千寻知寸FindCM在天津滨海新区的性能精度分析

刘 亮

(1.天津水运工程勘察设计院，天津 300456；2.天津市水运工程测绘技术重点实验室，天津 300456)

随着GNSS广域差分技术的发展以及北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)[1]的建设完善，千寻位置基于BDS，通过RTD/RTK定位原理，利用互联网提供全天候差分播发服务[2]，满足定位需求。本文基于千寻位置厘米级高精度定位服务千寻知寸FindCM广域差分信号，在滨海新区的塘沽、天津港、汉沽、大港等地进行数据采集测试，分析千寻知寸FindCM在天津滨海新区的服务性能及定位精度。

1 千寻位置

千寻位置是全球领先的精准位置服务公司，提供高达动态厘米级和静态毫米级的定位能力，是物联网时代重要的基础设施之一。

1.1 千寻北斗地基增强系统简介

千寻位置基于北斗卫星系统(兼容GPS、GLONASS、Galileo)基础定位数据，利用遍及全国的超过1 800个地基增强站及自主研发的定位算法，通过互联网技术进行大数据运算，为遍布全国的用户提供精准定位及延展服务。千寻北斗地基增强系统是我国第一个商用北斗地基增强系统[3]，已能够覆盖全国大部分地区，在北京、天津、上海、重庆、江苏、浙江、安徽、福建、江西、河南、湖北、湖南、山西、香港、澳门等已实现全部覆盖，在四川等其余省份部分覆盖，并处于不断建设扩展中。

图1 广域差分定位流程图Fig.1 Flow chart of wide-area differential positioning

千寻北斗地基增强系统属于广域差分定位系统，流程见图1，支持以RTCM(radio technical commission for marine service)V3.2多电文信息(multiple signal message，MSM)格式进行编码并通过互联网进行播发[2，4-5]。使用过程中，通过接受卫星信号，获得用户站的粗位置信息(非精准)，通过互联网，将这个位置数据(GGA)上传到数据处理中心(千寻平台)，一同上传的还有Ntrip协议参数，数据处理中心根据用户站的位置，生成虚拟参考站观测数据[6]，然后将虚拟参考站改正数据播发给流动站进行解码，再联合用户站原始观测值，进行差分解算[7-12]，获得高精度的位置坐标。

1.2 千寻服务方式

千寻北斗地基增强系统目前主要提供三类服务：第一类为专业测绘服务，包括千寻跬步FindM(亚米级高精度定位服务)、千寻知寸FindCM(厘米级高精度定位服务)、千寻见微FindMM(静态毫米级高精度位置服务)；第二类为生活服务，包括千寻云踪(位置数据服务)、千寻优行FindU(行人增强位置服务)、千寻优航FindV(车载增强位置服务)，第三类为增值服务，包括FindNow(A-GNSS加速定位服务)、千寻云迹FindTrace(高精度GNSS+INS后处理服务)等。本文主要对千寻知寸服务进行相应验证。

千寻知寸FindCM基于RTK(载波相位差分)的差分定位原理，依托遍布全国的卫星定位地基增强站，融合各类定位技术，以互联网的方式提供7×24 h高可用差分播发服务，面向全国范围的各类终端和应用系统，提供厘米级精度的位置纠偏数据服务，具有稳定、高效、支持高并发的特点。用户通过端口的选择，可对应提供ITRF2008(8001端口)、WGS84(8002端口)、CGCS2000(8003端口)三种坐标。根据挂载点不同，提供的数据有所不同，RTCM32_GGB提供GPS/GLONASS/BDS差分数据，RTCM30_GG提供GPS/GLONASS差分数据。

2 FindCM性能精度分析

2.1 检测方案

图2 测试点位分布图Fig.2 Distribution of test points

为测试千寻知寸FindCM在天津滨海新区的性能精度，在滨海新区的塘沽、天津港、汉沽、大港等地开阔区域共选用5个已知点(TG、TJG1、TJG2、HG、DG)，均为C级GPS点，点位分布如图2，使用Trimble R10 GNSS接收机，分别基于千寻知寸FindCM和滨海新区连续运行卫星定位综合服务系统(BinHai New Area Continuously Operating Reference Station System，简称BHCORS)广域差分信号，以静态模拟动态的测试方法，在每个点上各进行300历元数据的采集测试，高度截止角为15°，采样率为1 s。由于BHCORS目前暂时不支持BDS，故选用千寻FindCM 8002端口和RTCM30_GG，获取GPS/GLONASS差分数据，得到相应WGS84坐标，并在WGS84坐标系下进行精度分析。

2.2 性能测试

由于虚拟参考站数据是通过“编码—传输—解码”到达流动站[13]，会有一定数据的缺失，本次测试中FindCM的数据缺失率(无虚拟参考站数据的历元数/总历元数)为0.7%。模糊度固定率是指Ratio大于2的历元数占总历元数的比例[14]，见式(1)，是检验差分定位系统可靠性的又一重要指标。经统计，本次测试中FindCM的模糊度固定率为98.1%。在开阔区域，模糊度初始化，从浮动解到固定解时间约7.43 s。

(1)

从数据缺失率、模糊度固定率、模糊度初始化时间以及系统兼容性(支持中海达、华测、司南、和芯星通、天宝等终端)来看，基于北斗地基增强网络的千寻知寸FindCM与BHCORS[15]定位性能相当。

2.3 内符合精度

每个测试点在三维分量上的内符合精度用中误差来评定，公式为

(2)

m个测试点在三维分量上的内符合精度的评定公式为

(3)

根据式(2)、式(3)计算测试点的内符合精度。经统计，BHCORS内符合精度见表1，FindCM内符合精度见表2。

表1 BHCORS内符合精度统计结果Tab.1 Statistical results of internal precision of BHCORS cm

表2 FindCM内符合精度统计结果Tab.2 Statistical results of internal precision of FindCM cm

2.4 外符合精度

由于起算误差以及已知点沉降扰动等其他原因，导致已知点WGS84坐标与通过千寻知寸FindCM获得的坐标之间存在一定系统偏差，可以把剔除完系统偏差后的已知点WGS84坐标作为参考真值，来评定FindCM在滨海新区的外符合精度，每个测试点在三维分量上的外符合精度评定公式为

(4)

式中：lij为i点第j次观测结果；li为i点剔除完系统偏差后的已知点参考真值。

m个测试点在三维分量上的外符合精度评定公式同式(3)。经统计，BHCORS外符合精度见表3，FindCM外符合精度见表4。

表3 BHCORS外符合精度统计结果Tab.3 Statistical results of external accuracy of BHCORS cm

表4 FindCM外符合精度统计结果Tab.4 Statistical results of external accuracy of FindCM cm

3 结论

简要介绍了千寻北斗地基增强系统及其主要产品，并根据千寻知寸FindCM和BHCORS在滨海新区的性能精度测试结果，可以得到以下结论：

(1)从数据缺失率、模糊度固定率、模糊度初始化时间以及系统兼容性来看，基于北斗地基增强网络的千寻知寸FindCM定位性能稳定可靠，在滨海新区与BHCORS性能相当。

(2)千寻知寸FindCM在滨海新区能获得实时动态厘米级定位精度，其内符合平面中误差为±0.34 cm，大地高H中误差为±0.54 cm；外符合平面中误差为±1.04 cm，大地高H中误差为±0.85 cm。在滨海新区，千寻知寸FindCM的定位精度与BHCORS基本属于同一水平，甚至优于BHCORS。

(3)由于千寻知寸FindCM性能精度与BHCORS相当，可作为BHCORS的补充，在滨海新区推广使用。在全国其他覆盖区域，经性能精度检验后，也可参考使用。