开阳CORS系统精度测试分析与研究.pdf

基金项目：贵州省科技计划项目（项目名称：接收机检测平台搭建及连续运行跟踪站网的应用技术研究，项目编号：黔科中引地 ）开阳 系统精度测试分析与研究顾晓桐孙德军张 愉郑崇海张 循（开阳质量计量检验检测中心有限责任公司）摘要：开阳 作为国家质量基础 的一个重要组成部分，需对其精度进行系统的定位性能测试。本文采用野外实地测试的方式，选取开阳县域的 个已知坐标控制点进行实验。结果表明：开阳 的内符合精度平面优于 ，高程方向优于 ；外符合精度平面优于 ，高程方向优于 。对点位的定位测量具有较高的稳定性和可靠性，可安全可靠地向用户端提供定位服务。关键词：连续运行参考站；静态定位；实时动态定位；精度测试 ：，：；引言随着网络通信技术的突破发展，连续运行参考站（）技术得到飞速提升，已成为 定位重要的基础设施 ，在国内外出现很多具有代表性的连续运行参考站网，包括欧洲 系统、日本 系统等 。目前，我国 系统建设正处于发展期，且多个省份开展了区域性工作，如千寻、华测等在全国范围内布设了大量 基准站 。由于该系统提供精确的位置服务时，需经基线解算及内插运算，因此基准站之间的间隔、网型等因素均会影响位置服务的精度。袁晓妍等 对两个测区进行对照试验，指出连续运行基准站在数量、网型角度上进行调整时，对数据处理结果的质量优劣的影响，连续运行基准站分布均匀、网型结构良好时能提高处理质量，反之网型不均匀情况会影响基线处理质量，袁在圆等 验证了对 站点进行加密，可显著改善高程方向定位精度。为满足开阳县大数据建设需要，提供稳定的高精度位置服务，在开阳县及其周边布设小区域 系统。利用已知 控制点进行实时动态定位实验，测试分析该系统的定位精度，并验证其可行性。开阳 系统建设方法目前，系统基准站组网常采用 三角网法对参考站进行选取 ，由于小区域 系统基准站数量较少，与最近基准站距离较近时，容易出现网型不均匀，因此，常规网络 前，应计算用户与各个基准站之间的距离，并针对不同的位置提供不同的定位服务方式。一般根据最近基准站的距离确定获取差分改正数的方式，距离小顾晓桐等：开阳 系统精度测试分析与研究于一定预设阈值时，采用单站 方式；反之，则采用 方式。数据处理流程如图 所示，可分为两部分，即：（）判断定位服务方式。首先通过流动站的标准单点定位获取流动站的概略位置，联合基准站网计算最近基站距离，然后通过距离阈值的方式，判定定位服务方式为单站 或 技术。（）用户端使用对应方式基线解算及网平差处理。若距离小于或等于阈值，则使用单站 直接计算；若距离大于阈值，则采取 ，利用 基准站观测数据，首先固定参考站双差模糊度，提取双差电离层和对流层延迟，建立区域对流层、电离层延迟模型；最后内插生成虚拟观测值数据。首先利用自身概略坐标组成 三角网；然后逐基线进行解算，得到每条基线的向量；其次依据三角形闭合差为零的准则，对基线向量解算结果进行检验；最后将检验通过的基线解算结果进行网平差处理，得到最终的坐标向量。?图 数据处理流程 系统数据处理本文所用的自研 软件在数据处理时，若待测点与最近参考站距离小于预设值（如 ），则直接使用单站 定位方式；而当考虑基准站间距达到（）时，一般采用无电离层组合观测值消除电离层延迟的影响 ，用参考站观测数据固定双差模糊度，观测方程为：?，?，?，?，?，?，?，（）式中：?双差算子；，卫星编号；，测站编号；无电离层组合；?，、?，双差伪距和双差载波相位无电离层组合观测值；?，双差站星距离；，对流层投影系数；?，站间天顶对流层 延 迟；双频无电离层观测值波长；?，双差无电离层组合模糊度；、伪距和载波观测值的噪声。由于无电离层组合观测值不具有整数特性，故将其分解为宽巷模糊度（，）和窄巷模糊度（，）进行固定，其中宽巷模糊度可采用 （）组合观测值平滑取整进行固定，固定方程为：?，?，?，?，?，（）式中：?，、?，双差宽巷和窄巷模糊度；、卫星 和 观 测值的频率；取整操作；?，双差 组合观测值；历元间平滑滤波。参考站的双差模糊度固定后，即可建立该组网区域的大气误差模型，根据待测区域范围和待测站的概略坐标，得到需要虚拟的坐标信息，利用线性内插模型 插值得到大气误差改正模型，同时生成该待测点概略坐标上 虚拟观测值数据。用户端数据处理用户端数据处理时，将中心处理软件的虚拟观测值与待测点位的观测数据组成双差观测值。一般虚拟测站虽然与待测点仅相距几米到十几米，但该点位的虚拟观测值实际由距离待测点较远的 站计算，其双差观测方程需考虑测站间的对流层和电离层残余误差的影响 ，因此，本文采用、双频非组合模型，基线解算观测方程为：?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，?，（）式中：?，、?，、双差伪距观测值；?，、?，、双差载波相位观 计量与测试技术 年第 卷第 期测值；?，观测值上双差电离层延迟；、观测值的波长；?，、?，、观测值的双差模糊度；、载波观测值噪声；、伪距观测值噪声。基线解算后，为进一步提高数据处理精度，本文将待测点与各参考站组成 三角网，添加三角网约束信息进行网平差，约束方程为：?，?，?，（）式中：?，、?，测点与三角网另外两个参考站 ，的双差基线向量；?，参考站，的双差基线向量。性能测试及精度分析 测试方案为检验开阳 在实际作业时的定位性能，并与其他大范围 系统进行比较，该实验基于开阳地区已有的基准站及控制点采样数据，对几种 系统的定位性能进行测试分析。选取开阳县内 个 控制点进行定位测试，采用中海达 接收机，分别使用开阳 、华测 及千寻 三种 系统的账号进行测试，其中开阳 系统共有基准站 个，基线长度（），参考站分布如图 所示。?图 基准站分布图开阳 定位测试按照以下要求进行：（）每个测试点位采集 左右的静态观测数据，用于静态解算验证基准站数据的可用性。（）每个测试点分别使用不同的 账号进行定位测试，每个 系统采集 次定位结果为一测回，每次测回之间对设备进行初始化。（）为便于数据统计分析，测试点的坐标成果均统一采用 坐标系统。点位静态定位精度分析测量时，每个测试点上进行静态 观测数据采集，再使用中海达 软件进行静态基线解算，并与控制点的已知精确坐标进行对比统计差值，如表 、图 所示。表 静态基线解算结果测量点类型 静态解算坐标 已知坐标 差值 静态解算坐标 已知坐标 差值 静态解算坐标 已知坐标 差值 静态解算坐标 已知坐标 差值 静态解算坐标 已知坐标 差值 静态解算坐标 已知坐标 差值 静态解算坐标 已知坐标 差值 静态解算坐标 已知坐标 差值?图 静态基线解算坐标差值由表 、图 可知，个控制点 、方向的差值均优于 ，高程方向除点 外，各点差值均优于 。对于 点，结合实地采集情况，可顾晓桐等：开阳 系统精度测试分析与研究推断已知坐标存在一定的系统误差，且高程方向的偏差不能反映真实的静态定位效果。因此，根据静态定位结果，开阳 系统的基准站数据比较稳定、可靠，且选取点位除 外，其坐标具有较好的可靠性，可用于后续的动态定位精度测试。动态定位精度测试分别对开阳、华测、千寻三个 系统进行动态定位测试，每个测试点采样间隔为 ，每次观测采集 个测量结果作为一组测试数据，每组观测之间需重新链接和初始化，并记录每次测量的坐标值。根据记录结果统计动态定位的内符合精度，并与已知成果比较统计外符合精度。（）内符合精度系统的内符合精度是测量值之间的偏差，一般可用标准差（）度量，用于分析系统定位精度的稳定性，以 为限差值。的计算公式为：()槡（，）（）式中：观测值数量，第 个观测值，观测值的平均值。该测试使用中海达 型号 ，在测试点上采用全系统组合定位方式进行测量，根据式（）统计结果如表 、图 图 所示。表 动态定位内符合精度序号控制点服务提供 平面 点位 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳?图 千寻 动态定位内符合精度?图 华测 动态定位内符合精度?图 开阳 动态定位内符合精度由表 、图 图 可知，华测和开阳的 动态定位内符合精度相差不大，均较为稳定，个控制点动态定位 和 方向的内符合精度优于 ，高程方向的内符合精度优于 ，千寻 系统除点 外，也能达到较高的内符合精度。因此，开阳 定位结果内符合精度良好。（）外符合精度系统的外符合精度是测量值与真值的偏差，一 计量与测试技术 年第 卷第 期般可用均方根误差（）度量，其精度可反映定位的准确性，以平面 、高程 为限差，计算公式为：()槡（，）（）式中：观测值数量；第 个观测值；(控制点的已知坐标。该测试使用中海达 型号 ，在测试点上采用全系统组合定位方式进行测量，根据式（）计算外符合精度统计结果如表 、图 所示。表 动态定位外符合精度序号控制点服务提供 平面 点位 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳 千寻 华测 开阳?图 千寻 动态定位外符合精度?图 华测 动态定位外符合精度?图 开阳 动态定位外符合精度由表 、图 图 可知，开阳 在平面方向的定位精度均优于 ，较华测 和千寻 的定位精度更高；高程方向上，除 号点外，其余各点上开阳 的定位精度在 内，而华测和千寻 在高程方向上的定位精度波动较大，定位偏差最大分别为 、。因此，开阳县区范围内，开阳 的定位结果最为可靠。总结综上所述，开阳 对于点位的定位测量具有较高的稳定性和可靠性，可安全可靠地向用户端提供定位服务。参考文献 王友昆，陈舫益，寸寿才，等昆明 系统精度测试分析与研究 测绘通报，（）：姜卫平 卫星导航定位基准站网的发展现状、机遇与挑战 测绘学报，（）：（下转第 页）顾晓桐等：开阳 系统精度测试分析与研究验一般采用实时视频方式进行考评，实际情况不适合时，可以采用事先录制现场实验现频方式进行考评。”（）增加 个书面审查项目。将“计量标准的考评方式、内容和要求”中书面审查项目由 项修攻为 项，即将“温度、湿度、照明、供电等环境条件符合要求”，“具有有效的计量检定规程或计量校准规范”，“配备了能够履行职责的计量标准负责人纳入书面审查项目”等 项调整为书面审查项目，并对附录 计量标准考核报告 中 计量标准考评表 的相关表述进行修改。（）进一步完善了计量标准环境条件及设施发生重大变化后的相关管理要求。在“）”中增加了“计量标准环境条件及设施发生重大变化的自我声明要求”，并对“附录”的有关内容进行调整，增加“计量标准环境条件及设施发生重大变化自我声明”，将原“计量标准环境条件及设施发生重大变化自查表”调整至“计量标准履历书”中。（）对“附录 计量标准考核（复查）申请书格式”进行修改。将“附录 计量标准考核（复查）申请书格式 说明”中 、有关内容按照规范正文进行修改，申请新建计量标准考核，应当提供两方面资料，申请计量标准复查考核，应当提供三方面资料，并对可以证明计量标准具有相应测量能力的其他技术资料用“注”的形式进行说明。增加“计量标准负责人的表格和检定或校准人员能力证明的自我声明”。“文件集登记”由 项调整为 项，增加“计量标准环境条件及设施发生重大变化自我声明（如果适用）”。删除“附录 计量标准考核（复查）申请书格式”中“组织考核的人民政府计量行政部门意见”。（）其他修订。将“计量技术规范”修改为“计量校准规范”。将“技术监督”修改为“监督”。将引用文件 ：常规控制图 修改为 控制图 第 部分：常规控制图。将“现场实验的顺序”调整为“检定或校准人员实际操作、回答问题和检定或校准结果”。结语综上所述出，该修订相对于 版 计量标准考核规范 改动不大，属于小改，主要对管理方面的要求进行修改，使新版规范符合计量法律法规规章的规定，与国际文件及我国现行的计量技术规范内容兼容。此外，的框架和格式并未发生变化，只是在其基础上调整和补充了相关内容。（上接第 页）过静臖，王丽，张鹏 国内外连续运行基准站网新进展和应用展望 全球定位系统，（）：步东亮 省级 与千寻位置 网络 精度对比分析 矿山测量，（）：袁晓妍，秦童，赵友兴 连续运行参考站选取对 基线处理精度的影响分析 测绘工程，（）：胡在凰，杨崇，温浩 支持下的 高程测量精度实证研究与加密改善效果模拟评估 测绘通报，（）：姜秋晨 网络 对流层延迟建模方法研究及软件研制 武汉大学，黄子源 网络 服务性能改善关键技术研究 武汉大学，省天琛，张生鹏，赵利江，等 低成本单频精密单点定位在城市导航定位中的应用 测绘地理信息，（）：，（）：赵传华，秘金钟，党亚民，等 电离层内插模型的分析 测绘科学技术学报，（）：宋伟伟，何成鹏，辜声峰 不同纬度区域电离层增强 性能分析 武汉大学学报（信息科学版），（）：，（）：计量与测试技术 年第 卷第 期