北斗RTK在地形測繪中的優越性

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）

傳統的GPS-RTK只能接受GPS、GLONASS導航衛星信號。由于GPS衛星空間組成和信號強度等原因，我國中、低緯度地區每天總有2次盲區，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，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種導航衛星信號，且“北斗”特有的IGSO衛星設計,對中國區域進行了局部增強，理論上不存在必然的盲區，在山林、樓房密集地區也可得到固定解。本文用南方測繪儀器公司生產的北斗RTK（S86-2013）與GPS-RTK（S86T），在特定的時間段進行實驗對比，用實測數據分析北斗RTK在地形測繪中的優越性。

1 北斗RTK簡介

北斗RTK是基于北斗衛星導航系統的RTK技術，可視衛星多，衛星高度角大，能夠長時間以低PDOP值進行工作；能兼容其他3大定位系統，并可自由切換，保證高標準定位精度[2]。最初，北斗系統是覆蓋我國本土及周邊海域的區域性衛星導航系統，覆蓋范圍為東經70°～145°，北緯5°～55°，在全國范圍內具有良好的導航定位信號。現在北斗系統又得到了更進一步的發展和完善，在我國領土范圍內不會存在必然的信號盲區，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，鎖定衛星數、固定解個數、PDOP值、點位觀測平面中誤差、點位觀測中誤差是衡量RTK優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，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絡干擾源，測區概況見圖1。在該區域對空視野最寬敞處，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。

在整個數據采集工作開始前，首先參考星歷預報軟件提供的指定時間和區域內的可見衛星數量、可供觀測的衛星星座編號以及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星總數大于6顆，幾何精度因子PDOP值小于4[3]。

圖1 測區墻體及實驗點點位分布示意圖

2.2 數據采集

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種系統的RTK測量。測量的方式是：將基準站、移動站分別架設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 數據分析

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星數更多，持續時間長，特別在270°信號屏蔽情況下，GPS-RTK已經失鎖，北斗RTK仍可以很快鎖定13顆以上衛星；北斗RTK的PDOP值絕大部分時間都小于GPS-RTK對應PDOP值，當GPS-RTK精度因子過大無法采集數據時，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獲得的固定解個數比GPS-RTK多，在獲得固定解的效率上具有明顯優勢，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星數分布圖

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RTK固定解數、中誤差統計表/m

3 結 語

相同屏蔽情況下，GPS-RTK已經失鎖，北斗RTK仍可以很快鎖定13顆以上衛星，北斗RTK鎖定衛星能力突出，且數量穩定；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PDOP值更小，且趨向穩定；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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