静态定位（精选五篇）
静态定位 篇1
精密单点定位技术（Precise point positioning;PPP）只需要利用单台GPS双频双码接收器就能够在全世界范围实现mm-cm等级的静态定位与cm-dm级的动态定位。与以往的精密相对定位具有一定局限性的情况下，PPP技术能够充分利用IGSS (International GNSS Service）的数据产品可以直接获取载体的精确坐标。随着我国科学技术的不断发展，我国的航空测量、海洋测量等领域已经广泛使用到精密单点定位技术。目前，我国对该技术仍然处于精密定位的热点，并且在全球范围内已经获得了一定的成就。
1 双频精密单点定位数学模型
1.1 观测方程
就全球范围来看，国内外有关专家学者经过长时间的研究与发展，已经总结出多个双频精密单点定位观测模型。其主要类别有非差性模型、UfC模型、phase-connect-ed模型等。
非差性定位模型能够将所有的观测值信息进行全面的利用。但是精密单点定位在非差性模型下比双差定位模型更加复杂，其除了需要对参数解算策略进行考虑之外，还要对误差更正模型进行各项复杂的考虑。非差性定位模型与双差定位模型存在一定的差异性，其在利用站间差或星间差消除误差中有一定的局限性[1]。例如其对于流层、电离层、卫星中差的影响等。本文就非差性无电离层组合模型为例，研究其观测方程式：
在公式中，lp、l准为无电离层组合伪距以及载波相位观测量。ρ就是卫星到单台接收器的几何距离。dt为接收机钟差。M为映射函数。dzwd为对流层天顶延迟湿分量。N为无电离层组合模糊度。εp为组合观测量对应的观测噪声。ε准为其他为纠正的误差。
1.2 数据预处理
数据预处理的主要目的就是对数据中所出现的粗差以及周跳进行探测。若出现粗差的数据就及时进行剔除，对于出现周跳现象的就尽可能进行修复。由于对周跳进行修复的难度较高，一般软件中往往只标记出周跳出现的位置，再在进行参数估计时增加模糊度参数。数据预处理的质量高低与参数估计的质量之间存在十分紧密的联系[2]。目前，对周跳进行探测的方式还存在一定的缺陷，无法彻底探测出所有的周跳与粗差，所以在进行参数估计时需要加强对其的质量控制。
1.3 误差改正
在对精密单点定位中对于误差的改正主要可以分为两种方法： (1) 对于模型能够将误差进行精确表现的误差源，一般使用模型进行处理。例如由于卫星的态势所引起的误差、地球形变等。 (2) 对于模型无法将其误差源无法进行明确表现的，例如对流层延迟湿分量等。在模型没有误差的基础上精密单点定位的精准程度与IGS的精密星历、精密钟差呈现正比例关系。精密单位定点所实现的坐标也是有其星历、钟差所构建的ITRF模式下的绝对位置。由此可见，需要提高精密单点的精度程度，就应该保持精密单点定位中所有的误差模型要与IGS产品的模型保证其一致度，否则就会造成精密单点定位不精确等后果。
2 解算策略
使用具有静态、动态双频精密单点定位处理能力的GPS-PPP软件。
2.1 待估参数
在精密单点定位中的待估参数分别有接收机钟差、对流层天顶延迟湿分量、接收机位置、组合模糊度四种。其中接收机钟差以及对流层天顶延迟湿分量是进行随机参数处理，接收机位置以及模糊度都能够被当做常量处理。需要特别指出的是，模糊度在静态时是处于常量，但是动态时即为随机参数处理。
2.2 参数估计
在对参数进行估计的过程中，由于周跳现象的发生以及卫星随时发生的变化就会导致准确参数存在一定的浮动性。使用GPS-PPP软件中的扩展kalman滤波、平方根信息滤波以及平滑算法等。
2.3 解算流程
GPS-PPP软件在处理精密单点定位数据的解算流程主要有数据输入、数据预处理、误差修正、参数估计等几个步骤。
3 定位结果与精度分析
3.1 数据准备
将全球的15个IGS观测站中2008-8-01至2008-8-15中的观测数据为资料，使用GPS-PPP软件对数据资料进行定位分析。
3.2 分析方案
利用GPS-PPP软件对数据进行独立静态定位解算。每一个监测站能够得出15个检测结果，将得出的结果与“真值”进行比较，进而得出N、E、U三个方向上15个观测站的RMS与MAX值。
3.3 静态试验
通过对全球的监测站资料进行分析后发现（详情见表1与表2），在N、E方向上的RMS精度都小于10mm, MAX小于15mm。在U方向观测情况中，绝大多数的MAX值都保持在30mm以内。由此可以发现，绝大多数的观测站N、E方向上的RMS都保持在15mm之内，MAX值保持在25mm之内[3]。U方向上的RMS值保持在25mm之内，MAX值保持在35mm之内。从以上数据可以看出，利用双频精密单点定位能够在全世界区域内使用1day观测实现20-35mm之间的静态定位。
4 结束语
精密单点定位能够使用单频或者双频接收器对观测值进行接收。使用双频接收机能够较单频接收机更为优质的接收数据。通过试验结果可以明确，目前所推广实行的参数估计方法可以被当做一种递推估计法，协方差矩阵所得出的参数估值往往存在一定误差，可能会高于世纪参数精度。并且，GPS-PPP软件能够实现cm等级的静态定位。
摘要：随着我国社会经济不断发展, 人民群众的生活水平不断提高, 科学技术的发展也逐渐应用到各行各业的各领域中。企业在激烈的市场竞争中也迎来了新的挑战与发展机遇。其中, 在我国的GPS领域中, 精密单点的定位是一个受到广泛关注的热点。本文从双频精密单点定位数学模型入手, 研究其一系列的解算策略, 具体对定位结果与精度进行分析。通过对静态精度定位分析, 总结出科学的结论, 为工程实际应用提供准确的资料与参考。
关键词：GPS,精密单点定位,精度分析
参考文献
[1]叶世榕.GPS非差相位精密单点定位理论与实现[D][博士论文].武汉:武汉大学, 2011:2-6.
[2]楼益栋, 刘万科, 张小红.GPS卫星星历的精度分析[J].测绘信息与工程, 2008, 28 (6) :4-6.
高精度GPS静态相对定位算法 篇2
1 GPS静态载波相位相对定位方法研究
静态相对定位是指, 在需要定位监测的位置设置一台GPS接收机作为监测点, 在地质条件良好的地方另设一台接收机作为基准点如果两次观测所得的基线向量发生了变化, 则说明监测点的位置相对于基准点发生了变化, 从而说明了监测点发生了位移。静态相对定位一般采用载波相位观测值为基本的观测量, 是目前精度较高的GPS定位方式。
对基准点或监测点来说, 基准点的载波相位观测方程为,
式中上标k表示卫星号, 下标i表示基准站, 表示基准站对第k颗卫星观测时的未知整周数, 表示基准站对第k颗卫星观测产生的载波相位观测值。
位移偏差方程为:
进而得到误差观测方程的线性化方程,
本文利用LAMBDA方法来确定算法, 利用最小二乘模糊度去相关平差法来解决模糊度的整数化问题。
2 GPS定位监测程序设计
为了能实现定位监测功能, 需要编写一套完整的程序, 处理原始数据, 给出定位监测的结果。本文采用了微软公司的.net平台, 使用C#语言, 完成了程序的编写。
根据方程 (2) 进行定位, 首先要由导航电文计算所观测的GPS卫星的位置。进而由它与导航电文参考时刻之差推导卫星位置。而由于在卫星信号发射到接收机接收这段时间内, 坐标系已经发生了转动, 所以求得的卫星位置还要进行地球自转的修正。求卫星位置的流程如图1。
在双差观测方程组进行迭代求解过程中, 使用LAMBDA搜索算法可以搜索最佳的模糊度向量。从IGS (International GPS Service) 站点中选一条基线进行静态相对定位运算, 以验证该方法的有效性。定位运算结果验证了GPS静态载波相位相对定位技术处理流程及解算算法的安全有效性, 得出1km以内的基线, 精度能够达到5cm左右, 但随着基线长度的增加, 定位精度就将有所下降。
3 结束语
本文针对GPS定位监测技术进行了深入研究, 给出了能够精确定位监测点三维位置的静态相对定位算法。分析了静态载波相位相对定位的双差观测方程, 研究了利用导航电文求卫星钟差和位置的计算过程, 得到了较高精度的定位结果。我们将进一步研究卡尔曼滤波算法减小误差, 并通过解决如何在短时内确定准确模糊度等问题, 来提高定位质量和精度
参考文献
[1]李征航, 黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武昌:武汉大学出版社, 2005:41.
[2]李征航, 张小红.卫星导航定位新技术及高精度数据处理方法[M].武汉:武汉大学出版社, 2009.
静态定位 篇3
源定位在信号处理领域受到广泛的关注, 因为其在目标跟踪、无线通信和传感器网络等领域有重要应用[1,2]。在这篇文章中, 我们通过被动的静态传感器网络来考虑源定位。现在有很多基于源定位的TDOA方法, 基于Taylor系列线性扩张的非线性最小二乘法[3], 它是通过迭代方式获取的, 还有封闭解, 它使得TDOA非线性方程变成线性方程, 加入一个依赖源定位的辅助变量。这种重组的想法是最初在文献[4]中提出, 在文献[5,6,7]中改进, 用未知源位置和辅助变量之间的关系来更好的取得定位。
然而, 上述方法都是基于传感器位置精确确定的假设。在实际中, 传感器位置不可能精确地确定, 这种现象已经成为研究定位问题的障碍了[8,9,10]。文献[8]详细阐述了甚至一个很小的传感器位置误差都会引起很大的源定位误差。在这篇论文中, 我们考虑源定位和辅助变量之间的关系在加权最小二乘法优化问题中作为二阶等式约束, 以此在目前的随机传感器位置误差源定位中提高精度。然而在合适的同时对角化的假设下, 由于隐藏的凸性这个优化问题可以转化成一个凸极小化问题。我们验证了当传感器数量5以上时同步对角化的假设的效果很好。在实际的3维空间源定位中至少要4个传感器, 所以上述条件很容易满足。文章剩下的部分安排如下, 第一部分制定了定位问题, 介绍了一些符号和标志的使用。第二部分介绍了中心限制的加权最小二乘法源定位。第三部分包含一些仿真结果来支持我们的理论研究。第四部分是结论。
1 问题的定义
在一个被动传感器网络中一个未知位置的源u=[x, y, z]', n个传感器的位置为si0=[xi0, yi0, zi0], i=1, 2…n, 它们从源位置抓取信号。然而真实的传感器位置s0 i是未知的, 都是含有噪声的si=[xi, yi, zi], 在这:
Δsi是si的位置误差, 收集的传感器位置为s=s0+Δs, 此处s=[s'1, s'2, …, s'n], 相应的误差矢量Δs=[Δs'1, Δs'2, …, Δs'n], 它被假设成0均值高斯协方差Qs, 假设视距信号传播, TDOA在相关传感器接收到的信号希望是可用的。让第一个传感器相关, TDOA的测量模型被给出如下:
ti1是传感器i和1之间的TDOA估计, t0i1是真实的TDOA, Δt是零均值高斯噪声协方差Qt。TDOA的测量值可以很容易地转换为差异到达的范围 (RDOA) 测量值, 模型如下:
从源到真实位置之间的距离和可用的i传感器位置定义如下:
收集的ri1形成一个 (n-1) ×1测量值向量如下:r=[r21, r31, …, rn1], 在这篇文章中TDOA和RDOA可以交互使用。
传感器位置噪声Δs假定和TDOA的噪声Δt彼此是独立的, 对于一个静态传感器网络, 给出了TDOA测量值噪声r和传感器位置噪声s, 本文所提的方法会使得源定位u尽可能的精确。
2 约束加权最小二乘法源定位
在这里我们研究一种中心约束加权最小二乘源定位方法。通过弛豫过程利用u和r1之间暗含的关系, 比较加权最小二乘法封闭源定位方法的两个阶段[5,8,9]。该方法通过合并u和辅助变量的关系作为一个二阶等式约束来处理加权最小二乘法的估计。不用考虑传感器位置的不确定性和加权矩阵的优化, 需要找出一个6阶多项式根。我们将通过凸优化有效解决约束最小二乘法的估计。
按照公式 (3) 替换 (r0i) 2= (x-x0i) 2+ (y-y0i) 2+ (z-z0i) 2, RDOA的测量方程可以简化为:
公式 (5) 是关于u和r0i的线性方程, 确切的说r0i是未知源和传感器1之间的真实距离, 它不依赖s01, 这样我们就可以在噪声传感器位置S1使用Taylor扩展把r01扩展成一个线性误差项。此处r1=‖u-s1‖, 公式 (5) 被重新写成:
此处.方程误差矢量ε被写成:
这里二阶误差可以被忽略, 表示两个元素乘法运算, 矩阵B给出:
矩阵D给出如下:
ε1是高斯噪声Δt和Δs的线性结合的近似, 用已知的协方差矩阵Qs和Qt, Δt和Δs是独立的。在未知的u和r1之间有额外的边信息, 它们能被利用改进未知源定位的精确性。所以所有的有用信息对于源定位问题都可以形成以下优化问题:
此处, 权重矩阵:
在加权最小二乘法估计量中增加u和r1之间的关系, 这种方法叫做CWLS源定位。
在实践中注意计算加权矩阵W时需要真实的源定位。在文献[8-9]中方法是类似的, 我们设置W= (c2Qt) -1, 使用加权最小二乘法 (WLS) , 这种方法忽略了公式 (11) 中的约束, 获得一个初始的估计u。u用来产生一个改进的加权矩阵W。我们通过1到3次迭代重复上述过程获得满意的W。另外, 我们大量的仿真结果显示用这种方式源定位的精确性和加权矩阵的近似相对不敏感, 性能的退化不明显。CRLB为所有无偏差估计量误差协方差矩阵建立一个下限。我们可以从 (FIM) Fisher信息的逆矩阵计算CRLB。在下面的仿真中我们将使用CRLB作为评估量的一个性能指标。
3 数值仿真
这部分包含CWLS源定位的仿真结果, 以及和CWLS源定位方法、封闭源WLS方法[9]的比对。仿真场景包含8个传感器, 他们的标称位置在表1中给出。在生成的仿真结果中, TDOA测量通过添加高斯噪声协方差c2Qt给真实值, σt=σt2T, T是一个 (n-1) × (n-1) 矩阵, 对角线是1, 其他是0.5。在不同位置和不同接收器的传感器位置噪声假设是高斯独立的噪声, 用σs2表示。σs=σs2I, I是给3n×3n的单位矩阵。TDOA噪声和传感器位置噪声是独立的。我们设置σt=0.1p微秒, , p从0.1到5
我们考虑一个近场未知源定位[2 000, 1 000, 0]’m, 一个远场源定位[20 000, 50 000, 0]’m。CWLS传感器算法的实现遵循第Ⅲ部分。为了在第二步中得到精确地加权矩阵W, 我们应用备注1中迭代三次。第四步的优化问题可以用MATLAB的CVX工具箱解决。文献[9]的封闭WLS方法仿真结果被产生用以比对。定位的精确性用用平均范围误差 (ARE) 和标准偏差 (SD) 来评价, 定义如下:表示未知源位置估计在l出, L=1 000是整体运行的数量。
在近场源[2 000, 1 000, 0]’m处, 图1显示了CWLS方法 (用叉表示) 和封闭WLS方法 (用菱形表示) 的定位精确性比较。图1证明了在近场源p<=3, 两种方法都能到达CR下界精确性。当p=0.1时CWLS的ARE和SD都比WLS的要高, 这主要是因为凸问题的数值仿真问题当噪声很小时。当3<p<4时, CWLS的性能和WLS是可比的。然而当TDOA的噪声和传感器的噪声增加到p>4时, CWLS方法取得了很明显的效果比WLS方法。
在远场[20 000, 50 000, 0]’m处, 图2显示源定位的精确性在远场中不如近场中好。CWLS方法的性能和WLS方法是可比较的。和理论期望的一样, 在阈值效应发生之前, 理论 (均方误差曲线) MSE曲线和CRLB是重叠的。阈值效应就是意味着从CRLB而来的源定位精确性突然误差会随着噪声的增加而改变。这是源定位问题非线性影响的一个结果。
4 结束语
这篇文章在静态传感器网络中用随机传感器位置误差TDOA的测量方法来进行源定位。CWLS源定位方法是在引入一个辅助变量的情况下, 把非线性TDOA方程重新排列成一个线性方程。我们直接合并未知源和辅助变量之间的关系来约束WLS的策略。非凸二次约束二次规划 (QCQP) 问题就是通过隐藏凸性来转化成一个凸问题。当TDOA噪声级别和传感器位置噪声级别很低时, 数据的仿真结果就可以判断CWLS源定位能到达一个很精确的CRLB。在远场中CWLS方法可以和WLS方法比较, 但是在近场中高噪声下, CWLS方法能显著改进源定位的精确性。
参考文献
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[4]B. Friedlander. A passive localization algorithm and its accuracy analysis[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1987, 12 (1) :234-245.
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静态定位 篇4
关键词：地质勘探,静态GPS定位,应用
GPS技术从开始诞生以后其应用领域便一直在不断扩展, 随着近年来科学技术的快速发展以及当前信息化程度的提升, 我国地质勘探工作中也开始引入了GPS定位技术, 很大程度的提升了测绘工作的准确性, 同时地质勘探工程的效率也得到了明显提升, 特别是在地质勘探钻孔定位中, 引入静态GPS以后, 勘探测绘开始进入到一个全新的领域, 下面我们就地质勘探中静态GPS定位的应用展开进一步分析。
1静态GPS在地质勘探钻孔定位中应用的背景
从静态GPS出现一直到应用只用了二十几年的时间, 进一步普及用了十几年的时间, 虽然时间非常短, 但是却发挥出了非常大的潜力, 全球定位系统是由美国研制的一种人造卫星定位系统, 主要由地面监控站、GPS系统及用户接收机所组成, 大量实践经验证明, GPS系统在工作中具有作业时间短、精度高、全天候作业等一系列优点[1]。当前GPS已经在三维控制网、地形测量、道路测量等多领域中得到了广泛应用。静态GPS在勘探钻孔定位中也具有明显的优越性, 凭借其自身独特的功能解决了很多测量工作中的难题, 其灵活性非常强, 不会受到地物、地形等方面因素的限制。
2静态GPS定位对矿山地质勘探的意义
在矿山勘探工作中, 定位是非常重要的一环, 不管是布置钻孔还是构造位置的确定, 都需要进行精确的定位。布置钻孔要求做到最短的距离、时间以及地质效果。不管是地表还是地下, 因为受到地貌条件、地形条件的影响都会体现出勘探定位工作量大、测试点多等问题。利用静态GPS定位系统针对矿山进行勘测, 可以使采区范围得到优化[2], 与传统技术相比显得更加快速、简单, 还能节省人力和时间, 减少工程施工过程中的盲目性, 以获得有关地质情况的所有信息, 其中包括非常详细的矿体地质资料。在开采过程中, 地应力会在矿层中不断汇聚到一起, 在同一应力场中很多应力可能并不均衡, 不规范的采掘活动会使原来的应力平衡受到破坏, 进而使参与应力突然间释放出来, 这种情况下很容易会出现冒顶、坍塌等相关问题, 为采掘工作带来巨大的安全威胁, 而利用静态GPS定位技术中的三维地震勘探技术, 可以对小构造的发育情况进行勘探, 针对地质情况进行提前预测, 可以有效减少突发事故的出现, 大大提升了矿井勘探工作的有效性及安全性。
3静态GPS在矿井地质勘探钻孔定位中的应用
静态GPS技术由初始化时间决定测量速度, 而初始化时间又由接收机性能及接受卫星数量及质量决定, 尽量在最短时间以内展开测量工作, 通常情况下初始化的时间为20s~2min, 因此, 在矿井地质勘探过程中, 静态GPS技术的测量速度是非常高的。
3.1作业效率高
利用静态GPS技术展开复测时, 需要将矿山工作网络和矿区三角控制网相连接, 其平均工作半径大约为4km, 同时静态GPS工作半径为20km, 最长边长约为10km[3], 静态GPS工作半径在处理数据时对精确性和速度的要求得到了充分的满足。在实际工作中会用到3台套仪器, 每站设置1人进行仪器的操作和搬运工作, 每站工作会超过40rain, 基本上可以得到该站的三维值, 作业效率非常高。
3.2定位精度较高
在矿区工作中静态GPS技术的应用范围非常广, 例如工程测量、地形测量等工作中都可以用到静态GPS技术。静态GPS定位技术应用以后, 可以有效避免因为工作范围不足而造成的数据误差, 大量工程实践证明, 其工作范围可以达到2~5km, 在规程要求的时间内工作, 利用静态GPS技术得到的平面高程精度通常在5mm内, 且没有误差积累的现象存在, 很明显, 利用GPS观测的精度要远远高于一般测量手段。此外, GPS基线向量相对精度在0.00001~0.000000001的范围内, 这充分体现出了GPS在技术上的优越性, 这是一般测量技术不能达到的。
3.3全天候作业
静态GPS技术在工作过程中存在的受限因素非常少, 通常情况下只要满足空间通视、电磁波通视的要求即可, 不会受到云层、光线等因素的影响, 也不会考虑光学通归的影响, 所以在多云天气或者夜晚也是可以正常工作的, 不仅可以有效提升工作效率, 同时和传统测量技术相比, 静态GPS技术还存在很多不能比拟的优势, 全天候作业也可以得到顺利实现。
3.4选点灵活、造价低
利用静态GPS技术进行测量, 不需要满足测站之间通视的要求, 可选工作点的空间更大, 具有灵活多变的特点, 同时也不需要造标, 节省了大量的资金投资, 布网的费用也得到了有效降低, 虽然应用了最先进的技术, 但是并不需要花费过多的费用。
3.5内业解算
利用静态GPS技术进行内业解算, 通常情况下需要按照解算程序将4~6rain解算作为一组, 其方法非常简单, 同时数据也非常准确、清晰。
4结语
综上所述, 在矿井地质勘探钻孔定位及复测工作中应用静态GPS技术, 可以使工作效率提升几倍。值得一提的是, 在一些大面积勘探区, 最好可以在勘探区中建设多个点 (GPS) , 以满足勘探区对控制精度的需要。总之, 这种静态GPS定位技术非常先进, 其操作方法也比较简单, 具有速度快、精度高等一系列特点, 可以充分满足当前我国矿井地质勘探钻孔定位及复测工作的实际需求, 值得进行广泛的推广和应用。
参考文献
[1]陈波.浅谈GPS静态相对定位与RTK定位在煤田勘探中的应用[J].四川地质学报, 2011 (2) :239-241.
[2]狄广礼, 刘剑英.基于GPS-RTK技术在地质勘探工程测量中的应用研究[J].科技资讯, 2015 (5) :51-52.
静态定位 篇5
关键词：同煤CORS,大同矿区,GPS,快速静态,定位
0 引言
大同煤矿集团公司(以下简称同煤集团)是中国特大型国有煤矿,本部煤矿位于大同市矿区,矿区面积2 000 km2多,地质勘测处测量公司担负着全集团公司地面控制网的建立和变形监测、应急救援等大型控制测量工程。以往传统的测量是测工带上全站仪在矿区山头通过架设仪器和导线测量,完成着各种测量任务,精度和效率常常不能满足要求。2013年同煤集团和山西徕卡公司合作建立了同煤集团CORS基站,从而大大提高了作业效率和精度。
同时同煤集团利用基站和静态GPS相结合的方式开发出了在小区域范围内利用GPS静态测量快速施测控制网的方法,既能大大提高效率也能达到必要的精度。本文就利用同煤CORS系统实现大同矿区快速静态定位的方法及精度进行研究,并在实践中得到了合理应用。
1 同煤CORS系统介绍
1.1 CORS系统原理
CORS系统是卫星定位技术、计算机网络技术、数字通讯技术等高新科技多方位、深度结晶的产物。当前,利用多基站网络RTK(载波相位差分技术)技术建立的连续运行卫星定位服务综合系统(Continuous Operational Reference System,缩写为CORS)已成为城市GPS应用的发展热点之一。随着GPS(全球定位系统)技术的飞速进步和应用普及,它在城市测量中的作用已越来越重要。CORS系统可定义为一个或若干个固定的、连续运行的GPS/GNSS(全球定位系统/全球卫星导航系统)参考站,利用网络技术,实时地向不同类型、不同需求、不同层次的用户提供经过检验的不同类型的GPS观测值(载波相位,伪距),各种改正数、状态信息,及其它有关GPS服务项目的系统。
1.2 CORS的分类
单基站系统,就是只有一个连续运行站。类似于1+1的RTK,只不过基准站由1个连续运行的基准站代替,基准站上有1个控制软件实时监控卫星的状态,存储和发送相关数据。
多基站系统是分布在一定区域内的多台连续观测站,每一个观测站都是一个单基站,同时每一个单基站还有一个中央控制计算机控制。
最初的网络RTK是利用分布较为均匀的连续运行参考站(CORS)进行单站控制,用户站从一个参考站的有效精度范围进入另一个参考站的精度范围,严格意义上讲是多参考站常规RTK,如果要使基线精度优于3cm,需在一个区域内密集的布设参考站,站间距离应小于30 km。精度随着基线的增长而衰减,且分布不均匀,如果要求按一定精度覆盖整个区域,需架设较多的参考站。
多参考站常规RTK模式虽然在一个较大范围内满足了精度要求,但需要的投资也是巨大的,完全可在一个较大范围内均匀稀松地布设参考站,利用参考站网络的实时观测数据对覆盖区域进行系统误差建模,然后对区域内流动用户站观测数据的系统误差进行估计,尽可能消除系统误差影响,获得厘米级实时定位结果,网络RTK技术的精度覆盖范围大大增大,且精度分布均匀。
同煤集团云-连续运行参考站网(TMCORS)系统,以下简称TMCORS,是将GNSS技术、现代通讯技术、测绘技术与地质学、气象学、水利学、地震学、矿区规划与交通等多种学科相结合、相融合的实用化系统。采用徕卡公司Smart Track+(敏捷跟踪)和Smart Check+(智能检核)技术,配备3台参考站接收机GRX1200和系统管理软件Spider,且基于云技术的,满足实时和事后不同行业、不同用户和不同精度的要求。
TMCORS连续运行参考站网在2013年5月开始施工,2014年10月验收通过,至今运行状态稳定、可靠。它在矿区内新建3个连续运行卫星参考站基础,分别为:塔山站(tash)、燕子山站(yzsh)、铁峰站(tief),最长边长46.04 km,最短边长22.07 km,覆盖面积2 123.7km2,形成同煤集团范围的网络系统全覆盖。管理中心建立在地质勘测处,各参考站的观测数据通过专用数据通信网络传送至管理中心,经过处理、按不同需求实时或非实时通过专用网或者因特网向用户发布空间定位测量数据及按国际通用格式的差分数据。满足大同煤矿集团常规测量、应急抢险、数字同煤等单位(部门)对空间实时定位、导航、精密测量的要求,为大同煤矿集团安全生产发展和地理空间信息化应用提供支撑和服务。相比常规测量技术具有以下主要优点:
a)整个系统24 h全自动运行,无需环境和人为的考虑,大大提高了测绘工作效率和精度,提高了劳动生产率,缩短了工人的观测时间减轻了劳动强度;
b)各子公司、各矿井不需要再购买和自架临时参考站,只需使用终端接收机设备,即可完成地面各种测量工程;
c)基于云计算,网络实时播发各种GNSS差分改正数(载波相位差分技术RTK、差分全球定位系统DGPS),比常规RTK覆盖范围大(厘米级在30 km以上,亚米级在100 km以上),改善了传统电台播发信号传播距离受限及无线电干扰的问题;
d)引进了实时GNSS测量和实时检核技术后,从根本上避免因控制点破坏而重复设站和超限返工的问题;
e)避免了集团公司由于控制点的沉降和破坏而进行重复建设、改造和维护,提供统一均匀和高精度的三维空间基准;
f)一个系统同时满足各矿井、各行各业不同精度层次,不同目的和不同服务方式的需求。
经过基础网络建设和设备调试培训,2014年初开始正常运行,经过一段时间的使用发现系统稳定,数据质量可靠,精度符合要求,可担任RTK测量和静态动态测量任务,精度也达到了要求。
2 快速静态定位测量的可行性
根据GB/T 18314—2009全球定位系统(GPS)测量规范规定,E级GPS网观测时段数≥1.6,时段长度≥40 min。精度相邻点基线分量中误差水平分量为20mm,垂直分量为40 mm,相邻点间距离为3 km。
实现原理:在需要施测控制网的区域利用GPS接收机接收10 min~20 min的卫星数据,同时下载CORS系统中央服务器中3个参考站同时段的卫星数据,利用数据处理软件TBC(天宝GPS后处理软件)进行解算,得到控制网内控制点的结果,实现高精度的快速静态定位。
实例:同煤大唐塔山煤矿四盘区进、回风立井即将设计开工,原塔山矿主井近井点已全部破坏,为了满足四盘区立井与主井之间的贯通,也为了保证塔山矿井上、下系统的统一。因此在在进、回风井井口范围内建立6个GPS近井点(按E级网建立)。
测区内有D级点,为保证塔山井田控制网的系统和四盘区的系统统一,同时也为了满足贯通工程的精度,原1996年塔山控制网部分点破坏、移动无法使用,本次采用1983年矿区三等三角网作为起算数据,以轿顶山、羊坊、帽帽回山、东窑沟(D级点)作为本网的高等级起算点,东窑沟做为检查点,在高等级起算点的基础上,采用全面插网的方法建立该井田E级平面控制网。
同煤集团地质勘测处为了验证TMCORS的数据处理可靠性,利用4台拓普康GPS-4600LS接收机对该区域做了传统的E级GPS网观测和利用TMCORS数据,两种测量方式进行了观测试验比较,在测量过程严格按照GB/T 18314—2009全球定位系统(GPS)测量规范中E级网规范进行,数据下载检核合格后利用TrimbleRBusiness Center 2.80(TBC)版本进行数据解算。“RMS”为“Root Mean Square”的缩写,即均方根。该项用于表达观测值的精度,值越小越好。
3 GPS处理数据方式
从图1中可看到盘道、羊坊、高屯南、轿顶山、东窑沟、帽回山为该矿原有D级控制点。观测时间为90 min。
a)用常规传统的GPS处理方式如图1,羊坊、轿顶山、东窑沟做为起算数据,进行约束平差处理;
b)利用TMCORS站做为GPS处理方式如图2。tief、yzsh、tash做为起算数据,进行约束平差处理。
4 结语
相比传统常规测量方法,该测量方法不要求控制点通视,对地形要求低,精度和效率均有很大提高;相比于常规GPS控制测量,该测量方法有速度快、成本低、操作简单、不再要求测区内有已知控制点及不再同时观测一直控制点的特点,充分发挥了同煤CORS系统的作用,实现CORS系统的价值。