北斗RTK在地形測繪中的優(yōu)越性

黎峻宇，劉立龍，蔡成輝，黃良珂

（1.桂林理工大學 廣西礦冶與環(huán)境科學實驗中心，廣西 桂林 541004；2.桂林理工大學 測繪地理信息學院，廣西 桂林 541004； 3.廣西空間信息與測繪重點實驗室，廣西 桂林 541004）

傳統(tǒng)的GPS-RTK只能接受GPS、GLONASS導航衛(wèi)星信號。由于GPS衛(wèi)星空間組成和信號強度等原因，我國中、低緯度地區(qū)每天總有2次盲區(qū)，每次20～30 min。特別是每天中午12點～13點，此時間段GPS-RTK很難得到固定解,尤其在山林、樓房密集地區(qū)，RTK信號容易被遮擋，信號強度低，容易造成失鎖[1]。北斗RTK可以接受GPS、GLONASS、北斗3種導航衛(wèi)星信號，且“北斗”特有的IGSO衛(wèi)星設(shè)計,對中國區(qū)域進行了局部增強，理論上不存在必然的盲區(qū)，在山林、樓房密集地區(qū)也可得到固定解。本文用南方測繪儀器公司生產(chǎn)的北斗RTK（S86-2013）與GPS-RTK（S86T），在特定的時間段進行實驗對比，用實測數(shù)據(jù)分析北斗RTK在地形測繪中的優(yōu)越性。

1 北斗RTK簡介

北斗RTK是基于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的RTK技術(shù)，可視衛(wèi)星多，衛(wèi)星高度角大，能夠長時間以低PDOP值進行工作；能兼容其他3大定位系統(tǒng)，并可自由切換，保證高標準定位精度[2]。最初，北斗系統(tǒng)是覆蓋我國本土及周邊海域的區(qū)域性衛(wèi)星導航系統(tǒng)，覆蓋范圍為東經(jīng)70°～145°，北緯5°～55°，在全國范圍內(nèi)具有良好的導航定位信號?，F(xiàn)在北斗系統(tǒng)又得到了更進一步的發(fā)展和完善，在我國領(lǐng)土范圍內(nèi)不會存在必然的信號盲區(qū)，比GPS-RTK具有更好的信號接收能力[2]。

2 實驗分析

在同時段，觀測條件相同的情況下，鎖定衛(wèi)星數(shù)、固定解個數(shù)、PDOP值、點位觀測平面中誤差、點位觀測中誤差是衡量RTK優(yōu)劣性的重要參考指標。

（x，y，z）表示測量點空間坐標參考值，（xi，yi，zi）表示RTK觀測所得空間坐標。點位觀測在x、y、z軸方向上的誤差分別為：

x、y、z（高程）軸方向上的中誤差分別為：

點位觀測平面中誤差為：

點位觀測中誤差為：

2.1 前期準備

選擇一個對空視野較好的6層樓頂作為實驗區(qū)，該樓頂有3面連接在一起且相互垂直的墻（高3 m），同時周圍不存在強無線電網(wǎng)絡(luò)干擾源，測區(qū)概況見圖1。在該區(qū)域?qū)找曇白顚挸ㄌ?，選一點作為基準站點，在連接的中間墻體兩端及中間選3點A、B、C分別作為90°、180°、270°信號屏蔽情況下的待測點。

在整個數(shù)據(jù)采集工作開始前，首先參考星歷預報軟件提供的指定時間和區(qū)域內(nèi)的可見衛(wèi)星數(shù)量、可供觀測的衛(wèi)星星座編號以及PDOP值的變化情況，制定詳盡的觀測計劃。保證對空視野開闊情況下，每個觀測時段的有效觀測衛(wèi)星總數(shù)大于6顆，幾何精度因子PDOP值小于4[3]。

圖1 測區(qū)墻體及實驗點點位分布示意圖

2.2 數(shù)據(jù)采集

取點位精度較高的首級控制點作為基準點，使用全站儀對A、B、C三點進行測量。本次使用的全站儀測角精度為2"，測距精度是2+2×10-6，完全可以達到各種比例尺地形圖測繪的要求，故將全站儀采集到的坐標作為該3點的坐標參考值。

根據(jù)觀測計劃，選擇了觀測條件相似的兩天，在同一時段（本次實驗是從中午12：00～13：00），分別用2種系統(tǒng)的RTK測量。測量的方式是：將基準站、移動站分別架設(shè)在已知點和待測點上，實行強制對中，減少操作誤差；使用基準站假設(shè)在已知點上進行校正，啟用自動采集模式，采樣間隔為15 s，固定解時采集，單點解和浮點解過濾。

2.3 數(shù)據(jù)分析

從圖2、圖3可以看出，相同屏蔽情況下，北斗RTK絕大部分時間鎖定衛(wèi)星數(shù)更多，持續(xù)時間長，特別在270°信號屏蔽情況下，GPS-RTK已經(jīng)失鎖，北斗RTK仍可以很快鎖定13顆以上衛(wèi)星；北斗RTK的PDOP值絕大部分時間都小于GPS-RTK對應(yīng)PDOP值，當GPS-RTK精度因子過大無法采集數(shù)據(jù)時，北斗RTK的PDOP值還控制在4左右。

圖4、圖5和表1顯示，北斗RTK獲得的固定解個數(shù)比GPS-RTK多，在獲得固定解的效率上具有明顯優(yōu)勢，尤其在270°信號屏蔽情況下，北斗RTK還能夠快速獲得固定解。相同屏蔽情況下北斗RTK點位觀測平面誤差和點位觀測誤差絕大部分時間較GPSRTK對應(yīng)誤差更小、變化相對更小，波動不大，且北斗RTK點位觀測平面中誤差及點位觀測中誤差較小，可以滿足各種比例尺地形圖測繪的要求。

圖2 不同屏蔽情況鎖定衛(wèi)星數(shù)分布圖

圖3 不同屏蔽情況PDOP值分布圖

圖4 不同屏蔽情況點位觀測平面誤差分布圖/m

圖5 不同屏蔽情況點位觀測誤差分布圖/m

表1 不同系統(tǒng)RTK固定解數(shù)、中誤差統(tǒng)計表/m

3 結(jié) 語

相同屏蔽情況下，GPS-RTK已經(jīng)失鎖，北斗RTK仍可以很快鎖定13顆以上衛(wèi)星，北斗RTK鎖定衛(wèi)星能力突出，且數(shù)量穩(wěn)定；北斗RTK獲得的固定解效率更高，GPS-RTK失鎖時，北斗RTK還能夠快速獲得固定解；北斗RTK對應(yīng)PDOP值更小，且趨向穩(wěn)定；北斗RTK采集坐標點位觀測平面誤差及點位觀測誤差更小，波動很小，北斗RTK點位觀測平面中誤差及點位觀測中誤差較小。

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