蕪湖市連續運行GPS參考站綜合服務系統的性能檢測分析與應用

馬祥，余學祥

(1.安徽理工大學測繪學院，安徽淮南 232000； 2.蕪湖市勘察測繪設計研究院有限責任公司，安徽蕪湖 241000)

蕪湖市連續運行GPS參考站綜合服務系統的性能檢測分析與應用

馬祥1，2?，余學祥1

(1.安徽理工大學測繪學院，安徽淮南 232000； 2.蕪湖市勘察測繪設計研究院有限責任公司，安徽蕪湖 241000)

簡介蕪湖市連續運行GPS參考站綜合服務系統的基本建設情況，詳細介紹系統的實時RTK定位精度、導航解精度、空間可用性、時間可用性、定位服務時效性、接收機兼容性以及事后精密相對定位等7個指標的檢測及分析情況，并就應用情況簡要說明，旨在闡述檢測分析的必要性。

參考站綜合服務系統；內符合精度；外符合精度；事后精密相對定位

1 系統建設概述

蕪湖市連續運行GPS參考站綜合服務系統由4個永久連續運行的基準站組成，參考站間最長間距為46.0 km，最短間距為22.5 km，平均間距為33.2 km。每個站點建設之前運用GAMIT(Ver 10.06)軟件、Trimble VRS模擬數據軟件、Trimble TGO軟件和TEQC等軟件對基準站點環境測試合格，控制中心設在蕪湖市勘察測繪設計研究院有限責任公司專用機房，蕪湖縣、南陵縣、繁昌縣三縣各設一個基準站(2011年無為縣劃歸蕪湖市后，擬在無為縣加設一個)。系統采用當時最新的專供GPS網絡應用的基準站接收機Trimble NetRS，該型機有接收未來L2C信號的功能；基準站到控制中心使用10M光纖實現VPN組網，與ADSL，ISDN和無線局域網相比，具有較高的穩定性，可靠性，傳輸延遲較小；數據處理軟件采用當時最先進專用軟件Trimble GPSNet。參考站點分布如圖1所示。

圖1 站址布設示意圖

系統建成后，如何進行多方合格的測試，是系統建立成功與否的重要指標，也是用戶非常關心的問題。我們分別對系統的實時RTK定位精度、導航解精度、空間可用性、時間可用性、定位服務時效性、接收機兼容性以及事后精密相對定位等7個指標進行了檢測。

2 檢測內容及結果分析

2.1 實時RTK定位精度檢測

影響RTK實時定位測量精度的主要因素有測站衛星分布情況(可用衛星數和衛星天空幾何分布)、系統定位算法的優劣、所選用的坐標系的精度(轉換參數和似大地水準面模型的精度)、觀測環境以及數據鏈路的穩定可靠性等。

(1)測試區域和測點

測試采用GPRS撥號方式共計55點，其中Ⅲ等GPS點10個、Ⅳ等GPS點19個、Ⅰ級導線點7個、邊界點6個、測試點13個。檢測點較為均勻地散布于蕪湖市范圍內，檢測點既有高等級的Ⅲ、Ⅳ等GPS點，也有應用較多I級導線點，同時加測了部分邊界點和測試點。其中，6個邊界點分別位于宣城孫埠(距最近基準站58 190.378 m)、涇縣章渡(距最近基準站35 576.212 m)、馬鞍山(距最近基準站36 161.819 m)、巢湖關鎮(距最近基準站35 959.065 m)、江寧銅井(距最近基準站54 576.087 m)、無為縣城(距最近基準站35 829.971 m)。檢測點的選擇同時考慮了點位環境和觀測條件等因素，具有一定的代表性，如有意選擇靠近水面或附近有高大建筑物的點進行RTK實時動態測量，因此本次RTK動態測試能在一定程度上反映系統用戶真實的定位情況。檢測點分布如圖2所示。

圖2 城市坐標系下RTK實時定位精度檢測點分布示意圖

(2)檢測點的參考坐標的獲取

36個點(Ⅲ、Ⅳ等GPS點及I級導線點)在城市坐標系下的坐標值已存在，可以直接作為外符合檢驗的參考值；剩余的19個檢測點(6個邊界點以及13個測試點)是新加測的靜態點，觀測時段長為2 h～4 h。觀測嚴格按照規范要求進行。采用TGO1.63、PowerAdj軟件進行嚴密解算，獲得了其在城市坐標系下的坐標值，并以此結果作為外符合檢驗的參考值。

(3)測試方法

在每個檢測點上，分兩個時段進行了多次RTK實時動態觀測(時段間隔在2 h以上，以便評估在不同的幾何圖形結構下RTK定位結果的重復性和可靠性)，每次撥號得到固定解即開始記錄，并按照不同的間隔進行記錄(5 s、20 s或60 s)一次，同時記錄獲得初始固定解的撥號時間作為一組測試結果；然后掛斷等恢復單點定位模式后重新撥號并待獲得固定解后記錄測量值和初始固定解的撥號時間作為第二組結果，以此類推可獲得多組觀測結果。

為減小儀器對中等操作誤差影響，觀測時采用了三腳架嚴格對中整平方式進行觀測。RTK接收終端為LEICA GX1230接收機。

(4)數據統計與分析

①內符合精度統計

平均偏差

經對本次RTK實時動態測試的175個數值進行統計，其內符合精度統計結果如表1所示。共刪除0個觀測結果，所求得的內符合精度σ為:N方向為±0.87 cm，E方向為±1.03 cm，U方向為±2.0 cm。

WHCORS實時動態測量內符合精度統計表 表1

②外符合精度統計

平均偏差:

其中，Ni為第i個觀差值，N為與Ni對應的已知值，△Ni為第i個觀差值的外符合誤差，總共有n個觀測值，即剔除粗差觀測后全部RTK實時動態測量值的總數。

經統計，其外符合精度統計結果如表2所示。刪除了江寧測試點的2個觀測結果，刪除率為1.1%。所求得的外符合精度m為:N方向為±1.88 cm，E方向為±1.89 cm，U方向為±6.39 cm。

可見，其高程方向的誤差較大，最大值達到了12.8 cm，這可能與WHCORS的控制網精度不夠有關，也有轉換參數不合適的原因。

WHCORS實時動態測量外符合精度統計表 表2

2.2 導航解精度檢測

檢測所用RTK接收終端為LEICA GX1230接收機，由吸盤安置在汽車頂上，并以正常速度行駛。導航解按RTD(實時動態碼差分測量)和RTK(實時動態載波相位測量)兩種模式測試，檢測分7組進行，其中RTD模式4組，RTK模式3組；采樣間隔為1 s，時間從20 min～60 min不等，并同時記錄原始的觀測資料，對所記錄的原始觀測數據進行事后精密動態定位處理，以此結果作為標準來檢核上述的導航(RTD)以及動態定位(RTK)的精度和成功率。檢測地區觀測條件較好，無大面積的障礙物。采用國際上著名的、由加拿大NovAtel公司發布的GNSS動態商用軟件GrafNav 7.0進行事后精密動態定位，并將其解算結果作為評定標準來評價RTD和RTK的定位精度。

(1)RTK定位模式

RTK實時動態定位精度統計表 表3

如表3所示，采用RTK模式進行精密動態定位時，在3個檢測時段的大部分時間，定位誤差都在10 cm以內，在少數時間，RTK的定位結果比較差，誤差主要分布在10 cm～50 cm區間內，甚至在極少數歷元超過了50 cm，這說明在載體運動的情況下，RTK定位模式中的整周模糊度解算的正確率以及成功率較靜態RTK要低，時不時地會出現整周模糊度解算不正確和失敗的現象，相應地也使得定位精度降低，但也可以看出，只要整周模糊度確定正確，則定位結果基本可以保證在10 cm以內。

(2)RTD定位模式

RTD實時動態定位精度統計表 表4

如表4所示，采用RTD進行動態定位時，在4個檢測時段的大部分時間，定位結果都在50 cm以內，在少數時間定位誤差分布在50 cm～200 cm區間內，總體定位結果較RTK模式差。和RTK模式相比，采用RTD模式時，數據處理時不需要進行整周模糊度求解，只要根據基準站所提供的改正數進行偽距定位即可。因此其數據處理簡單，不存在整周模糊度確定錯的問題，雖然總體精度較RTK要差，但結果較RTK模式穩定，基本可以達到優于1 m的定位精度。

2.3 空間可用性檢測

測試與RTK定位精度測試同時進行，采用與RTK實時定位精度測試相同的儀器設備和數據采集方法，在作業區域的不同地點進行定位測量，分析定位結果狀態(固定解或浮動解)，即可對空間可用性作出一定程度的評價。

檢測點基本覆蓋了蕪湖市及其周邊的邊界區域(參考圖2)，在這些點上都可以在30 s～2 min的時間內獲得固定解，同時結合車載導航檢測的工作區域，可以看出系統的厘米～分米級的定位服務區域已基本覆蓋整個蕪湖市域，并可滿足周邊部分地區厘米～分米級RTK實時定位的需要。

2.4 時間可用性檢測

時間可用性是對RTK實時定位服務而言，分為全天可用性和全年可用性，后者可根據前者統計得到。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，系統將無法提供有效的定位服務。

蕪湖CORS系統所采用的GPSNet軟件可實時給出計算所采用的衛星數量(有效衛星數)，根據這一系統信息統計一天有效衛星數的變化情況即可對系統的時間可用性作出評價。系統所要求的最少有效衛星數是5顆，如果某一段時刻有效衛星數少于5 h，系統則無法向用戶提供RTK實時定位服務，用戶應避免在該時間段從事RTK作業。圖3、圖4分別是2007年11月27日和2008年5月26日繁昌縣站24 h跟蹤衛星數、解算衛星數和可用衛星數隨時間的變化情況。

圖3 2007年11月27日繁昌縣站24 h內跟蹤衛星、解算衛星和可用衛星變化圖

圖4 2008年5月26日繁昌縣站24 h內跟蹤衛星、解算衛星和可用衛星變化圖

可以看出，蕪湖CORS系統各基站可用衛星的個數最少為6顆，大于系統所要求的最少有效衛星數5顆。系統24 h的可用性為99.3%，優于系統設計的全天可用性為95%的要求。

2.5 定位服務時效性測試

系統定位服務的時效性，可從基準站和流動站兩個角度來分析。一是CORS系統在接收到用戶的定位請求后，計算并提供VRS信息所需要的時間；測試顯示，CORS系統正常運行后，采用GPRS等方式可在非常短的時間內完成VRS信息的計算和提供。二是測試用戶進行實時定位時從獲得改正信息到獲得固定解所需要的初始化時間，這是實時定位的一項重要性能指標。影響RTK作業初始化時間的主要因素有:觀測衛星數、衛星分布、測站與基準站間的距離、觀測環境以及流動終端的模糊度解算算法等。

測試采用GPRS通信作業方式，RTK接收終端為LEICA GX1230接收機。統計結果顯示，在蕪湖市域范圍內，平均初始化時間為21 s，最大初始化時間為95 s。如果加上從撥號到獲得浮動解的時間，一般可以在40 s的時間內獲得固定解。初始化時間分布如圖5所示。

圖5 WHCORSRTK定位精度檢測時的初始化時間分布

2.6 接收機兼容性

測試采用儀器設備有Trimble、Leica、華測、南方、中海達、光譜等廠家的多款GPS接收機。測試結果表明，只要設備支持RTCM2.0、RTCM2.3、RTCM3.0或CMR/CMR+差分改正數據格式，可以采用GSM、GPRS、CDMA方式進行數據通信，則該設備就可以接收到系統改正信息，在系統定位信號覆蓋范圍內進行RTK或RTD作業。系統具有良好的兼容性。

2.7 事后精密相對定位

在系統周圍選擇3個待定點GP108、GP128和GP135進行觀測，時長為4 h，4～6個時段。觀測用兩臺LEICA SR530和一臺LEICA GX1230 GPS接收機進行，采樣間隔為30 s，截止高度角為15°。從蕪湖CORS中提取同步觀測資料，并用Bernese GPS Software 5.0軟件進行整體平差。

(1)對4個蕪湖CORS站的坐標進行強制約束

從結果看，統一平差后3個待定點的估算精度均符合要求，其中3個待定點的空間直角坐標的中誤差為0.6mm～1.3mm，平均值為0.9mm；平面坐標的中誤差為0.2mm～0.3mm，平均值為0.22mm，高程(大地高)的中誤差為1.3mm～1.7mm，平均為1.5mm。

(2)對用不同的WHCORS站所求得的待定點的坐標之差

利用完全不同的兩組CORS站坐標及觀測值所求得的3個待定點的平面坐標之間的差值均不超過2 mm，高程之差則均在4.7 mm以內。上述兩套成果是從不同的已知點求得的，其差值可以較真實地反映定位精度。具體如表5所示。

根據不同的蕪湖CORS站所求得的待定點坐標之間的差異 表5

(3)蕪湖CORS站之間的相互檢驗

蕪湖CORS系統中的4個基準站坐標已精確確定，可視為已知值。根據其中兩個站的坐標及上述觀測值即可求出另外兩個基準站的坐標，與已知坐標比較后就可據其差值來評定定位精度，結果如表6、表7所示。

據南陵縣站和蕪湖市站的坐標和上述觀測值計算繁昌縣站和蕪湖縣站的坐標 表6

據繁昌縣站和蕪湖縣站的坐標和上述觀測值計算南陵縣站和蕪湖市站的坐標 表7

可以看出，平面坐標誤差3 mm內的有6個，占75%，超過3 mm的有兩個，占25%；高程誤差5 mm內的有兩個，占50%，超過5 mm的也有兩個，占50%。這可能與觀測時間和時段數有關。

3 系統應用

蕪湖CORS系統2006年7月開始建設，2007年12月完成，2008年7月完成測試并運行，10月通過省國土廳組織的專家組驗收，至今系統狀態良好，滿足設計需求。系統主要應用在實時RTK定位及事后精密相對定位上。近年來，由于城市的快速發展，原布設的等級控制點已被破壞很多，系統建成后發揮了巨大作用。特別是事后精密相對定位，對于原先沒有布設控制網的三縣區域進行測繪，隨測隨得，節省了大量時間和費用。

4 結 語

可以預見，未來幾年，導航衛星系統將進入一個新的階段。首先用戶將面臨四大系統(GPS/GLONASS/ Galileo/北斗)并存、兼容的局面，其次是多系統優化、組合、選用的問題。第三是區域系統與國家系統的并網、兼容問題。因此，對系統的監測分析尤為重要。

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[6] CJJ/T 73-2010.定位城市測量技術規范[S].

《武漢市第一次地理國情普查實施方案》通過專家評審

(本刊訊)2013年8月24日，由武漢市測繪研究院編制完成的《武漢市第一次地理國情普查實施方案》(以下簡稱“實施方案”)順利通過了專家評審。評審專家組由國家測繪地理信息局總工程師胥燕嬰、武漢大學寧津生院士、劉經南院士、李建成院士、國家基礎地理信息中心副主任陳新湖、湖北省測繪局總工程師郭建華以及來自武漢大學、香港理工大學、武漢市統計局等相關專家組成，胥燕嬰總工擔任專家組組長。評審會由院長肖建華主持，武漢市國土規劃局、市發改委、市財政局以及武漢市測繪研究院等有關同志出席了會議。

會上，肖建華院長首先介紹了“實施方案”的工作背景和前期進展情況。7月14日武漢市測繪研究院就實施方案進行專家咨詢，并在此基礎上對方案進行了補充、修改和完善。在此背景下，召開此次專家評審，是一次很好的機會，也為下一步召開武漢市第一次地理國情普查領導小組會議做好準備。

武漢市國土規劃局袁海軍副巡視員在致辭中對各位專家表示了歡迎和感謝，他指出，武漢市是全國地理國情普查的重要節點，市國土規劃局作為武漢市測繪地理信息行政主管部門有義務也有能力承擔起這項任務。他懇請各位專家對實施方案進行審查和把關，對武漢市地理國情普查工作提出寶貴意見。

隨后，武漢市測繪研究院副總工程師羅名海匯報了“實施方案”的主要內容。專家組在聽取匯報后，審閱了相關材料，對“實施方案”進行了質詢和討論，認為:“實施方案”在全國地理國情普查總體方案的基礎上進行了必要的細化和擴充，重點突出，特色鮮明，為開展武漢市地理國情普查工作奠定了堅實基礎；“實施方案”提出了地下空間利用普查，開展地上地下空間一體化的地理國情普查，對城市空間綜合開發具有現實意義；“實施方案”編制依據充分，目標明確，任務具體，指標體系先進完善，技術路線科學合理，工作部署恰當，保障措施得力，經費預算適當，具有很強的可操作性。專家組一致同意通過評審，同時建議根據專家意見進一步完善后，盡快組織實施。

國家測繪地理信息局胥燕嬰總工用“先、全、厚、優”四個字給予“實施方案”高度評價。具體來講，一是武漢市從2007年發布地理信息藍皮書開始，著手探索地理國情普查工作，取得了一定的成果，走在了全國的前列；二是“實施方案”在普查內容和指標上是目前全國范圍內最全面的，在地下空間、地理單元方面涉及很多新的內容；三是武漢市具有豐富的基礎測繪成果及國土、規劃相關成果，為普查內容和指標的實現奠定了厚實的基礎，將對全國地理國情普查工作起到很好的示范作用；四是實施方案依據城市地域特點劃分了工作區，并制定了相應的技術路線，既符合實際需求，也有助于充分利用各類信息資源，提高普查工作效率。同時，胥燕嬰總工也指出實施方案在任務安排、隊伍組織、統計分析等方面仍需進一步加強和完善。

武漢市發改委區域處王強處長、東湖開發區國土規劃局李秋萍局長也先后在會議上發言，表示武漢市第一次地理國情普查工作對于提高政府決策管理水平，促進經濟發展轉型等方面具有重要意義，將積極參與和配合該項工作，確保工作的順利開展。

最后，武漢市國土規劃局測繪勘察處(市測繪局)處長祝瑩代表市國土規劃局對各位專家的到來再次表示感謝，并提出下一步工作計劃:一是認真吸納各位專家的意見，盡快充實和完善實施方案，上報武漢市政府批準實施；二是加強與各職能部門的溝通和匯報，按照“建設同參與，成果共分享”的原則，建立順暢高效的共建共享機制，確保普查任務的實施；三是按照“科學普查、依法普查、創新普查”的總體要求，抓住重點、提高效率，按時保質地做好普查工作，做好長期監測準備。(武漢市測繪研究院辦公室供稿)

The Performance Testing Analysis and Application of Wuhu Continuous Operational GPS Reference station Integrated Service System

Ma Xiang1，2，Yu Xuexiang1
(1.School of Geodesy and Geomatics，Anhui University of Science and Technology，Huainan232000，China；2.Wuhu Geotechnical and Survey Design Institute Co.，Ltd.Wuhu241000，China)

The paper Introduces basic construction of wuhu continuous operational GPS reference station integrated service system，and introduces in detail testing and analysis of seven indicators of the real-time system of the GPS-RTK positioning accuracy，navigation solution accuracy，space availability，time availability，positioning service timeliness，receiver compatibility and afterwards precision relative positioning，and gives a brief description of application，aiming to illustrate the necessity of testing analysis.

reference station integrated service system；precision within；outside precision；afterwards the relative positioning precision

1672-8262(2013)05-87-06

P228

A

2012—11—19

馬祥(1979—)，男，高級工程師，注冊測繪師，主要從事城市測量工作。

2011年度安徽省國土資源科技科研項目(2011-K-22)