TM-CORS系统实时定位精度检测方法研究与应用

张自宾

TM-CORS系统实时定位精度检测方法研究与应用

张自宾

CORS系统网络定位精度等指标是该系统正常运行与使用的核心指标，本文对比较成熟的多种网络定位精度检测方法进行了对比和讨论，最后采用已知点检测、网络实时RTK观测值与静态定位解算结果比较检测法、固定基线长度检测方法对TM-CORS系统进行检测，通过实践验证了该系统的定位精度和可靠性。

网络RTK；定位精度；精度检测；静态定位

1 引言

连续运行参考站网CORS(Continuously Operating Reference Stations，)是利用全球卫星导航定位技术，按一定距离建立一个或若干个，长年连续运行的固定定位参考站，利用数据通信设备、计算机和网络技术，向已授权用户自动地发布不同类型的RTK、RTD等改正数据，而组成的一个网络定位系统[1]。同煤网络定位系统即TM-CORS，采用SmartTrack+和SmartCheck+技术，配备三台参考站接收机GRX1200+和系统管理软件Spider。该系统在矿区内新建3个连续运行卫星参考站基础，分别为：塔山站（tash）、燕子山站（yzsh）、铁峰站（tief）,平均边长34 Km，覆盖面积：2 123.7 Km2，形成大同煤田范围的网络系统全覆盖。各参考站的观测数据通过同煤内网传送至管理中心。经过处理，通过专网向已授权用户发布多种格式的差分数据和定位测量数据。

TM-CORS系统建成后，需要对系统的网络定位精度、时间和空间可用性、定位速度和不同品牌接收机的兼容性等进行整体测试，评价系统成果是否达到设计所要求的精度，用户确保可以放心使用。本文主要对比较成熟的网络定位和单参考站定位精度的多种测试方法进行了分析和研究，提出了一些有益的见解。并对同煤集团的TM-CORS系统实时定位精度进行了检测，对该系统的使用者起到了一定的帮助和指导作用。

2 CORS系统定位精度检测方法[2 -4 ]

CORS的主要优点是实时网络定位精度高、可信度高，并且可提供常规电台频段RTK定位、网络实时RTK定位以及精密单点定位等多种服务。衡量该系统性能的主要指标有网络RTK的定位精度、效率和可信度等，比较成熟和容易操作的检测方法有下面几种。

2.1 已知点检测法

CORS实时定位精度检测中比较成熟而且容易操作的方法为已知点检测法。它是通过在网络定位范围内选择若干具有代表性的且地方坐标已知的控制点，将流动站安置在已知点上，选择实时网络定位，并记录坐标数据。然后对记录的坐标数据进行统计与分析，得到若干检测点的网络RTK定位内、外符合精度。

（1）内符合精度计算：

（2）外符合精度计算：

式中：n为已知点的野外实测总数；为该点所有观测值与观测值平均值的差值，根据（1）、（2）式可计算各个点在X，Y，H三个方向的内、外符合精度。

此方法操作过程简单，易于实现，但是检测点的坐标必须是已知的，如果在系统范围没有已知点，该方法只能对内符合精度进行检测。

2.2 RTK观测值与静态定位结果比较法

静态定位主要采用事后相对定位的方法，即首先将检测点静态记录数据与参考站同步的静态观测数据做基线解算，然后约束参考站坐标对基线平差，进而得到检测点的静态解算坐标。静态解算坐标为真值，RTK坐标值与静态解算坐标值比较，来确定系统RTK解算坐标的精度和可靠性。精度检测计算方法与已知点检测法类似。

实时动态RTK解算结果，实质上是单点定位的结果，广播星历、周跳和数据丢失等问题都会存在，而静态定位解算可避免这些误差来源，将平差解算结果作为参考值，用来确定实时动态RTK解算结果的精度和可靠性，不仅可以避免没有已知点的问题，而且可以对观测成果成批检核。但是多基站长距离数据解算问题在很多静态平差处理软件中都没能很好解决，因此在多基站长距离条件下，实时动态RTK观测精度，无法得到有效检测。

2.3 动态规则几何轨迹检测法

动态规则几何轨迹法可以实现流动站在运动情况下网络解算的定位精度和轨迹离散的检测，有无已知点的地面上均可采用此方法布设直线，三角形，矩形规则等几何轨迹。基本方法是将流动站以一定的速度沿着设计的轨迹运动，计算得到运动各点的离散轨迹与实际轨迹之间的偏离值，以此衡量系统的网络定位精度，具体方法如图1所示。

图1 规则矩形轨迹

设A、D两点的平面坐标为A(xAyA)、D(xDyD)，则过A、D两点的直线方程可用下式计算：

E为运动轨迹点，令其平面坐标为，点E到直线AD的距离即为轨迹偏差值，用下式计算：

这种方法对于CORS系统运动状态时的定位检测比较适合。

2.4 固定基线长度检测法

固定基线长度检测方法是通过在运动载体上架设的接收机来检测CORS系统定位精度，因为接收机在运动载体上是固定不变的，通常情况下这种运动载体不容易选取，可在地面布设多个已知点，用全站仪测量各个点之间的基线长度作为真值，流动站记录各个点位的网络RTK坐标值，反算其距离与固定基线长度比较来检测系统精度。

这种方法只能检测固定边长的定位精度，无法反应点位坐标分量的变化情况，因此存在不能确定坐标分量定位精度的缺点。

以上四种检测方法的静态定位解算可采用快速静态定位的方法，精度优于网络RTK定位结果，适合于高精度、抢险救援工作。已知点检测和固定基线检测更适合于外业工作时系统精度检测，确保成果的正确性。

3 TM-CORS系统定位精度检测

TM-CORS系统由参考站子系统、数据处理中心子系统、用户单元子系统、数据与网络通讯子系统组成。TM-CORS系统建成后，为了保证系统的可靠性，我们通过外业实测数据，采用已知点检测法、网络实时RTK观测值与静态定位解算结果比较检测法、固定基线长度检测法对其定位精度进行检测。

1、已知点检测法，TM-CORS系统坐标框架为CGCS2000坐标系，但是同煤集团大部分矿井采用的是1964年矿区独立坐标系统，因当时大同煤田三角网采用测角方法，使用基南、基北做为控制导线，测角精度不高，手工平差，整网精度不均匀，少部分控制点坐标偏差在0.5 m左右，TM-CORS系统与1964矿区独立坐标系联测坐标变化量在0.15 m左右，所以我们只对其CGCS2000坐标系的内符合精度进行检测，TMCORS系统投入使用时，坐标系统采用局部控制点三维点校正的方法。

我们分别在TM-CORS系统网络解算范围内选取了15个、网外25 Km以内选取了5个具有代表性的点，表1为内符合精度统计表。大同煤田位于山区，作业范围基本都是2G网络信号，网络传输有延迟性，由统计结果我们可以看出TM-CORS系统网络RTK定位内符合平面精度整体优于3 cm，高程精度优于5 cm，系统整体内符合精度满足要求。

表1 已知点检测法内符合精度统计表

2、网络实时RTK观测值与静态定位解算结果比较检测法，在TM-CORS系统网络覆盖范围内选取10个固定点，实时记录网络RTK定位观测数据，流动站关机重启再次记录观测数据，取其平均值作为最终观测数据，最后将流动站设置为静态数据采集模式，记录静态观测数据10分钟，使用基座严格对中整平，并量取天线高，静态内业数据处理采用Spider软件快速静态虚拟固定解坐标进行平差解算。RTK网络解与静态解算结果差值统计见图2，从图中可以看出除JC03点之外，其他检测点在X、Y方向变化量比较均匀，整体高程精度也满足要求。

图2 RTK观测值与静态解算结果差值统计图

3、固定基线长度检测法，通常情况下运动载体不容易选取，所以在TM-CORS系统外业检测中选取了6个固定点，用全站仪测量各个点之间的基线长度作为真值，流动站记录各个点位的网络RTK坐标值，流动站关机重启再次记录观测数据，取其平均值作为最终观测结果，然后将解算类型改为单站解算类型（距离最远的参考站），重复上面操作流程，最后反算各点之间的网络解算RTK距离和单站解算RTK距离，并与全站仪所测基线长度计算差值。表2为选取其中三条基线差的统计结果，由统计结果可以看出网络解算精度明显优于单站解算精度，这主要由于检测点与参考站距离有关，但是系统总体精度还是满足要求的。

表2 固定基线长度检测结果统计表

4 结束语

通过外业实测数据对TM-CORS系统定位精度的检测，分析出该系统已知点内符合精度，网络RTK解算定位精度，单站解网络RTK定位精度等均满足要求，先后为王村煤业、姜家湾煤业、安平煤业等煤矿的应急抢险救援工作快速、精准的实地放样出救援孔孔位坐标，确保了救援孔精确钻进至井下事发巷道和工作面，保证了救援工作的顺利完成。本文所采用的检测方法和对比结果对该系统的使用者起到了一定的帮助和指导作用，TM-CORS系统克服了传统测量方法的缺点，在同煤集团地面矿山测量工作以及地质灾害调查与治理等工作中发挥着重要作用，为同煤集团的建设和发展节省了大量的人力与财力，取得了良好的经济效益。

参考文献

[1]黄俊华,陈文森.连续运行卫星定位综合服务系统建设与应用[M].北京:科学出版社,2009.

[2]唐卫明,楼益栋,刘晖,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(8):73—77.

[3]龚真春.GPS CORS系统实时定位精度检测方法探讨[J].测绘空间地理信息,2011,34(3):88—90.

[4]余小龙,胡学奎.GPS RTK技术的优缺点及发展前景[J].测绘通报, 2007(10):39—44.

Research and application of TM-CORS system real-time positioning accuracy detection method

ZHANG Zi-bin
（Geological Survey Department,Datong Coal Mine Group,Datong Shanxi 037003,China）

In this paper,the existing network positioning accuracy detection methods are carried on the comparison and analysis,and the TM-CORS system is checked and researched by using the known point detection,network realtime RTK observation,static positioning calculating results comparison detection method and fixed baseline length detec⁃tion method,the practice proves the positioning accuracy and reliability of the TM-CORS system.

Network RTK;Positioning accuracy;Accuracy test;Static positioning

P228.4

B

1000-4866(2016)06-0040-04

10.19413/j.cnki.14-1117.2016.06.012

2016-11-17

张自宾，男，1982年出生，宁夏石嘴山人，硕士生，工程师，主要从事矿山测量方面研究。