Gnss網絡差分定位基準站網構造方法與動態更新方法
2023-09-22 09:35:00
專利名稱：Gnss網絡差分定位基準站網構造方法與動態更新方法
技術領域：
本發明涉及一種GNSS網絡差分定位基準站網構造方法與動態更新方法，屬於GNSS 網絡差分定位領域。
背景技術：
GNSS網絡差分定位技術是目前衛星定位領域的熱門技術，廣泛應用於測繪及國土資源 調査等行業，該定位系統通常包含有多個基準站，構成覆蓋某一區域的基準站網絡，基準 站的分布狀況將直接影響到基線模糊度解算效率和參數估計精度。當前，GNSS網絡差分定 位技術的發展呈現出實時化和規模化的特點，基準站和用戶數量都在不斷的增加，這樣控 制中心的計算、通信負荷也越來越大，同時還面臨著選用哪些基準站進行定位解算以及由 於基準站加密或臨時不可用所帶來的網絡實時動態更新等問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對現有技術存在的缺陷提出一種GNSS網絡差分定位基 準站網構造方法與動態更新方法。
本發明GNSS網絡差分定位基準站網構造方法與動態更新方法，其特徵在於包括如下步
驟
(1) 將各基準站與高等級GNSS控制點靜態聯測得到各基準站的實時信息，將各基準 站的實時信息經過基線解算和網平差解算得到各基準站的WGS-84大地坐標，將WGS-84 大地k標以基準站當地子午線作為中央子午線進行高斯投影得到WGS-84平面坐標，再將 WGS-84平面坐標通過七參數轉換或四參數轉換得到地方平面坐標，則二維平面上每個地方 平面坐標所在的離散點位就代表相應的基準站，以距離最短的兩個離散點位所在基線作為 初始三角形的初始邊；
(2) 構造初始三角形
將步驟(1)所述的初始三角形的初始邊經過Delaunay構網得到三角形的第三點，第三 點與初始邊構成初始三角形，其中第三點即步驟(1)所述的離散點；
(3) 將步驟(2)所述初始三角形的三條邊分別作為初始邊重複步驟(2)構成新的三
角形；
(4) 構造三角網
將所有新三角形未構建的兩條邊分別作為初始邊重複步驟(2)構成新的三角形；
3重複步驟(4)直至步驟(1)所述的離散點都遍歷完畢得到三角網即基準站網；
(5)基準站網的動態更新當步驟(4)所述的基準站網中增加基準站，則重複步驟(1)至(4)重新生成新的基準站網；
當步驟(4)所述的基準站網中某個基準站出現故障時，將歩驟(4)生成的三角網中與出現故障的基準站對應的離散點刪除，然後重複步驟(1)至(4)重新生成新的基準站網。
GNSS網絡差分定位基準站網的節點是各基準站，具有空間位置屬性，邊則是由基準站坐標數據計算得到的基線，具有長度、方向等屬性，由此採用網絡差分定位技術形成的就是以基線為邊的網絡，並且網絡覆蓋的範圍也就是服務區域可以通過各節點的分布情況來度量。對於包含數十個基準站的中小型GNSS基準站網絡，覆蓋範圍約為數萬平方公裡，考慮到基準站地理空間分布上的特點，通常高程方向上變化範圍較小，因此可以簡化為二維平面上離散數據點的網絡構造問題。如果能夠將這些離散分布在地球表面的基準站按照某種規則形成特定的網絡結構，則移動站就可以根據其概略坐標位置決定用於定位的基準站，從而計算出移動站的綜合誤差並最終實現GNSS網絡差分定位。
本發明的優點及有益效果本發明可應用於以下領域或行業
(1) 各級國土、測繪、勘查等部門建立GNSS連續運行衛星基準站網絡用於實時定位獲取位置信息；
(2) 數字地面模型建立、數字地圖綜合等地學應用領域。
其優點為本發明把表示GNSS基準站位置的空間坐標數據通過高斯投影到二維平面，
將二維平面坐標點看成離散幾何數據，按照Delaunay三角網的構網規則自動構建基準站網。三角形網絡結構的優點是不言而喻的，用戶在一個三角形區域內移動時，選用的基準站與移動站所在基線始終保持較強的相關性，而當移動站離開這一三角形時，系統通過實時的三角形區域選擇，又將移動站鎖定在新的三角形單元內，這樣就始終保持了用戶的移動軌跡與改正區域的最大程度符合，保證了較高的誤差改正精度，同時由於只選用3個基準站參與定位解算，減輕了控制中心的計算負擔。同時本發明涉及的方法還可以完成基準站網絡的實時動態更新，即在需要添加新的基準站或者臨時停用某個基準站時，可以藉助本方法實現實時的更新，始終保持各基準站組成唯一的優化網形，確保移動站定位時的精度需求。
圖l是本發明涉及的GNSS網絡差分定位基準站系統示意圖；圖2是本發明GNSS基準站網絡構造方法的流程圖；圖3是採用本發明方法構造的某基準站網實例圖4是對構造的基準站網增加新的基準站的動態更新實例4圖5是對構造的基準站網刪除某基準站的動態更新實例圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的工作原理及具體實施方式
作進一步的說明。 如圖1，本發明涉及的GNSS網絡差分定位基準站系統的組成包括
(1) GNSS衛星定位系統
分布在地球表面的GNSS接收機接收來自空間的GNSS衛星信號，GNSS導航衛星系 統包括GPS、 GLONASS、 GALILEO以及北鬥衛星系統。
(2) GNSS接收機及天線
GNSS基準站接收機類型為雙頻(L1和L2) 12通道，移動站接收機可以是單頻(含有 偽距、載波相位輸出)或雙頻的，選擇與接收機相匹配(在功率等方面)的天線，原則上 使用短於15m的標準饋線來連接天線和接收機。基準站架設在觀測墩上，GNSS天線安裝 後應有10'以上的衛星高度角通視條件，以免衛星信號被吸收或遮擋，並且觀測墩站址應遠 離大面積水域或強電磁幹擾區(微波站、高壓線穿越地帶、無線電發射臺等)，以減弱多路 徑效應的影響及可能對信號造成的其它幹擾。
(3) 數據中心
數據中心實時接收各基準站的數據，具備多基準站實時數據處理、網絡運行監控、網絡 管理、用戶服務管理的功能。
(4) 通訊系統
基準站與控制中心的數據傳輸要求為高速性(實現高速數據傳輸，基準站上傳到控制 中心的原始電文流量約為5000bps)、實時性(數據延遲不能超過40ms)、可靠性(實現全 天候可靠連接)、安全性(保證系統不受未授權用戶的訪問)、可擴展性(具有良好的升級 擴展功能)。網絡差分定位系統覆蓋範圍較廣，基準站與控制中心的距離較遠，因此它們之 間的數據通訊網屬於廣域網的範疇，採用SDH有線專網的形式傳輸數據。
如圖2，為本發明GNSS基準站網絡構造方法的流程圖，具體實現方式為
(1) 將各基準站與國家或當地的高等級GNSS控制點靜態聯測，採用高精度基線解算 軟體和網平差軟體求解各基準站精確的WGS-84大地坐標，將該大地坐標以當地子午線作 為中央子午線進行高斯投影，得到WGS-84平面坐標，然後通過參數轉換，再將該坐標轉 換成地方平面坐標。則二維平面上每個坐標所在的離散點位就代表相應的基準站，通過搜 索距離最短的兩點所在基線作為初始邊；
(2) 尋找三角形的第三點 根據Delaunay三角網的空外接圓和最大最小角兩個判別法則，找出與步驟(1)中初始
基線可以構成Delaunay三角形的第三點；
(3) 構造初始三角形
初始邊的兩個端點與步驟(2)中找出的第三點相連，得到第一個Delaunay三角形，稱 之為初始三角形；再以初始三角形的第一條邊為基準邊進行擴展，向三角形外尋找滿足條 件的其它點，構成第二個三角形，並將基準邊規定為新的三角形的第一條邊；
(4) 構造三角網
分別對上述構成的兩個三角形進行擴展，此時只需要擴展三角形的第二條和第三條邊 即可，然後對新生成的三角形分別進行類似擴展，同樣每次只需擴展兩條邊，如此反覆，直到三角網充滿整個區域，最後輸出三角網，就完成了基準站網的構造，並且網形是唯一的；
(5) 基準站網的動態更新當需要在基準站網中增加基準站或者某個基準站由於臨時出現故障等原因而不可用
時，通過在歩驟(4)生成的三角網中增加點和刪除點的操作來完成，然後再通過步驟(1)至(4)重新生成新的網絡，從而完成基準站網的實時動態更新。
(6) 移動站定位
通過上述一系列步驟，實現了基準站網的構造與動態更新，並且所形成的網絡是唯一的三角網結構。移動站在定位時只需選擇其所在的三角形區域的3個基準站，由這3個基準站的觀測信息建立覆蓋這一區域的改正模型，從而實現最終的定位。
所述的GNSS網絡差分定位系統基準站網構造與動態更新的方法，其特徵在於所述步
驟(4)中第三點的選取如下
將初始邊經過Ddaunay構網得到三角形的第三點後，當第三點被己有的三角形包圍，則將第三點刪除，返回步驟(4);
當第三點沒有被己有的三角形包圍，則將第三點與初始邊構成新的三角形，返回步驟(4)。
通過本發明方法以分布在區域範圍的30個基準站為實例，構造的GNSS基準站網如圖3所示。
結合圖4、圖5，對本發明中關於基準站網的實時動態更新方法做進一步的說明當構造的基準站網中需要增加新的基準站時，實現步驟是首先遍歷大網凸包頂點鍊表，將前後兩點連成一條凸包邊，若待加入點在其中某一條邊的右側或恰好在邊上，表明該點在Delaunay三角網的外部或邊界上。將該點插入到原網點鍊表，對點鍊表中所有點進行重新構網，即完成基準站點加入工作。若點在所有凸包邊的左側，則表明點在Delaunay三角網的內部，此時遍歷原三角形鍊表，尋找外接圓包含該點的所有三角形，將這些三角形從原網三角形鍊表中刪除，其公共邊從原網邊鍊表中刪除，剩下的邊構成了一個包含該點的多邊形。將該多邊形的每一條邊與點組成新的三角形並存入三角形鍊表，生成的新邊存入新網邊鍊表中，這樣就完成了點插入工作，即實現了增加新的基準站後的網絡更新。在圖3中增加一個新基站，重新更新基準站網後得到的網絡如圖4所示。
當構造的基準站網中需要臨時停用某個基準站時，即在網中刪除某個基準站點，實現步驟是首先遍歷大網凸包頂點鍊表，若待刪除點是凸包頂點，則將該點從原網點鍊表中刪除，然後對所有點重新構網。若點在原網的凸包上，則表明該點在三角網內部，搜索頂點包含該點的三角形，將頂點不包含這一點的第三邊兩個頂點存入鍊表中，該邊存入邊鍊表中，並將該三角形從原網三角形鍊表中刪除。再遍歷原網邊鍊表，尋找頂點包含該點的所有邊並將其刪除，然後將該點從原網點鍊表中刪除。最後以新的點鍊表中所有點為離散點進行重新構網，就實現了基準站點刪除的網絡更新。在圖3中臨時停用名為"BTJJ"的基準站，重新更新基準站網得到的網絡如圖5所示。
權利要求
1. 一種GNSS網絡差分定位基準站網構造方法與動態更新方法，其特徵在於包括如下步驟(1)將各基準站與高等級GNSS控制點靜態聯測得到各基準站的實時信息，將各基準站的實時信息經過基線解算和網平差解算得到各基準站的WGS-84大地坐標，將WGS-84大地坐標以基準站當地子午線作為中央子午線進行高斯投影得到WGS-84平面坐標，再將WGS-84平面坐標通過7參數轉換或4參數轉換得到地方平面坐標，則二維平面上每個地方平面坐標所在的離散點位就代表相應的基準站，以距離最短的兩個離散點位所在基線作為初始三角形的初始邊；(2)構造初始三角形將步驟(1)所述的初始三角形的初始邊經過Delaunay構網得到三角形的第三點，第三點與初始邊構成初始三角形，其中第三點即步驟(1)所述的離散點；(3)將步驟(2)所述初始三角形的三條邊分別作為初始邊重複步驟(2)構成新的三角形；(4)構造三角網將所有新三角形未構建的兩條邊分別作為初始邊重複步驟(2)構成新的三角形；重複步驟(4)直至步驟(1)所述的離散點都遍歷完畢得到三角網即基準站網；(5)基準站網的動態更新當步驟(4)所述的基準站網中增加基準站，則重複步驟(1)至(4)重新生成新的基準站網；當步驟(4)所述的基準站網中某個基準站出現故障時，將步驟(4)生成的三角網中與出現故障的基準站對應的離散點刪除，然後重複步驟(1)至(4)重新生成新的基準站網。
2.根據權利要求1所述的GNSS網絡差分定位基準站網構造與動態更新的方法，其特 徵在於所述步驟(4)中第三點的選取如下將初始邊經過Delaunay構網得到三角形的第三點後，當第三點被已有的三角形包圍， 則將第三點刪除，返回步驟(4);當第三點沒有被己有的三角形包圍，則將第三點與初始邊構成新的三角形，返回步驟 (4)。
全文摘要
本發明公布了一種GNSS網絡差分定位基準站網構造方法與動態更新方法，本發明所述方法將各GNSS基準站點根據其精確已知的坐標投影到二維平面上，由這些二維平面的離散點，按照Delaunay三角網的構網準則，形成一個以三角形為基本結構的基準站三角網，並且網形唯一。當增加新的基準站或停用某個基準站時，根據點插入或刪除的操作完成新網的實時構造。本發明始終保持各基準站組成唯一的優化網形，確保移動站定位時的精度需求。
文檔編號G01S5/02GK101498785SQ200910025969
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月16日 優先權日2009年3月16日
發明者超 朱, 菲 李, 柯福陽, 潘樹國, 慶 王, 袁本銀 申請人:東南大學