北斗RTK在地形测绘中的优越性

黎峻宇，刘立龙，蔡成辉，黄良珂

（1.桂林理工大学 广西矿冶与环境科学实验中心，广西 桂林 541004；2.桂林理工大学 测绘地理信息学院，广西 桂林 541004； 3.广西空间信息与测绘重点实验室，广西 桂林 541004）

传统的GPS-RTK只能接受GPS、GLONASS导航卫星信号。由于GPS卫星空间组成和信号强度等原因，我国中、低纬度地区每天总有2次盲区，每次20～30 min。特别是每天中午12点～13点，此时间段GPS-RTK很难得到固定解,尤其在山林、楼房密集地区，RTK信号容易被遮挡，信号强度低，容易造成失锁[1]。北斗RTK可以接受GPS、GLONASS、北斗3种导航卫星信号，且“北斗”特有的IGSO卫星设计,对中国区域进行了局部增强，理论上不存在必然的盲区，在山林、楼房密集地区也可得到固定解。本文用南方测绘仪器公司生产的北斗RTK（S86-2013）与GPS-RTK（S86T），在特定的时间段进行实验对比，用实测数据分析北斗RTK在地形测绘中的优越性。

1 北斗RTK简介

北斗RTK是基于北斗卫星导航系统的RTK技术，可视卫星多，卫星高度角大，能够长时间以低PDOP值进行工作；能兼容其他3大定位系统，并可自由切换，保证高标准定位精度[2]。最初，北斗系统是覆盖我国本土及周边海域的区域性卫星导航系统，覆盖范围为东经70°～145°，北纬5°～55°，在全国范围内具有良好的导航定位信号。现在北斗系统又得到了更进一步的发展和完善，在我国领土范围内不会存在必然的信号盲区，比GPS-RTK具有更好的信号接收能力[2]。

2 实验分析

在同时段，观测条件相同的情况下，锁定卫星数、固定解个数、PDOP值、点位观测平面中误差、点位观测中误差是衡量RTK优劣性的重要参考指标。

（x，y，z）表示测量点空间坐标参考值，（xi，yi，zi）表示RTK观测所得空间坐标。点位观测在x、y、z轴方向上的误差分别为：

x、y、z（高程）轴方向上的中误差分别为：

点位观测平面中误差为：

点位观测中误差为：

2.1 前期准备

选择一个对空视野较好的6层楼顶作为实验区，该楼顶有3面连接在一起且相互垂直的墙（高3 m），同时周围不存在强无线电网络干扰源，测区概况见图1。在该区域对空视野最宽敞处，选一点作为基准站点，在连接的中间墙体两端及中间选3点A、B、C分别作为90°、180°、270°信号屏蔽情况下的待测点。

在整个数据采集工作开始前，首先参考星历预报软件提供的指定时间和区域内的可见卫星数量、可供观测的卫星星座编号以及PDOP值的变化情况，制定详尽的观测计划。保证对空视野开阔情况下，每个观测时段的有效观测卫星总数大于6颗，几何精度因子PDOP值小于4[3]。

图1 测区墙体及实验点点位分布示意图

2.2 数据采集

取点位精度较高的首级控制点作为基准点，使用全站仪对A、B、C三点进行测量。本次使用的全站仪测角精度为2"，测距精度是2+2×10-6，完全可以达到各种比例尺地形图测绘的要求，故将全站仪采集到的坐标作为该3点的坐标参考值。

根据观测计划，选择了观测条件相似的两天，在同一时段（本次实验是从中午12：00～13：00），分别用2种系统的RTK测量。测量的方式是：将基准站、移动站分别架设在已知点和待测点上，实行强制对中，减少操作误差；使用基准站假设在已知点上进行校正，启用自动采集模式，采样间隔为15 s，固定解时采集，单点解和浮点解过滤。

2.3 数据分析

从图2、图3可以看出，相同屏蔽情况下，北斗RTK绝大部分时间锁定卫星数更多，持续时间长，特别在270°信号屏蔽情况下，GPS-RTK已经失锁，北斗RTK仍可以很快锁定13颗以上卫星；北斗RTK的PDOP值绝大部分时间都小于GPS-RTK对应PDOP值，当GPS-RTK精度因子过大无法采集数据时，北斗RTK的PDOP值还控制在4左右。

图4、图5和表1显示，北斗RTK获得的固定解个数比GPS-RTK多，在获得固定解的效率上具有明显优势，尤其在270°信号屏蔽情况下，北斗RTK还能够快速获得固定解。相同屏蔽情况下北斗RTK点位观测平面误差和点位观测误差绝大部分时间较GPSRTK对应误差更小、变化相对更小，波动不大，且北斗RTK点位观测平面中误差及点位观测中误差较小，可以满足各种比例尺地形图测绘的要求。

图2 不同屏蔽情况锁定卫星数分布图

图3 不同屏蔽情况PDOP值分布图

图4 不同屏蔽情况点位观测平面误差分布图/m

图5 不同屏蔽情况点位观测误差分布图/m

表1 不同系统RTK固定解数、中误差统计表/m

3 结 语

相同屏蔽情况下，GPS-RTK已经失锁，北斗RTK仍可以很快锁定13颗以上卫星，北斗RTK锁定卫星能力突出，且数量稳定；北斗RTK获得的固定解效率更高，GPS-RTK失锁时，北斗RTK还能够快速获得固定解；北斗RTK对应PDOP值更小，且趋向稳定；北斗RTK采集坐标点位观测平面误差及点位观测误差更小，波动很小，北斗RTK点位观测平面中误差及点位观测中误差较小。

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