北斗RTK在铁路勘测中应用研究及精度分析

魏　好　梁　永

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

Application and accuracy analysis of BDS RTK in Railway Survey

WEI Hao　LIANG Yong

北斗RTK在铁路勘测中应用研究及精度分析

魏好梁永

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)

Application and accuracy analysis of BDS RTK in Railway Survey

WEI HaoLIANG Yong

摘要研究试验BDS、GPS、BDS+GPS三种RTK测量模式下水平和高程精度情况，分析不同定位模式间坐标较差，比较测量结果与已知点间的坐标较差。研究结果表明，BDS RTK定位精度与GPS RTK基本相当，满足铁路测量规范的要求；BDS和GPS组合RTK定位在山区、林区和城区作业环境困难地区较单系统定位更具优越性。

关键词北斗RTK铁路勘测精度分析

1概述

北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是由GEO、IGSO、MEO组成的混合星座，其中GEO 卫星轨道高度35786 km，MEO卫星轨道高度21528 km，IGSO 卫星轨道高度35786 km。北斗卫星采用码分多址技术识别和处理不同卫星的信号，与GPS系统具有互操作性，整个系统运行稳定，已经具备为整个亚太地区提供正式服务的能力。

北斗RTK是一种基于载波相位观测值的实时动态定位技术，能够实时提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果并达到厘米级精度。在 RTK 作业模式下，基准站通过无线电数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站，流动站接收来自基准站的载波相位信息，同时接收来自于卫星的载波相位信息，并组成相位差分观测值进行实时定位。

对BDS RTK在铁路勘测项目中应用进行试验，并就定位精度与GPS RTK精度进行对比分析。基于卫星的定位技术，系统的可用性、定位结果的可靠性和精度在很大程度上取决于观测到的卫星的数量，尤其在林区、城区和山区这些作业条件下，可见卫星的数量往往是不够的，试验BDS、GPS组合RTK测量，对组合定位测量是否可以有效提高定位精度、可靠性和作业效率进行分析，并与单系统RTK测量精度进行对比。

2BDS/GPS可见卫星数和PDOP值分析

采用星历预报软件对GPS、BDS单系统及组合系统可同时观测的卫星数以及24 h内PDOP值变化情况进行统计分析。以津保线天津试验区为例，其一天24 h中可见卫星及PDOP值统计情况如下，概略经纬度39°N、117°E，截止高度角15°，预报结果见图1～图3。

从星历预报图中可以看出，该区域可同时观测的GPS、BDS卫星数相当可观，GPS卫星6颗以上，BDS卫星8颗以上，GPS+BDS卫星数基本在16颗以上。

通过表征卫星空间分布优劣的PDOP值可以看出，BDS卫星观测的PDOP值比GPS观测的PDOP值大，表明BDS空间几何结构较GPS差。GPS+BDS组合观测其可用卫星数明显增多，其PDOP值明显减小，说明组合定位卫星空间几何结构明显改善。三种测量模式一般都能满足铁路测量规范PDOP值<6的要求。

3BDS RTK应用试验

BDS RTK测量实验选择在津保铁路天津西站附近，分别选取距离基站1 km(100测点)、3 km(100测点)、7 km(50测点)的地方进行RTK试验，分别采用GPS、BDS、GPS+BDS三种不同定位模式进行RTK测量。采用同样的方法，在京沈客专阜新(东北)、偏兴铁路兴县(西部)进行了BDS RTK测量试验，每个区域测量50个点，同一测点采用三种不同定位模式RTK测量。

3.1　不同定位模式水平及垂直精度统计

在津保铁路天津区域对测点的平面和高程精度进行统计(见表1～表3)。

采用同样的方法，京沈客专、偏兴铁路RTK测量统计结果见表4～表5。

从上述分析看出，BDS RTK定位精度可以达到厘米级，但定位精度略逊于GPS RTK，组合RTK与GPS RTK定位精度基本相当。

3.2　不同定位模式间坐标比较

将津保铁路、京沈客专、偏兴铁路BDS、BDS+GPS测量结果分别与GPS测量结果进行坐标和高程对比，比较结果表6～表8所示。

从上述分析看出，BDS RTK与GPS RTK测量坐标和高程较差RMS为±3 cm。

3.3　BDS RTK测量坐标与已知点坐标较差比较

对20个已知CPI、CPII点进行BDS RTK检核测量，平面较差RMS为±12.2 mm，高程较差RMS为±23.1 mm，满足工程测量规范RTK测量精度要求。

3.4　BDS+GPS组合RTK试验

BDS+GPS组合RTK测量选择在城区、林区等作业条件差的地方，对GPS+BDS组合定位获得固定解的100个测点数据进行分析(三种定位模式都未得到固定解的情况没进行统计)，结论如下：

采用GPS+BDS模式测量，平面精度RMS为±2.5 cm，高程精度RMS为±3.9 cm，各项指标满足铁路测量规范要求；在观测条件差且组合定位可以获得固定解的情况下，其GPS可获得固定解的比例占55%，BDS可获得固定解的比例占53%，组合定位固定解较单星模式提高约1倍。

4结束语

综合上述数据分析可以得出如下结论：

(1)BDS RTK定位精度可以满足铁路测量规范RTK测量要求。在空旷区域作业，BDS测量一般满足PDOP值<6的要求。BDS RTK定位精度与GPS RTK定位精度相当，精度达到厘米级。但GPS定位精度相对比较稳定，精度较BDS、GPS+BDS高，GPS+BDS组合定位精度又较单BDS高。GPS RTK平面精度在2 cm、高程精度3 cm以内；BDS RTK 平面精度在3 cm、高程精度5 cm以内；GPS+BDS组合RTK测量平面精度在2 cm、高程精度4 cm以内。

(2)从试验数据来看，BDS RTK定位最好在10颗以上可见北斗卫星的情况下，可以获得较好的的成果。BDS RTK定位精度相对较低的原因，主要是由于BDS空间卫星为GEO、MEO、IGSO三种异质卫星构成的混合星座，虽有5颗卫星相对地球静止且全部可见，但轨道误差较大，加上其余的卫星整体构成的BDS空间几何结构较差。PDOP值越大，表明卫星分布范围越小，空间结构越差，这也是BDS定位精度相对较低的直接原因。

(3)GPS+BDS组合定位精度不一定比单系统定位精度高，一般情况下比单GPS定位精度低，比单BDS定位精度高；在观测条件差的区域，绝大多数情况下单星固定时间比较慢，GPS+BDS固定时间较快。采用GPS+BDS作业模式更适合在城区、林区和山区勘测，可用卫星数增多，初始化时间缩短，能够有效地提高作业效率。

参考文献

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中图分类号：P228.4

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)05-0022-03

作者简介：第一魏好(1984—)，男，工程师。

收稿日期：2015-07-20