一种基于CORS系统的数据后处理方法及装置与流程

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于CORS系统的数据后处理方法及装置。

背景技术：

在当前的定位测量中，常使用GNSS系统进行测量，使用实时获取物理基站或者虚拟基站观测数据，用差分模式进行改正后得到高精度坐标，如申请号为201410789930.X的一种基于网络的GNSS数据处理系统。但是在所有的GNSS高精度定位算法里，均存在99％甚至更低的置信度，无法100％准确定位，而且在通讯恶劣无法实时差分的地方也无法获得差分定位解算，使测到的数据存在少量的错误数据，无法进行实时查验审核。

技术实现要素：

本发明实施例提出一种基于CORS系统的数据后处理方法及装置，对实时测到的数据进行检核，提高数据可靠度和精确度。

本发明实施例提供一种基于CORS系统的数据后处理方法，包括：

获取GNSS测量仪器存储的原始实时观察数据，以及通过CORS系统获取虚拟基站观察数据；

根据所述原始实时观察数据和所述虚拟基站观察数据，计算得出第一定位数据；

获取实时作业的第二定位数据，并比较所述第一定位数据和所述第二定位数据，得出问题采集点。

进一步的，所述通过CORS系统获取虚拟基站观察数据，具体为：

通过所述CORS系统访问数据库，查询每个物理基站的观测数据、每条基线的解算结果和构成三角网的数据，并根据查询的数据组合生成相应的虚拟基站观察数据。

进一步的，所述根据所述原始实时观察数据和所述虚拟基站观察数据，计算得出第一定位数据，具体包括以下步骤：

将所述原始实时观察数据和所述虚拟基站观察数据进行数据同步；

对同步后的数据依次进行周跳探测、卫星计算、电离层改正、对流层改正和相对定位后，得到所述第一定位数据。

进一步的，所述相对定位包括伪距双差定位和相位双差定位。

进一步的，所述比较所述第一定位数据和所述第二定位数据，得出问题采集点，具体为：

提取所述第一定位数据和所述第二定位数据中每个采集点的坐标数据；

比对每个采集点的坐标数据，若误差小于2cm，则确认该采集点为合格采集点，否则，确认该采集点为问题采集点。

相应地，本发明实施例还提供一种基于CORS系统的数据后处理装置，包括：获取模块、计算模块和比较模块；

所述获取模块用于获取GNSS测量仪器存储的原始实时观察数据，以及通过CORS系统获取虚拟基站观察数据；

所述计算模块用于根据所述原始实时观察数据和所述虚拟基站观察数据，计算得出第一定位数据；

所述比较模块用于获取实时作业的第二定位数据，并比较所述第一定位数据和所述第二定位数据，得出问题采集点。

进一步的，所述获取模块用于通过CORS系统获取虚拟基站观察数据，具体为：

通过所述CORS系统访问数据库，查询每个物理基站的观测数据、每条基线的解算结果和构成三角网的数据，并根据查询的数据组合生成相应的虚拟基站观察数据。

进一步的，所述计算模块包括：同步单元和计算单元；

所述同步单元用于将所述原始实时观察数据和所述虚拟基站观察数据进行数据同步；

所述计算单元用于对同步后的数据依次进行周跳探测、卫星计算、电离层改正、对流层改正和相对定位后，得到所述第一定位数据。

进一步的，所述相对定位包括伪距双差定位和相位双差定位。

进一步的，所述比较模块包括提取单元和比较单元；

所述提取单元用于提取所述第一定位数据和所述第二定位数据中每个采集点的坐标数据；

所述比较单元用于比对每个采集点的坐标数据，若误差小于2cm，则确认该采集点为合格采集点，否则，确认该采集点为问题采集点。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明实施例提供的一种基于CORS系统的数据后处理方法及装置，根据GNSS测量仪器存储的原始实时观察数据和CORS系统获取虚拟基站观察数据，计算得出第一定位数据，并将其与实时作业得到的第二定位数据进行比较，找出问题采集点，实现了采集坐标数据的实时检核，提高坐标数据的精度和可靠度，解决了GNSS算法无法100％置信度问题，而且在不增加外业工作量的同时，对无法通讯的地方进行高精度坐标替代，提高整体工程质量。

附图说明

图1是本发明提供的基于CORS系统的数据后处理方法的一种实施例的流程示意图；

图2是本发明提供的基于CORS系统的数据后处理装置的一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明提供的基于CORS系统的数据后处理方法的一种实施例的流程示意图，该方法包括步骤101至103，具体如下：

步骤101：获取GNSS测量仪器存储的原始实时观察数据，以及通过CORS系统获取虚拟基站观察数据。

在本实施例中，通过CORS系统获取虚拟基站观察数据，具体为：通过CORS系统访问数据库，查询每个物理基站的观测数据、每条基线的解算结果和构成三角网的数据，并根据查询的数据组合生成相应的虚拟基站观察数据。

其中，CORS系统为利用多基站网络RTK技术建立的连续运行(卫星定位服务)参考站(Continuously Operating Reference Stations，简称CORS)。CORS系统在运行过程中，将每个物理基站的观测数据、每条基线的解算结果以及构成三角网的数据实时存储在数据库中，当事后需要获取对应的虚拟基站数据时，可以以此来组合生成相应的虚拟基站观测数据。虚拟基站的选取可结合物理基站进行选择。

步骤102：根据原始实时观察数据和虚拟基站观察数据，计算得出第一定位数据。

在本实施例中，步骤102具体为：将原始实时观察数据和虚拟基站观察数据进行数据同步；对同步后的数据依次进行周跳探测、卫星计算、电离层改正、对流层改正和相对定位后，得到第一定位数据。

在本实施例中，将CORS系统事后虚拟基站数据和移动站作业时存储的观测数据组合，将原始实时观察数据和虚拟基站观察数据进行数据同步和双差定位(伪距或相位)。对于基站和移动站采样频率不同的情况(一般移动站频率高于基站)，移动站历元无对应基站历元时，通过拟合双差残差，外推或内插得到当前历元的残差。

周跳探测

宽巷线性组合联合电离层残差进行探测：

Nw为宽巷模糊度，利用宽巷组合探测周跳的条件为：

若|Nw_(i)-<Nw>_(i-1)|≤4σi，则在第i个历元没有发生周跳和野值；

若|Nw_(i)-<Nw>_(i-1)|≥4σi且|Nw_(i+1)-Nw_(i)|≤1，第i个历元发生周跳，否则第i个历元存在野值。<Nw>_i、σi为宽巷模糊度的递推均值和方差：

再结合电离层残差组合探测周跳。该方法不适用于单频数据，由于处理的是动态数据，周跳探测出来后不进行周跳修复，直接将对应卫星模糊度初始化重新搜索固定。

卫星计算包括GPS、北斗卫星计算和Glonass卫星计算。

GPS、北斗卫星计算

1)卫星钟差：Δts＝af0+af1*(t-t_oc)+af2*(t-t_oc)²。

2)卫星坐标计算：

①计算平均角速度n：

②计算t时刻的平近点角Ms：M_s＝M_s0+n*(t-t_oe)；

③计算t时刻的偏近点角Es：E_s＝M_s+e_s*sin(E_s)，采用迭代法求解Es，令初值为Ms；

④计算t时刻的真近点角fs：

⑤计算升交距角u0：u₀＝ω_s+f_s；

⑥摄动改正项：δu＝C_us*sin(2u₀)+C_uc*cos(2u₀)，

δr＝C_rs*sin(2u₀)+C_rc*cos(2u₀)，

δi＝C_is*sin(2u₀)+C_ic*cos(2u₀)；

⑦计算t时刻的升交距角、卫地距以及轨道倾角：u＝u₀+δu，r＝a_s*(1-e_s*cos(E_s))+δr，i＝i₀+δi+i*(t-t_oe)；

⑧计算卫星在轨道直角坐标系中的坐标：

⑨计算升交点经度λ：

对于北斗的1～5号卫星对于GPS卫星和北斗其他卫星，ω＝7.292115E-5；

⑩计算卫星t时刻在地球系中的空间直角坐标XYZ：

对于北斗1～5号卫星，需进一步处理，对于其他北斗、GPS卫星，卫星坐标XYZ与Xg、Yg、Zg相等：

o＝ω*(t-t_oe)，a＝-5*π/180，ω＝7.292115E-5；

X＝X_g*coso+Y_g*sino*cosa+Z_g*sino*sina

Y＝-X_g*sino+Y_g*coso*cosa+Z_g*coso*sina

Z＝-Y_g*sina+Z_g*cosa

3)计算卫星速度：分别计算t时刻和t+Δt时刻的卫星坐标，利用Δt时间内的坐标变化量计算卫星在t时刻的近似速度，一般时间增量取0.001s即可。

Glonass卫星计算

1)四阶龙格库塔：对于微分方程组其中x为自变量，y为因变量，给定初值y_i，以步长h进行数值积分，xi、yi为i时刻的自变量、因变量值，xi+h*0.5为i、i+1中间时刻的自变量，xi+h为i+1时刻的自变量，y_i+1为i+1时刻的函数值，则公式如下：

2)GLONASS轨道微分方程：卫星星历xyz轴的加速度构成微分方程的三维自变量ax、ay、az，星历的xyz三轴的位置、速度构成微分方程的六维因变量x、y、z、vx、vy、vz，积分步长一般取30s即可。

其中ω＝7.292115E-5，R＝6378136，J₂＝1.0826257E-3，MU＝3.9860044E14，b＝5.0*z²/r²，c＝-MU/r³-a*(1-b)。

3)卫星钟差：

Δt_s＝-τ_n+γ_n*t_k，t_k＝t-t_oe且t_k∈(-302400，302400)。

电离层改正

利用广播星历提供的参数进行补偿：

Iz为垂直延迟，单位秒，t为接收机至卫星连线与电离层交点M处的地方时(单位秒)，A1为夜间值的垂直延迟常数A1＝5E-9s，A2为白天余弦曲线的幅值，由广播星历的alpha系数求得，有

φ_m为电离层穿刺点M的地磁纬度；A3为初始相位，对应余弦曲线极点的地方时，一般取50400s(14时)；A4为余弦曲线的周期，由广播星历的beta系数计算：得到垂直延迟Iz后，根据卫星高度角elev和信号频率f计算信号历经的电离层延时：

ΔI＝Iz(t)*(1+16*(0.533-elelv/π)³)*(f₀/f)²，f₀＝1575420000Hz。

对流层改正

海平面温度T0＝15摄氏度，H为测站高程，B为测站纬度，elev卫星相对测站的高度角，humi为测站处湿度(默认50％)：

大气压P＝1013.25*(1.0-2.2557E-5*H)^5.2568；

温度T＝T0-6.5E-3*H+273.16；

e＝6.108*humi*exp((17.15*T-4684)/(T-38.45))；

z＝PI*0.5-elev；

干分量延时：

ΔT_h＝0.0022768*P/(1.0-0.00266*cos(2*B)-2.8E-7*H)/cos(z)；

湿分量延时ΔT_w＝0.002277*(1255/T+0.05)*e/cos(z)；

对流层延时ΔT＝ΔT_h+ΔT_w。

在本实施例中，相对定位包括伪距双差定位和相位双差定位，可以消除接收机钟差、卫星钟差，削弱对流层、电离层延迟影响。

伪距双差定位：

卫星j在测站1的伪距观测方程：

卫星i在测站1的伪距观测方程：

卫星j在测站2的伪距观测方程：

卫星i在测站2的伪距观测方程：

将(2)式与(1)式相减，将(4)式与(3)式相减，可得两个单差方程：

其中m、n计算类似，其它伪距计算类似，δX不再是四维变量、变为三维变量，三个变量为用户坐标改正值ΔX、ΔY、ΔZ，与非差方程变量一致，接收机钟差被消除掉。将(5)式与(6)式相减则可得到伪距双差方程：

其中m、n计算类似，其它计算类似。

选取测站1、2的共同观测卫星n颗，并将高度角最大的卫星选为参考卫星，则可得到(n-1)个双差方程，构成方程组：A*δX＝B，最小二乘法计算得到δX＝(A′*A)^-1*(A′*B)。与单点定位类似，双差定位也采用迭代求解逼近用户精确坐标(对于多系统，要分别为GPS、北斗、Glonass系统选取参考卫星)。

相位双差定位：测相伪距双差与伪距双差类似，不同的是观测方程有所不同，比伪距方程多了一个模糊度变量，λ为波长，为相位整周模糊度:

非差测相伪距方程：

双差测相伪距方程:其中为双差模糊度，其它计算与伪距双差相同。通过测站1、2的共同卫星n组成n-1个双差方程，由于双差模糊度的存在，方程的未知变量数比方程数多，无法直接求解用户坐标以及模糊度。针对这个问题常用的方法有：①利用伪距双差求解用户坐标，并将其作为已知值代入相位双差方程，得到双差模糊度的浮点解及其对应的协方差矩阵，可进行单历元解算、多用于动态处理；②利用多个历元的观测数据构成线性方，在未发生周跳的情况下，模糊度为共同参数，静态时坐标增量亦是相同的，动态情况坐标增量每个历元都不同，但由于卫星数一般大于4，故利用多个历元可以求解出双差模糊度浮点解及其方差矩阵；③将坐标增量、模糊度作为卡尔曼滤波的状态变量进行递推滤波，经过一段时间的估计，可得到模糊度的浮点解和协方差矩阵。得到模糊度的浮点解和协方差矩阵之后，利用LAMBDA搜索，则可对双差模糊度进行固定。一旦模糊度固定后，测相伪距双差定位就和测码伪距定位基本相同、可以进行单历元坐标计算，此时的坐标即为高精度定位结果。

在本实施例中，定位数据包括坐标数据和/或其他用于定位的数据。

步骤103：获取实时作业的第二定位数据，并比较第一定位数据和第二定位数据，得出问题采集点。

在本实施例中，步骤103具体为：提取第一定位数据和第二定位数据中每个采集点的坐标数据；比对每个采集点的坐标数据，若误差小于2cm，则确认该采集点为合格采集点，否则，确认该采集点为问题采集点。

其中，获取实时作业的第二定位数据可以是导入实时作业的工程文件，解析该工程文件而获得。

在本实施例中，可以根据解算状态和精度因素对定位数据进行筛选，最终将比对结果保存到数据文件，可导出该数据文件进行使用。另外，在找到问题采集后，可以通过人工确认剔除或保留问题采集点，进一步提高测量数据的可靠性。

相应地，参见图2，图2是本发明提供的基于CORS系统的数据后处理装置的一种实施例的结构示意图，如图2所示，该装置包括：获取模块201、计算模块202和比较模块203。

获取模块201用于获取GNSS测量仪器存储的原始实时观察数据，以及通过CORS系统获取虚拟基站观察数据。

计算模块202用于根据原始实时观察数据和虚拟基站观察数据，计算得出第一定位数据。

比较模块203用于获取实时作业的第二定位数据，并比较第一定位数据和第二定位数据，得出问题采集点。

在本实施例中，获取模块201用于通过CORS系统获取虚拟基站观察数据，具体为：通过CORS系统访问数据库，查询每个物理基站的观测数据、每条基线的解算结果和构成三角网的数据，并根据查询的数据组合生成相应的虚拟基站观察数据。

在本实施例中，计算模块202包括：同步单元和计算单元。同步单元用于将原始实时观察数据和虚拟基站观察数据进行数据同步；计算单元用于对同步后的数据依次进行周跳探测、卫星计算、电离层改正、对流层改正和相对定位后，得到所述第一定位数据。

在本实施例中，比较模块203包括提取单元和比较单元。提取单元用于提取第一定位数据和第二定位数据中每个采集点的坐标数据；比较单元用于比对每个采集点的坐标数据，若误差小于2cm，则确认该采集点为合格采集点，否则，确认该采集点为问题采集点。

本装置更详细的工作流程和原理可以但不限于参见上述方法的记载。

可见，本发明实施例提供的一种基于CORS系统的数据后处理方法及装置，根据GNSS测量仪器存储的原始实时观察数据和CORS系统获取虚拟基站观察数据，计算得出第一定位数据，并将其与实时作业得到的第二定位数据进行比较，找出问题采集点，实现了采集坐标数据的实时检核，提高坐标数据的精度和可靠度，解决了GNSS算法无法100％置信度问题，而且在不增加外业工作量的同时，对无法通讯的地方进行高精度坐标替代，提高整体工程质量。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。