千尋知寸FindCM在天津濱海新區的性能精度分析

劉 亮

(1.天津水運工程勘察設計院，天津 300456；2.天津市水運工程測繪技術重點實驗室，天津 300456)

隨著GNSS廣域差分技術的發展以及北斗衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)[1]的建設完善，千尋位置基于BDS，通過RTD/RTK定位原理，利用互聯網提供全天候差分播發服務[2]，滿足定位需求。本文基于千尋位置厘米級高精度定位服務千尋知寸FindCM廣域差分信號，在濱海新區的塘沽、天津港、漢沽、大港等地進行數據采集測試，分析千尋知寸FindCM在天津濱海新區的服務性能及定位精度。

1 千尋位置

千尋位置是全球領先的精準位置服務公司，提供高達動態厘米級和靜態毫米級的定位能力，是物聯網時代重要的基礎設施之一。

1.1 千尋北斗地基增強系統簡介

千尋位置基于北斗衛星系統(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基礎定位數據，利用遍及全國的超過1 800個地基增強站及自主研發的定位算法，通過互聯網技術進行大數據運算，為遍布全國的用戶提供精準定位及延展服務。千尋北斗地基增強系統是我國第一個商用北斗地基增強系統[3]，已能夠覆蓋全國大部分地區，在北京、天津、上海、重慶、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、河南、湖北、湖南、山西、香港、澳門等已實現全部覆蓋，在四川等其余省份部分覆蓋，并處于不斷建設擴展中。

圖1 廣域差分定位流程圖Fig.1 Flow chart of wide-area differential positioning

千尋北斗地基增強系統屬于廣域差分定位系統，流程見圖1，支持以RTCM(radio technical commission for marine service)V3.2多電文信息(multiple signal message，MSM)格式進行編碼并通過互聯網進行播發[2，4-5]。使用過程中，通過接受衛星信號，獲得用戶站的粗位置信息(非精準)，通過互聯網，將這個位置數據(GGA)上傳到數據處理中心(千尋平臺)，一同上傳的還有Ntrip協議參數，數據處理中心根據用戶站的位置，生成虛擬參考站觀測數據[6]，然后將虛擬參考站改正數據播發給流動站進行解碼，再聯合用戶站原始觀測值，進行差分解算[7-12]，獲得高精度的位置坐標。

1.2 千尋服務方式

千尋北斗地基增強系統目前主要提供三類服務：第一類為專業測繪服務，包括千尋跬步FindM(亞米級高精度定位服務)、千尋知寸FindCM(厘米級高精度定位服務)、千尋見微FindMM(靜態毫米級高精度位置服務)；第二類為生活服務，包括千尋云蹤(位置數據服務)、千尋優行FindU(行人增強位置服務)、千尋優航FindV(車載增強位置服務)，第三類為增值服務，包括FindNow(A-GNSS加速定位服務)、千尋云跡FindTrace(高精度GNSS+INS后處理服務)等。本文主要對千尋知寸服務進行相應驗證。

千尋知寸FindCM基于RTK(載波相位差分)的差分定位原理，依托遍布全國的衛星定位地基增強站，融合各類定位技術，以互聯網的方式提供7×24 h高可用差分播發服務，面向全國范圍的各類終端和應用系統，提供厘米級精度的位置糾偏數據服務，具有穩定、高效、支持高并發的特點。用戶通過端口的選擇，可對應提供ITRF2008(8001端口)、WGS84(8002端口)、CGCS2000(8003端口)三種坐標。根據掛載點不同，提供的數據有所不同，RTCM32_GGB提供GPS/GLONASS/BDS差分數據，RTCM30_GG提供GPS/GLONASS差分數據。

2 FindCM性能精度分析

2.1 檢測方案

圖2 測試點位分布圖Fig.2 Distribution of test points

為測試千尋知寸FindCM在天津濱海新區的性能精度，在濱海新區的塘沽、天津港、漢沽、大港等地開闊區域共選用5個已知點(TG、TJG1、TJG2、HG、DG)，均為C級GPS點，點位分布如圖2，使用Trimble R10 GNSS接收機，分別基于千尋知寸FindCM和濱海新區連續運行衛星定位綜合服務系統(BinHai New Area Continuously Operating Reference Station System，簡稱BHCORS)廣域差分信號，以靜態模擬動態的測試方法，在每個點上各進行300歷元數據的采集測試，高度截止角為15°，采樣率為1 s。由于BHCORS目前暫時不支持BDS，故選用千尋FindCM 8002端口和RTCM30_GG，獲取GPS/GLONASS差分數據，得到相應WGS84坐標，并在WGS84坐標系下進行精度分析。

2.2 性能測試

由于虛擬參考站數據是通過“編碼—傳輸—解碼”到達流動站[13]，會有一定數據的缺失，本次測試中FindCM的數據缺失率(無虛擬參考站數據的歷元數/總歷元數)為0.7%。模糊度固定率是指Ratio大于2的歷元數占總歷元數的比例[14]，見式(1)，是檢驗差分定位系統可靠性的又一重要指標。經統計，本次測試中FindCM的模糊度固定率為98.1%。在開闊區域，模糊度初始化，從浮動解到固定解時間約7.43 s。

(1)

從數據缺失率、模糊度固定率、模糊度初始化時間以及系統兼容性(支持中海達、華測、司南、和芯星通、天寶等終端)來看，基于北斗地基增強網絡的千尋知寸FindCM與BHCORS[15]定位性能相當。

2.3 內符合精度

每個測試點在三維分量上的內符合精度用中誤差來評定，公式為

(2)

m個測試點在三維分量上的內符合精度的評定公式為

(3)

根據式(2)、式(3)計算測試點的內符合精度。經統計，BHCORS內符合精度見表1，FindCM內符合精度見表2。

表1 BHCORS內符合精度統計結果Tab.1 Statistical results of internal precision of BHCORS cm

表2 FindCM內符合精度統計結果Tab.2 Statistical results of internal precision of FindCM cm

2.4 外符合精度

由于起算誤差以及已知點沉降擾動等其他原因，導致已知點WGS84坐標與通過千尋知寸FindCM獲得的坐標之間存在一定系統偏差，可以把剔除完系統偏差后的已知點WGS84坐標作為參考真值，來評定FindCM在濱海新區的外符合精度，每個測試點在三維分量上的外符合精度評定公式為

(4)

式中：lij為i點第j次觀測結果；li為i點剔除完系統偏差后的已知點參考真值。

m個測試點在三維分量上的外符合精度評定公式同式(3)。經統計，BHCORS外符合精度見表3，FindCM外符合精度見表4。

表3 BHCORS外符合精度統計結果Tab.3 Statistical results of external accuracy of BHCORS cm

表4 FindCM外符合精度統計結果Tab.4 Statistical results of external accuracy of FindCM cm

3 結論

簡要介紹了千尋北斗地基增強系統及其主要產品，并根據千尋知寸FindCM和BHCORS在濱海新區的性能精度測試結果，可以得到以下結論：

(1)從數據缺失率、模糊度固定率、模糊度初始化時間以及系統兼容性來看，基于北斗地基增強網絡的千尋知寸FindCM定位性能穩定可靠，在濱海新區與BHCORS性能相當。

(2)千尋知寸FindCM在濱海新區能獲得實時動態厘米級定位精度，其內符合平面中誤差為±0.34 cm，大地高H中誤差為±0.54 cm；外符合平面中誤差為±1.04 cm，大地高H中誤差為±0.85 cm。在濱海新區，千尋知寸FindCM的定位精度與BHCORS基本屬于同一水平，甚至優于BHCORS。

(3)由于千尋知寸FindCM性能精度與BHCORS相當，可作為BHCORS的補充，在濱海新區推廣使用。在全國其他覆蓋區域，經性能精度檢驗后，也可參考使用。