CN110426723B - 一种卫星定位gga数据的获取与地图发布的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法，计算基准站的精确坐标、概略坐标、差分数据和钟差改正数；计算流动站的概略坐标；控制中心根据流动站的概略坐标和各基准站的精确坐标，选取参考基准站组，计算虚拟基准站的虚拟差分数据；流动站根据虚拟基准站的虚拟差分数据计算自身的精确坐标；基准站和流动站分别根据各自的精确坐标生成各自的卫星定位GGA数据并分别通过网络将各自的卫星定位GGA数据；控制中心对星定位GGA数据进行加偏获得GCJ02坐标系的经度坐标和纬度坐标并发布至地图系统。本发明采用虚拟基准站、加偏和地图发布技术，获得高精度的位置数据并安全展示在电子地图上。

Description

一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法

技术领域

本发明属于卫星定位及地图发布技术领域，具体涉及一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法。

背景技术

随着卫星定位技术、数字通讯技术等技术的迅猛发展，利用多基站网络RTK(Real-Time Kinematic，实时动态载波相位差分)技术建立的、包括基准站网、数据传输系统、控制中心、数据播发系统、用户等部分组成的CORS(Continuously Operating ReferenceStations，连续运行基准站)系统应运而生，可满足日常生产、生活中对位置的需求。互联网技术的发展又激发了各行各业和普通民众对电子地图实时位置服务的需求，在卫星导航设备提供的众多符合国际海运事业无线电技术委员会标准协议的卫星数据中，GGA数据为最常用的包含有基本定位信息的数据。如何获取高精度的位置数据并安全地发布于电子地图中去成为地图数据处理中的一个热点问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法，包括以下步骤：

步骤1、计算基准站的精确坐标、概略坐标和基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数，计算基准站的精确坐标与概略坐标之间的差值作为基准站的差分数据；

步骤2、计算流动站的概略坐标；

步骤3、基准站通过网络将基准站的精确坐标和差分数据发送到控制中心，流动站通过网络将流动站的概略坐标发送给控制中心；

步骤4、控制中心根据流动站的概略坐标和各基准站的精确坐标，为流动站选取参考基准站组，并由参考基准站组的各个基准站的差分数据计算虚拟基准站的虚拟差分数据；

步骤5、控制中心将虚拟基准站的虚拟差分数据通过网络发送给对应的流动站；

步骤6、流动站根据得到的虚拟基准站的虚拟差分数据计算自身的精确坐标；

步骤7、基准站和流动站分别根据各自的精确坐标生成各自的卫星定位GGA数据并分别通过网络将各自的卫星定位GGA数据发送给控制中心；

步骤8、控制中心对基准站和流动站的各自的卫星定位GGA数据进行加偏获得基准站和流动站各自的GCJ02坐标系的经度坐标和纬度坐标，控制中心将基准站和流动站各自的GCJ02坐标系的经度坐标、纬度坐标通过地图工具发布至地图系统。

如上所述的步骤1包括以下步骤：

步骤1.1、在基准站上安置卫星接收机进行长时间观测得到基准站的精确坐标；

步骤1.2、求解以下公式获得基准站的概略坐标和基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数：

其中，c为电磁波在真空中的速度；Δtⁱ表示第i个卫星至基准站的测距信号时延，i＝1，2，…，n；τ表示基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数；(xⁱ，yⁱ，zⁱ)表示第i个卫星的坐标；(x₀，y₀，z₀)为基准站的概略坐标；n为卫星个数，n大于等于4；

步骤1.3、计算基准站的精确坐标与概略坐标之间的差值作为差分数据。

如上所述的步骤4包括以下步骤：

步骤4.1、控制中心为流动站选择参考基准站组；

步骤4.2、根据以下公式计算虚拟基准站的虚拟差分数据：

式中，ΔX为虚拟基准站的虚拟差分数据；ΔX_j表示参考基准站组内第j个基准站的差分数据，j＝1，2，…，m，m为参考基准站组内基准站的总数；W_j表示为参考基准站组内第j个基准站的权重；d_j表示参考基准站组内第j个基准站至流动站的距离，(x_j，y_j，z_j)为第j个基准站的精确坐标；p为调整参数。

如上所述的步骤6包括以下步骤：流动站将接收到的虚拟基准站的虚拟差分数据加入到流动站的概略坐标即得到流动站的精确坐标。

根据以下公式对所述的步骤8中对卫星定位GGA数据进行加偏包括以下步骤：

B_GCJ02＝B+ΔB，L_GCJ02＝L+ΔL

其中，B和L分别为卫星定位GGA数据中WGS-84椭球的大地纬度坐标和大地经度坐标；B_GCJ02和L_GCJ02分别为GCJ02坐标系的经度坐标和纬度坐标；ΔB为卫星定位GGA数据中的大地纬度坐标至GCJ02坐标系的纬度坐标的偏移量，ΔL为卫星定位GGA数据中的大地经度坐标至GCJ02坐标系的经度坐标的偏移量；a和e分别为卫星定位GGA数据中WGS-84椭球的长半轴和第一偏心率；B′＝B-35，L′＝L-105。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明采用虚拟基准站为流动站用户实时提供高精度的虚拟差分数据以对流动站用户的位置进行实时改正，从而获得流动站用户的实时高精度位置数据；采用位置数据加偏的方法，，以使位置数据符合国家测绘地理信息局针对电子地图保密要求而制定的GCJ02坐标系，为数据安全提供保障。

附图说明

图1是本发明的流程图。

图2是在较为均匀、规则的基准站格网中为流动站选取参考基准站组的示意图。图中，正方形表示基准站，三角形表示流动站，灰色正方形(即流动站所在格网的4个角点)则表示为图中流动站选取的参考基准站组。

图3是在无均匀、规则的基准站格网时，为流动站选取参考基准站的示意图。图中，正方形表示基准站，三角形表示流动站，数值“30km”表示基准站与流动站之间距离阈值(小于或等于距离阈值的基准站将被选入参考基准站组)，灰色正方形则表示为图中流动站选取的参考基准站组。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供的一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法，包括以下步骤：

步骤1、计算基准站的精确坐标、概略坐标和基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数，计算基准站的精确坐标与概略坐标之间的差值作为基准站的差分数据，具体包括以下步骤：

步骤1.1、在基准站上安置卫星接收机进行长时间观测或与其它更高等级的点进行GNSS联测，得到基准站的精确坐标；

步骤1.2、计算基准站的概略坐标和基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数，具体方法为：基准站至少同时接收4颗以上的卫星定位信号从而计算出基准站至相应卫星的距离值，通过距离后方交会的原理，解算基准站的概略坐标和基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数，具体即解算以下方程组：

式中，c表示电磁波在真空中的速度(真空中的光速)；Δtⁱ表示第i个卫星至基准站的测距信号时延(i＝1，2，…，n)；τ表示基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数，钟差改正数是待求值；(xⁱ，yⁱ，zⁱ)表示第i个卫星的坐标(i＝1，2，…，n)，从卫星星历获得；(x₀，y₀，z₀)为基准站的概略坐标，基准站的概略坐标也是待求值，n为卫星个数，n大于等于4。上述方程组中含有4个待求值，因此至少需要4个方程方可求解(即同时观测4颗卫星)，实际计算中需要先将方程组线性化，针对4个(不含4个)以上的方程则需按最小二乘原则求解。线性化和最小二乘均为常规手段，不再赘述。由于此距离值中尚包含较多误差(如卫星轨道误差、电离层、对流层和大气折射)，因此解算出的基准站的概略坐标仅为大致坐标。

步骤1.3、计算基准站的精确坐标与概略坐标之间的差值作为差分数据，它体现了卫星的的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的坐标误差，具体的计算公式为：

式中，(Δx，Δy，Δz)^T表示基准站的差分数据(三维坐标向量)，(x，y，z)^T和(x₀，y₀，z₀)^T分别表示步骤1.1获得的基准站的精确坐标和步骤1.2获得的基准站的概略坐标。

步骤2、计算流动站的概略坐标，流动站至少同时接收4颗以上的卫星定位信号从而计算出流动站至相应卫星的距离值，通过距离后方交会的原理，解算流动站的概略坐标，计算方法同步骤1.2。

步骤3、基准站通过网络将基准站的精确坐标和差分数据发送到控制中心，流动站通过网络将流动站的概略坐标发送给控制中心，具体步骤为：

步骤3.1、基准站或流动站各自与控制中心建立TCP连接；

步骤3.2、基准站或流动站分别给控制中心发送前导数据，前导数据包括身份信息、软件名称和版本号等内容；

步骤3.3、控制中心对收到的前导数据中的身份信息进行判定，并返回身份信息有效或者身份信息无效的信号到对应的基准站或流动站；

步骤3.4、基准站获得身份信息有效后，基准站向控制中心发送其精确坐标和差分数据，流动站获得身份信息有效后，流动站向控制中心发送其概略坐标(x_r0，y_r0，z_r0)；

步骤4、控制中心根据流动站的概略坐标和各基准站的精确坐标，为流动站选取参考基准站组，并由参考基准站组的各个基准站的差分数据计算虚拟基准站的虚拟差分数据，具体步骤为：

步骤4.1、控制中心为流动站选择参考基准站组。根据不同的情况有不同的选择方式：(1)若各个基准站呈格网分布，则选取流动站所在格网的4个角点的基准站作为流动站的参考基准站组，各个基准站呈格网分布是指格网的每个格网单元的四角均分布有基准站，而网格单元内没有基准站，如图2所示；(2)若各个基准站未呈格网分布，选择与流动站的距离小于距离阈值的设定个基准站构成基准站组。例如，一个符合实际作业环境的阈值为30km，即与流动站距离小于或等于30km的基准站被选定为参考基准站组，如图3所示。需要指出的是，流动站与基准站之间的距离根据流动站的概略坐标和基准站的精确坐标计算得到。

步骤4.2、通过反距离加权平均对步骤4.1获得参考基准站组的各个基准站的差分数据进行反距离加权平均后的差分数据为虚拟基准站的虚拟差分数据，该虚拟基准站由于距离流动站很近，故可对流动站的距离误差进行高精度改正。反距离加权平均可由以下公式实现：

式中，Δx为基准站组虚拟出的虚拟基准站的虚拟差分数据(三维坐标向量)；Δx_j表示参考基准站组内第j个基准站的差分数据(三维坐标向量)，j＝1，2，…，m，m为参考基准站组内基准站的总数；W_j表示为参考基准站组内第j个基准站的权重；d_j表示参考基准站组内第j个基准站(x_j，y_j，z_j)至流动站(x_r0，y_r0，z_r0)的距离，第j个基准站的精确坐标为(x_j，y_j，z_j)；p为调整参数，p可取值任意的正实数，p决定了各基准站在产生虚拟基准站的虚拟差分数据时的权重分配，一般取p＝2即可。

步骤5、控制中心将虚拟基准站的虚拟差分数据通过网络发送给对应的流动站，具体步骤与步骤3类似。

步骤6、流动站根据得到的虚拟基准站的虚拟差分数据计算自身精确坐标，具体方法为：流动站将接收到的虚拟基准站的虚拟差分数据Δx(三维坐标向量)加入到流动站的概略坐标(x_r0，y_r0，z_r0)^T，即可得到流动站的精确坐标(x_r，y_r，z_r)^T。

步骤7、基准站和流动站分别根据各自的精确坐标生成各自的卫星定位GGA数据并分别通过网络将各自的卫星定位GGA数据发送给控制中心，具体步骤为：

步骤7.1、基准站和流动站根据各自的精确坐标生成对应的符合NMEA0183标准的卫星定位GGA数据，即将基准站和流动站的精确坐标(即空间直角坐标的形式)按迭代计算的方法转换成WGS-84椭球的大地经度坐标、大地纬度坐标和大地高。该转换公式为公开、通用的公式，迭代计算方法亦为常见的计算方式，此处均不再赘述。

步骤7.2、基准站和流动站分别将各自的卫星定位GGA数据通过网络发送至控制中心，具体步骤同步骤3。

步骤8、控制中心对基准站和流动站的各自的卫星定位GGA数据进行加偏获得基准站和流动站各自的GCJ02坐标系的经度坐标、纬度坐标，控制中心将基准站和流动站各自的GCJ02坐标系的经度坐标、纬度坐标通过地图工具发布至地图系统。

对基准站、流动站的卫星定位GGA数据进行加偏包括以下步骤：

步骤8.1、对卫星定位GGA数据中WGS-84椭球的大地经度坐标、大地纬度坐标和大地高进行加偏。由于国家测绘地理信息局(原国家测绘局)对电子地图坐标数据的加密要求(至少应首级加密至GCJ02坐标系)，因此需要对卫星定位GGA数据中WGS-84椭球的大地经度坐标、大地纬度坐标进行加偏，以转换成GCJ02坐标系的经度坐标、纬度坐标。转换公式如下：

即B_GCJ02＝B+ΔB，L_GCJ02＝L+ΔL

式中，B和L分别为卫星定位GGA数据中WGS-84椭球的大地纬度坐标和大地经度坐标；B_GCJ02为和L_GCJ02分别为GCJ02坐标系的经度坐标和纬度坐标；ΔB为卫星定位GGA数据中的大地纬度坐标至GCJ02坐标系的纬度坐标的偏移量，ΔL为卫星定位GGA数据中的大地经度坐标至GCJ02坐标系的经度坐标的偏移量；a和e分别为卫星定位GGA数据中WGS-84椭球的长半轴和第一偏心率，为已知值，可由工具书查得；(B′，L′)则是为简化公式而引入的一个中间符号，具体计算式为B′＝B-35，L′＝L-105。需要指出的时，以上计算公式对基准站和流动站的卫星定位GGA数据中的大地纬度坐标和大地经度坐标的加偏均适用；且式中涉及到的经、纬度计算均以度为单位进行，最终结果的单位亦为度。

步骤8.2、控制中心将基准站、流动站的GCJ02坐标系的经度坐标和纬度坐标通过地图工具发布至地图系统。

需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、计算基准站的精确坐标、概略坐标和基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数，计算基准站的精确坐标与概略坐标之间的差值作为基准站的差分数据；

步骤2、计算流动站的概略坐标；

步骤3、基准站通过网络将基准站的精确坐标和差分数据发送到控制中心，流动站通过网络将流动站的概略坐标发送给控制中心；

步骤4、控制中心根据流动站的概略坐标和各基准站的精确坐标，为流动站选取参考基准站组，并由参考基准站组的各个基准站的差分数据计算虚拟基准站的虚拟差分数据；

步骤5、控制中心将虚拟基准站的虚拟差分数据通过网络发送给对应的流动站；

步骤6、流动站根据得到的虚拟基准站的虚拟差分数据计算自身的精确坐标；

步骤7、基准站和流动站分别根据各自的精确坐标生成各自的卫星定位GGA数据并分别通过网络将各自的卫星定位GGA数据发送给控制中心；

步骤8、控制中心对基准站和流动站的各自的卫星定位GGA数据进行加偏获得基准站和流动站各自的GCJ02坐标系的经度坐标和纬度坐标，控制中心将基准站和流动站各自的GCJ02坐标系的经度坐标、纬度坐标通过地图工具发布至地图系统。

2.根据权利要求1所述的一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法，其特征在于，所述的步骤1包括以下步骤：

步骤1.1、在基准站上安置卫星接收机进行长时间观测得到基准站的精确坐标；

步骤1.2、求解以下公式获得基准站的概略坐标和基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数：

其中，c为电磁波在真空中的速度；Δtⁱ表示第i个卫星至基准站的测距信号时延，i＝1，2，...，n；τ表示基准站时钟相对于卫星时钟的钟差改正数；(xⁱ，yⁱ，zⁱ)表示第i个卫星的坐标；(x₀，y₀，z₀)为基准站的概略坐标；n为卫星个数，n大于等于4；

步骤1.3、计算基准站的精确坐标与概略坐标之间的差值作为差分数据。

3.根据权利要求1所述的一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法，其特征在于，所述的步骤4包括以下步骤：

步骤4.1、控制中心为流动站选择参考基准站组；

步骤4.2、根据以下公式计算虚拟基准站的虚拟差分数据：

式中，ΔX为虚拟基准站的虚拟差分数据；ΔX_j表示参考基准站组内第j个基准站的差分数据，j＝1，2，…，m，m为参考基准站组内基准站的总数；W_j表示为参考基准站组内第j个基准站的权重；d_j表示参考基准站组内第j个基准站至流动站的距离，(x_j，y_j，z_j)为第j个基准站的精确坐标；p为调整参数。

4.根据权利要求1所述的一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法，其特征在于，所述的步骤6包括以下步骤：流动站将接收到的虚拟基准站的虚拟差分数据加入到流动站的概略坐标即得到流动站的精确坐标。

5.根据权利要求1所述的一种卫星定位GGA数据的获取与地图发布的方法，其特征在于，根据以下公式对所述的步骤8中对卫星定位GGA数据进行加偏包括以下步骤：

B_GCJ02＝B+ΔB，L_GCJ02＝L+ΔL

其中，B和L分别为卫星定位GGA数据中WGS-84椭球的大地纬度坐标和大地经度坐标；B_GCJ02和L_GCJ02分别为GCJ02坐标系的经度坐标和纬度坐标；ΔB为卫星定位GGA数据中的大地纬度坐标至GCJ02坐标系的纬度坐标的偏移量，ΔL为卫星定位GGA数据中的大地经度坐标至GCJ02坐标系的经度坐标的偏移量；a和e分别为卫星定位GGA数据中WGS-84椭球的长半轴和第一偏心率；B′＝B-35，L′＝L-105。

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