基于北斗导航的高精度测绘定位系统设计

黄逸宇

摘要：常规的高精度测绘定位系统使用TIN（Triangular Integration Network）三角集成网络匹配定位测绘信息，易受地形地貌影响，导致测绘定位轨迹偏差较高，因此需要基于北斗导航设计一种全新的高精度测绘定位系统。硬件部分设计了ADIS16488惯性传感器、霍尔传感器，以及winbond存储芯片存储芯片，软件部分根据观测基准，基于北斗导航固定了测绘模糊度参数，设计了高精度测绘功能模块，从而完成了高精度测绘定位。系统测试结果表明，设计的高精度北斗导航测绘定位系统的定位轨迹偏差较小，证明设计的测绘定位系统的性能良好，有一定的应用价值，为后续的复杂地形地质勘探作出了一定的贡献。

关键词：北斗导航；高精度；测绘；定位；设计

一、前言

测绘指的是测量或勘察某地区的地形、地质条件，并绘制相应的工程图像[1]。近几年，我国的工程建设、矿产资源开采等领域均广泛地应用到了测绘技术。在测绘的过程中[2]，需要利用遥感等技术获取地面中的测绘特征点，绘制特征点位置信息，进行有效定位，为后续的矿产资源开采、工程建设作参考[3]。测绘图像中表达的信息较丰富，包括地表特点，地理要素、空间属性等，使用的仪器种类也较多[4]，即三维激光扫描仪、全站仪、GPS接收机等。研究表明，在某些地形较复杂的区域，使用常规的测绘技术无法全面采集测绘定位信息，针对该问题，需要设计一种有效的高精度测绘定位系统。

事实上，在测绘过程中，受外界环境影响，极易出现测绘误差，必须要对采集到的测绘定位数据进行校准，才能获取准确的测绘信息。相关研究人员针对测绘定位的特点提出了几种常规的高精度测绘系统，第一种为基于数字化制图技术的高精度测绘定位系统，其主要利用GPS获取测绘信号，构建有效的三维测绘模型完成高精度测绘定位；第二种为智能高精度测绘定位系统，其主要利用PIG测量装置采集测绘数据，再使用制定的智能软件进行测绘校准，实现测绘定位。但上述两种高精度测绘定位系统均需要使用三角集成网络进行测绘定位匹配，极易受复杂环境的影响，导致定位轨迹偏差过高，不满足目前的高精度测绘定位需求，因此本文基于北斗导航，设计了一种全新的高精度测绘定位系统。

二、硬件设计

（一）ADIS16488惯性传感器

为了满足系统的高精度定位测绘需求，需要在系统中设置一个有效的惯性定位装置，提高系统的动态定位性能，因此，本文选取ADIS16488惯性传感器作为系统的核心传感器。该传感器由加速度中心、压力传感中心等若干个模块组成，可以根据测绘地形条件进行动态校准，降低系统的测绘耗时，提高系统的测绘性能，为了使其满足系统的运行需求，本文设计了有效的ADIS16488惯性传感器参数，如下表1所示。

由表1可知，ADIS16488惯性传感器的测量精度较高，量程范围较广，在复杂的地形下仍能有效地获取运动载体的测绘定位信息，除此之外，其还能快速启动，满足本文设计的高精度测绘定位系统需求。

（二）霍尔传感器

在测绘过程中，地势等因素经常会造成较大的测绘波段，影响实际测试结果，为了有效地获取测绘位移，需要将霍尔传感器置于设计的系统内，仅根据传感器内部的电压变化可以快速判断测绘位移。

在霍尔效应下，快速变化的磁场会产生较大的电磁波动，从而形成电势差，此时可以将霍尔传感器看成一种集成电路，即输出电压与外部磁场强度呈线性关系。常见的霍尔传感器包括开关型、锁键型，其中开关型主要使用BOP、BRP感应磁感强度，获取相关的信息，而锁键型则需要结合电平锁存状态获取BRP反向磁感强度。针对上述特点，本文设计的系统选取开关型霍尔传感器作为系统的核心传感器。

（三）winbond存储芯片

在高精度测绘定位的过程中，会生成大量的测绘定位数据，若这部分数据未能有效地存储，会造成测绘定位系统卡顿，影响测绘系统的综合性能，针对该问题，本文选取了winbond芯片作为系统的存储芯片，该存储芯片的参数如下表2所示。

由表2可知，winbond存储芯片的存储性能良好，能快速处理来自测绘采集中心的测绘数据，除此之外，该存储芯片能定期有效地存储各种类型的测绘数据，避免系统卡顿，有效地提高了高精度测绘定位系统的使用性能。

三、软件设计

（一）基于北斗导航固定测绘模糊度参数

为了解决三角集成网络在匹配测绘定位信息时出现的测绘定位轨迹偏差问题，提高测绘精度，本文基于北斗导航固定了测绘模糊度参数，北斗导航主要由空间星座、终端、运控系统组成，因此本文利用北斗导航采集了定位测绘信息，通过接收机确定载波相位，有效地固定测绘模糊度参数。首先需要结合北斗导航采集的信息确定模糊度参数影响因素，其一是接收机端出现的相位偏差，其二是接收机信号出现的相位延迟，结合上述影响因素可以得到有效的模糊度表达式B，如下（1）所示。

公式（1）中，代表初始模糊度，代表接收端偏差，代表卫星端偏差。此时可以假设模糊度参数为定值，对钟差参数的相位进行估计，得出的组合模糊度参数如下（2）所示。

公式（2）中，代表宽巷模糊度，代表波长。结合上述公式可以生成有效的模糊度参数固定算法，即首先处理来自北斗导航的数据，获取数据的单差宽巷模糊度及无电离层组合模糊度，输出FCBS，从而得到模糊度固定解，此时得到的测绘模糊度参数如下（3）所示。

公式（3）中，代表模糊度相关性，代表模糊度选项，代表固定平滑参数。此时经过固定的模糊度参数存在最优解，可以根据各个历元的平均值对其进行均方差求解，最终得到的参数固定值如下（4）所示。

公式（4）中，代表最接近的固定整数，代表FCB宽巷，K代表固定方差，结合上述均方差求解式可以快速固定测绘模糊度参数，有效地进行测绘定位匹配，最大程度上提高测绘精度。

（二）设计高精度测绘功能模块

结合上文的模糊度参数固定效果可以设计系统内部的有效功能模块。第一部分首先设计系统的登录模块，该模块可以填写用户的个人信息，进行安全校验，若出现了非法字符，需要再次验证，重新进行注册。当用户填写个人信息后，该模块可以立即进行本地校验，确认用户名与密码是否正确，并作出相应的登录反馈。第二部分是蓝牙传输模块，该模块是高精度测绘系统的核心模块，其可以传输测绘到的信息，该模块的运行流程图如下图2所示。

由图1可知，应用该模块可以快速进行测绘信息共享，建立有效连接提高系统的测绘数据传输性能。

第三部分是自定义绘图模块，用户可以通过该模块拍照获取测绘信息，进入自定义测绘界面，在该界面设置了有效的线性布局，包括二维坐标、Image View控件等。用户可以根据自身的使用需求选取相应的工具进行测绘。为了降低测绘难度，该模块还设置了各种快捷键，帮助用户快速进行测绘、一键删除等。

第四部分是图片标记模块，该模块可以从相册中获取测绘图片，调整测绘系统的控件位置。主要包括两个执行步骤，即拍照、获取图片，为了提高系统的综合性能，该模块还设置了有效的图片存储路径，方便用户进行自定义测绘。第五部分是数据清单模块，该模块主要使用Image View控件调整数据清单。除此之外，在该模块内部还设置了Viewpager+Fragment，便于处理各种格式的测绘数据，提高用户的体验感。在进入数据清单界面后，可以通过左右滑动查找所需的数据，快速获取高精度测绘结果。上述模块相互协作，全面提高了系统的综合性能。

四、系统测试

为了验证设计的高精度测绘定位系统的测绘定位效果，本文搭建了系统测试平台，将其与文献[1]、文献[2]两种高精度测绘定位系统对比，进行系统测试，如下。

（一）测试准备

针对系统测试需求，本文利用GNSS进行单点开发，设计了有效的系统测试平台，测试平台内部设置了多个开源软件包，能使用PPP处理测绘数据，除此之外，该测试平台使用Visual Studio作为开发工具，生成了多个测试模块，该测试平台可以快速处理获取的测绘定位数据，并进行数据解析，进行数据预处理，使数据均满足系统测试的格式需求。在测绘数据处理的过程中，易受到数据流影响，出现较高的测绘定位误差，针对该问题，本文设计的系统测试平台设置了Kalman滤波器进行了误差修正，从而输出有效的测试结果，系统测试处理流程如下图3所示。

由图2可知，经上述步骤处理后的测绘数据格式统一，符合后续的系统测试需求。

（二）测试结果与讨论

结合上述的测试准备，在搭建的测试平台中可以进行高精度测绘定位系统测试，即分别使用本文设计的基于北斗导航的高精度测绘定位系统，文献[1]的基于数字化制图技术的高精度测绘定位系统，以及文献[2]的智能高精度测绘定位系统对选取区域的东向、北向进行测绘，将三种方法的测绘定位轨迹与标准的测绘定位轨迹对比。

本文设计的基于北斗导航的高精度测绘定位系统对选取地区的东向、北向测绘测绘时，生成的测绘定位轨迹与标准测绘定位轨迹相拟合，文献[1]的基于数字化制图技术的高精度测绘定位系统及文献[2]的智能高精度测绘定位系统对选取地区的东向、北向测绘测绘时，生成的测绘定位轨迹与标准测绘定位轨迹偏差较大。证明本文设计的测绘定位系统的测绘定位效果较好，测绘定位偏差较小，满足高精度测绘需求，有一定的应用价值。

五、结语

综上所述，近几年，随着计算机技术的发展，我国的测绘技术也越来越完善，在工程建设与矿山开采中均得到了广泛的应用，在此背景下，各种各样的测绘定位系统应运而生。受特殊地形的影响，常规的高精度测绘定位系统在某些复杂地形生成的测绘定位曲线与标准曲线的偏差较高，不符合目前的高精度测绘需求，因此本文基于北斗导航设计了一种新型高精度测绘定位系统。系统测试结果表明，设计的高精度测绘定位系统的定位精度较高，定位效果较好，有一定的应用价值，可以作为后续各个矿山开采及地质勘察的参考。H

参考文献

[1]李婷婷.基于数字化制图技术的矿山地质测绘精准定位系统[J].世界有色金属，2021（18）：22-23.

[2]任常杰，安文斗，管练武，等.小径管道测绘机器人定位系统设计与实现[J].自动化与仪器仪表，2021（05）：202-205+211.

[3]倪飞，陈红，罗云峰，等.群桩基础周围局部冲刷地形瞬时绘制系统研制[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2022，41（04）：113-119+132.

[4]陈阳.用活遥感技术手段，锚定地理大数据核心定位——访内蒙古自治区测绘地理信息中心党委副书记、主任张瑞新[J].中国测绘，2022（02）：46-50.