gps_rtk技术在道路勘测中的应用本科学生毕业论文(编辑修改稿)

gps_rtk技术在道路勘测中的应用本科学生毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

......................................................................................................... 41 结论 ...................................................................................................................................... 42 参考文献 ............................................................................................................................. 43 致谢 ...................................................................................................................................... 44 黑龙江工程学院本科生毕业论文 1 第 1章 绪 论 1957年 10月 4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功，标志着人类进入了空间技术的新时代，近 40年来，由于卫星测量的发展，特别是 GPS全球卫星定位系统的成功建立和应用，使测绘经历了 一场深刻的技术革命。 GPS (Global Positioning System ) 全球定位系统是以卫星为基础的无线电导航系统 , 可为航空、航天、陆地、海洋等用户提供三维导航、定位和定时服务。 该系统由24颗卫星组成，卫星分布在相隔 60176。 的 6个轨道面上，轨道倾角 55176。 ，卫星高度 20200km，卫星运行周期 11h58m， 这样在地球上任何地点，任何时间都可接受 4颗卫星运行定位，从而可以实现全天候三维导航定位。 由于 GPS具有实时提供三维坐标的能力，因此在民用、商业、科学研究等方面得到了广泛的应用。 它不仅具有全球 性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。 从静态定位到快速定位，动态定位， GPS技术 已 广泛的应用在测绘中， RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分 GPS测量技术， RTK系统由基准站接收机、数据链、移动站接收机三大部分组成，是 GPS测量技术发展里程的一个重要标志，是一种高效的定位技术。 主要应用与工程测量、地籍测量、碎部测量、路线测量和工程放样、航空摄影测量以及运动目标的精密导航等。 目前实时动态测量系统，已在 20km的范围内，得到了成功的应用 ，随着科学技术的发展，数据传输性能的不断完善提高， RTK的应用范围将会不断地扩大。 高精度的 GPS测量必须采用载波相位观测值， RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地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。 流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集 GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时 仅需几 秒钟。 流动站可处于静止状态，也可处于运动状态 ；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机 ， 并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。 在整周末知数 求 解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持黑龙江工程学院本科生毕业论文 2 四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。 随着时代的发展和科技的进步，注重效率成为各行业努力奋进的目标，对于我们测绘领域来说也是如此。 3S技术的发展使测绘领域发生了翻天覆地的变化，尤其是GPSRTK技术，对我们在野外采集数据带来了很大的方便，使测绘工作更有效率。 本课题的目的在于熟练掌握 GPSRTK的理论和操作方法 ， 及其在道路勘测设计中的具体应用、 通过实例 对其测量数据进行精度分析， 证明 GPS RTK技术应用于道路勘测过程中是完全可行的，比以往应用于道路测量中的常规测量有更多的优点：方便、高效、精确、 可靠。 GPS RTK的测量精度达到了 cm级别，已经作为快速采集数据与定位的有效工具，由于其在精度、速度、实时性上达到了完满的结合 ， GPS RTK定位技术大大扩展了它的应用范围，尤其在道路勘测、设计和施工放样中有了广泛的应用 ， 在进行初测道路选线，测带状地形图，定测过程中的施工放样，以及施工后期管理等方面都有 了广泛的应用。 在进行道路勘测时，使用 GPS RTK比使用传统测绘仪器（水准仪加经纬仪，全站仪）在作业效率上要高得多，同时在某些条件下，采用 GPS RTK测量， 具有 全天候作业，两点间不需要通视 等优点 ， 高等级公路选线多是在大比例尺带状地形图上进行。 用传统方法测图 ， 先要建立控制点 ， 然后进行碎部测量 ， 绘制成大比例尺地形图。 这种方法工作量大 ， 速度慢 ， 花费时间长。 用实时 GPS动态测量可以完全克服这个缺点 ， 只需在沿线每个碎 部 点上停留一两分钟 ， 即可获得每点的坐标、高程。 运用 GPS RTK技术在进行道路施工放样时 ， 我们只要 先输入各主控点桩号 ( ZH、HY、 QZ、 YH、 HZ) ， 然后输入起终点的方位角 ， 直线段距离 ,缓和曲线长度 ， 圆曲线半径 R ， 这样就可以很轻松放样了 ， 而且一切工作均由 GPS电子手簿来完成。 这种方法简单实用 ， 比起传统的极坐标法要快得多。 另外 ,如果需要在各直线段和曲线段间加桩 ， 只需输入加桩点的桩号就行了 ， 剩下工作由 GPS来完成。 目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备 ， 但常规测量方法受通视和作业条件的限制 ， 作业强度大 ,且效率低 ， 大大延长了设计周期。 勘测技术的进步在于设备引进和技术改造 ， 在目前的技术条 件下引入 GPS 技术应当是首选。 当前 ， 用 GPS 静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量 ， 为勘测阶段测绘带状地形图 ， 路线平面、纵断面测量提供依据在施工阶段为桥梁 ， 隧道建立施工控制网 ，这仅仅 GPS 在公路勘测中应用的初级阶段 ， 其实 ， 公路测量的技术潜力蕴于 RTK技术的应用之中 ， RTK 技术在公路工程中的应用 ， 有着非常广阔的前景。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 3 第 2 章 GPS 简介 GPS 卫星定位技术的发展 1973年 12月，美国国防部批准它 的 陆海空三军联合研制新的卫星导航系统：NAVSTAR/GPS。 它是英文 “Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”的缩写词。 其意为 “ 卫星测时测距导航 /全球定位系统 ”， 简称 GPS系统。 该系统是以卫星为基准的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。 能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。 GLONASS全球导航卫星系统 ：起步晚于 GPS 9 年。 从前苏联于 1982年 10月 12日发射第一颗 GLONASS卫星开始，到 1996年， 13年时间内历经 周折，虽然遭遇了苏联的解体，由俄罗斯接替部署，但始终没有终止或中断 GLONASS卫星的发射。 1995年初只有 16颗 GLONASS卫星在轨工作， 1995年进行了三次成功发射，将 9颗卫星送入轨道，完成了 24颗工作卫星加 1颗备用卫星的布局。 经过数据加载、调整和检验，已于 1996年 1月 18日，整个系统正常运行。 在系统组成和工作原理上与 GPS类似，由空间卫星星座地面控制和用户设备三大部分组成。 伽俐略（ Galileo） GNSS系统：从 1994年开始，欧盟进行了对伽俐略（ Galileo）GNSS系统的方案论证。 2020年欧盟在世界无线电大会上获得了建立 GNSS系统的 L频段的频率资源。 2020年 3月，欧盟 15国交通部长一致同意伽俐略 GNSS系统的建设。 伽俐略系统由 30颗卫星（ 27颗工作卫星和 3颗备用卫星）组成。 30颗卫星部署在 3个中高度圆轨道面上，轨道高度 23616km，倾角 56176。 ，星座对地面覆盖良好。 在欧洲建立两个控制中心。 计划 2020年发射两颗实验卫星， 2020年完成全系统部署并投入使用。 GNSS系统最主要的设计思想是：与 GPS/GLONASS不同，完全从民用出发，建立一个高精度的全开放型的新一代 GNSS系统；与 GPS/GLONASS有机地兼容，增强系统使用的安全性和完善性；建设资金（ 36亿欧元）由欧洲各国政府和私营企业共同投资。 双星导航定位系统（北斗一号）： 2020年底，我国发射了两颗 “ 北斗导航实验卫星 ” ，加上地面中心站和用户一起构成了双星导航定位系统（北斗一号）。 双星导航定位系统黑龙江工程学院本科生毕业论文 4 空间部分由三颗地球静止轨道卫星（其中一颗在轨备用）组成；地面中心站包括地面应用系统和测控系统，具有位置报告、双向报文通信及双向授时功能；用户部分即车辆、船舶、飞机以及各军兵种底动态及静态导航定位的用户。 服务区域在东经 70～ 145度，北纬 5～ 55度范围。 定位精度为：平面 177。 20m，高程 177。 10m。 GPS 系统的组成 GPS系统包括三大部分：空间部分 ——GPS卫星星座；地面部分 ——地面监控系统；用户设备部分 ——GPS信号接受机。 GPS卫星星座 由 21颗工作卫星和 3颗备用卫星组成 GPS卫星星座，记作（ 21+3） GPS星座。 24颗卫星均匀分布在 6个轨道平面内，卫星高度为 20200km， 轨道倾角为 55176。 ，各个轨道平面之间相距 60176。 ，即轨道的升交点赤经各相差 60176。 卫星运行周期为 11小时 58分（恒星时 12小时），载波频率为。 地面监控系统 GPS工作卫星的地面监测部分由一个主控站，三个注入站和五个监测站组成。 对于导航定位来说， GPS卫星是一动态已知点。 卫星的位置是依据卫星发射的星历 —描述卫星运动及其轨道的参数算得的。 每颗 GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。 卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。 地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准 —GPS时间系统。 这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差，然后由地面注入站发 给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。 GPS信号接受机 GPS信号接受机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接受到的 GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出 GPS信号从卫星到接受机天线的传播时间，解译出 GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。 GPS 系统的特点 GPS定位技术的高度自动化和所达到的定位精度为其在测量工作中的应用，展现了广阔的前景。 GPS定位技术相对于经典的测量技术来说，这一新技术的主要特 点如下： 黑龙江工程学院本科生毕业论文 5 定位精度高 应用实践已经证明 ， GPS相对定位精度在 50km以内可达 106， 100～ 500km可达 107，1000km以上可达 109。 在 300～ 1500m工程精密定位中， 1小时以上观测的解其平面位置误差小于 1mm，与 ME5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为 ，较差中误差为。 观测时间短 随着 GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前， 20km以内相对静态定位，仅需 15～ 20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在 15km以内时，流动站观 测时间只需 1～ 2分钟；动态相对定位测量时，流动站出发时观测 1～ 2分钟，然后可随时定位，每站观测仅需几秒钟。 测站间无需通视 GPS测量不要求测站之间互相通视，只需测站上空开阔即可，因此可节省大量的造标费用。 由于无需点间 通 视，点位位置可根据需要，可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可省去经典大地网中的转算点、过渡点的测量工作。 可提供三维坐标 经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。 GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。 目前 GPS水准可满足四等水准测量的精度。 操作简便 随着 GPS接收机不断改进 ，自动化程度越来越高，有的已达 “ 傻瓜化 ” 的程度；接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。 使野外工作变得轻松愉快。 全天候作业 目前 GPS观测可在一天 24小时内的任何时间进行，不受刮风下雪等气候的影响。 功能多、应用广 GPS系统不仅可用 定位 、导航，还可用 于 测速、测时。 测速的精度可达 ，测时的精度可达几十毫秒。 其应用领域不断扩大。 RTK 定位技术 RTK技术就是载波相位动态实时差分 ( Real Time Kinematic) 技术 ， 它是 GPS测量技术发展的一个新突破 ， 众所周知 ， 无论静态定位 ， 还是准动态定位等定位模式 ， 由于。