安庆市连续运行GPS参考站系统建设与精度分析

杨新成

(安庆市勘察测绘院)



安庆市连续运行GPS参考站系统建设与精度分析

杨新成

(安庆市勘察测绘院)

摘要详细分析了安庆市连续运行GPS参考站系统的建设目标、系统原理、作业流程，在此基础上对系统性能以及精度进行了深入探讨，为类似应用研究提供参考。

关键词GPSCORS系统转换参数系统性能精度

城市数字化是现代化城市发展的趋势，空间数据基础设施是数字城市的基础，安庆市连续运行GPS参考站系统是安庆市城市空间数据基础设施的重要组成部分[1-2]，因此有必要建立安庆市连续运行GPS参考站系统。

1系统建设

1.1目标及内容

选用南方单基站CORS系统建设方案，其基本目标为：建立和维护测量区域内的GPS基准站，为该系统提供一套完整的GPS工程技术标准。具体内容有：①建设1个永久连续观测的GPS定位基准站；②建立1个可提供基准站网络服务的网络系统；③建立基准站与系统管理中心的内部局域网的数据传输系统；④为测量用户提供RTK实时差分、静态后处理的数据信息。

1.2系统原理及系统作业流程1.2.1系统原理

单基站CORS即为仅有1个连续运行参考站，可将卫星定位技术和地理信息技术、通信技术和先进的软件开发技术进行有机结合，为用户提供了全新、透明、可视、实时的测量服务。基准站上有1个控制软件实时监控卫星状态、存储和发送相关数据，同时有1个服务器提供网络差分服务和用户管理。根据系统功能要求，该系统的GPS硬件由GPS基站、电源系统、用户系统构成(图1)。

1.2.2系统作业流程

基准站连续不间断地观测GPS的卫星信号，以获取该地区和该时间段的局域精密星历及其他改正参数，按用户需要将静态数据打包存储并将基准站的卫星信息发送至服务器上Eagle软件的指定位置。移动站用户接收定位卫星传输的信号，并解算出地理位置坐标。移动站用户的数据通讯模块(GPRS或CDMA)通过局域网从服务器的指定位置获取基准站提供的差分信息后，输入用户单元GPS进行差分解算。移动站用户在野外完成静态测量后，可从基准站软件上下载同步时间的静态数据进行基线联合解算。GPS参照站硬件系统总体数据流程如图2所示。

图1　GPS参照站系统

图2　硬件系统数据流程

1.3性能指标

安庆市连续运行GPS参考站单基站建成后，各项性能指标如表1所示。

1.4转换参数计算

在城市建成区及周边施测D级GPS控制网(图3)和E级GPS控制网(平面控制面积约1 200 km2)以及600 km2的二、三、四等高程控制网。D级GPS控制网和高程控制网应用于CORS系统转换参数计算，E级GPS网作为系统数据的检核，其中D级GPS网联测CORS基准站点坐标。由于参与转换的平面点位等级较高以及高程拟合区域内的水准高程点较多，并且点位分布均匀，据此计算的转换参数精度较高，转换残差平面最大为0.008 m，高程最大为2.4 cm。基准站设置成按固定的三维坐标发布校正信息，保障了整个系统的稳定性、可靠性。

表1　单基站CORS系统各项性能指标

2系统测试

在以基准站为中心的半径为30 km的范围内，随机采集了11个GPS-D级网控制点和28个GPS-E级网控制点(均为水准高程)，采集的数据与静态观测的数据分别如表2、表3所示。整个系统的内、外符合精度见表4。

图3　D级GPS控制网

表2　GPS-D级网控制点内符合精度　m

表2、表3中的精度数值为仪器误差(即基线精度)，实际测试精度包括仪器误差、参数误差和点位误差等3个部分。由表4可知：单基站CORS系统数据采集精度可满足RTK实时定位的要求。

3讨论

(1)本研究GPS参考站系统为单基站CORS系统，覆盖范围为以基准站为中心，有一定的半径长度限制，不同的半径范围内具有不同的精度，获得不同的半径范围内的平面精度、高程精度的衰减情况，有助于确保城市测量数据的可靠性。

表3　GPS-E级网控制点外符合精度　m

表4　系统内、外符合精度　m

(2)本研究GPS参考站系统的转换参数为4个，其覆盖区域半径约40 km，但在大范围内进行测量时，上述4个转换参数无法在部分范围内起到提高平面、高程精度的作用，此时需使用7个转换参数，以便扩大该系统的覆盖区域。

(3)本研究GSP参照系统的建成不仅可满足基础测绘工作，也可服务于交通运输、水利、减灾救灾和国家安全等多个领域。

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(CORS)建设与应用[M].北京：科学出版社，2009.

[2]林颂，莫传山.南宁市GNSS连续运行参考站网络系统建设的体会[J].城市勘测，2008(4)：61-65.

(收稿日期2015-11-20)

杨新成(1974—)，男，工程师，246001 安徽省安庆市戏校南路61号。