面向条带状北斗地基增强网空间误差建模评估方法及装置与流程

本发明涉及卫星导航增强服务，具体涉及面向条带状北斗地基增强网空间误差建模评估方法及装置。

背景技术：

1、随着全球导航卫星系统（gnss）技术的快速发展，地基增强系统和网络rtk系统已成为高精度定位服务的重要基础设施。这类系统依托连续运行参考站网络（cors），对区域大气误差进行建模并向终端用户播发差分改正数或虚拟观测值，广泛应用于测绘、交通、农业、电力等国民经济关键领域。对于面状分布的参考站网络而言，参考站在二维平面内分布相对均衡，电离层、对流层等空间相关误差可通过三角网插值、格网模型或多参考站内插模型进行有效估计与改正，从而实现厘米级甚至毫米级的高精度定位服务。

2、在铁路、河流、道路、管廊、输电通道等线性工程应用场景中，受工程线路走向的约束，参考站往往沿线路方向呈带状布设，形成典型的带状增强网络构型。该类带状增强网在沿带状方向上具有较强的空间采样能力和几何约束能力，但在垂直于带状方向的横向方向上约束显著较弱，容易出现以下突出问题：第一，三角网单元呈现狭长形态甚至近似共线，导致横向方向上的空间插值精度急剧退化；第二，在带状网络边界外侧的服务区域内，待评估位置远离参考站控制范围，大气改正数的外推距离较大，外推误差随距离呈非线性增长；第三，现有增强网质量评价指标体系主要针对面状均匀布设的参考站网络设计，侧重于参考站平均间距、服务半径、几何精度因子（gdop）或实测定位精度统计等指标，难以同时反映带状网络特有的参考站空间采样离散性、带状网型方向性弱约束以及网外外推放大效应等多维度误差特征。特别是在带状服务场景下，仅依据单一的最大基线长度或平均站间距进行网络质量评价，容易严重低估横向弱约束区域和边界外推区域的空间误差风险，导致实际服务精度低于预期水平。

3、因此，如何构建一种能够面向条带状北斗地基增强网、综合反映多维空间误差特征并输出无量纲整网评价指标的空间误差建模评估方法，是当下亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、基于上述技术问题，本技术公开了面向条带状北斗地基增强网空间误差建模评估方法及装置；其所述面向条带状北斗地基增强网空间误差建模评估方法，具体为：

2、获取增强网中各参考站的平面坐标，并根据所述参考站空间分布确定带状网络主方向，建立带状主方向坐标系；将所述参考站坐标和待评估位置坐标投影到所述带状主方向坐标系；所述参考站为坐标已知的观测站；

3、对所述参考站进行三角剖分，得到多个局部三角网单元；

4、根据所述待评估位置的重心坐标，计算所述待评估位置处的曲面采样距离因子；根据所述曲面采样距离因子得到曲面采样误差分量；

5、构建所述参考站之间的有效边集合，根据所述有效边集合计算所述待评估位置的梯度协方差矩阵，并根据所述梯度协方差矩阵得到待评估位置的梯度协方差误差分量；

6、根据待评估位置相对于所述三角网的重心坐标，计算外推强度因子；根据所述当前三角网单元形状计算网型形状放大因子；结合所述外推强度因子和所述网型形状放大因子计算外推放大因子；

7、根据所述曲面采样误差分量、所述梯度协方差误差分量和所述外推放大因子生成综合空间误差场；

8、基于评价区域内的所述综合空间误差场计算无量纲服务风险指数和无量纲误差尾部比。

9、优选的，所述获取增强网中各参考站的平面坐标，并根据所述参考站空间分布确定带状网络主方向，建立带状主方向坐标系，具体包括：获取增强网内各所述参考站的平面坐标，根据参考站空间分布确定带状网络主方向，并将第i个参考站坐标表示为，其中为沿带状方向坐标，为垂直于带状方向的横向坐标；

10、待评估位置表示为，其中s和n由待评估位置平面坐标投影至带状局部坐标系得到；

11、所述主方向由参考站坐标通过主成分分析、中心线拟合、铁路中心线、河流中心线或道路中心线中的任一方式确定。

12、优选的，所述对所述参考站进行三角剖分，得到多个局部三角网单元，具体包括：

13、对于待评估位置，若x位于三角网单元内部，则选择其所在三角网单元作为当前计算单元，若x位于三角网外部，则选择外推强度最小的三角网单元作为当前外推计算单元。

14、优选的，所述根据所述待评估位置的重心坐标，计算所述待评估位置处的曲面采样距离因子；根据所述曲面采样距离因子得到曲面采样误差分量，具体包括：

15、对于当前三角网单元的三个顶点参考站坐标，计算待评估位置x对应的重心坐标，并满足；

16、重心坐标向量可由计算，其中；

17、曲面采样距离因子为：；其中表示第i个参考站对待评估位置的绝对重心权重，表示第i个参考站与待评估位置之间的平面距离，表示距离平方项；

18、曲面采样误差分量为：得到，其中为曲面采样误差比例系数。

19、优选的，所述构建所述参考站之间的有效边集合，根据所述有效边集合计算所述待评估位置的梯度协方差矩阵，并根据所述梯度协方差矩阵得到待评估位置的梯度协方差误差分量，具体包括：有效边集合由三角剖分边、相邻参考站边、距离阈值内参考站边或全连接边中的至少一种构成；

20、对于有效边集合中的参考站边i-j，构造边向量，由所有有效边组成设计矩阵a；

21、对于每条有效边，计算边长，并构造边权，其中表示单位尺度下的大气差分误差标准差，表示边长衰减系数，表示参考边长尺度，表示边长衰减指数；

22、由所有边权构成权阵，并计算梯度协方差矩阵；当矩阵病态或不可逆时，采用广义逆、正则化或最小特征值约束进行计算；

23、待评估位置处的梯度协方差误差分量为，其中表示梯度误差比例系数，表示待评估位置相对于评价基准点的坐标向量，计算方法为；为评价基准点，取三角形重心、网络几何中心、参考站均值坐标或服务区域中心中的任一种。

24、优选的，所述根据待评估位置相对于所述三角网的重心坐标，计算外推强度因子；根据所述当前三角网单元形状计算网型形状放大因子；结合所述外推强度因子和所述网型形状放大因子计算外推放大因子，包括：

25、所述外推强度因子为：，其中表示待评估位置相对于第i个三角形顶点的重心坐标，表示第i个方向上的外推分量；当待评估位置位于三角网内部时，；当待评估位置位于三角网外部时，；

26、所述网型形状放大因子为：，

27、其中为形状放大系数，为参考长宽比阈值，为形状放大指数；当三角网单元形状接近均衡时，接近1；当三角网单元狭长或近似共线时，增大；

28、，为当前三角网单元的长宽比；其中表示三角网单元最大边长或最大跨度，表示相对于最大跨度方向的有效高度；，，其中表示三角形三条边长，表示三角形面积；

29、外推放大因子为：，

30、其中表示外推放大系数，表示所述网型形状放大因子，表示所述外推强度因子，表示外推非线性指数；当待评估位置位于三角网内部时，；当待评估位置位于三角网外部时，。

31、优选的，所述根据所述曲面采样误差分量、所述梯度协方差误差分量和所述外推放大因子生成综合空间误差场，具体为：

32、首先计算基础空间误差分量；

33、再计算综合空间误差评估值；

34、展开后，；

35、评价区域内所有待评估位置的  共同构成综合空间误差场。

36、优选的，所述基于评价区域内的所述综合空间误差场计算无量纲服务风险指数和无量纲误差尾部比，具体为：

37、无量纲服务风险指数为，其中表示服务允许误差阈值；，表示综合空间误差场的95%分位值；整网统计的评价区域可由三角网内部区域、网络边界外侧缓冲区域、实际服务区域或用户指定区域中的至少一种构成；

38、当时，表示增强网整体误差水平满足预设服务要求；当时，表示评价区域内存在超过服务允许误差阈值的区域；

39、评价区域内综合误差均值为：，无量纲误差尾部比为：，其中，表示评价区域内综合误差均值，表示评价区域内参与统计的格网点数量。用于描述误差场空间分布的不均匀程度，越大表示少数区域存在更明显的高误差尾部，越接近1表示评价区域内误差场分布越均匀。

40、面向条带状北斗地基增强网空间误差建模评估装置，包括坐标系构建模块、三角网单元构建模块、三角网单元构建模块、梯度协方差误差分量计算模块、外推放大因子计算模块、外推放大因子计算模块及指标计算模块，具体为：

41、坐标系构建模块获取增强网中各参考站的平面坐标，并根据所述参考站空间分布确定带状网络主方向，建立带状主方向坐标系；将所述参考站坐标和待评估位置坐标投影到所述带状主方向坐标系；所述参考站为坐标已知的观测站；

42、三角网单元构建模块对所述参考站进行三角剖分，得到多个局部三角网单元；

43、曲面采样误差分量计算模块根据所述待评估位置的重心坐标，计算所述待评估位置处的曲面采样距离因子；根据所述曲面采样距离因子得到曲面采样误差分量；

44、梯度协方差误差分量计算模块构建所述参考站之间的有效边集合，根据所述有效边集合计算所述待评估位置的梯度协方差矩阵，并根据所述梯度协方差矩阵得到待评估位置的梯度协方差误差分量；

45、外推放大因子计算模块根据待评估位置相对于所述三角网的重心坐标，计算外推强度因子；根据所述当前三角网单元形状计算网型形状放大因子；结合所述外推强度因子和所述网型形状放大因子计算外推放大因子；

46、综合空间误差场生成模块根据所述曲面采样误差分量、所述梯度协方差误差分量和所述外推放大因子生成综合空间误差场；

47、指标计算模块基于评价区域内的所述综合空间误差场计算无量纲服务风险指数和无量纲误差尾部比。

48、优选的，一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行执行上述方法步骤。

49、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

50、本技术面向铁路、河流、道路、管廊、输电通道等带状连续服务场景，能够对整个带状服务区域建立连续空间误差场，而非仅对离散参考站、离散格网点或少量检核点进行评价；

51、本技术能够将带状增强网沿带方向约束较强、横向方向约束较弱的特点统一到同一局部坐标系中分析，从而反映条带边缘区、横向外推区和狭长网元区的误差变化；

52、本技术能够通过曲面采样误差分量反映参考站离散采样对连续大气误差面的影响，通过梯度协方差误差分量反映二维大气梯度估计的几何约束能力，通过外推放大因子反映网外区域和几何退化区域的误差放大效应；

53、本技术能够基于连续空间误差场识别全域范围内的高误差区域，为服务范围设定、参考站加密和布设方案优化提供依据；

54、本技术能够通过  和  两个无量纲指标实现不同网型、不同尺度、不同服务宽度和不同参考站布设方案之间的定量比较。