利用gps(rtk)进行工程放样、界址点测量及其精度分析毕业论文(编辑修改稿)

利用gps(rtk)进行工程放样、界址点测量及其精度分析毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

TK 的技术特点，通过对比分析，说明了 RTK 用于点放样、曲线放样及界址点的测量的可行性进行及优点，得出了 RTK 是可以用于上述测 量的结论。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 4 第 2 章 RTK的基本原理、误差来源 及作业过程 RTK 的基本原理、误差来源及作业过程 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，历时不到一秒钟。 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。 在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持5 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。 RTK 系统可应用于两项主要测量任务，即测点定位和测设放样。 RTK 的基本原理、系统组成及工作条件 RTK（ Real Time Kinematic）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，是 GPS 测量技术发展里程中的一个标志，是一种高校的定位技术。 它是利用 2台以上 GPS 接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标 —— 移动站，基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。 它能够实时的地提供测站点指定坐标系的三维定位结果，并达到厘米级精度。 RTK 技术根据差分方法的不同分为修正法和差分法。 修正法是将基准站的 载波相位修正值发送给移动站，改正移动站接收到的载波相位，再解求坐标；差分法是将基准站采集到的载波相位发送给移动站，进行求差解算坐标。 RTK 的关键技术主要是初始整周期模糊度的快速解算数据链的优质完成 —— 实现高波特率数据传输的高可靠性和强抗干扰性。 RTK工作原理及模式如下图 所示。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 5 图 RTK 工作原理 RTK 系统主要由三大部分组成： （ 1） 基准站接收机 （ 2） 数据链 （ 3） 移动站接收机。 RTK 系统正常工作要具备以下三 个条件：第一，基准站和移动站同时接收到 5颗以上 GPS 卫星信号；第二，基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发出的差分信号；第三，基准站和移动站要连续接收 GPS 卫星信号和基准站发出的差分信号。 即移动站迁站过程中不能关机，不能失锁。 否则 RTK 须重新初始化。 RTK 的误差来源和测量精度 RTK 定位的误差，一般分为两类 :同仪器和干扰有关的误差。 同仪器和干扰有关的误差 :包括天线相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素；同距离有关的误差 :包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。 对固定基准站而言，同 仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱，同距离有关的误差将随移动站至基准站的距离的增加而加大，所以 RTK 的有效作业半径是有限制的（一般为几公里）。 同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。 但是其残余部分也随着移动站至基准站距离的增加而加大。 (1)同仪器和干扰有关的误差 天线相位中心变化 ：天线的机械中心和电子相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。 天线相位中心的变化， 基准站 基准站信号发射天线 RTK 天线 传感器 控制器 调制解调器 移动站 基准站信号接收天线 显示坐标成果 RTK 天线 传感器 控制器 调制解调器 黑龙江工程学院本科生毕业论文 6 可使点位坐标的误差一般达到 3~5cm。 因此，若要提高 RTK 测量的定位精度，必须 进行天线检验校正。 多路径误： 多路径误差是 RTK 测量中最严重的误差，其大小取决于天线周围的环境，一般为几厘米，高反射环境下可超过 lOcm。 多路径误差可通过选择地形开阔、不具反射面的点位、采用具有削弱多径误差的各种技术的天线、基准站附近铺设吸收电波的材料等措施予以削弱。 信号干扰 ：信号干扰可能有多种原因，如无线电发射源、雷达装置、高压线等，干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。 为了削弱电磁波幅射副作用，必须在选点时远离这些干扰源，离无线电发射台应超过 200 米，离高压线应超过 50米。 气象因素 ：快速运动中的气象峰面，可能导致观测坐标的变化达到 12dm。 因此，在天气急剧变化时不宜进行 RTK 测量。 (2)同距离有关的误差 轨道误差 ：目前轨道误差只有几米，其残余的相对误差影响约为 1 106 ，就短基线 (lOkm)而言，对结果的影响可忽略不计，但是对 20~30km 的基线则可达到几厘米。 电离层误差 ： 电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差，其延迟强度与电离层的电子密度密切相关，电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化，白天为夜间的 5倍，冬季为夏季的 5倍，太阳黑子活动最强时为最弱时的 4 倍。 利用下列方法可使电离层误差得到有效的消除和削弱 :利用双频接收机将 L1 和 L2 的观测值进行线性组合来消除电离层的影响：利用两个以上观测站同步观测量求差（短基线 ） ；利用电离层模型加以改正。 实际上 RTK 技术一般都考虑了上述因素和办法。 但在太阳黑子爆发期内，不但 RTK 测量无法进行，即使静态 GPS 测量也会受到严重影响。 太阳黑子平静期，其误差一般小于 5 106。 对流层误差 ： 对流层误差同点间距离和点间高差密切相关，一般可达 3 106。 RTK 测量采用求差分法降低了载波相位测量改正后的残余误差及接受机钟差和卫星改正后的残余误差等因素的影响，使测量精度达到厘米级，一般系统标称精度为 10mm+2 106。 工程实践和研究证明 RTK 测量能达到厘米级精度。 有研究表明，RTK 测量的平面精度在数据链信号接收半径小于 4km 时可保持较高精度，用全站仪检查其中误差在177。 5cm 以内 )，大于 4km 时测量误差明显增大。 另外作业时接收到的卫黑龙江工程学院本科生毕业论文 7 星数目越少， RTK 测量结果 误差越大，但只要能接收到 5颗以上卫星，得出的固定解就能达到仪器标称精度。 RTK 的技术特点 工作效率高 ： 在一般的地形地势下，高质量的 RTK 设站一次即可测完 4km 半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数，移动站一人操作即可，劳动强度低，作业速度快，提高了工作效率。 定位精度高 ： 只要满足 RTK 的基木工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为 4km ） RTK 的平而精度和高程精度都能达到厘米级。 全天候作业 ： RTK 测量不要求基准站、移动站间光学通视 ，只要求满足“电磁 波通视”，因此和传统测量相比， RTK 测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要满足 RTK 的基木工作条件，它也能进行快速的高精度定位，使测量工作变得史容易史轻松。 RTK 测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强 ： RTK 可进行多种测量内、外业工作。 移动站利用软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。 操作简单，易于使用 ： 现在的仪器一般都提供中文菜单，只要在设站时进行简单的设置，就可方便地 获得二维坐标。 数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便地与计算机、其他测量仪器通信。 RTK 的局限性和精度保障 当然 RTK 也有其局限性，会影响到执行上述测量任务的能力。 了解其局限性可确保 RTK 测量成功。 最主要的局限性其实不在于 RTK 本身，而是源于整个 GPS 系统。 如前所述， GPS依靠的是接收两万多公里高空的卫星发射来的无线电信号。 相对而言，这些信号频率高、信号弱，不易穿透可能阻挡卫星和 GPS 接收机之间视线的障碍物。 事实上，存在于 GPS 接收机和卫星之间路径上的任何物体都会对系统的操作产生 不良影响。 有些物体如房屋，会完全屏蔽卫星信号。 因此 , GPS 不能在室内使用。 同样原因 , GPS 也不能在隧道内或水下使用。 有些物体如树木会部分阻挡、反射或折射信号。 GPS 信号的接收在树林茂密的地区会很差。 树林中有时会有足够的信号来计算概略位置，但信号清晰度难以达到厘米水平的精确定位。 因此， RTK 在林区作业有一定的局限性。 这并不是说， GPS RTK 只适用于四周对空开阔的地区。 RTK 测量在部分障碍的地区也可以是有效而精确的。 其奥秘是能观测到足够的卫星来精确可靠地实现定位。 在任何时间、任何地区，都可能会有 7 到 10颗 GPS 卫星可用于 RTK 测量。 RTK 系统的工作并不需黑龙江工程学院本科生毕业论文 8 要这么多颗卫星。 如果天空中有 5颗适当分布的卫星，就可作精确可靠的定位。 有部分障碍的地点只要可以观测到至少 5 颗卫星，就有可能做 RTK 测量。 在树林或大楼四周作测量时，只要该地留有足够的开放空间，使 RTK 系统可观测到至少 5颗卫星， RTK 测量就有成功的条件。 在论述 RTK 技术的原理时，我们知道 ,RTK 测量的关键是确定整周未知数，能否连续地、可靠地接收基准站播发的信号，是 RTK 能否成功的决定因素。 在实际应用中，来自各方面的干扰，降低了 RTK 的可靠性和精度。 研究表明， 为了保证地物点的测量精度，我们在选点时要采取以下措施 : 点位应设在易于安装接收机设备、视野开阔、视场内周围障碍物高度角应小于 15176。 (如可以选在最高建筑物的顶楼 )。 点位应远离大功率无线电发射源 (如电视台、微波站、微波通道等 )，其距离不小于 200 m；远离高压电线，距离不小于 50m。 点位附近不应有大面积的水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。 点位选择要充分考虑到与其它测量手段联测和扩展。 点位要选在交通方便的地方，以提高工作效率。 6)点位要选在地面地基坚硬的地方，易于点的保存。 除此 之外，为了保证地物点的测量精度，我们还要对接收机天线进行校验，选择有削弱多路径误差的各种技术的天线。 同时，我们还要不断利用新的数据处理技术，以削弱各种误差带来的影响。 RTK 的作业过程 启动基准站 将基准站架设在上空开阔、没有强电磁干扰、多路径误差影响小的控制点上，正确连接好各仪器电缆，打开各仪器。 将基准站设置为动态测量模式。 建立新工程，定义坐标系统 新建一个工程，即新建一个文件夹，并在这个文件夹里设置好测量参数 [如椭球参数、投影参数等 ]。 这个文件夹中包括许多小文件，它们分别是测量的 成果文件和各种参数设置文件，如 *.dat、 *.cot、 *.rtk、 *.ini 等。 点校正 CPS 测量的为 W CS 一 84 系坐标，而我们通常需要的是在流动站上实时显示国家坐标系或地力独立坐标系下的坐标，这需要进行坐标系之间的转换，即点校正。 点校正可以通过两种方式进行。 黑龙江工程学院本科生毕业论文 9 (1)在已知转换参数的情况下。 如果有当地坐标系统与 W CS84 坐标系统的转换七参数，则可以在测量控制器中直接输入，建立坐标转换关系。 如果上作是在国家大地坐标系统下进行，而且知道椭球参数和投影方式以及基准点坐标，则可以直接定义坐标系统，建议 在 RTK 测量中最好加入 12 个点校正，避免投影变形过大，提高数据可靠性。 (2)在不知道转换参数的情况下。 如果在局域坐标系统中工作或任何坐标系统进行测量和放样工作，可以直接采用点校正方式建立坐标转换方式，平面至少 3 个点，如果进行高程拟合则至少要有 4 个水准点参与点校正。 流动站开始测量 (1)单点测量： 在主菜单上选择“测量”图标打开，测量方式选择“ RTK” ,再选择“测量点”选项，即可进行单点测量。 注意要在“固定解”状态下，才开始测量。 单点测量观测时间的长短与跟踪的卫星数量、卫星图形精度、观测精度要求等有关。 当“存储”功能键出现时，若满足要求则按“存储”键保存观测值，否则按“取消”放弃观测。 (2)放样测量： 在进行放样之前，根据需要“键入”放样的点、直线、曲线、 DTM道路等各项放样数据。 当初始化完成后，在主菜单上选择“测量”图标打开，测量方式选择“ RTK” ,再选择“放样”选项，即可进行放样测量作业。 在作业时，在手薄控制器上显示箭头及目前位置到放样点的方位和水。