CORS定位误差来源与精度分析

苑庆中 刘玉臣 聊城市水利局,山东 聊城252000

1 网络RTK技术简介

CORS的全称是Continuous Operational Reference System，是集卫星定位技术、计算机技术、 数字通讯技术等手段为一体，利用多基站网络RTK技术建立的连续运行卫星定位服务系统。网络RTK差分信息生产方式有虚拟参考站法VRS（Virtual Reference Station）、区域改正法FKP（Area Correction Parameter）和主辅站技术MAC（Masterauxiliary concept）。VRS是较成熟的方法。

VRS网络中，各固定参考站不直接向移动站发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心，同时，移动站在工作前，先通过GSM的短信息功能向控制中心发一个概略坐标，控制中心收到该位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一个固定基准站，根据这些站发来的信息，整体改正GPS的轨道误差、电离层、对流层、大气折射等引起的误差，将高精度的差分信号发给移动站。该差分信号的效果相当于在移动站旁生产一个虚拟的参考站，解决了RTK作业距离的限制问题，并保证了用户的精度。

1.1 VRS的优势：

1.1.1 允许服务器应用整个网络的信息来计算电离层和对流层的复杂模型。

1.1.2 消除了对流层误差，在整个VRS生产步骤中对流层模型是一致的，而在FKP模式中，则存在着服务器和流动站所用对流层模型不一致的危险。

1.1.3 成果的可靠性、信号可利用性和精度水平在系统的有效覆盖范围内大致均匀，同离开参考站的距离无明显相关性。费用大幅度降低，70km的边长使GPS网络费用大大降低，用户不再架设自己的基准站；相对传统的RTK，提高了精度，1ppm的概念没了，在VRS网络控制范围内，精度始终在1～2cm；采用多个参考站的联合数据，可靠性随之提高。VRS网络RTK解算模式下，流动站到虚拟参考站（VRS）保持在几十米的距离，RTK固定解的比例误差部分可以忽略不计，只余固定误差部分。采用VRS技术，实现在CORS系统覆盖区域内，网络RTK精度的均衡比，并提高RTK收敛速度及固定解的可靠性。

1.2 VRS的劣势：在支持流动站进行动态应用方面有一定的局限性，特别是在大型网络内、在运动中进行拨号服务的时段。在VRS中，修正信息是在拨号时根据初始流动站的位置计算基线得到，若流动站在拨号后位置移动，则该修正对流动站的新位置不一定合适。虽然这种效果仅影响长距离运动的流动站，但通过采用附加的信息，流动站也能在该情况下工作。需选一个主参考站，若主参考站出故障，需重新选择，服务产生间断；传输数据量较大。

2 网络RTK的误差来源及应对措施

2.1 与GPS卫星有关的误差及削弱

2.1.1 卫星星历误差，通过建立卫星跟踪网独立测轨、轨道改进法、同步求差法等，在平差模型中将星历中给出的卫星轨道参数作为未知参数纳入平差模型，通过平差同时得到测站位置及轨道偏移改正数。

2.1.2 卫星钟的误差，采用钟差改正法和差分技术削弱。

2.2 与信号传播有关的误差及削弱

2.2.1 电离层延迟，利用双频接收机将L1和L2的观测值进行线性组合来削弱电离层的影响、利用2个以上观测站同步观测量求差、利用电离层模型加以改正、选择有利观测时段。

2.2.2 对流层延迟，利用同步观测量求差和对流层模型加以改正。

2.2.3 多路径误差，采用扼流圈天线、能削弱多径误差的抑径天线、参考站和流动站附近设吸收电波材料、选择视野开阔无反射面的点位。

2.3 与接收机的误差及削弱

2.3.1 接收机钟的钟误差，同步观测5颗以上卫星，采用对观测值的求差（星间单差，星站间双差）削弱。

2.3.2 接收机的位置误差，通过对天线进行检验校正削弱。

2.4 与GPS参考站系统及通信有关的误差

同距离有关的误差主要部分可通过多参考站技术来削弱，因网络RTK自身的解算模型以及参考站系统软件的调节功能，能够削弱误差，使网络RTK定位精度均匀，良好的通讯条件是获取高质量RTK成果的保证。

2.5 与作业人员有关的误差及削弱

选择适当时段，选择同等精度的高等级控制点求转换参数，使脚架对中整平，准确量取天线高，设置适当的收敛值，适当增加观测历元数，初始化后重复观测，求取平均值，能有效提高测量精度。

3 SDCORS简介

山东CORS系统：于2011年3月18日正式开通，为用户提供厘米级实时网络差分定位服务（RTCM2.3、RTCM3.0、CMR三种数据格式）。由101个参考站点组成，覆盖山东省全境，相邻基线平均边长52公里，30～70公里的边长占总数的85%。据CORS中心统计分析，GPS网点空间直角坐标精度X≤±3.5mm，Y≤±6.0mm，Z≤±4.8mm，GPS网点南北方向的精度≤±2.0mm。点位变化，GPS网点南北方向的变化≤3.0cm，东西方向的变化均≤1cm。系统提供的网络RTK精度水平≤3cm，垂直≤5cm；事后精密定位及变形监测精度水平≤5mm，垂直≤10mm。RTK连续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软件，采用VRS技术，所发送的参数模型是根据站点的概率位置，由软件自动计算形成的区域性参数模型。其好处是根据全省各地的不同外部因素环境，使用符合本区域的改正参数模型。避免全省一个模型，造成因环境状况不同而导致精度下降。

4 网络RTK应用实例

在22.7平方公里的某1/1000比例尺地形图测量项目区，使用经检核合格的南方S82T GPS接收机，利用SDCORS网络RTK技术，联测了测区内及周边均匀分布的4个C级（三等水准精度）、4个D级（四等水准精度）GPS点求取转换参数，平面和垂直残差均≤1.6cm，在测区布设一级GPS点38个，图根点350个，使用脚架对中整平，重新初始化后独立观测4次，每次30个历元，全采用固定解，各次结果较差符合限差要求后求平均值。

5 网络RTK精度检测

为检验测量成果的精度和可靠性，我们使用5种检测方法。

5.1 已知点检验法：对比测区附近的3个D级GPS点，平面残差最大为0.95cm，高程残差最大为1.2cm.

5.2 与静态定位成果对比法：对网络RTK施测的18个一级GPS点以静态模式定位施测，并施测了四等水准精度的高程，比较结果显示，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 相对长度检测法：对相互通视的一级GPS点，使用经检验合格的2″级全站仪进行边长测量，检测的12对点，相对误差均小于1/20000.

5.4 不同历元检测法：对已经施测的一级GPS和图根点，在不同的时间段，按照相同的要求施测3次，较差均在限差范围内。

5.5 高程影响检测法：假定某点真实高程为H，对中杆分三级，级差为0.5m，将观测值与理论值比较，将试验点分布在整个测区，对各点观测结果统计分析，CORS在高程方面的精度及灵敏度相当高。

通过分析可以看出，网络RTK技术能满足低等级控制和碎部测量的精度要求。

6 网络RTK的应用前景

实现从传统的地面控制到无控制网系统，不受城市建设等因素的影响，准确实时快速提供控制点。满足地球物理与环境监测的需求，进行地震、滑坡、板块运动监测，减少或避免自然灾害带来的人身财产损失。为公共安全提供服务，与电子地图、无线电通信网络及计算机车辆管理信息系统相结合，实现对公共车辆的防爆、防盗、防火、急救、调度及特种车辆运行线路的全程监控，实时对车辆导航、跟踪、信息查询、紧急求援等。

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[2]唐卫明,楼益栋等.GPS连续运行参考站系统定位精度检测方法研究[J].通信学报，2006

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[5]吴俐民，丁仁军.网络RTK误差分析与质量控制[J].2009全国测绘科技信息交流会曁首届测绘博客征文颁奖论文集，2009