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CORS定位誤差來(lái)源與精度分析

2013-01-28 08:42:24苑慶中劉玉臣聊城市水利局山東聊城252000
中國(guó)科技信息 2013年15期
關(guān)鍵詞:對(duì)流層流動(dòng)站高程

苑慶中 劉玉臣 聊城市水利局,山東 聊城252000

1 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)簡(jiǎn)介

CORS的全稱(chēng)是Continuous Operational Reference System,是集衛(wèi)星定位技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、 數(shù)字通訊技術(shù)等手段為一體,利用多基站網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)建立的連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)RTK差分信息生產(chǎn)方式有虛擬參考站法VRS(Virtual Reference Station)、區(qū)域改正法FKP(Area Correction Parameter)和主輔站技術(shù)MAC(Masterauxiliary concept)。VRS是較成熟的方法。

VRS網(wǎng)絡(luò)中,各固定參考站不直接向移動(dòng)站發(fā)送任何改正信息,而是將所有的原始數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊線(xiàn)發(fā)給控制中心,同時(shí),移動(dòng)站在工作前,先通過(guò)GSM的短信息功能向控制中心發(fā)一個(gè)概略坐標(biāo),控制中心收到該位置信息后,根據(jù)用戶(hù)位置,由計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇最佳的一個(gè)固定基準(zhǔn)站,根據(jù)這些站發(fā)來(lái)的信息,整體改正GPS的軌道誤差、電離層、對(duì)流層、大氣折射等引起的誤差,將高精度的差分信號(hào)發(fā)給移動(dòng)站。該差分信號(hào)的效果相當(dāng)于在移動(dòng)站旁生產(chǎn)一個(gè)虛擬的參考站,解決了RTK作業(yè)距離的限制問(wèn)題,并保證了用戶(hù)的精度。

1.1 VRS的優(yōu)勢(shì):

1.1.1 允許服務(wù)器應(yīng)用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息來(lái)計(jì)算電離層和對(duì)流層的復(fù)雜模型。

1.1.2 消除了對(duì)流層誤差,在整個(gè)VRS生產(chǎn)步驟中對(duì)流層模型是一致的,而在FKP模式中,則存在著服務(wù)器和流動(dòng)站所用對(duì)流層模型不一致的危險(xiǎn)。

1.1.3 成果的可靠性、信號(hào)可利用性和精度水平在系統(tǒng)的有效覆蓋范圍內(nèi)大致均勻,同離開(kāi)參考站的距離無(wú)明顯相關(guān)性。費(fèi)用大幅度降低,70km的邊長(zhǎng)使GPS網(wǎng)絡(luò)費(fèi)用大大降低,用戶(hù)不再架設(shè)自己的基準(zhǔn)站;相對(duì)傳統(tǒng)的RTK,提高了精度,1ppm的概念沒(méi)了,在VRS網(wǎng)絡(luò)控制范圍內(nèi),精度始終在1~2cm;采用多個(gè)參考站的聯(lián)合數(shù)據(jù),可靠性隨之提高。VRS網(wǎng)絡(luò)RTK解算模式下,流動(dòng)站到虛擬參考站(VRS)保持在幾十米的距離,RTK固定解的比例誤差部分可以忽略不計(jì),只余固定誤差部分。采用VRS技術(shù),實(shí)現(xiàn)在CORS系統(tǒng)覆蓋區(qū)域內(nèi),網(wǎng)絡(luò)RTK精度的均衡比,并提高RTK收斂速度及固定解的可靠性。

1.2 VRS的劣勢(shì):在支持流動(dòng)站進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)用方面有一定的局限性,特別是在大型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)、在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行撥號(hào)服務(wù)的時(shí)段。在VRS中,修正信息是在撥號(hào)時(shí)根據(jù)初始流動(dòng)站的位置計(jì)算基線(xiàn)得到,若流動(dòng)站在撥號(hào)后位置移動(dòng),則該修正對(duì)流動(dòng)站的新位置不一定合適。雖然這種效果僅影響長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)站,但通過(guò)采用附加的信息,流動(dòng)站也能在該情況下工作。需選一個(gè)主參考站,若主參考站出故障,需重新選擇,服務(wù)產(chǎn)生間斷;傳輸數(shù)據(jù)量較大。

2 網(wǎng)絡(luò)RTK的誤差來(lái)源及應(yīng)對(duì)措施

2.1 與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差及削弱

2.1.1 衛(wèi)星星歷誤差,通過(guò)建立衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)獨(dú)立測(cè)軌、軌道改進(jìn)法、同步求差法等,在平差模型中將星歷中給出的衛(wèi)星軌道參數(shù)作為未知參數(shù)納入平差模型,通過(guò)平差同時(shí)得到測(cè)站位置及軌道偏移改正數(shù)。

2.1.2 衛(wèi)星鐘的誤差,采用鐘差改正法和差分技術(shù)削弱。

2.2 與信號(hào)傳播有關(guān)的誤差及削弱

2.2.1 電離層延遲,利用雙頻接收機(jī)將L1和L2的觀(guān)測(cè)值進(jìn)行線(xiàn)性組合來(lái)削弱電離層的影響、利用2個(gè)以上觀(guān)測(cè)站同步觀(guān)測(cè)量求差、利用電離層模型加以改正、選擇有利觀(guān)測(cè)時(shí)段。

2.2.2 對(duì)流層延遲,利用同步觀(guān)測(cè)量求差和對(duì)流層模型加以改正。

2.2.3 多路徑誤差,采用扼流圈天線(xiàn)、能削弱多徑誤差的抑徑天線(xiàn)、參考站和流動(dòng)站附近設(shè)吸收電波材料、選擇視野開(kāi)闊無(wú)反射面的點(diǎn)位。

2.3 與接收機(jī)的誤差及削弱

2.3.1 接收機(jī)鐘的鐘誤差,同步觀(guān)測(cè)5顆以上衛(wèi)星,采用對(duì)觀(guān)測(cè)值的求差(星間單差,星站間雙差)削弱。

2.3.2 接收機(jī)的位置誤差,通過(guò)對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行檢驗(yàn)校正削弱。

2.4 與GPS參考站系統(tǒng)及通信有關(guān)的誤差

同距離有關(guān)的誤差主要部分可通過(guò)多參考站技術(shù)來(lái)削弱,因網(wǎng)絡(luò)RTK自身的解算模型以及參考站系統(tǒng)軟件的調(diào)節(jié)功能,能夠削弱誤差,使網(wǎng)絡(luò)RTK定位精度均勻,良好的通訊條件是獲取高質(zhì)量RTK成果的保證。

2.5 與作業(yè)人員有關(guān)的誤差及削弱

選擇適當(dāng)時(shí)段,選擇同等精度的高等級(jí)控制點(diǎn)求轉(zhuǎn)換參數(shù),使腳架對(duì)中整平,準(zhǔn)確量取天線(xiàn)高,設(shè)置適當(dāng)?shù)氖諗恐?,適當(dāng)增加觀(guān)測(cè)歷元數(shù),初始化后重復(fù)觀(guān)測(cè),求取平均值,能有效提高測(cè)量精度。

3 SDCORS簡(jiǎn)介

山東CORS系統(tǒng):于2011年3月18日正式開(kāi)通,為用戶(hù)提供厘米級(jí)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)差分定位服務(wù)(RTCM2.3、RTCM3.0、CMR三種數(shù)據(jù)格式)。由101個(gè)參考站點(diǎn)組成,覆蓋山東省全境,相鄰基線(xiàn)平均邊長(zhǎng)52公里,30~70公里的邊長(zhǎng)占總數(shù)的85%。據(jù)CORS中心統(tǒng)計(jì)分析,GPS網(wǎng)點(diǎn)空間直角坐標(biāo)精度X≤±3.5mm,Y≤±6.0mm,Z≤±4.8mm,GPS網(wǎng)點(diǎn)南北方向的精度≤±2.0mm。點(diǎn)位變化,GPS網(wǎng)點(diǎn)南北方向的變化≤3.0cm,東西方向的變化均≤1cm。系統(tǒng)提供的網(wǎng)絡(luò)RTK精度水平≤3cm,垂直≤5cm;事后精密定位及變形監(jiān)測(cè)精度水平≤5mm,垂直≤10mm。RTK連續(xù)地形模式下外符合精度平面最大值0.0456m,最小值0.0046m,平均值0.0188m;高程最大值0.129m,最小值0005m,平均值0.0363m。

SDCORS使用TOP_NET軟件,采用VRS技術(shù),所發(fā)送的參數(shù)模型是根據(jù)站點(diǎn)的概率位置,由軟件自動(dòng)計(jì)算形成的區(qū)域性參數(shù)模型。其好處是根據(jù)全省各地的不同外部因素環(huán)境,使用符合本區(qū)域的改正參數(shù)模型。避免全省一個(gè)模型,造成因環(huán)境狀況不同而導(dǎo)致精度下降。

4 網(wǎng)絡(luò)RTK應(yīng)用實(shí)例

在22.7平方公里的某1/1000比例尺地形圖測(cè)量項(xiàng)目區(qū),使用經(jīng)檢核合格的南方S82T GPS接收機(jī),利用SDCORS網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù),聯(lián)測(cè)了測(cè)區(qū)內(nèi)及周邊均勻分布的4個(gè)C級(jí)(三等水準(zhǔn)精度)、4個(gè)D級(jí)(四等水準(zhǔn)精度)GPS點(diǎn)求取轉(zhuǎn)換參數(shù),平面和垂直殘差均≤1.6cm,在測(cè)區(qū)布設(shè)一級(jí)GPS點(diǎn)38個(gè),圖根點(diǎn)350個(gè),使用腳架對(duì)中整平,重新初始化后獨(dú)立觀(guān)測(cè)4次,每次30個(gè)歷元,全采用固定解,各次結(jié)果較差符合限差要求后求平均值。

5 網(wǎng)絡(luò)RTK精度檢測(cè)

為檢驗(yàn)測(cè)量成果的精度和可靠性,我們使用5種檢測(cè)方法。

5.1 已知點(diǎn)檢驗(yàn)法:對(duì)比測(cè)區(qū)附近的3個(gè)D級(jí)GPS點(diǎn),平面殘差最大為0.95cm,高程殘差最大為1.2cm.

5.2 與靜態(tài)定位成果對(duì)比法:對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK施測(cè)的18個(gè)一級(jí)GPS點(diǎn)以靜態(tài)模式定位施測(cè),并施測(cè)了四等水準(zhǔn)精度的高程,比較結(jié)果顯示,平面≤1cm的占72.2%,1~2cm的占22.2%,≥2cm的占5.6%;高程≤2cm的占83.3%,>2cm的占16.7%。

5.3 相對(duì)長(zhǎng)度檢測(cè)法:對(duì)相互通視的一級(jí)GPS點(diǎn),使用經(jīng)檢驗(yàn)合格的2″級(jí)全站儀進(jìn)行邊長(zhǎng)測(cè)量,檢測(cè)的12對(duì)點(diǎn),相對(duì)誤差均小于1/20000.

5.4 不同歷元檢測(cè)法:對(duì)已經(jīng)施測(cè)的一級(jí)GPS和圖根點(diǎn),在不同的時(shí)間段,按照相同的要求施測(cè)3次,較差均在限差范圍內(nèi)。

5.5 高程影響檢測(cè)法:假定某點(diǎn)真實(shí)高程為H,對(duì)中桿分三級(jí),級(jí)差為0.5m,將觀(guān)測(cè)值與理論值比較,將試驗(yàn)點(diǎn)分布在整個(gè)測(cè)區(qū),對(duì)各點(diǎn)觀(guān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析,CORS在高程方面的精度及靈敏度相當(dāng)高。

通過(guò)分析可以看出,網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)能滿(mǎn)足低等級(jí)控制和碎部測(cè)量的精度要求。

6 網(wǎng)絡(luò)RTK的應(yīng)用前景

實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)的地面控制到無(wú)控制網(wǎng)系統(tǒng),不受城市建設(shè)等因素的影響,準(zhǔn)確實(shí)時(shí)快速提供控制點(diǎn)。滿(mǎn)足地球物理與環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求,進(jìn)行地震、滑坡、板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè),減少或避免自然災(zāi)害帶來(lái)的人身財(cái)產(chǎn)損失。為公共安全提供服務(wù),與電子地圖、無(wú)線(xiàn)電通信網(wǎng)絡(luò)及計(jì)算機(jī)車(chē)輛管理信息系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)公共車(chē)輛的防爆、防盜、防火、急救、調(diào)度及特種車(chē)輛運(yùn)行線(xiàn)路的全程監(jiān)控,實(shí)時(shí)對(duì)車(chē)輛導(dǎo)航、跟蹤、信息查詢(xún)、緊急求援等。

[1]舒鵬,李建國(guó).GPS連續(xù)參考站系統(tǒng)(CORS)定位進(jìn)度檢測(cè)方法[J].大科技,2010

[2]唐衛(wèi)明,樓益棟等.GPS連續(xù)運(yùn)行參考站系統(tǒng)定位精度檢測(cè)方法研究[J].通信學(xué)報(bào),2006

[3]劉經(jīng)南,劉暉.建立我國(guó)衛(wèi)星定位連續(xù)運(yùn)行站網(wǎng)的若干思考[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版),2003

[4]CH/T 2009-2010 全球定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK)技術(shù)規(guī)范[M].2010

[5]吳俐民,丁仁軍.網(wǎng)絡(luò)RTK誤差分析與質(zhì)量控制[J].2009全國(guó)測(cè)繪科技信息交流會(huì)曁首屆測(cè)繪博客征文頒獎(jiǎng)?wù)撐募?009

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