桂林北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)精度評(píng)定及穩(wěn)定性分析

周淼，方輝

(桂林市測(cè)繪研究院，廣西 桂林 541100)

1 引 言

我國(guó)的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)(BDS)是繼美國(guó)的GPS和俄羅斯的GLONASS后又一個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，它能夠提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航以及授時(shí)服務(wù)，并獨(dú)具短報(bào)文通信功能[1]。目前，我國(guó)多省市開始建立或完善包含BDS的CORS網(wǎng)，以此來(lái)滿足專業(yè)測(cè)繪、城市規(guī)劃等方面的需求[2]。重慶、江蘇、廣東、天津、深圳等地區(qū)陸續(xù)完成了北斗地基增強(qiáng)系統(tǒng)的建設(shè)，其精度和可靠性都得到了驗(yàn)證，對(duì)各地區(qū)的建設(shè)起到了很好的推動(dòng)作用[3]。與傳統(tǒng)RTK技術(shù)相比，CORS具有效作業(yè)范圍更大、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，利用CORS可以開展全天候、多天時(shí)、多用途的廣泛服務(wù)，大大提高了空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的利用率[4～7]。為了滿足本地區(qū)對(duì)高精度實(shí)時(shí)定位的需求，桂林市測(cè)繪研究院建立了一個(gè)基于BDS、GPS、GLONASS等多模的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)的桂林市北斗衛(wèi)星地基增強(qiáng)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GLCORS)。本文對(duì)建立的GLCORS進(jìn)行了精度評(píng)定和穩(wěn)定性分析，以確定GLCORS適用性，確保能為用戶提供高精度、高質(zhì)量的實(shí)時(shí)定位服務(wù)。

2 GLCORS簡(jiǎn)介

GLCORS南北最長(zhǎng)距離為48.7 km，東西最長(zhǎng)距離為 39.3 km，由5個(gè)基準(zhǔn)站組成，網(wǎng)內(nèi)覆蓋總面積約 2 000 km2，其覆蓋范圍基本滿足了城市建設(shè)在桂林市主城區(qū)及周邊區(qū)域的要求。GLCORS的基站布設(shè)及基線長(zhǎng)度信息如圖1所示：

圖1 GLCORS基準(zhǔn)站布設(shè)圖

3 GLCORS整體精度評(píng)定及穩(wěn)定性分析

3.1 GLCORS整體精度評(píng)定

GLCORS檢核點(diǎn)主要由網(wǎng)內(nèi)66個(gè)已知C級(jí)點(diǎn)和二等水準(zhǔn)點(diǎn)組成。檢核時(shí)，在獲得穩(wěn)定固定解狀態(tài)下，每次平滑30秒，每個(gè)已知點(diǎn)上午和下午各測(cè)一次，每次測(cè)3個(gè)測(cè)回，取上午和下午均值為最終觀測(cè)成果。每個(gè)測(cè)回結(jié)束，主機(jī)斷電關(guān)機(jī)重啟。GLCORS檢核的內(nèi)符合精度和外符合精度如表1所示。

GLCORS內(nèi)外符合精度表 表1

由表1可以知道，內(nèi)符合精度優(yōu)于外符合精度。平面設(shè)計(jì)外符合精度為 3 cm，檢核外符合精度優(yōu)于 2 cm；高程設(shè)計(jì)外符合精度為 5 cm，檢核高程外符合精度優(yōu)于 2.5 cm。由以上可知，GLCORS內(nèi)外符合精度較高，平面精度優(yōu)于高程精度，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

3.2 GLCORS穩(wěn)定性分析

為了分析GLCORS的穩(wěn)定性，選取某一固定點(diǎn)，在該點(diǎn)上連續(xù)觀測(cè)24個(gè)小時(shí)，采樣間隔設(shè)為1秒。實(shí)際觀測(cè)歷元數(shù) 85 064個(gè)，理論觀測(cè)歷元數(shù) 86 400個(gè)，數(shù)據(jù)可用率為98.5%，優(yōu)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。X，Y，H三個(gè)分量上的點(diǎn)位變化可見圖2，每小時(shí)的中誤差可見表2和表3，每小時(shí)的中誤差變化趨勢(shì)可見圖3。

圖2 三個(gè)分量上的點(diǎn)位變化圖 GLCORS上午同一點(diǎn)內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)(mm) 表2

GLCORS下午同一點(diǎn)內(nèi)符合精度統(tǒng)計(jì)(mm) 表3

圖3 24小時(shí)中誤差變化圖

由圖2可知，在X、Y、H三個(gè)分量上的誤差總體表現(xiàn)出一定的隨機(jī)性。X、Y方向上，整體的偏差都集中在 1 cm以內(nèi)，而在H方向上，其波動(dòng)大于X、Y，但其整體優(yōu)于 3 cm。

從表1、表2可以看出，上午3個(gè)方向上的內(nèi)符合精度最大值分別為 2.88 mm、2.14 mm以及 7.36 mm；下午3個(gè)方向的內(nèi)符合精度最大值分別為 3.17 mm、2.30 mm以及 7.72 mm。比較上午和下午的內(nèi)符合精度可以知道，上午的精度優(yōu)于下午的精度。為了分析中午時(shí)間段的精度，對(duì)上午11點(diǎn)～下午3點(diǎn)4個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其內(nèi)符合精度分別為 2.45 mm、1.88 mm和 5.90 mm，可以看出在中午時(shí)段，三個(gè)方向上的總體精度要低于全天的平均精度，但其差值仍舊處在較小的范圍內(nèi)，即GLCORS中午時(shí)間段也可提供較高精度的實(shí)時(shí)定位服務(wù)。

由圖3可以看出，平面方向上的精度要顯著優(yōu)于高程方向上的精度。在X和Y方向上，Y方向的精度要高于X方向。三者表現(xiàn)出一定的趨同性，變化趨勢(shì)一致。

3.3 GLCORS的網(wǎng)外測(cè)試

由于測(cè)繪任務(wù)地點(diǎn)的不確定性，作業(yè)范圍會(huì)超出CORS控制范圍，因此有必要對(duì)在一定范圍的網(wǎng)外區(qū)域進(jìn)行精度測(cè)試。分別選取距離GLCORS網(wǎng)外 5 km、10 km及 15 km進(jìn)行精度測(cè)試，其結(jié)果如表4所示。

GLCORS網(wǎng)外測(cè)試精度統(tǒng)計(jì) 表4

注：-表示該處超出似大地水準(zhǔn)面模型范圍

由表4可知，在X方向上，GLCORS精度依然較高，而在Y方向上，其精度隨著距離的增大而降低，在距離網(wǎng)外 15 km處其精度在 5 cm左右。在高程方面，距離網(wǎng)外 5 km時(shí)其精度顯著降低，在大于 5 km以后，由于超出了似大地水準(zhǔn)面模型范圍的控制范圍，其精度已經(jīng)無(wú)法統(tǒng)計(jì)。因此可知，在超出了一定的距離后，GLCORS的精度有所降低，尤其是在高程方面，其精度降低的比較明顯，在實(shí)際作業(yè)中需要對(duì)這一特性保持警惕。

4 總 結(jié)

本文主要對(duì)GLCORS的整體精度和穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)定和分析，可以看出GLCORS具有整體精度高、穩(wěn)定性強(qiáng)、數(shù)據(jù)可利用率高的特點(diǎn)，可以為控制網(wǎng)內(nèi)提供整體平面精度優(yōu)于 2.0 cm和高程精度優(yōu)于 2.5 cm的24小時(shí)實(shí)時(shí)定位技術(shù)服務(wù)。在超出網(wǎng)外的一定范圍時(shí)，需要警惕高程的可用性。另外，GLCORS投入使用北斗系統(tǒng)，減少了對(duì)國(guó)外導(dǎo)航定位系統(tǒng)的依賴性，提高了系統(tǒng)的作業(yè)效率和精度，為本地區(qū)的建設(shè)發(fā)展起到極強(qiáng)的技術(shù)推動(dòng)作用。