基于GPSOne技术的智能手机定位精度及可靠性研究

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基于GPSOne技术的智能手机定位精度及可靠性研究
    任  超，吴  伟，彭家由百，黄  鹰，戴  鑫
    (桂林理工大学土木与建筑工程学院，广西桂林541004)
Research on Positioning Precision and Reliability Based on GPSOne
    Technology of Smartphone
    REN Chao, WU Wei, PENG Jiadi, HUANG Ying, DAI Xin
摘要：结合当前国内外对智能手机的研究状况，以及桂林市二调控制点成果资料，系统地探讨智能手机在绝对定位模式下，定位
稳定性、合适的定位观测时问、观测值中所含误差的性质等。通过对比研究发现，手机定位中系统误差占有绝对主导地位，认为改
正系统误差是提高智能手机定位精度的重要途径。实践证明，基于CPSOne技术的智能手机替代传统的单点定位型手持CPS接
收机足完全可行的。
关键词：CPS智能手机；内／外符合精度；稳定性；绝对定位精度
    随着卫星导航定位设备的小型化、芯片化以及
3G业务在中国的开展‘l'21，GPS+措载Windows
mobile操作系统的智能手机（PPC手机）的导航方式
也越来越常见。据Gartner公司的统计数据显示，
2010年全球智能手机终端用户销量共计2. 97亿，
较2009年增长72. 1%；智能手机在全部移动通信
设备总销量中占比达到了18. 6%，较2009年提升
了4. 40-/0‘3]。目前，GPS智能手机定位的标称精度
一般在±(5 -10)m，但对其在测绘行业实用中能否
替代传统单点定位型手持GPS接收机尚缺乏系统研
究。因此，系统地研究GPS智能手机定位的可靠性，
探讨如何改善其测量精度等具有重要的实用意义。
    一、GPSOne定位技术
    GPSOne综合了GPS、CDMAIX(码分多址分组数
据交换网络)、GIS和互联网技术，是美国高通公司基
于位置业务而开发的定位技术，采用Client/Server方
式‘4]，其定位原理如图1所示。与现有的手持GPS接
收机相比，基于GPSOne技术的智能手机具有如下
特点：
    1)终端任务上迁。GPSOne技术简化了将终端
的工作，将卫星扫描及定位运算等最繁重的工作从终
端侧转移到网络侧的定位服务器，从而提高了终端的
定位精度、灵敏度和冷启动速度，降低了终端耗电。
    2)I作可靠性更高。GPSOne对GPS信号更
敏感，更容易接收到GPS信号，可以接收低至
-156 dB的GPS信号‘5]。而且在GPS卫星信号和
无线网络信号都无法单独完成定位的情况下，
GPSOne系统会组合这两种信息源，只要有一颗卫星
和一个小区站点就可以完成定位。
    3)成本较低。实现单机亚米级定位精度的手
持GPS接收机价格一般在万元以内，而智能手机在
千元以内都能购买。现有通信网络无须改造即可
提供GPSOne定位功能，即无须额外投入改造费用。
服务费用由通信服务商确定，对于规模应用，价格
可以相应调整，而且随着通信技术的发展，服务费
用会越来越低廉。
  4)功能更加完善。智能手机除了具备普通手
机的功能外，还具备了PDA的大部分功能，特别是
个人信息管理以及基于无线数据通信的浏览器、
GPS和电子邮件等功能。
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┃GPS ┃  参考GPS信寸 ┃                  ┃
┃卫星┃              ┃    定位解算中心  ┃
┣━━┻━━━━━━━┫                  ┃
┃  J部分GPS信号      ┃                  ┃
┃上定位              ┃                  ┃
┃冀黎瞪回一          ┃                  ┃
┣━━━━━━━━━━┫                  ┃
┃    信息            ┃                  ┃
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    图l    CPSOne定位技术原理图
二、定位稳定性研究
1．观测时长与定位稳定性的试验
在试验中，采用诺基亚5800和HTC touch pro
收稿日期：2011-08-16
基金项目：lkl家自然科学基金(41071294)；广西科学基金(0991023)；广西研究生科研创新计划(2010105960816M37)
作者简介：任超（1974-），男，河南鹿邑人，博士，副教授，主要从事GPS高精度数据处理及其应用的研究工作。2012年第2期    任超，等：基于CPSOne技术的智能手机定位精度及可靠性研究    55
T7272野外实测了两个点。其中，N059观测点条件
良好，1320观测点处于相隔50 m左右的两排高压输
电线中间。在同一个点上每30 s记录一次观测结
果，其观测结果如表1所示，测量结果保留到分米。
表l中，时间0.0 min表示动态观测结果，即到达某
地时立即记录下观测的定位结果。
表1  智能手机不同时长的定位结果
    从表l可以看出，所使用的两台智能手机测量
的稳定性与时间的关系是一致的，当在1个点上持
续观测3 nun以上时，x、y互差最大值均在3m以
内，其观测结果基本达到稳定状态。从表1中观测
时间为0.0 min这栏可以看出，它与3 min及以后的
观测值相比较，戈坐标值差值最大为20 m左右，最
小的达Im左右；y坐标最大的差值在7m左右，最
小差值在Im左右。显然，动态观测结果跳跃较大，
稳定性较差。
  2．内符合稳定性试验
  仪器的精度是建立在仪器的稳定性之上的，也
是评价其可靠性的基础‘6]。试验中通过不同时段
对相同点的重复观测来研究手机定位的稳定性，重
复观测分往测和返测两个时段，在相同的点位上进
行两次重复测量，共计6个点，重复观测结果往返洌
求差，结果如表2所示。
表2单点定位重复测量较差    m
续表2    m
    由表2可见，智能手机实时定位稳定性明显低
于5 min以上的稳定性，而定位时长为5 min、10 min
和15 min的稳定性可以认为是同等的。
  三、绝对定位可靠性试验
  智能手机绝对定位可靠性是指测量结果与其
真实位置的符合程度。为此，将表2中6个控制点
的已知坐标视为其坐标真值，则观测值与其差值可
认为是真误差△。
咀=±
M_=±
M，=±√m：+m：
    根据式(1)可算得4种不同观测时长的绝对定
位精度，结果如表3所示。表3说明，就绝对定位而
言，实时定位精度与定位时长为5 min、10 min、
15 min的定位精度相当，但是实时定位观测结果跳
跃较大，稳定性差。
    表3  绝对定位精度统计    m
  中误差    实时    5 min    10 min    15 min
    肘，    ±8. 15    +7. 01    t7. 19    +6. 25
    My    t4. 58  +4. 17  t3.94  +4. 57
    M"    +9. 35    +8. 16    +8. 20    +7. 74
四、单点定位系统误差改正与粗差剔除
    实测观测值与其真值比较，X方向误差均偏大，y
方向误差均偏小（如表3所示）。由此可见，智能手机
定位存在着明显的系统误差，需要进行误差模拟来改
善系统误差对单点定位精度的影响，根据式(2)升算
系统误差均值和经系统误差改正后的结果。
占断=去砉△：
88y=告耋△；
戈=Z - 88x
y=y - 88y
(2)
（下转第84页）
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2014-10-1 07:23 上传

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