基于DREAMNET的GPS/BDS/GLONASS多系统网络RTK定位性能分析

2016-10-17 11:17:02    来源:测绘学报

摘要:文结合笔者所在课题组自主研发的网络RTK数据处理系统DREAMNET,对不同卫星系统组合模式下的定位精度进行比较分析。

  2.4 高度角变化对网络RTK定位性能的影响

  在城市的建设管理过程中,网络RTK技术发挥着重要的作用。然而,由于城市各种楼房建筑的遮挡,可视卫星十分有限,往往使得原有的GPS单系统网络RTK无法进行正常的测绘作业。而GPS/BDS/GLONASS网络RTK由于极大地增加了可视卫星数量,从而有效地克服了这一难题。

  试验3:使用2015年DOY 303贵州CORS网数据,利用不同截止高度角模拟不同程度的城市建筑物遮挡,研究GPS网络RTK与GPS/BDS/GLONASS网络RTK在信号受遮挡情况下的定位性能。

  由图 4可以看出,GPS网络RTK与GPS/BDS/GLONASS网络RTK在截止高度角为10°时,即无遮挡环境下,两种网络RTK都可以全天候提供正常的定位服务,即可视卫星数大于等于5颗。当截止高度角分别提高到20°、30°、40°时,即信号遮挡逐渐加重时,GPS网络RTK在一天中分别只有96.53%、75.61%和26.1%的时间可以提供定位服务,而GPS/BDS/GLONASS网络RTK由于可视卫星数量较多,在一天中可以提供定位服务的时间分别为99.97%、99.96%和99.84%。且由图 6可知,当高度角为40°时,GPS/BDS/GLONASS网络RTK依然可以提供水平精度0.01 m、高程精度0.025 m的定位服务,保障正常的测绘作业。

  40°高度角下DAIY站GPS/BDS/GLONASS网络RTK定位精度

  图 6 40°高度角下DAIY站GPS/BDS/GLONASS网络RTK定位精度 Fig. 6 Positioning accuracy of DAIY provided by GPS/BDS/GLONASS network RTK with 40° cut-off elevations

  2.5 DREAMNET 15 d定位结果统计分析

  试验4:使用DREAMNET处理2015年DOY 303—317共计15 d的贵州省CORS数据,进一步验证GPS/BDS/GLONASS网络RTK、无GPS系统网络RTK(BDS网络RTK和BDS/GLONASS网络RTK)以及其他组合模式网络RTK的定位精度和DREAMNET的工作性能。

  本试验使用DREAMNET计算DOY 303—317共15 d的单天动态解,并统计其单天解RMS值和DOY 303—317的整体RMS值。其中图 7为6种组合模式单天解的E、N、U方向RMS;表 3为6种组合模式在DOY 303—317的整体精度。

  DOY 303—317 6种组合模式定位精度

  图 7 DOY 303—317 6种组合模式定位精度 Fig. 7 RMS of DAIY in six situations between DOY 303—317

6种组合模式的定位精度水平方向

  由图 7可知,在DOY 303—317期间,6种组合模式的定位精度水平方向皆小于0.015 m,高程方向皆小于0.03 m,且波动不大,进一步证明了DREAMNET的定位结果具有很好的稳定性和较高的精度。对表 3具体分析可得,BDS网络RTK定位精度与GPS网络RTK相比较,在水平方向大致相当,在高程方向上略差,这主要可能是受大气建模误差和低高度角卫星较少的影响[6];GC与GCR组合网络RTK定位精度最高,水平方向上小于0.006 m,高程方向上小于0.015 m;在包括BDS和CR的6种组合模式下DREAMNET皆可达到水平0.01 m、高程0.025 m的定位精度,不仅证明了DREAMNET的定位精度,也证明了BDS系统可以在无GPS情况下满足网络RTK定位需要。其中,GPS/BDS/GLONASS 3系统网络RTK较原有GPS单系统网络RTK在E、N、U方向定位精度分别提高14.16%、15.73%和17.31%,证明了GPS/BDS/GLONASS 3系统网络RTK较GPS单系统网络RTK在精度上有较大提高。

  3 结论

  本文基于贵阳市CORS网15 d数据,使用笔者所在课题组自主开发的网络RTK数据处理系统DREAMNET和流动站GNSS精密定位软件,研究分析了不同组合模式下网络RTK定位精度,以及在不同高度角下不同组合模式的定位性能。得到以下几条结论:

  (1)由GPS、BDS、GLONASS 3系统构成的6种组合模式中,GPS网络RTK与BDS网络RTK在水平方向定位精度相当,BDS网络RTK在高程方向略差于GPS网络RTK;GPS/BDS网络RTK与GPS/BDS/GLONASS网络RTK定位精度最高,其中GPS/BDS/GLONASS 3系统网络RTK较GPS单系统网络RTK在E、N、U方向定位精度分别提高14.16%、15.73%和17.31%。

  (2)随着高度角的增大,GPS网络RTK的定位性能显著下降,当高度角为40°时,一天中可用时间仅有26.1%,已无法为用户提供正常的定位服务。而GPS/BDS/GLONASS网络RTK由于可视卫星数量较多,即使高度角为40°时,依然可以在99.84%的时间里提供水平方向精度0.01 m、高程方向0.025 m的定位服务。

  (3)使用DREAMNET连续解算15 d数据,在6种组合模式下,其结果均非常稳定,皆可以得到水平0.01 m、高程0.025 m的定位精度,证明了DREAMNET的定位精度;其中GPS/BDS/GLONASS网络RTK可以得到水平0.006 m、高程0.015 m的定位精度,足以满足测绘作业的高精度需要。

  (4)在不依赖GPS系统情况下,BDS以及CR组合网络RTK均可以达到水平0.01 m、高程0.025 m的定位精度,这证明了在不依赖GPS的情况下,我国的BDS系统足以满足网络RTK定位的需要。

    (文/ 姚宜斌,胡明贤, 许超钤)

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