广州市北斗地基增强系统测试及分析

曲宏伟 程晓晖 欧海平

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）

1 引言

北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。2017 年11 月5 日，中国第三代导航卫星顺利升空，标志着中国正式开始建造北斗全球卫星导航系统。作为国家的战略性产业和具有创新性的新兴产业，北斗地基增强系统作为北斗卫星导航系统的重要组成部分在全国大力发展[1]。

广州市于2016 年开展了CORS 整合项目，对原有的多套CORS 系统进行了优化整合，建立了一套支持北斗三频/GPS/GLONASS 多系统运行的北斗地基增强系统，解决了原有CORS 系统并行带来的数据精度不一致问题，有效解决了城市一张图管理、三规合一地图等问题[2]。

2 系统介绍

广州市城市CORS 原本有三套：一套为2005 年原广州市城市规划局组织建设的“广州市连续运行卫星定位城市测量综合服务系统”[3]；一套为2006 年原广州市国土资源和房屋管理局组织建设的“广州市连续运行卫星定位服务系统”；还有一套是2014 年至2015 年广州市国规委（原广州市国土局）组织建设的支持北斗定位的CORS。

2016 年，广州市对三套CORS 进行了优化整合，建立了广州市北斗地基增强系统，在广州市内现有20 个基准站里选取了8 个，同时选取周边6 个广东省GDCORS站构成新的北斗地基增强系统网（如图1所示）。该系统采用天宝NET-R9 和思拓力SC300 接收机并置运行方案，保证过渡期内原有CORS 正常运行；数据处理中心软件采用武汉大学的PowerNetwork 软件系统，可以满足国家、省、市和行业等各种级别北斗/GNSS 网络RTK 系统以及连续运行跟踪站系统（CORS）的站点管理和数据播发服务需要。

图1 广州北斗地基增强系统网

3 系统测试

为验证系统运行的可靠性，对系统的基线精度、时间可用性、RTK 精度以及仪器兼容性等方面开展相关测试，以验证系统基线解算精度、重复性精度、24小时内系统的可用性、RTK 实时定位的内符合精度、外符合精度及用户端仪器对系统的兼容性。

3.1 基线精度分析

在14 个基准站组成的基线网图中，选取4 条不同长度的基线（市国规委—永和、市国规委—新街口、永和—吕田、市国规委—吕田），分别采用单北斗、单GPS 进行连续7 天的相对定位（基线长度：32.2km、57.2km、78.8km、103.3km）。北斗基线静态解平面精度（如图2 所示）1cm 以内，高程方向精度2cm 以内，GPS 基线静态解精度（如图3 所示）略优于北斗基线静态解精度。

图2 北斗基线静态解精度

图3 GPS基线静态解精度

对“永和—吕田”基线解算结果进行重复性精度检验，在连续7 天的处理结果中，N、E、U 三个方向与7 天的均值互差均在1.1cm 以内。基线重复性精度如图4 所示。

图4 基线重复性精度

3.2 时间可用性测试

时间可用性是衡量北斗地基增强系统可用性的一项重要指标。本文选定广州市城市规划勘测设计研究院楼顶开阔位置架设两台天宝R8 接收机，对测试点分别使用单BDS 和单GPS 模式连续采集24h 数据进行分析。经测试，单GPS 模式平面内符合精度为2.03cm，高程内符合精度为3.34cm，其中，平面内符合误差小于3cm 的历元占比96.1%，高程内符合误差小于5cm的历元占比92.2%。GPS 24h 平面内符合误差序列、高程内符合误差序列如图5 和图6 所示。

图5 GPS 24h平面内符合误差序列

图6 GPS 24h高程内符合误差序列

单BDS 模式平面内符合精度为2.59cm，高程内符合精度为3.11cm，其中平面内符合误差小于3cm 的历元占比88.8%，高程内符合误差小于5cm 的历元占比97.9%。BDS 24h 平面内符合误差序列、高程内符合误差序列如图7 和图8 所示。

图7 BDS 24h平面内符合误差序列

图8 BDS 24h高程内符合误差序列

经测试可知，单BDS 模式和单GPS 模式在观测条件理想的情况下，定位结果精度差别较小，且均能满足系统要求，单GPS 平面定位精度略高于单BDS 定位精度；但是在电离层相对活跃期间（中午至下午），单GPS 模式定位偏差较大甚至无法定位，而BDS 模式可以正常定位。

3.3 RTK 定位精度测试

RTK 实时定位测量精度反映的是用户在实际作业条件下，通过系统播发的VRS 改正信息，得到的实时定位服务的精度[4]。为客观评定系统精度，在全市范围选取分布均匀的若干GPS 控制点进行测试，控制点分布如图9 所示。分别测试在GPS+BDS+GLONASS、GPS+GLONASS、GPS 不同组合方式下RTK 定位精度。内、外符合精度测试对比如图10 和图11 所示。

图9 RTK定位测试分布

图10 内符合精度测试对比

由测试结果可知，新系统采用北斗三频/GPS/GLONASS三星系统，RTK 测量精度更高。

3.4 兼容性测试

为了验证系统的兼容性，在系统测试中使用了天宝、徕卡、华测、南方等使用频率较高的不同品牌RTK（如图12 所示），每台仪器采用GPRS 上网连接的方式和数据中心建立数据通信。数据连接成功后，记录仪器初始化获得点位固定解的时间，各类仪器数据通信连通后，均能获得固定解，所有仪器在系统中测试的固定解时间平均为20 秒[2]。

图11 外符合精度测试对比

图12 仪器兼容性检测（分别为天宝、徕卡、华测、南方）

4 结论

通过测试可知，广州市北斗地基增强系统各项指标均符合规范要求，全天候满足95%以上服务。通过选取部分GDCORS 站作为外围网采取“内网+外网”组合模式，确保了系统真 正做到无缝隙、无死角覆盖全广州范围。GPS+BDS+GLONASS 组合较GPS、GPS+GLONASS 定位精度和效率更好，有效提高了RTK用户工作效率。