新疆CORS網絡RTK精度測試與分析

梁 艷

(新疆維吾爾自治區測繪科學研究院, 新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

隨著北斗衛星導航系統(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)正式對外提供服務,衛星導航和位置服務產業不斷發展壯大。新疆是“絲綢之路經濟帶核心區”之一,地理位置在“一帶一路”實施過程中發揮重要的紐帶作用,需要大量基于空間信息的基礎數據和服務,北斗地基增強系統是北斗衛星導航系統重要組成部分,國內大部分省、自治區、直轄市均建立了自己的連續運行參考站(Continuously Operating Reference Stations,CORS)系統[1-3]。近年來,隨著科學技術的高速發展及更高精度服務的需求,部分地區進一步對CORS進行了加密及升級改造,并進行了精度及性能測試[4-9],更好地為國民經濟發展、國防建設、基礎科研等領域提供保障。

1 新疆CORS簡介

新疆CORS于2016年8月建成并啟動運行,“十三五”期間通過實施新疆北斗地基增強系統建設項目,新建80座北斗衛星導航定位基準站,對原有基準站網進行了加密、升級和完善,目前共計263座基準站(圖1)。自運行以來,系統廣泛地服務于自然資源調查與監測、國土空間規劃、土地確權、地震監測與預判、公路設計、電力線路規劃、水文調查等方面。截至目前,新疆CORS在線注冊單位近500家,終端用戶2 000余個,可同時為400個用戶提供動態定位服務。系統的運行極大地帶動了新疆衛星導航定位高新技術和新型業態的發展,為加快實現自治區的新型工業化、信息化、城鎮化、農業現代化進程以及“一帶一路”國家戰略提供重要技術支撐。

圖1 新疆CORS基準站分布示意圖

2 測試內容及方法

2.1 測試內容

本次測試范圍為全疆基準站點覆蓋區,測試點位選在網形較好、距離基準站點有效距離范圍內的點,采用網絡RTK流動站測量方法采取測試點2000國家大地坐標系(China Geodetic Coordinate System 2000， CGCS2000)坐標,并將其與已知控制點成果做對比。測試點位共計272個,采用的點均為原有高等級的GNSS點且具有與新疆CORS一致性較好的CGCS2000成果,其中B級點250個, C級點22個,測試點位分布均勻,施測時間為2020年5月20日至2020年7月5日。

2.2 測試模式

本次測試采用的儀器為南方銀河6和華測I90接收機,每個點采取5種觀測模式,每種觀測模式下每個源節點進行3次測量(初始化),每次測量25個歷元,歷元時間間隔為2 s,完全按照要求作業。測試的全部點位可以獲得固定解數據,大部分點可以三星系統五種模式分別固定。少量點位缺少北斗信息,只有全球定位系統(Global Positioning System，GPS)、俄羅斯全球衛星導航系統(Global Navigation Satellite System,GLONASS)兩星系統兩種模式進行固定,測試模式如表1所示。

表1 動態作業模式表

2.3 精度統計方法

實時定位精度統計可以分為內符合精度統計、外符合精度統計兩個部分[10-11]。

(1)

在新疆CORS網絡RTK實時定位內符合精度統計中,計算每一個觀測點所有測量值的平均值,再將該平均值與每一測量值求差,依照式(1)分別計算系統各個坐標方向的內符合精度。根據設計要求,內符合精度統計評定的限差應滿足水平≤3 cm,大地高≤5 cm。

外符合精度反映的是與已知坐標的符合情況,可體現系統快速或實時定位的精度。將實際測量坐標與已知點坐標進行比較,得到外符合精度,外符合參考值為國家控制點CGCS2000的坐標基準成果。外符合精度計算方法如下：

(2)

3 測試結果分析

3.1 內符合精度統計

在測試過程中,各測試點平面坐標的內符合精度均在1.0 cm左右,最大值2.7 cm;大地高精度在2.0 cm左右,最大值4.5 cm。說明新疆CORS實時定位狀態較為穩定。

3.2 外符合精度統計

測試點外符合精度統計結果如表2所示。

表2 測試點測試外符合精度統計表

根據統計結果可以看出：測試點位整體外符合精度較好,絕大部分地區滿足精度要求。272個測試點位,有效點271個。其中,平面超限12點,有11個測試點是C級點,查詢歷史資料得知,C級點成果坐標基準與新疆CORS不完全一致,且長年未更新,現勢性較差,導致一定程度上影響測試結果。高程超限點數9個,其中2個點存在粗差,其余7個點中5個點未超過2倍中誤差值。外符合精度分布區間如圖2～3所示。

圖2 平面中誤差區間分布圖

圖3 大地高中誤差區間分布圖

3.3 實時動態定位精度整體分析

在不同觀測模式以及不同時段進行測試,測試結果包含了新疆CORS系統網絡覆蓋的內外區域的觀測固定解成果。為了統計系統整體的實時動態定位精度,對所有不同觀測模式的測量數據進行內外符合精度的統計(表3)。

表3 實時動態定位整體精度統計表

測試點在基準站最大間距小于80 km,外延小于40 km范圍內,整體中誤差內符合精度平面方向均小于3 cm,垂直方向均小于5 cm,外符合精度平面精度均小于5 cm,垂直方向均小于10 cm,滿足技術指標設計要求;在基準站外延大于80 km的測試點,得不到固定解。

3.4 初始化時間

在系統測試的同時,對不同模式下測試的初始化時間進行了統計(圖4)。分析得到GPS+BDS+GLONASS模式定位最快,平均初始化時間只需要12 s,說明三星系統在得到固定解的初始化速度具有明顯的優勢。其次是GPS,單GPS初始化時間15 s,GPS+BDS模式平均初始化時間只需要15.4 s,GPS+GLONASS模式平均初始化時間22.8 s,單BDS初始化時間34.3 s,其中單BDS模式耗時最長。

圖4 初始化時間結果

4 結束語

本文簡要介紹了新疆CORS系統,并對加密后的基準站網進行了實時動態定位精度測試。對全疆共計272個測試點位進行實時動態測試,并對其內外符合精度數據進行了分析和統計,得出新疆CORS系統的實時動態定位精度符合設計要求,可提供滿足全天候95%以上有效范圍內的厘米級實時動態定位服務,且采用BDS+GPS+GLONASS組合模式的測試初始化時間最短。