珠海市北斗CORS網絡RTK實測分析

丁建勛，李秀龍，馬德富

（1.珠海市測繪院,廣東 珠海 519015）

珠海市北斗CORS網絡RTK實測分析

丁建勛1，李秀龍1，馬德富1

（1.珠海市測繪院,廣東 珠海 519015）

簡要介紹了珠海市北斗CORS系統，重點通過實測數據分析了系統的網絡RTK定位精度與可用性指標。分析表明，系統精度高，穩定可靠，可用性強。特別是北斗衛星系統的引入，大幅提高了系統定位效率。

ZHBDCORS；RTK；CBI；精度；可用性

城市連續運行衛星定位服務系統（CORS）是城市空間數據基礎設施之一[1]，可作為區域動態的、連續的和高精度的空間數據參考基準框架，提供精確、可靠的多種類服務，為社會發展與城市建設提供支持。目前，國內大多數城市都建設了本地CORS，主要為GPS單模或GPS/GLONASS雙模系統。2012-12-27，隨著我國自主研發的第二代北斗衛星導航系統（BDS）正式向亞太地區提供服務，標志著北斗衛星邁向民用的第一步。當前北斗衛星導航系統已進入建用并舉的關鍵階段，珠海市北斗CORS正是因應我國北斗衛星導航系統正式對外提供服務的契機和珠海市城市發展的需要而建立的同時兼容BDS、GPS、GLONASS 3大衛星導航系統的三模城市CORS。

1 ZHBDCORS介紹

珠海市北斗CORS全稱“珠海市北斗連續運行衛星導航與位置服務系統（簡稱ZHBDCORS）”。ZHBDCORS由珠海市國土資源局主持，珠海市測繪院聯合廣東省國土資源測繪院、武漢大學承建。珠海市位于珠江出海口西南側，陸海面積比約為1∶5，境內陸域現有2007年建成并投入使用的GDCORS系統3個基準站，海域在GDCORS系統的有效服務范圍之外。珠海市城市CORS建設起步較晚，為滿足日益迫切的城市建設需求，同時避免重復建設，ZHBDCORS將境內3個GDCORS基準站納入系統進行升級，在國內率先建立了實用型的城市北斗CORS。ZHBDCORS兼容BDS、GPS、GLONASS 3大導航衛星信號，構建了新一代網絡化的連續運行參考站系統。

1.1 系統結構

ZHBDCORS基準站網共由11個基準站組成，包括8個新建站（1個為檢測站）、3個已有GDCORS站的升級站，其中陸地站8個，分布于市區與西區陸地區域；海島站3個，分布于珠江出海口三大島嶼上，實現了珠海市全域的有效覆蓋。系統站網布局見圖1。

圖1 ZHBDCORS基準站網圖（審圖號：粵S（2013）094號）

ZHBDCORS整個網絡體系是以控制中心為中心節點的星型網絡，基準站與控制中心的內部數據專網采用電信光纖專線連接，以系統控制中心為主節點的內部數據網間各單元可互訪，其網絡結構見圖2所示。

圖2 系統網絡結構示意圖

1.2 技術特點

ZHBDCORS是實用型三模地基增強系統，其主要技術指標見表1。

表1 ZHBDCORS主要技術指標

根據沿海環境特點，本系統各基準站天線統一采用天寶扼流圈天線以降低多路徑效應影響，基準站接收機為國產三模（BDSGPSGLONASS）接收機，支持BDS（B1,B2,B3）、GPS（L1,L2）和GLONASS（L1,L2）三大衛星導航系統信號。

控制中心服務軟件為武漢大學的PowerNetwork軟件，網絡RTK核心技術采用CBI[2]技術。目前具有代表性的網絡RTK技術有虛擬參考站技術（VRS）、主輔站技術（MAX）、區域改正參數法（FKP）和綜合誤差內插法（CBI）。CBI技術由武漢大學衛星導航定位技術研究中心提出并進行了改進。相關研究表明，綜合誤差內插法的精度最弱點位于基準站基線的中間，對于隨位置不同而呈線性變化的誤差，如電離層延遲和軌道誤差，可以基本完全消除其影響，同時消除絕大部分不符合線性變化的誤差，如對流層延遲等系統誤差[3]。

2 實測分析

實測是評估系統性能的重要手段，實測效果可反映實際應用中能否提供精確、實時、可靠的定位信息，本文從定位精度、初始化時間和可用性方面對ZHBDCORS進行了實測分析。

測試區域分布在珠海全市范圍，海域測試地點位于海島，測試點位盡量均勻分布，測試點位共43個點。測試點位分布見圖3。

本次測試的43個點位中，含GPS-C級控制點31個，臨時點10個，水準點2個。測試設備為司南k508、天寶GEOXR、支持三星七頻的中海達設備H32。觀測方法：測試中進行了GPS、GPS+GLO和GPS+GLONASS+BDS組合定位測量，觀測歷元間隔1 s，20個歷元組成一個測回，每套設備在每個點位上施測3個測回，同時記錄每測回初始化時間。

2.1 初始化時間

從43個測試點統計的初始化時間記錄共387次，其中GPS+GLONASS+BDS組合模式下的初始化時間共記錄了215次，GPS/GPS+GLO模式下的初始化時間共記錄了172次。經統計，GPS+GLONASS+BDS信號模式的平均初始化時間為12 s；GPS/GPS+GLO模式下的平均初始化時間為23 s，可見，增加了北斗信號的初始化耗時明顯減少。本次的初始化時間在不同定位模式下的統計情況見圖4。

圖3 實時定位精度測試點位示意圖（審圖號：粵S（2013）094號）

圖4 初始化時間對比統計

從圖4可知，GPS+GLONASS+BDS模式的初始化時間不超過5 s的占比超過30%，不超過10 s的占比超過60%，顯然，加入北斗信號可大幅提高RTK解算效率。

2.2 定位精度

實時定位精度測試，它反映的是流動站用戶利用系統播發的網絡差分數據，可以得到的RTK實時定位精度[4]，本文采用已知點比較法分析最終定位精度[5]。精度評定可以分為內符合精度評定和外符合精度評定，RTK動態定位精度指標主要有內符合精度和外符合精度。內符合精度反映了觀測數據的質量,外符合精度反映了ZHBDCORS在實際測量中的可用性[6]。

按上述要求對43個測試點的坐標成果進行了統計評定，其中內符合精度平面分量為1．3 cm，高程分量為1．6 cm；外符合精度平面分量為3．7 cm，高程分量為3．8 cm，測試結果優于設計要求。

2.3 可用性

可用性是衡量系統性能的主要內容之一，也是實際使用中用戶最關心的指標之一。系統的可用性分為空間可用性、時間可用性兩方面，空間可用性是對系統服務的有效覆蓋范圍進行測試[7]，時間可用性用于衡量系統提供連續服務的能力。

1）空間可用性。上文中提到的精度測試選點覆蓋范圍均勻遍布系統有效服務區域，測試過程順利，未發現無法使用服務的點位，說明系統具有穩定可靠的空間可用性。為進一步測試動態環境下連續定位的空間可用性，采取了車載接收機進行長距離連續跟蹤測量的方式。該測試采用了2臺不同品牌的三星（GPS+GLONASS+BDS）六頻網絡RTK接收機按1 s/ 歷元進行觀測，不顧及實際定位精度，僅記錄固定解數據。為此，將接收機安置在小汽車前擋風玻璃下方車廂內，衛星信號受到側面遮擋。測試路線包括東部沿海道路、市區，西部主干道、城鎮區、偏遠地區。測試路線見圖5。

圖5中，珠海市陸地版塊內部藍色軌跡為測試數據，路線總長度約160 km，從圖中可知，東部測量軌跡斷點較多，原因在于東部立交、高大建筑物及隧道較多，造成了固定解短暫丟失。總體來說，測試軌跡連續，固定解獲取穩定，固定解再獲取速度快，空間可用性較好。

2）時間可用性。時間可用性測試方式為在固定點上長時間進行連續RTK觀測，可基本反映全天的時間可用性。測試時間為上午8：00～下午18：00，時長大于8 h，分別采取GPS（采樣率5 s）、BDS（采樣率10 s），GPS+GLO+BDS（采樣率5 s）3種信號模式各自進行了3晝夜觀測，測試坐標分量的相對變化情況見圖6。

圖5 空間可用性測試軌跡圖（審圖號：粵S（2013）094號）

由圖6可知，系統連續觀測值一致性較好，下午時段收斂精度有所下降，平面差值穩定在2 cm以內，高程差值穩定在3 cm以內。其中GPS+GLO+BDS數據下午時段因云層變厚、大雨影響，高程方向有較大跳動，說明高程收斂度對天氣較為敏感。總體來說，系統在GPS、BDS和組合信號3種模式下均能成功定位，且精度相當。

2.4 主流用戶設備兼容性

系統實時定位服務對不同品牌、型號用戶設備的支持即兼容性也是反映系統性能的重要指標之一。為驗證ZHBDCORS實時定位服務對不同型號設備的兼容性，選取了5大品牌（天寶、徠卡、中海達、華測、南方）10個最新型號的RTK接收機進行了定點測試。經實測檢驗，各機型均能在本系統下正常工作，系統具有較好的設備兼容性。

3 結 語

本文通過實測數據分析了ZHBDCORS網絡RTK精度、初始化時間、可用性等指標，分析表明，以北斗為主，兼容GPS、GLONASS信號的ZHBDCORS系統網絡RTK定位內符合精度高，外符合精度滿足設計要求，同時，系統可提供單BDS模式下的網絡RTK定位服務。對比單GPS或GPS+GLO模式，GPS+GLO+BDS組合信號定位大幅提高初始化速度，明顯提升了系統服務可用性，無疑BDS信號起到了關鍵性作用。隨著BDS星座的不斷完善，系統定位精度與可用性將進一步得到加強。

圖6 固定點連續觀測相對較差統計圖

[1] 劉經南,劉暉．連續運行衛星定位服務系統—城市空間數據的基礎設施[J]．武漢大學學報:信息科學版,2003,28(3):259-264

[2] 唐衛明,劉經南,劉暉,等．一種GNSS網絡RTK改進的綜合誤差內插方法[J]．武漢大學學報:信息科學版,2007,32(12): 1 156-1 159

[3] 胡兵,王成,李超,等．網絡RTK幾種常用技術的比較[J]．地理空間信息,2011,9(3):102-105

[4] 張周平,劉忠．城市CORS的測試內容與方法研究[J]．測繪技術裝備,2010,12(3):7-9

[5] 龔真春,楊晉強,白冰,等．GPS CORS系統實時定位精度檢測方法探討[J]．測繪與空間地理信息,2011,34(3):88-90

[6] 張西軍,唐衛明,曾廣鴻,等．廣州市CORS系統實時動態定位精度測試[J]．測繪信息與工程,2008,33(5):6-8

[7] 田宗彪,劉暉,郭思彤．CORS可用性測試方法研究[J]．數字通信世界,2014(增刊):12-15

P228.4

B

1672-4623（2016）06-0068-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.06.023

丁建勛，高級工程師，主要從事城市測量新技術應用研究與管理。

2016-03-17。