2020, Vol. 45引用本文 |
| 数据差分格网化在CORS系统中的研究 |  [PDF全文] |
2. 武汉大学测绘学院，湖北 武汉，430079
2. School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China
网络实时动态测量(network real time kinematic，RTK)是现在使用最广泛的一种实时、高效、高精度的GNSS(global navigation satellite system)定位技术，新一代连续运行参考站(continuously operating reference stations, CORS)系统中引入了网络RTK算法模型(虚拟参考站技术(VRS)、主副
站技术(MAX)、区域改正参数(FKP)方法等)提供网络RTK差分数据服务。网络RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，他能够实时提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到cm级精度。现在主要用的网络RTK解算软件有天宝的GPSNET、Pivot以及徕卡的Spider软件等[1-3]。
天宝Pivot软件采用的VRS技术优点在于接收机的兼容性比较好，只需增加一个数据接收设备，不需要增加用户设备的数据处理能力，同时增强RTK的可靠性，并减少初始化的时间。目前VRS技术的应用比较广泛，是网络RTK技术代表之一[4-5]。由于天宝PIVOT软件对并发用户数的限制，不能满足广大用户对高精度定位的需求，制约了CORS系统的应用发展。通过数据差分格网改正数的技术方法，可以突破软件对并发用户数的限制，同时满足了国家对卫星导航定位系统安全保密的要求。为确保数据差分格网软件应用不影响对用户的高精度定位服务，对事后处理和实测的方法对定位精度进行了评价。
1 数据差分格网化原理为了支持海量并发用户数，格网VRS软件采取格网虚拟参考站模式来对外服务，格网VRS软件接收Pivot软件中实时输出模块发送的实时改正数据流，在实时输出模块中指定改正数的输出接口将经过纠正后的虚拟参考站的实时RTCM观测数据发给格网VRS软件，格网VRS软件将实时观测数据向指定的服务平台进行推送，从而获取全省境内的格网VRS数据。
数据差分格网化是基于格网虚拟参考站的载波相位观测值的差分定位，它是将CORS网所覆盖区域通过一定的方法，任意划分规则的格网，格网中心点的位置即为虚拟参考站所在的位置，利用相应的改正数内插模型生成网格中心点改正数，根据用户上传的位置确定所在格网，将格网改正数实时发给用户，进而实现用户快速定位[6-10]。数据差分格网化的主要技术路线如图 1所示。
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| 图 1 数据差分格网化的技术路线图 Fig.1 Technical Roadmap of Data Differential Grid |
2 区域格网设定
在所选定的区域内按照指定的格网间距来划分出区域内的所有格网点，格网点坐标以经纬度的形式表示，根据地表高程数据，提取出格网点所在的地表高程信息，使得格网点具备三维的坐标，本次测试按照20 km间隔划分的格网虚拟参考站分布图, 格网点数达到了2 000以上。利用NTRIP协议，向网络RTK软件Pivot请求数据，保证每个格网点上均有差分数据获取。利用电子标签将所有格网点上的数据进行融合形成一条实时数据流，推送格网VRS软件，并将带标签的格网数据进行解包，储存在内存中。
格网VRS软件能够接收带标签格网数据，并将带标签的格网数据进行解包，储存在内存中。能具备NTRIP服务端功能，接收来自网络RTK用户的请求，验证通过后，将最邻近的格网点实时数据流转播至该用户。实时格网触发，通过NTRIP协议向网络RTK软件获取所设定格网点上的差分改正数据。实时网络RTK服务，向网络RTK用户提供基于NTRIP协议的RTK差分数据改正服务。
在实际中可以根据需求调整格网的密度，但是格网过密会影响服务器的运行效率，为了更好地利用服务器和格网VRS软件，对不同虚拟基准站间距进行了测试。
测试用户离虚拟基准站不同距离的精度以及定位性能，以天宝Pivot系统测得结果为参考值，每次观测45历元，测量4次，东n分是指虚拟基准站在用户位置东边n分处。测试结果如表 1所示。
| 表 1 不同虚拟基准站间距测试结果RMS /mm Tab.1 Test Results of Different Virtual Base Station Spacing RMS/mm |
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通过表 1的测试结果可知，为了满足专业用户对厘米级精度定位的需求，对网络RTK软件Pivot采用东西10分、南北4分格网间距进行划分，距离格网点最大距离约3.6 km。
3 实测结果分析在浙江省范围内测试了56个点，其中27个有已知CGCS2000成果，测试时采用每次观测45历元，测量4次，且对采用Pivot软件和采用格网差分格网软件时分别进行了测量。测试点位的分布如图 2所示。
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| 图 2 测试点位分布图 Fig.2 Test Point Distribution Map |
将Pivot软件、格网VRS软件的测试结果，还有控制点的坐标成果分别进行了比较和精度统计，较差如图 3、图 4、图 5所示，精度统计如表 2所示。
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| 图 3 Pivot测量结果与真值较差图 Fig.3 Pivot Measurement Results and True Value Poor Diagram |
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| 图 4 格网VRS测量结果与真值较差图 Fig.4 Grid VRS Measurement Results and the Poor True Value Diagram |
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| 图 5 Pivot测量结果与格网VRS测量结果较差图 Fig.5 Pivot Measurement Results and the Poor Diagram of Grid VRS Measurement Results |
| 表 2 Pivot与格网VRS软件测试结果精度统计/cm Tab.2 Pivot and Grid VRS Software Test Results Accuracy Statistics/cm |
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从Pivot与格网VRS测试结果精度统计分析，可知格网VRS也存在“飞点”的情况，但总体格网VRS测试结果与Pivot软件的测试结果相当，格网VRS测试结果与真值的精度在平面精度小于1 cm，高程小于3 cm，满足RTK测量规范的要求。
4 结束语首次提出了利用数据差分格网化的新方法，解决了网络RTK软件并发用户数的限制。研究发现过密的格网点数对用户作业并没有精度上的提高，通过差分格网化的方法确立了与Pivot精度相当的格网VRS软件。Pivot软件中的实时输出模块没有对VRS数据个数进行限制，格网的密度可以任意划分，但过密的VRS格网数并没有精度上的提高。Pivot软件不再负责用户管理及验证工作，只需生成格网VRS数据，Pivot软件在任务处理上无需变更，稳定性显著提高。用户请求数据后，系统直接转发邻近格网VRS数据，避免了背后一系列验证、请求、处理等工作，用户获得服务的效率有较大的提高。同时通过实际测试验证，确定了最佳格网间距，从而保证了格网VRS测量的精度，满足用户对cm级精度的要求。
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