沿海北斗CORS系统稳定性及精度测试的研究
周争桥
摘 要：基于北斗卫星导航系统的精密导航定位打破GPS的垄断，是沿海精密导航定位服务的重要手段，为掌握沿海北斗CORS系统的运行情况及系统的功能和技术指标是否满足应用要求，需对系统定位精度以及系统的稳定性、连续性和兼容性等性能指标进行测试评估。
关键词：北斗CORS系统；RTK；定位精度测试；内符合精度；外符合精度
中图分类号：U665 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）4-0033-03
基于北斗卫星导航的精密导航系统打破GPS的垄断，目前，全国各地都建设了一定数量的北斗CORS（连续运行参考站）系统为各行业服务，为掌握系统的运行状况，以及系统的功能和技术指标是否满足服务要求，需对系统定位精度以及系统的稳定性、连续性和兼容性等性能指标进行测试并评估。本文以珠江口北斗精密定位服务系统测试为案例，对沿海的北斗CORS系统的稳定性、精度的测试方法及测试技术进行讨论研究。
1 系统建设概况
城市北斗CORS系统的应用主要范围為陆地应用，沿海北斗CORS系统既要为近海陆地提供应用服务，更重要的需为近海海上区域范围提供服务，因此，在系统的稳定性及系统精度的测试上，城市北斗CORS系统与沿海北斗CORS系统存在一定的差异性。珠江口北斗精密定位服务系统，建设在广东省内珠江口一带，各北斗CORS基准站点分布广州、东莞、蛇口、中山、珠海、江门，应用目的范围覆盖了珠江口区域以及重点海域，建设的10个基准站分别为仑头站、桂山站、高栏站、山咀港站、崖南站、南沙站、湾仔站、中山站、大铲湾站及东莞长安站，基准站点位分布如图1所示，各基准站的数据最终通过网络专线传输，汇入数据中心。图1其中浅蓝色标识为基准站位置，深蓝色直线组成系统覆盖范围的网图，深蓝色线条覆盖区域内为网内（以下简称网内），深蓝色线条覆盖区域外为网外（以下简称网外）。数字代码为测试自选测试点号。
2 沿海北斗CORS系统测试
2.1系统精度测试方法及数据指标分析
2.1.1 定位精度测试
定位精度测试主要进行RTK实时定位精度测试和事后静态
精密定位测试。
（1）RTK实时定位精度测试。本次测试在珠江口北斗精密定位服务系统的10个基准站覆盖的网内选取9个控制点，网外10～15公里选取3个控制点，共计12个控制点进行测试，这些控制点都在10个基准站的理论覆盖范围内。为确保测试结果的合理可信，网络RTK测试采用系统覆盖区域内的B、C级精度的控制点作为参考基准。RTK实时动态测试需要进行两次连接和初始化，获取网络数据源，并选择一种定位模式，测试采样间隔为1秒。测试的坐标系统采用CGCS2000坐标，平面坐标的精度评定以控制点所在的中央子午线高斯投影的平面坐标进行，以CGCS2000坐标的大地高为高程方向的比较值。
1）RTK实时动态测量内符合精度统计方法
计算每一测点所有测量值的平均值，再将该平均值与每一测量值求差。统计所有差值的分布情况，并对差值在不同区间的概率进行统计，同时根据式（1-1）分别计算系统B、L、H方向的内符合精度。
取BDS，GPS+GLONASSS，GPS+BDS+GLONASS不同数据源数据（数据图表略），通过内、外符合精度计算统计，可以看出，系统能够满足用户对实时高精度定位的要求，平面方向外符合精度优于0.012m，高程方向外符合精度优于0.039m；其中，平面方向外符合最大值为0.034m，高程方向外符合最大值为0.059m；满足系统实时定位平面0.050m，高程0.100m的精度要求。
（2）事后静态精密定位精度测试。在珠江口北斗精密定位服务系统的10个基准站覆盖的网内选取4个控制点，网外选取1个控制点进行事后精密定位测试，设定静态联测观测时段长为120min，联测点采样间隔1s。在已知坐标的控制点上采集静态原始观测数据，利用事后解算软件PANDA，事后解算结果与控制点的已知坐标的差值进行统计分析，评定事后精密定位精度。
从结果可以看出，以基准站为起算，平面方向精度优于0.010m，高程方向精度优于0.017m；满足系统的事后精密定位平面精度优于0.02m，高程精度优于0.04m的设计要求。
2.1.2 空间可用性测试
空间可用性，主要包含车载GNSS动态测试和船载GNSS动态测试，通过固定基线长度相对检测法，在车和船上固定移动终端，用钢尺量出两者的长度，然后通过比较测试的长度以及实际长度的对比，测试系统在陆地以及海上的空间可用性以及信号的接收状况。
空间可用性测试采用GPRS方式进行数据链接。车载GNSS动态定位测试在珠江口北斗精密定位服务系统覆盖区域内的公路上进行，流动站设备要能正常工作，得到固定解。船载GNSS动态定位测试则利用船只在海面上航行，流动站设备能正常完成初始化，并得到固定解。在海面上，可能由于网络信号差或无网络信号水段，链接可能断开，固定解丢失，航行出该水段后，在不进行任何操作的情况下，流动站设备在40秒内要能自动恢复链接并得到固定解。
（1）车载GNSS动态定位测试。车载设计三条路线 仑头-518路线，526-530路线，九州港-南沙路线。
误差相对较大路线的为九州-南沙路线，如下统计表：
从结果统计可以看出，剔除掉因过隧道、城市高架等因素无法接收到信号的点，可得到固定解所占百分比的平均值为95.83%，满足空间导航可用性95%的设计要求；单频导航三维精度优于0.264m，最大值为0.458m；多频导航三维精度优于0.023m，最大值为0.029m；结果满足单频导航水平精度优于1m，高程精度优于2m；多频导航水平精度优于0.3m，高程精度优于0.5m的系统设计指标要求。
（2）船载GNSS动态定位测试。
测试路线：本次测试选择珠海港—高栏港、高栏港—舢板洲、舢板洲—珠海港路线。本次测试采用武汉攀达公司的设备，PD327，TC1。误差相对较大路线为舢板洲-珠海港，如下统计表.
从结果统计可以看出，剔除掉因海面上无网络信号等因素无法接收到信号的点，可得到固定解所占百分比的平均值为95.46%，满足空间导航可用性95%的设计要求；单频导航三维精度优于0.398m，最大值为0.486m；多频导航三维精度优于0.014m，最大值为0.016m；结果满足单频导航水平精度优于1m，高程精度优于2m；多频导航水平精度优于0.3m，高程精度优于0.5m的系统设计指标要求。
2.2系统稳定性测试
2.2.1 24h连续可用性测试
为了验证珠江口北斗精密定位服务系统能否全天候提供稳定的RTK差分信号，需要进行系统的可用性测试。在珠江口北斗精密定位服务系统的10个基准站覆盖范围内，选择503控制点进行二十四小时连续定位可用性测试，具体点位见下图，选择系统播发的GPS+BDS+GLONASS定位模式作为数据源，连续观测24小时，然后对采集的数据进行整理统计，比较定位的稳定性及可靠性。
2.2.2 定位服务时效性测试
系统定位服务时效性就是实时定位所需的初始化时间，用户在得到系统北斗差分数据服务后，极短时间内获得测站浮动解，但获得符合精度的测站固定解需要一定时间，利用秒表记录登陆成功后从单点解到固定解的时间，此时间为RTK初始化时间，经統计登陆时间，求出平均登陆时间值，其平均 登陆时间值可以作为系统稳定性一个参考指标。
3 结束语
沿海北斗CORS系统服务沿海区域经济，可为水上交通，港口建设，水运工程、海事监管及航海保障提供服务，本文以珠江口北斗精密定位服务系统测试为案例，参考以往的城市北斗CORS系统测试方法，对沿海的北斗CORS系统的稳定性及精度测试的方法技术进行了总结，整套测试方案符合国家相关规范及相关技术规格，取得了一定的成效，可为后续的沿海北斗CORS系统的建设提供参考。
参考文献：
[1]GB/T 18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》
[2]GB/T 28588-2012《全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范》
[3]CH/T 2008-2005《卫星定位城市测量技术规范》
[4]耿文彪. 基于CORS的网络RTK应用可靠性及精度测试[J] . 测绘，2013（2）.
[5]张周平，刘忠. 城市CORS的测试内容与方法研究[J]. 测绘技术装备，2010（3）.
[6]李江卫，肖建华，等. 武汉市连续运行卫星定位服务系统（WHCORS）测试与分析[J]. 城市勘测，2007（1）.
摘 要：基于北斗卫星导航系统的精密导航定位打破GPS的垄断，是沿海精密导航定位服务的重要手段，为掌握沿海北斗CORS系统的运行情况及系统的功能和技术指标是否满足应用要求，需对系统定位精度以及系统的稳定性、连续性和兼容性等性能指标进行测试评估。
关键词：北斗CORS系统；RTK；定位精度测试；内符合精度；外符合精度
中图分类号：U665 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2018）4-0033-03
基于北斗卫星导航的精密导航系统打破GPS的垄断，目前，全国各地都建设了一定数量的北斗CORS（连续运行参考站）系统为各行业服务，为掌握系统的运行状况，以及系统的功能和技术指标是否满足服务要求，需对系统定位精度以及系统的稳定性、连续性和兼容性等性能指标进行测试并评估。本文以珠江口北斗精密定位服务系统测试为案例，对沿海的北斗CORS系统的稳定性、精度的测试方法及测试技术进行讨论研究。
1 系统建设概况
城市北斗CORS系统的应用主要范围為陆地应用，沿海北斗CORS系统既要为近海陆地提供应用服务，更重要的需为近海海上区域范围提供服务，因此，在系统的稳定性及系统精度的测试上，城市北斗CORS系统与沿海北斗CORS系统存在一定的差异性。珠江口北斗精密定位服务系统，建设在广东省内珠江口一带，各北斗CORS基准站点分布广州、东莞、蛇口、中山、珠海、江门，应用目的范围覆盖了珠江口区域以及重点海域，建设的10个基准站分别为仑头站、桂山站、高栏站、山咀港站、崖南站、南沙站、湾仔站、中山站、大铲湾站及东莞长安站，基准站点位分布如图1所示，各基准站的数据最终通过网络专线传输，汇入数据中心。图1其中浅蓝色标识为基准站位置，深蓝色直线组成系统覆盖范围的网图，深蓝色线条覆盖区域内为网内（以下简称网内），深蓝色线条覆盖区域外为网外（以下简称网外）。数字代码为测试自选测试点号。
2 沿海北斗CORS系统测试
2.1系统精度测试方法及数据指标分析
2.1.1 定位精度测试
定位精度测试主要进行RTK实时定位精度测试和事后静态
精密定位测试。
（1）RTK实时定位精度测试。本次测试在珠江口北斗精密定位服务系统的10个基准站覆盖的网内选取9个控制点，网外10～15公里选取3个控制点，共计12个控制点进行测试，这些控制点都在10个基准站的理论覆盖范围内。为确保测试结果的合理可信，网络RTK测试采用系统覆盖区域内的B、C级精度的控制点作为参考基准。RTK实时动态测试需要进行两次连接和初始化，获取网络数据源，并选择一种定位模式，测试采样间隔为1秒。测试的坐标系统采用CGCS2000坐标，平面坐标的精度评定以控制点所在的中央子午线高斯投影的平面坐标进行，以CGCS2000坐标的大地高为高程方向的比较值。
1）RTK实时动态测量内符合精度统计方法
计算每一测点所有测量值的平均值，再将该平均值与每一测量值求差。统计所有差值的分布情况，并对差值在不同区间的概率进行统计，同时根据式（1-1）分别计算系统B、L、H方向的内符合精度。
取BDS，GPS+GLONASSS，GPS+BDS+GLONASS不同数据源数据（数据图表略），通过内、外符合精度计算统计，可以看出，系统能够满足用户对实时高精度定位的要求，平面方向外符合精度优于0.012m，高程方向外符合精度优于0.039m；其中，平面方向外符合最大值为0.034m，高程方向外符合最大值为0.059m；满足系统实时定位平面0.050m，高程0.100m的精度要求。
（2）事后静态精密定位精度测试。在珠江口北斗精密定位服务系统的10个基准站覆盖的网内选取4个控制点，网外选取1个控制点进行事后精密定位测试，设定静态联测观测时段长为120min，联测点采样间隔1s。在已知坐标的控制点上采集静态原始观测数据，利用事后解算软件PANDA，事后解算结果与控制点的已知坐标的差值进行统计分析，评定事后精密定位精度。
从结果可以看出，以基准站为起算，平面方向精度优于0.010m，高程方向精度优于0.017m；满足系统的事后精密定位平面精度优于0.02m，高程精度优于0.04m的设计要求。
2.1.2 空间可用性测试
空间可用性，主要包含车载GNSS动态测试和船载GNSS动态测试，通过固定基线长度相对检测法，在车和船上固定移动终端，用钢尺量出两者的长度，然后通过比较测试的长度以及实际长度的对比，测试系统在陆地以及海上的空间可用性以及信号的接收状况。
空间可用性测试采用GPRS方式进行数据链接。车载GNSS动态定位测试在珠江口北斗精密定位服务系统覆盖区域内的公路上进行，流动站设备要能正常工作，得到固定解。船载GNSS动态定位测试则利用船只在海面上航行，流动站设备能正常完成初始化，并得到固定解。在海面上，可能由于网络信号差或无网络信号水段，链接可能断开，固定解丢失，航行出该水段后，在不进行任何操作的情况下，流动站设备在40秒内要能自动恢复链接并得到固定解。
（1）车载GNSS动态定位测试。车载设计三条路线 仑头-518路线，526-530路线，九州港-南沙路线。
误差相对较大路线的为九州-南沙路线，如下统计表：
从结果统计可以看出，剔除掉因过隧道、城市高架等因素无法接收到信号的点，可得到固定解所占百分比的平均值为95.83%，满足空间导航可用性95%的设计要求；单频导航三维精度优于0.264m，最大值为0.458m；多频导航三维精度优于0.023m，最大值为0.029m；结果满足单频导航水平精度优于1m，高程精度优于2m；多频导航水平精度优于0.3m，高程精度优于0.5m的系统设计指标要求。
（2）船载GNSS动态定位测试。
测试路线：本次测试选择珠海港—高栏港、高栏港—舢板洲、舢板洲—珠海港路线。本次测试采用武汉攀达公司的设备，PD327，TC1。误差相对较大路线为舢板洲-珠海港，如下统计表.
从结果统计可以看出，剔除掉因海面上无网络信号等因素无法接收到信号的点，可得到固定解所占百分比的平均值为95.46%，满足空间导航可用性95%的设计要求；单频导航三维精度优于0.398m，最大值为0.486m；多频导航三维精度优于0.014m，最大值为0.016m；结果满足单频导航水平精度优于1m，高程精度优于2m；多频导航水平精度优于0.3m，高程精度优于0.5m的系统设计指标要求。
2.2系统稳定性测试
2.2.1 24h连续可用性测试
为了验证珠江口北斗精密定位服务系统能否全天候提供稳定的RTK差分信号，需要进行系统的可用性测试。在珠江口北斗精密定位服务系统的10个基准站覆盖范围内，选择503控制点进行二十四小时连续定位可用性测试，具体点位见下图，选择系统播发的GPS+BDS+GLONASS定位模式作为数据源，连续观测24小时，然后对采集的数据进行整理统计，比较定位的稳定性及可靠性。
2.2.2 定位服务时效性测试
系统定位服务时效性就是实时定位所需的初始化时间，用户在得到系统北斗差分数据服务后，极短时间内获得测站浮动解，但获得符合精度的测站固定解需要一定时间，利用秒表记录登陆成功后从单点解到固定解的时间，此时间为RTK初始化时间，经統计登陆时间，求出平均登陆时间值，其平均 登陆时间值可以作为系统稳定性一个参考指标。
3 结束语
沿海北斗CORS系统服务沿海区域经济，可为水上交通，港口建设，水运工程、海事监管及航海保障提供服务，本文以珠江口北斗精密定位服务系统测试为案例，参考以往的城市北斗CORS系统测试方法，对沿海的北斗CORS系统的稳定性及精度测试的方法技术进行了总结，整套测试方案符合国家相关规范及相关技术规格，取得了一定的成效，可为后续的沿海北斗CORS系统的建设提供参考。
参考文献：
[1]GB/T 18314-2009《全球定位系统（GPS）测量规范》
[2]GB/T 28588-2012《全球导航卫星系统连续运行基准站网技术规范》
[3]CH/T 2008-2005《卫星定位城市测量技术规范》
[4]耿文彪. 基于CORS的网络RTK应用可靠性及精度测试[J] . 测绘，2013（2）.
[5]张周平，刘忠. 城市CORS的测试内容与方法研究[J]. 测绘技术装备，2010（3）.
[6]李江卫，肖建华，等. 武汉市连续运行卫星定位服务系统（WHCORS）测试与分析[J]. 城市勘测，2007（1）.
