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研究珠海北斗CORS系统在临近海域范围内高程测量的应用

2020-07-15 568 上传者：管理员

摘要：CORS系统可以准确、快速地实现城市测量中的三维精确定位，大幅提高野外测绘作业的效率。本文研究了珠海北斗CORS系统在临近海域范围内高程测量的应用，分析了GPS/GPS+GLONASS和GPS+GLONASS+BDS两种组合定位模式下的定位精度，并与传统四等水准测量结果对比分析。结果表明:珠海北斗CORS在临近海域范围内高程测量性能稳定，两种组合定位模式高程测量精度能达到四等水准的精度要求，GPS+GLONASS+BDS定位模式精度更高。

关键词：
CORS
RTK
RTK技术
北斗
差分GPS技术
测绘学
精度分析
高程测量
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1、引言

CORS是基于RTK技术和差分GPS技术发展起来，它由GPS参考系统，数据处理中心，通信网络系统及用户系统等组成[1,2],CORS系统通过连续运行的固定参考站获取卫星观测数据，通过数据处理自动地向用户发布不同类型的GPS原始数据和改正数据，用户即可实现高精度的、快速的或事后的导航定位[3],CORS系统技术成熟、建设成本低，在一定范围内具有和网络CORS系统相同的功能[4]。珠海北斗CORS系统是我国首个地级市以工程应用为目标的北斗地基增强系统[5]，是兼容北斗、GPS和GLONASS信号的新一代三模GNSS参考站系统，该系统基准站网共由11个连续运行的卫星定位接收站组成，如图1所示，其中4个位于海岛，站网平均边长小于30KM基本覆盖珠海市陆海全区域，可为全市范围内的GNSS用户提供高精度的三维、动态基准服务。本文研究了珠海北斗CORS系统在临近海域范围内高程测量的应用，通过初始化分析、外业数据采集、内业数据处理等方面进行了分析研究，验证了珠海北斗CORS系统应用于高程测量的可行性和精度指标，获得了有益的结论。

图1ZHBDCORS基站站网设计位置图

2、数据采集及数据处理

2.1测区介绍

本文实测区域位于珠海市陆域西南角，靠近南海海域，由平沙、南水两个建制镇组成，区内面积约300km2，有多处岛屿及部分海域。区域内地势较为平坦，多为基本农田和填海区，路网、河涌纵横交错，测区范围如图2所示。

图2实测区域范围图

2.2四等水准测量

本次测量共抽样3条水准路线作样本，分别位于该区域北部、西南部和东部，既有填海区，也有建成区，测量线路如图2所示。

(1)选点埋石

为便于观测，3条水准路线均选择沿道路主干线进行布设，待定点使用珠海西部地区点位稳定、可靠的控制点作为基础，点位密度不足的地方重新埋设或凿刻新点，埋设过程严格按照相关规范要求进行。

(2)外业数据采集

实验使用徕卡Sprinter250M有跟踪模式自动读数水准仪，该仪器每千米往返测高差中误差为±0.7mm，观测前先进行i角检查及校正工作，待各项精度指标满足四等水准测量要求后进行施测，四等水准测量指标如表1所示。

表1四等水准测量的主要技术要求(mm)

注:LS为测段区段或路线长度，L为附合路线或环线长度，Li为检测测段长度，均以km计。

本次实验各水准路线均布设为附合水准路线，为保证观测质量，观测时段应避开中午以及风力太大、温差突变的时间，并保证铝制因瓦标尺成像清晰[6]。外业观测过程严格按照四等水准规范要求，记录人员认真做好记录工作。

(3)数据处理

完成外业数据采集后，利用仪器自带的软件进行数据导出并进行整理，查看数据的完整性与规范性，利用清华三维高程测量控制网数据处理自动化软件系统进行平差计算，平差结果如表2、表3、表4所示。

表2水准路线1中的样本点平差表

表3水准路线2中的样本点平差表

表4水准路线3中的样本点平差表

2.3珠海北斗CORS系统测量

为了试验珠海北斗CORS系统高程测量的可行性和精度对比，测试分别进行了GPS/GPS+GLONASS和GPS+GLONASS+BDS组合定位测量，作业过程严格按照相关规范要求进行。卫星截止高度角≥15°的有效卫星个数≥6,PDOP值<4，观测历元间隔1s，每测回观测历元20个，每个点位观测3个测回，同时记录每测回初始化时间[7]。

(1)外业数据采集

使用天宝R8-Model4多频接收机进行观测，数据采集流程:(1)仪器检校(2)珠海北斗CORS的参数录入(3)外业测量(4)数据整理。

(2)初始化时间统计

30个测试点初始化时间共180次，其中GPS/GPS+GLONASS和GPS+GLONASS+BDS模式下的初始化时间分别记录90次。经统计，GPS+GLONASS+BDS模式下的初始化时间≤5s的占比约30%，≤10s的占比约60%，平均初始化时间为13s,GPS/GPS+GLONASS模式下的初始化时间≤5s的占比为0，≤10s的占比约4%，≤20s的占比约64%，平均初始化时间为25s，具体统计情况如图3所示。显然，增加北斗信号的初始化速度显著提高，RTK解算更快。

图3初始化时间对比统计

(3)数据处理

通过珠海北斗CORS，分别进行GPS/GPS+GLO-NASS和GPS+GLONASS+BDS两种模式测量，得到30个测试点的高程，并计算每个测试点的高程平均值，结果如表5、表6所示。

表5GPS/GPS+GLONASS模式RTK测量高程

表6GPS+GLONASS+BDS模式RTK测量高程

从表5、表6的数据可以得出:采用GPS/GPS+GLONASS模式RTK测量高程各测回互差最大为2.4cm，最小为0.2cm;采用GPS+GLONASS+BDS模式RTK测量高程各测回互差最大为0.5cm，最小为0.0cm。

3、珠海北斗CORS系统与四等水准测量对比分析

珠海北斗CORS系统测量高程是采用核心为CBI的网络RTK技术解算拟合而得到[8,9]，水准测量高程是通过传统的水准测量方式而得到。由于获取高程数据的方式不同，其误差来源、种类和测量的精度有很大的区别[10]。利用两种不同方法测得的样本点高程进行较差比较并计算样本点高程较差中误差[11]，中误差计算公式如下:

其中:表示样本点真误差;表示样本点数量，高程差值对比表如表7、表8所示。

表7GPS/GPS+GLONASS模式下高程差值对比表

表8GPS+GLONASS+BDS模式下高程差值对比表

从表7、表8的数据可以得出:利用GPS/GPS+GLONASS模式RTK测量各测回高程与水准高程的高程较差中误差分别为:±2.15、±2.34、±2.38，高程较差中误差为±2.23;利用GPS+GLONASS+BDS模式RTK测量各测回高程与水准高程的高程较差中误差分别为:±1.78、±1.81、±1.76，高程较差中误差为±1.77。两种组合模式进行的CORS系统高程测量精度均能满足四等水准测量的精度要求，其中GPS+GLONASS+BDS定位模式精度更高。

4、结论

加入BDS星座后，测量过程中初始化时间显著提升、测量结果各测回高程互差差值更小，更加收敛，信号更加稳定，与水准高程相比，高程较差中误差更小，随着BDS星座不断完善，BDS组网成功，珠海北斗CORS系统的定位精度和适用性将会得到进一步的提高，单北斗CORS系统三维定位将有更广泛的应用。

参考文献:

[1]汪伟,史廷玉,张志全.CORS系统的应用发展及展望[J].城市勘测,2010(3):45~47+55.

[2]祁芳,刘晖.GPRS技术在CORS系统中的应用[J].全球定位系统,2003,28(1):37~40.

[3]龚真春,杨晋强,白冰等.GPSCORS系统实时定位精度检测方法探讨[J].测绘与空间地理信息,2011,34(3):88~90.

[4]丁玉平,许友清.区域CORS系统的定位精度分析[J].测绘通报,2011(3):86~87.

[5]丁建勋,李秀龙,马德富.珠海市北斗CORS网络RTK实测分析[J].地理空间信息,2016,14(6):68~71+8.

[6]吕慧,张国鹏.精密水准测量中的系统误差分析[J].浙江工业大学学报,2001(4):82~84+89.

[7]田宗彪,刘晖,郭思彤.CORS可用性测试方法研究[J].数字通信世界,2014(S2):12~15.

[8]伍鑫.珠海北斗CORS系统建设的实现及精度分析[J].测绘与空间地理信息,2016,39(5):187~193.

[9]胡兵,王成,李超等.网络RTK几种常用技术的比较[J].2011,9(3):102~104.