CN107976702A - 一种基于cors的位置修正方法、定位终端及定位*** - Google Patents

一种基于cors的位置修正方法、定位终端及定位*** Download PDF

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华亮春
秘金钟
楚彬
谷守周
尹昊华
陈春花
敖敏思
刘紫平
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Abstract

本发明公开了一种基于CORS的位置修正方法、定位终端及定位***，位置修正方法，包括以下步骤：步骤1：建立不规则格网模型；以最近三个CORS基准站相互连接组成三角形；多个所述的三角形形成不规则格网模型；步骤2：依据位置服务请求端提供的概略坐标(x，y，z)，匹配对应的三角形，即确定位置服请求端位于哪三个CORS基准站构成的三角形内；再根据对应时刻的三个CORS基准站坐标差值计算出坐标改正数(αm，βm，γm)，最后得到修正后的位置服请求端的位置坐标值(x+αm，y+βm，z+γm)。该基于CORS的位置修正方法、定位终端及定位***能显著提高定位精度，且易于实施。

Description

一种基于CORS的位置修正方法、定位终端及定位***
技术领域
本发明涉及一种基于CORS的位置修正方法、定位终端及定位***。
背景技术
移动终端定位技术有两种，一种是基于全球卫星导航***(Global NavigationSatellite System，简称GNSS)的定位，一种是基于移动运营网的基站的定位。基于GNSS的定位方式是利用手机上的GNSS定位模块接收卫星信号来实现手机定位，定位精度一般在10至20米。基站定位则是利用基站对手机的距离的测算距离来确定手机位置的。后者不需要手机具有GNSS定位能力，但是精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小，有时误差会超过一公里，精度较低。因此，移动终端一般通过GNSS技术进行定位。
GNSS卫星信号分为载波相位观测值与伪距观测值，由于普通移动终端的GNSS定位模块只能接收并处理GNSS卫星伪距信号，然后通过单点定位技术进行定位。单点定位技术是根据一台终端接收的GNSS观测数据来确定其位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位，定位精度只能达到10-20米的水平。
随着卫星导航定位服务的快速发展，及公众对定位服务的要求越来越高，普通移动终端的定位精度显然不能完全满足需求。而普通移动终端的GNSS定位模块是封装固定在移动终端内，定位算法也是嵌入式的，且只能接收并处理GNSS伪距观测值，用户无法进行修改，因此无法通过修改移动终端已有硬件提高定位精度。
因此，有必要设计一种基于CORS的位置修正方法、定位终端及定位***。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于CORS的位置修正方法、定位终端及定位***，该基于CORS的位置修正方法、定位终端及定位***易于实施，能有效提高定位精度。
发明的技术解决方案如下：
一种基于CORS的位置修正方法，包括以下步骤：
步骤1：建立不规则格网模型；
以最近三个CORS基准站相互连接组成三角形，每一个CORS基准站为三角形的一个结点，结点m的结点数据采用对应CORS基准站的坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)；多个所述的三角形形成不规则格网模型；
CORS基准站的坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)是指CORS基准站的已知坐标值(Xm，Ym，Zm)(CORS基准站坐标是通过与国家A级和B级GPS控制点联测并平差得到的结果。)与实时伪距坐标值(实时伪距坐标值是由CORS基准站接收机解算得到的实时定位坐标值，并实时传回数据中心。)进行求差运算得到的值。
优先选择锐角，如果不是锐角且重新组网仍然没有锐角，则可不使用锐角。
不规则格网模型是静态模型。
步骤2：依据位置服务请求端提供的概略坐标(x，y，z)，具有定位功能的智能手机、平板或其它穿戴设备获得的位置坐标等，匹配对应的三角形，即确定位置服请求端位于哪三个CORS基准站构成的三角形内；
再根据对应时刻的三个CORS基准站坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)，计算出坐标改正数(αm，βm，γm)，最后得到修正后的位置服请求端的位置坐标值(x+αm，y+βm，z+γm)。
步骤2中，采用反距离加权算法计算坐标改正数(αm，βm，γm)。
反距离加权算法对应的计算过程如下：
反距离加权算法的原理是，设空间待插点为P(αm，βm，γm)，P点处于Z1、Z2、Z3组成的三角形当中，则P点的属性值(αm，βm，γm)计算公式如下：
αm＝wP1*Δx1+wP2*Δx2+wP3*Δx3；
βm＝wP1*Δy1+wP2*Δy2+wP3*Δy3；
γm＝wP1*Δz1+wP2*Δz2+wP3*Δz3；
其中Δxi，Δyi，Δzi为三个基准站的坐标差值，i＝1,2,3；即CORS基准站有一个已知坐标值，还有个实时伪距坐标值，两者之差；*为乘号；
wPi为权重，计算公式为：
其中di为P到Z1、Z2、Z3的距离，可表示为：
xi，yi和zi就是Zi的坐标值，i＝1,2,3(即CORS基准站的已知坐标值)。
一种定位终端，包括MCU、定位模块和通信模块；定位模块用于获取当前的概略坐标(x，y，z)；通信模块用于与CORS基准站或服务器通信获取CORS基准站的位置数据；服务器用于提供位置服务；MCU用于基于所述的方法计算得到修正后的位置服请求端的位置坐标值(x+αm，y+βm，z+γm)。
所述的定位终端为智能手机、平板电脑或其它穿戴设备(如智能手表等)。
通信模块为GPRS、3G、4G或5G通信模块。
一种定位***，包括服务器、权利要求4所述的定位终端和至少3个CORS基准站；
定位终端和CORS基准站均与服务器通信。
所述的服务器为云端服务器。
定位终端上的通信模块为GPRS、3G、4G或5G通信模块。
定位模块为北斗或GPS定位模块。
一个***中，定位终端可以是多个。
有益效果：
本发明的基于CORS的位置修正方法、定位终端及定位***，利用连续运行卫星参考站(Continuously Operating Reference Stations，简称为CORS)的数据资源，构建区域位置改正格网模型，搭建位置修正服务***，提供米级位置修正服务，将普通智能手机等公众非专业型移动终端的定位精度从10-20米提高至1-3米的水平。
利用已有CORS基准站和卫星导航定位***来提高普通手机等公众非专业型设备的定位精度。具体方法是拟基于CORS基准站实时定位坐标与其已知值之间的差值，构建位置修正格网模型，并通过智能终端(如智能手机)的二次开发，实现误差改正模型的播发，在不增加硬件成本的情况下，提高定位精度。
本申请由于采用了基于不规则格网模型的移动终端位置修正技术，达到了对用户概略坐标进行修正的效果，提高了用户终端定位精度。
1、基于CORS基准站的实时伪距坐标与已知坐标得到实时坐标差值，按照反距离加权平均算法构建不规则格网模型，求得坐标改正数。
2、位置修正服务***根据用户上传的概略坐标，结合已构建的不规则格网模型内插出用户位置的坐标改正数，并得到修正后的用户坐标值。
3、位置修正服务***将修正后的用户坐标值返回给用户，在修正之前，用户的概率坐标精度为10-20米，通过CORS基准站实时坐标差值构建的不规则格网模型能根据用户概率坐标内插出一个高精度坐标改正数，使得用户坐标定位精度可以从10-20米提高至1-3米。
在本技术中，构建模型时采用的是不规则格网模型，以原始数据作为格网结点，不改变原始数据及其精度，对提高用户定位精度具有基础保障作用。
附图说明
图1为本发明的定位示意图；
图2为基于CORS的位置修正方法流程图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：如图1～2，一种基于CORS的位置修正方法，包括以下步骤：
步骤1：建立不规则格网模型；
以最近三个CORS基准站相互连接组成三角形，每一个CORS基准站为三角形的一个结点，结点m的结点数据采用对应CORS基准站的坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)；多个所述的三角形形成不规则格网模型；
CORS基准站的坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)是指CORS基准站的已知坐标值(Xm，Ym，Zm)(CORS基准站坐标是通过与国家A级和B级GPS控制点联测并平差得到的结果。)与实时伪距坐标值(实时伪距坐标值是由CORS基准站接收机解算得到的实时定位坐标值，并实时传回数据中心。)进行求差运算得到的值。
优先选择锐角，如果不是锐角且重新组网仍然没有锐角，则可不使用锐角。
不规则格网模型是静态模型。
步骤2：依据位置服务请求端提供的概略坐标(x，y，z)，具有定位功能的智能手机、平板或其它穿戴设备获得的位置坐标等，匹配对应的三角形，即确定位置服请求端位于哪三个CORS基准站构成的三角形内；
再根据对应时刻的三个CORS基准站坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)，计算出坐标改正数(αm，βm，γm)，最后得到修正后的位置服请求端的位置坐标值(x+αm，y+βm，z+γm)。
步骤2中，采用反距离加权算法计算坐标改正数(αm，βm，γm)。
反距离加权算法对应的计算过程如下：
反距离加权算法的原理是，设空间待插点为P(αm，βm，γm)，P点处于Z1、Z2、Z3组成的三角形当中，则P点的属性值(αm，βm，γm)计算公式如下：
αm＝wP1*Δx1+wP2*Δx2+wP3*Δx3；
βm＝wP1*Δy1+wP2*Δy2+wP3*Δy3；
γm＝wP1*Δz1+wP2*Δz2+wP3*Δz3；
其中Δxi，Δyi，Δzi为三个基准站的坐标差值，i＝1,2,3；即CORS基准站有一个已知坐标值，还有个实时伪距坐标值，两者之差；
wPi为权重，计算公式为：
其中di为P到Z1、Z2、Z3的距离，可表示为：
xi，yi和zi就是Zi的坐标值，i＝1,2,3(即CORS基准站的已知坐标值)。
一种定位终端，包括MCU、定位模块和通信模块；定位模块用于获取当前的概略坐标(x，y，z)；通信模块用于与CORS基准站或服务器通信获取CORS基准站的位置数据；服务器用于提供位置服务；MCU用于基于所述的方法计算得到修正后的位置服请求端的位置坐标值(x+αm，y+βm，z+γm)。
所述的定位终端为智能手机、平板电脑或其它穿戴设备(如智能手表等)。
通信模块为GPRS、3G、4G或5G通信模块。
一种定位***，包括服务器、权利要求4所述的定位终端和至少3个CORS基准站；
定位终端和CORS基准站均与服务器通信。
所述的服务器为云端服务器。
定位终端上的通信模块为GPRS、3G、4G或5G通信模块。
定位模块为北斗或GPS定位模块。
一个***中，定位终端可以是多个。
具体步骤如下：
(1)获取CORS基准站实时数据流。该数据流为实时伪距观测值，***实时接入该数据流，并利用单点定位技术求得各CORS基准站的实时伪距坐标值(xm，ym，zm)，其中m为CORS基准站序号。
(2)再利用各CORS基准站的已知坐标值(Xm，Ym，Zm)，与实时伪距坐标值进行求差运算，得到(Δxm，Δym，Δzm)，并将坐标差值按照基准站名、年积日、具体时间、Δxm、Δym、Δzm格式存入数据库中(如SQL Server、Oracle或MySQL等)。
(3)不规则格网模型的构建。以最近三个CORS基准站相互连接组成三角形，三角形的形状和大小取决于不规则分布的基准站的位置和密度。并尽可能的保证三角形的三个角都是锐角。模型由结点(Node)、边(Edge)、三角形(Triangle)组成，模型示意图如图2所示，模型中，Z1、Z2、Z3…代表各个CORS基准站，由两两相邻的基准站连接成边，再由三条边组成三角形。其中结点数据采用(2)步骤中存入数据库的各CORS基准站的坐标差值(Δx，Δy，Δz)。
(4)用户通过终端的APP，将概率坐标(x，y，z)发送到***中，***根据概率坐标搜索匹配对应的三角形，即确定用户概率位置坐落的哪三个CORS基准站构成的三角形内。再根据对应时刻的三个CORS基准站坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)，按照反距离加权插值算法内插出用户位置的坐标改正数(αm，βm，γm)，最后得到修正后的用户坐标值(x+αm，y+βm，z+γm)。
反距离加权算法的原理是，设空间待插点为P(αm，βm，γm)，P点处于Z1、Z2、Z3组成的三角形当中，则P点的属性值(αm，βm，γm)可以表示为：
其中wPi为权重，Zi为三个基准站的属性值(Δxi，Δyi，Δzi)，而wPi可表示为：
其中di为P到Z1、Z2、Z3的距离，可表示为：
(5)***将修正后的用户坐标通过网络回传给用户，用户得到最终坐标值，提高定位精度。
以下是一个具体实例：
以HNCORS为例，选取YYSQ、YYHR、YYDT三个CORS基准站组成三角形站网。在此三角形范围内选取了5个测试点，使用华为P9手机采集数据。测试结果如下表所示，其中△1为华为P9手机测得坐标值与RTK实测标准值的差值，△1为本方法计算得到的坐标值与RTK实测标准值的差值。
注：湖南连续运行基准站网HuNan continuously operating referencestations，简称HNCORS。HNCORS是与国家A、B级点联测经整体平差精密解算组网而成，为365日*24小时连续不间断观测站网，并定期进行精密平差解算。目前HNCORS共122个基准站(85个基准站兼容北斗***)，含12个国家站，110个省级站。
表1
表1(续)
通过测试可以发现，采用智能手机采集到的坐标值与RTK实测值在x、y方向差值约为10-21m，而采用本方法计算后得到的结果与RTK实测值在x、y方向差值约为2.5-3.8m，可以看出基于CORS的位置修正技术确实能提高普通智能终端的定位精度。

Claims (10)

1.一种基于CORS的位置修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：建立不规则格网模型；
以最近三个CORS基准站相互连接组成三角形，每一个CORS基准站为三角形的一个结点，结点m的结点数据采用对应CORS基准站的坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)；多个所述的三角形形成不规则格网模型；
CORS基准站的坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)是指CORS基准站的已知坐标值(Xm，Ym，Zm)与实时伪距坐标值(实时伪距坐标值是由CORS基准站接收机解算得到的实时定位坐标值，并实时传回数据中心。)进行求差运算得到的值。
步骤2：依据位置服务请求端提供的概略坐标(x，y，z)，匹配对应的三角形，即确定位置服请求端位于哪三个CORS基准站构成的三角形内；
再根据对应时刻的三个CORS基准站坐标差值(Δxm，Δym，Δzm)，计算出坐标改正数(αm，βm，γm)，最后得到修正后的位置服请求端的位置坐标值(x+αm，y+βm，z+γm)。
2.根据权利要求1所述的基于CORS的位置修正方法，其特征在于，步骤2中，采用反距离加权算法计算坐标改正数(αm，βm，γm)。
3.根据权利要求2所述的基于CORS的位置修正方法，其特征在于，反距离加权算法对应的计算过程如下：
反距离加权算法的原理是，设空间待插点为P(αm，βm，γm)，P点处于Z1、Z2、Z3组成的三角形当中，则P点的属性值(αm，βm，γm)计算公式如下：
αm＝wP1*Δx1+wP2*Δx2+wP3*Δx3；
βm＝wP1*Δy1+wP2*Δy2+wP3*Δy3；
γm＝wP1*Δz1+wP2*Δz2+wP3*Δz3；
其中Δxi，Δyi，Δzi为三个基准站的坐标差值，i＝1,2,3；即CORS基准站有一个已知坐标值，还有个实时伪距坐标值，两者之差；
wPi为权重，计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>w</mi> <mrow> <mi>P</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>3</mn> </msubsup> <mn>1</mn> <mo>/</mo> <msub> <mi>d</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中di为P到Z1、Z2、Z3的距离，可表示为：
xi，yi和zi就是Zi的坐标值，i＝1,2,3。
4.一种定位终端，其特征在于，包括MCU、定位模块和通信模块；定位模块用于获取当前的概略坐标(x，y，z)；通信模块用于与CORS基准站或服务器通信获取CORS基准站的位置数据；服务器用于提供位置服务；MCU用于基于权利要求1-3任一项所述的方法计算得到修正后的位置服请求端的位置坐标值(x+αm，y+βm，z+γm)。
5.根据权利要求4所述的定位终端，其特征在于，所述的定位终端为智能手机、平板电脑或其它穿戴设备(如智能手表等)。
6.根据权利要求4所述的定位终端，其特征在于，通信模块为GPRS、3G、4G或5G通信模块。
7.一种定位***，其特征在于，包括服务器、权利要求4所述的定位终端和至少3个CORS基准站；
定位终端和CORS基准站均与服务器通信。
8.根据权利要求6所述的定位***，其特征在于，所述的服务器为云端服务器。
9.根据权利要求6所述的定位***，其特征在于，定位终端上的通信模块为GPRS、3G、4G或5G通信模块。
10.根据权利要求6-9所述的定位***，其特征在于，定位模块为北斗或GPS定位模块。
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