差值。

按照上述計算方法，JNCORS系統RTK定位測試點位內符合精度如表1所示。

RTK實時定位內符合精度統計表(cm) 表1

從表1中可以看出，JNCORS系統在網內、網外(50 km范圍內)內符合精度沒用明顯差別，且不隨距離變化而明顯變化。點位內符合精度(絕對值)在不同區間分布圖如圖2所示。

圖2 內符合精度在不同區間分布圖

由公式(1)計算，JNCORS系統RTK測量的內符合精度為:X方向±0.6 cm，Y方向±0.8 cm，H方向±1.5 cm。

(2)RTK定位外符合精度

外符合精度與點位精度、轉換參數精度、系統定位精度三者有關。計算外符合精度公式如下:

其中:τ為系統X方向外符合精度，θ為測試點測量值與已知值之差，n為測試點數。

本次RTK定位測試外符合精度統計方法為:首先計算各測點WGS－84坐標平均值，通過坐標轉換獲得其1980西安坐標系平面坐標，采用濟南市似大地水準面精化成果內插得到各點高程，由公式(2)計算得到各測點1980西安坐標系下外符合精度。各測試點坐標與已知值差值統計結果見表3，在不同區間分布圖如圖3所示。

1980西安坐標系測試值與已知值差值表(cm) 表3

圖3 1980西安坐標系外符合精度不同區間分布圖

按照上述外符合精度統計方法，JNCORS系統1980西安坐標系外符合精度:X方向為±1.4 cm，Y方向為±1.4 cm，H方向(正常高)為±2.1 cm。

(3)事后精密定位測試分析

事后精密定位精度測試將章丘、齊河、濟陽和柳埠4個基準站站作為已知點，將勘測院基準站作為未知點，下載上述 5個基準站原始數據聯合處理，解算KCYRS站坐標計算其外符合精度。

各基準站設置相同，衛星截止高度角為10°，數據采樣間隔為15 s，觀測時段數為3個，觀測時間為8 h；基線處理和網平差計算采用GAMIT/GLOBK軟件；數據處理工作由國家測繪局大地測量數據處理中心完成。根據數據處理報告，KCYRS基準站外符合精度平面優于1 mm，高程優于2 mm。

3.2 其他方面測試統計

(1)系統功能和連續自動運行能力測試

系統功能和連續自動運行能力測試內容包括基站性能測試，主要包括設備檢查、數據傳輸、UPS維持時間、自動運行能力；控制中心功能性測試，主要包括設備檢查、軟件檢查、UPS維持時間、自動運行能力、控制中心系統軟件的初始化時間和遠程基準站管理功能等；網絡性能測試，主要包括數據傳輸延遲、網絡的丟包數、基準站到控制中心的網絡傳輸速度、網絡傳輸不間斷性。

通過JNCORS系統近5個月的運行表明，系統軟硬件設備運行穩定、可靠，數據通信暢通、延遲小、丟包率低，且系統具有良好的自動運行能力和容錯能力。

(2)動態測試

車載動態測試采用吸頂盤將天線固定在車頂，接收機采用Trimble R8，設置為連續記錄模式，數據采樣間隔設為1 s，記錄車輛的運行軌跡。數據分析表明:在京福高速上(行進中無遮擋)，車速在100 km/h以內時，RTK固定解能長時間穩定保持；車速在 100 km/h～110 km/h時，RTK固定解能長時間保持，偶爾出現丟失固定解情況；車速超過 110 km/h時，RTK固定解不能很好保持。在104國道及其他省道上(行進中部分遮擋)，車速小于80 km/h情況下，只要能接收到5顆以上衛星，能較快得到RTK固定解。

(3)空間、時間可用性統計

根據車載動態測試及RTK定位測試結果表明，在市域內只要接收到5顆以上的衛星，均可快速獲得RTK固定解，可認為系統在濟南市域范圍內空間覆蓋率達到100%(在移動通訊信號覆蓋前提下)。

系統時間可用性與所采用的定位技術和算法有關。當由于衛星運動、大氣變化等原因造成某時刻系統可用衛星數達不到NetRTK定位服務所需的最少衛星數時(JNCORS系統所要求的最少有效衛星數是5顆)，系統將無法提供有效的定位服務。根據數據中心連續7 d統計結果表明，JNCORS系統24 h可用性為97.9%。

(4)定位時效性測試

系統定位服務的時效性，對于用戶而言就是實時定位所需的初始化時間。影響初始化時間的因素有觀測衛星數、衛星分布、測站與基準站距離和觀測環境等。

本次測試中，采用GPRS/CDMA方式定位從撥號到連上JNCORS系統數據中心的平均時間是50 s。從浮點解到固定解的初始化時間最長為 120 s，最短為6 s，平均為26 s。衛星數較少、電離層較活躍時，初始化時間相對較長。

(5)接收機的兼容性測試

本次測試采用的接收機有Trimble 5800、R7、R8，Topcon Hiper，Leica SR530、GX1230，中海達V8，華測X90等。測試結果表明:JNCORS系統對目前國內市場上的幾家主流廠商的GNSS接收機具有良好的兼容性，接收機只要支持Ntrip協議并兼容RTCM、CMR/ CMR＋數據格式，即可接入JNCORS系統。

4 結 論

CORS系統的各項指標是系統建設成功與否的重要指標，它關系到CORS統在實際應用中能否提供可靠定位服務[4]。根據測試統計分析結果，JNCORS系統的各項技術指標均優于系統設計要求，滿足高精度、連續、動態、實時的定位服務要求。

JNCORS系統為濟南市各行各業與地理空間信息有關的活動提供了先進的、統一的空間定位基準，將有效推進衛星定位等新技術應用的社會化、產業化進程，改善傳統的平面和高程測量作業模式，提高作業速度和作業效率，并產生極大的社會和經濟效益。目前，該項目已廣泛應用于城市測繪、濟南市第二次土地調查和房屋測繪測量等領域。同時，JNCORS系統還實時將GNSS數據傳輸至濟南市氣象局，用于大氣水汽含量監測和天氣預報工作等工作。

[1]吳耀強，呂弋培，廖華.GPS/VRS衛星定位服務網絡建設與精度評定[J].測繪科學，2005，30(3)，75～77

[2]唐衛明，樓益棟，劉暉等.GPS連續運行參考站系統定位精度檢測方法研究[J].通信學報，2006，27(8)，73～77

[3]王齊林.廣州市CORS系統的精度分析和應用[J].全球定位系統，2007(5)

[4]吳俐民，陳云波，丁仁軍.昆明市連續運行GPS參考站系統的建設及應用[J].城市勘測，2005(5):8～10

Test and Analysis on the Function of Jinan Continuous Operational Reference System

Liu ChengBao，Niu ShouMing，Liu XiCan
(Jinan Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute，Jinan 250013，China)

This paper summarize the establishing of JNCORS，discusses the testing content and method of JNCORS，detailedly analyzed the result and correspond question of systerm testing，and the corresponding result are gained.

CORS；Network RTK；function testing；GNSS

1672－8262(2010)02－68－03

P228

A

2009—07—13

劉成寶(1980—)，男，工程師，現主要從事CORS系統建設與應用研究。