gnss基准站最优选择方法及高精度定位系统
技术领域
1.本发明涉及gnss毫米级定位技术领域，特别是gnss基准站最优选择方法及高精度定位系统。
背景技术：2.基于全球导航定位系统(gnss)毫米级定位监测站(被监测物体)的位置，被广泛应用于监测桥梁、大坝、高楼大厦等建筑物以及滑坡体的形变，以根据形变做出危险预警，减少人员及财产损失。目前，针对监测站(被监测物体)的位置定位，对应的定位系统一般包括多个卫星、至少一个监测站和一个基准站。使用一个基准站的缺点在于：当所述基准站出现故障时，需要等待修复或重新更换基准站才能重新启动定位，因此无法对故障期间的形变进行监测，此外，当所述基准站因被障碍物遮挡或其他原因导致接收信号变差时，将降低gnss监测站位置的定位精度。
技术实现要素：3.本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出gnss基准站最优选择方法及高精度定位系统，能够从多个基准站中获取最优基准站，保证被监测物体的定位精度。
4.本发明采用如下技术方案：
5.一方面，一种gnss基准站最优选择方法，包括：
6.获取基准站群中的各基准站与监测站之间的基线距离；所述基准站群中的基准站数量大于等于3；所述监测站设置在被监测物体上；
7.基于各基准站与监测站之间的基线距离、各基准站获取的gnss数据及监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度；
8.基于所述水平精度和高程精度获得各基准站的综合精度；
9.选择综合精度最小的基准站作为最优基准站，与所述监测站进行绑定，以通过gnss卫星对被测物体进行定位。
10.优选的，基于各基准站获取的gnss数据和监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度，具体包括：
11.基于各基准站获取的gnss数据和监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站的瞬时水平精度和瞬时高程精度；
12.将各基准站在预设时间内的瞬时水平精度和瞬时高程精度分别做累计，获得各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度。
13.优选的，基于各基准站获取的gnss数据和监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站的瞬时水平精度和瞬时高程精度，具体包括：
14.获取基准站伪距公式，如下：
15.16.其中，表示基准站的接收机到第i颗卫星的伪距；c表示常系数；
△
tm表示接收机钟差；
△
ti表示第i颗卫星钟差；表示星历误差；表示电离层误差；表示大气层误差；te表示环境温度误差；表示接收机到第i颗卫星的真实距离，根据卫星星历和基准站的坐标求出卫星到基准站真实距离
17.令伪距改正数表示如下：
[0018][0019]
获取监测站伪距公式，如下：
[0020][0021]
其中，表示监测站的接收机到第i颗卫星的真实距离；
△
tn表示接收机钟差；
△
ti表示第i颗卫星钟差；表示星历误差；表示电离层误差；表示大气层误差；表示te环境温度误差；
[0022]
通过监测站伪距测量值加上基准站伪距改正数消除电离层、大气层和星历误差，如下：
[0023][0024][0025]
其中，xi表示东方向第i颗卫星的真实距离；xn表示东方向n颗卫星的真实距离的平均值；yi表示北方向第i颗卫星的真实距离；yn表示北方向n颗卫星的真实距离的平均值；zi表示高程第i颗卫星的真实距离；zn表示高程n颗卫星的真实距离的平均值；
△
d表示基准站与监测站之间距离误差；
[0026]
在解出卫星星历后求得卫星坐标，在基准站信息中得到基准站天线坐标，求出和结合上述公式(1)至(4)进行定位解算，计算出各基准站的瞬时水平精度和瞬时高程精度。
[0027]
优选的，基于所述水平精度和高程精度获得各基准站的综合精度，具体包括：
[0028]
对各基准站的水平精度和高程精度求平均值，获得各基准站的综合精度。
[0029]
优选的，所述的gnss基准站最优选择方法，还包括：对所述最优基准站进行监测，当所述最优基准站出现故障时，选择综合精度第二小的基准站与所述监测站进行绑定。
[0030]
优选的，所述的gnss基准站最优选择方法，还包括：当综合精度第二小的基准站包括两个及以上时，获取各综合精度第二小的基准站的基线质量，将基线质量最大的基准站作为最优基准站。
[0031]
优选的，所述的gnss基准站最优选择方法，还包括：对所述最优基准站进行监测，当所述最优基准站出现故障时，获取剩余基准站中与监测站基准距离最小的基准站作为最
优基准站，并将与所述监测站进行绑定。
[0032]
优选的，所述的gnss基准站最优选择方法还包括：当基线距离最小的基准站包括两个及以上时，获取各基准站的基线质量，将基线质量最大的基准站作为最优基准站，并与所述监测站进行绑定。
[0033]
优选的，所述基准站包括三个，分别为第一基准站、第二基准站和第三基准站；所述第二基准站和所述第三基准站与所述监测站的基线距离相等；所述第一基准站与所述监测站的基线距离小于所述第二基准站和所述第三基准站与所述监测站的基线距离；所述第一基准站为最优基准站；对所述第一基准站进行监测，当所述第一基准站出现故障时，分别获取第二基准站和第三基准站的基线质量，将基线质量最大的基准站作为最优基准站，并与所述监测站进行绑定。
[0034]
另一方面，一种gnss高精度定位系统，包括：多个卫星、设置在被监测物体上的监测站、远端服务器和多个基准站；所述远端服务器基于所述的基准站选择方法选择最优基准站，并将所述最优基准站与所述监测站进行绑定。
[0035]
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0036]
(1)本发明设置有包括三个及以上的基准站群，远端服务器分别获取各基准站的水平精度和高程精度以获得综合精度，并选择综合精度最小的基准站作为最优基准站，与所述监测站进行绑定，从而实现通过gnss卫星对被测物体进行精确定位；
[0037]
(2)本发明的远端服务器对所述最优基准站进行监测，当所述最优基准站出现故障时，选择综合精度第二小的基准站与所述监测站进行绑定；或者，根据基线距离选择其他基准站与所述监测站进行绑定；保证在最优基准站出现故障时，能够快速切换到其他基准站以实现持续监测；
[0038]
(3)本发明当综合精度第二小的基准站包括多个，或者，剩余基准站中与监测站基准距离最小的基准站包括多个时，进一步通过基线质量的判断选择与监测站绑定的基准站，以选取到最优基准站，保证定位精度。
附图说明
[0039]
图1为本实施例的gnss基准站最优选择方法的流程图；
[0040]
图2为本实施例的gnss基准站最优选择方法的详细流程图；
[0041]
图3为本实施例的三个基准站的水平精度和高程精度示意图；其中，(a)表示第一基准站的水平精度和高程精度示意图；(b)表示第二基准站的水平精度和高程精度示意图；(c)表示第三基准站的水平精度和高程精度示意图；
[0042]
图4为本实施例的两个基准站的基线质量示意图；其中，(a)表示第二基准站的基线质量示意图；(b)表示第三基准站的基线质量示意图；
[0043]
图5表示本实施例的gnss高精度定位系统的结构示意图。
具体实施方式
[0044]
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
[0045]
参见图1所示，一种gnss基准站最优选择方法，包括：
[0046]
s101，获取基准站群中的各基准站与监测站之间的基线距离；所述基准站群中的
基准站数量大于等于3；所述监测站设置在被监测物体上；
[0047]
s102，基于各基准站与监测站之间的基线距离、各基准站获取的gnss数据及监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度；
[0048]
s103，基于所述水平精度和高程精度获得各基准站的综合精度；
[0049]
s104，选择综合精度最小的基准站作为最优基准站，与所述监测站进行绑定，以通过gnss卫星对被测物体进行定位。
[0050]
具体的，gnss基准站最优选择方法可以通过远端服务器上实现，所述的远端服务器可以是云服务器。进一步的，所述监测站、基准站、选择结果及各基准站的水平精度、高程精度等的呈现还可以通过终端实现；所述终端可以包括所述的远端服务器，还可以是其他客户端终端，如计算机终端或移动终端等。
[0051]
本实施例中，各基准站部署在不同的区域。
[0052]
需要说明的是，所述的最优基准站是相对的，所述远端服务器对各基准站的水平精度和高程精度进行周期性监测，以获取最优基准站。
[0053]
本实施例中，基于各基准站获取的gnss数据和监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度，具体包括：
[0054]
基于各基准站获取的gnss数据和监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站的瞬时水平精度和瞬时高程精度；
[0055]
将各基准站在预设时间内的瞬时水平精度和瞬时高程精度分别做累计，获得各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度。
[0056]
基于各基准站获取的gnss数据和监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站的瞬时水平精度和瞬时高程精度，具体包括：
[0057]
获取基准站伪距公式，如下：
[0058][0059]
其中，表示基准站的接收机到第i颗卫星的伪距；c表示常系数；
△
tm表示接收机钟差；
△
ti表示第i颗卫星钟差；表示星历误差；表示电离层误差；表示大气层误差；te表示环境温度误差；表示接收机到第i颗卫星的真实距离，根据卫星星历和基准站的坐标求出卫星到基准站真实距离
[0060]
令伪距改正数表示如下：
[0061][0062]
获取监测站伪距公式，如下：
[0063][0064]
其中，表示监测站的接收机到第i颗卫星的真实距离；
△
tn表示接收机钟差；
△
ti表示第i颗卫星钟差；表示星历误差；表示电离层误差；表示大气层误差；表
示te环境温度误差；
[0065]
通过监测站伪距测量值加上基准站伪距改正数消除电离层、大气层和星历误差，如下：
[0066][0067][0068]
其中，xi表示东方向第i颗卫星的真实距离；xn表示东方向n颗卫星的真实距离的平均值；yi表示北方向第i颗卫星的真实距离；yn表示北方向n颗卫星的真实距离的平均值；zi表示高程第i颗卫星的真实距离；zn表示高程n颗卫星的真实距离的平均值；
△
d表示基准站与监测站之间距离误差；
[0069]
在解出卫星星历后求得卫星坐标，在基准站信息中得到基准站天线坐标，求出和结合上述公式(1)至(4)进行定位解算，计算出各基准站的瞬时水平精度和瞬时高程精度。
[0070]
进一步的，基于所述水平精度和高程精度获得各基准站的综合精度，具体包括：
[0071]
对各基准站的水平精度和高程精度求平均值，获得各基准站的综合精度。
[0072]
一实施例之中，所述的gnss基准站最优选择方法，还包括：对所述最优基准站进行监测，当所述最优基准站出现故障时，选择综合精度第二小的基准站与所述监测站进行绑定。
[0073]
具体的，当综合精度第二小的基准站包括两个及以上时，还需获取各综合精度第二小的基准站的基线质量，将基线质量最大的基准站作为最优基准站。
[0074]
所述基线质量的获取可使用数据质量分析工具。具体的，可输入rinex格式的原始数据，输入的原始数据包括伪距、星历、载波限位数据等。
[0075]
另一实施例中，所述的gnss基准站最优选择方法，还包括：对所述最优基准站进行监测，当所述最优基准站出现故障时，获取剩余基准站中与监测站基准距离最小的基准站作为最优基准站，并将与所述监测站进行绑定。
[0076]
具体的，所述的gnss基准站最优选择方法还包括：当基线距离最小的基准站包括两个及以上时，获取各基准站的基线质量，将基线质量最大的基准站作为最优基准站，并与所述监测站进行绑定。
[0077]
同上所述，所述基线质量的获取可使用数据质量分析工具。具体的，可输入rinex格式的原始数据，输入的原始数据包括伪距、星历、载波限位数据等。
[0078]
本实施例中，参见图2所示，所述基准站包括三个，分别为第一基准站(即图中的基准站1)、第二基准站(即图中的基准站2)和第三基准站(即图中的基准站3)；所述第二基准站和所述第三基准站与所述监测站的基线距离相等；所述第一基准站与所述监测站的基线距离小于所述第二基准站和所述第三基准站与所述监测站的基线距离；所述第一基准站为最优基准站；对所述第一基准站进行监测，当所述第一基准站出现故障时，分别获取第二基准站和第三基准站的基线质量，将基线质量最大的基准站作为最优基准站，并与所述监测站进行绑定。
[0079]
参见图3所示，分别计算出了三个基准站的水平精度和高程精度；其中，图3(a)表示第一基准站的水平精度和高程精度示意图；图3(b)表示第二基准站的水平精度和高程精度示意图；图3(c)表示第三基准站的水平精度和高程精度示意图。基于图3中的水平精度和高程精度可以计算出综合精度，可知，第一基准站综合精度最小，所述第二基准站和第三基准站较大，即选择第一基准站为最优基准站。
[0080]
参加图4所示，当第一基准站故障时，分别计算出了第二基准站和第三基准站的基线质量示意图；其中，图4(a)表示第二基准站的基线质量示意图；图4(b)表示第三基准站的基线质量示意图。从图4可以看出，第二基准站的基线质量更优，所以选择第二基准站作为最优基准站。
[0081]
参见图5所示，一种gnss高精度定位系统，包括：多个gnss卫星501、设置在被监测物体上的监测站502、远端服务器503和多个基准站504；所述远端服务器503基于所述的基准站选择方法选择最优基准站，并将所述最优基准站与所述监测站进行绑定。
[0082]
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
技术特征：1.一种gnss基准站最优选择方法，其特征在于，包括：获取基准站群中的各基准站与监测站之间的基线距离；所述基准站群中的基准站数量大于等于3；所述监测站设置在被监测物体上；基于各基准站与监测站之间的基线距离、各基准站获取的gnss数据及监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度；基于所述水平精度和高程精度获得各基准站的综合精度；选择综合精度最小的基准站作为最优基准站，与所述监测站进行绑定，以通过gnss卫星对被测物体进行定位。2.根据权利要求1所述的gnss基准站最优选择方法，其特征在于，基于各基准站获取的gnss数据和监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度，具体包括：基于各基准站获取的gnss数据和监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站的瞬时水平精度和瞬时高程精度；将各基准站在预设时间内的瞬时水平精度和瞬时高程精度分别做累计，获得各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度。3.根据权利要求1所述的gnss基准站最优选择方法，其特征在于，基于各基准站获取的gnss数据和监测站获取的gnss数据，通过解算计算出各基准站的瞬时水平精度和瞬时高程精度，具体包括：获取基准站伪距公式，如下：其中，表示基准站的接收机到第i颗卫星的伪距；c表示常系数；表示接收机钟差；
△
t
i
表示第i颗卫星钟差；表示星历误差；表示电离层误差；表示大气层误差；t
e
表示环境温度误差；表示接收机到第i颗卫星的真实距离，根据卫星星历和基准站的坐标求出卫星到基准站真实距离令伪距改正数表示如下：获取监测站伪距公式，如下：其中，表示监测站的接收机到第i颗卫星的真实距离；表示接收机钟差；
△
t
i
表示第i颗卫星钟差；表示星历误差；表示电离层误差；表示大气层误差；表示t
e
环境温度误差；通过监测站伪距测量值加上基准站伪距改正数消除电离层、大气层和星历误差，如下：
其中，x
i
表示东方向第i颗卫星的真实距离；x
n
表示东方向n颗卫星的真实距离的平均值；y
i
表示北方向第i颗卫星的真实距离；y
n
表示北方向n颗卫星的真实距离的平均值；z
i
表示高程第i颗卫星的真实距离；z
n
表示高程n颗卫星的真实距离的平均值；
△
d表示基准站与监测站之间距离误差；在解出卫星星历后求得卫星坐标，在基准站信息中得到基准站天线坐标，求出和结合上述公式(1)至(4)进行定位解算，计算出各基准站的瞬时水平精度和瞬时高程精度。4.根据权利要求1所述的gnss基准站最优选择方法，其特征在于，基于所述水平精度和高程精度获得各基准站的综合精度，具体包括：对各基准站的水平精度和高程精度求平均值，获得各基准站的综合精度。5.根据权利要求1所述的gnss基准站最优选择方法，其特征在于，还包括：对所述最优基准站进行监测，当所述最优基准站出现故障时，选择综合精度第二小的基准站与所述监测站进行绑定。6.根据权利要求5所述的gnss基准站最优选择方法，其特征在于，还包括：当综合精度第二小的基准站包括两个及以上时，获取各综合精度第二小的基准站的基线质量，将基线质量最大的基准站作为最优基准站。7.根据权利要求1所述的gnss基准站最优选择方法，其特征在于，还包括：对所述最优基准站进行监测，当所述最优基准站出现故障时，获取剩余基准站中与监测站基准距离最小的基准站作为最优基准站，并将与所述监测站进行绑定。8.根据权利要求7所述的gnss基准站最优选择方法，其特征在于，还包括：当基线距离最小的基准站包括两个及以上时，获取各基准站的基线质量，将基线质量最大的基准站作为最优基准站，并与所述监测站进行绑定。9.根据权利要求7所述的gnss基准站最优选择方法，其特征在于，所述基准站包括三个，分别为第一基准站、第二基准站和第三基准站；所述第二基准站和所述第三基准站与所述监测站的基线距离相等；所述第一基准站与所述监测站的基线距离小于所述第二基准站和所述第三基准站与所述监测站的基线距离；所述第一基准站为最优基准站；对所述第一基准站进行监测，当所述第一基准站出现故障时，分别获取第二基准站和第三基准站的基线质量，将基线质量最大的基准站作为最优基准站，并与所述监测站进行绑定。10.一种gnss高精度定位系统，其特征在于，包括：多个卫星、设置在被监测物体上的监测站、远端服务器和多个基准站；所述远端服务器基于如权利要求1至9中任意一项所述的方法选择最优基准站，并将所述最优基准站与所述监测站进行绑定。
技术总结本发明公开了一种GNSS基准站最优选择方法及高精度定位系统，方法包括：获取基准站群中的各基准站与监测站之间的基线距离；所述基准站群中的基准站数量大于等于3；所述监测站设置在被监测物体上；基于各基准站与监测站之间的基线距离、各基准站获取的GNSS数据及监测站获取的GNSS数据，通过解算计算出各基准站在预设时间内的水平精度和高程精度；基于所述水平精度和高程精度获得各基准站的综合精度；选择综合精度最小的基准站作为最优基准站，与所述监测站进行绑定，以通过GNSS卫星对被测物体进行定位。本发明能够从多个基准站中获取最优基准站，保证被监测物体的定位精度。保证被监测物体的定位精度。保证被监测物体的定位精度。
技术研发人员：章志坚 郑益斌 唐志文 柳祥伟 周国荣 黄松宏 廖泽南 宋伟国
受保护的技术使用者：厦门万宾科技有限公司
技术研发日：2022.01.27
技术公布日：2022/7/5
