【正文】 ....................................................................... 23 RTK 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) ............................................................................................ 23 RTK 在線路測(cè)量中的不足及其解決辦法 .................................................... 23 GPS RTK 技術(shù)的限制性 ............................................................................... 24 RTK 線路測(cè)量的優(yōu)化布測(cè)方案 .............................................................................. 24 熟習(xí)儀器特性 ................................................................................................ 24 布控制點(diǎn) ........................................................................................................ 24 目標(biāo)點(diǎn)施測(cè) .................................................................................................... 24 GPSRTK 的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..................................................................................... 25 RTK 的發(fā)展趨勢(shì) ..................................................................................................... 26 結(jié)束語(yǔ) ...................................................................................................................................... 27 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 28 附錄 A ...................................................................................................................................... 29 附錄 B....................................................................................................................................... 34 致謝 .......................................................................................................................................... 38 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 1 第一章 緒論 引言 當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)大好，國(guó)內(nèi)建設(shè)飛速發(fā)展，各種大型工程（如鐵路、公路、橋梁等）紛紛在建，由于常規(guī)測(cè)量技術(shù)不能滿足快速、準(zhǔn)確、高效的要求，加上 GPS 自身的特點(diǎn)， 其在線路測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 隨著 GPS 技術(shù)的快速發(fā)展 ，測(cè)繪行業(yè)正面臨著一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)的變革，而測(cè)繪領(lǐng)域也由此步入了一個(gè)嶄新的時(shí)代， RTK（ Real Time kinematic）技術(shù)是 GPS 測(cè)量技術(shù)發(fā)展歷程中的一個(gè)標(biāo)志。 在線路 測(cè)量工作 中，由于工程覆蓋面廣，技術(shù)要求高，測(cè)量 的 工作量非常大。在 RTK 以前的定位技術(shù)，定位方法都是測(cè)后進(jìn)行事后處理來(lái)進(jìn)行處理結(jié)果，野外作業(yè)人員不能實(shí)時(shí)得到結(jié)果，這樣就不能進(jìn)行質(zhì)量控制，也就有可能或幾天后因質(zhì)量問題而返測(cè)，從而使作業(yè)人員在野外實(shí)測(cè)時(shí)為了保證精度和質(zhì)量而延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間以獲得大量的多余觀測(cè)值，造成了人力、物力、財(cái)力上的浪費(fèi)，影響了工期及經(jīng)濟(jì)效益。而 RTK 技術(shù)的誕生在一定程度上彌補(bǔ)了這些缺點(diǎn)，而且在放樣中也非常簡(jiǎn)便易操作，把設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)輸入手薄，背著流動(dòng)站，它會(huì)提醒需要放樣的位置 ，且僅需一人操作。 它使測(cè)量工作的效率得到了極大提高。所以 RTK 技術(shù)在線路測(cè)量中的應(yīng)用 是一個(gè)很重要的發(fā)展， 本文就 GPS RTK 技術(shù)在線路測(cè)量中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。 GPS 系統(tǒng) 介紹 GPS 系統(tǒng) 簡(jiǎn)介 全球定位系統(tǒng) （ Global Positioning SystemGPS） 是美國(guó)從上 世紀(jì) 70 年代開始研制， 經(jīng)歷了方案論證（ 1974—1978 年）、系統(tǒng)論證（ 1979—1987 年）、生產(chǎn)試驗(yàn)（ 1988—1993年）三個(gè)階段， 總投資超過 200 億美元，于 1994 年全面建成 的一種導(dǎo)航系統(tǒng) 。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ) 的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)， 具有 全能型（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能。能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。整個(gè)系統(tǒng)分為 衛(wèi)星星座、地面控制和監(jiān)測(cè)站、用戶設(shè)備三大部分。論證階段共發(fā)射了 11 顆叫做 BLOCK 1 的試驗(yàn)衛(wèi)星，生產(chǎn)階段發(fā)射 BLOCK 2R 型第三代 GPS 衛(wèi)星， GPS 由此為基礎(chǔ)改建而成。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 2 GPS 系統(tǒng)組成 GPS 工作衛(wèi)星及其星座 由 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆在軌備用衛(wèi)星組成 GPS 衛(wèi)星星座，記作 （ 21+3） GPS 星座。24 顆衛(wèi)星均勻分布在 6 個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為 55 ，各個(gè)軌道平面之間相距 60 ，即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差 60 。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差 90 。一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前 30 。 圖 衛(wèi)星星座圖 地面監(jiān)控系統(tǒng) GPS 工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括 1 個(gè)主控站、 3 個(gè)注入站和 5 個(gè)監(jiān)測(cè)站。 主控站的任務(wù)是收集、處理本站和監(jiān)測(cè)站收到的全部資料，編算出每顆衛(wèi)星的星歷和 GPS 時(shí)間系統(tǒng)，將預(yù)測(cè)的衛(wèi)星星歷、鐘差、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及大氣傳播改正編制成導(dǎo)航電文傳送到注入站。還負(fù)責(zé)糾正衛(wèi)星軌道偏離。另外還負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè) 整個(gè)地方監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作 ，檢驗(yàn)注入給衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)送給了用戶。 注入站的任務(wù)是將主控站發(fā)來(lái)的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器。此外，注入站自動(dòng)向主控站發(fā)射信號(hào)，每分鐘報(bào)告一次自己的工作狀態(tài)。 監(jiān)測(cè)站的主要任務(wù)是為主控站提供衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)。 GPS 信號(hào)接收機(jī) 接收機(jī)分為天線單元和接收單元兩大部分， 它的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的 待 測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的 GPS 信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大和處理，以便測(cè)量出 GPS 信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 3 出 GPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，甚至三維速度和時(shí)間 。 近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的 GPS 測(cè)地型接收機(jī)。各種類型的 GPS 測(cè)地型接收機(jī)用于精密相對(duì)定位時(shí)，其雙頻接收機(jī)精度可達(dá) 5mm+1 D，單頻接收機(jī)在一定距離內(nèi)精度可達(dá) 10mm+2 D， 用于差分定位其精度可達(dá)亞米級(jí)至厘米級(jí)。 目前，各種類型的 GPS 接收機(jī)體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，便于野外觀測(cè)。 GPS和 GLONASS 兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機(jī)已經(jīng)問世，可以進(jìn)一步提高觀測(cè)精度。 GPS 系統(tǒng)的 基本原理 GPS 衛(wèi)星 的基本參數(shù) 衛(wèi)星顆數(shù)為 21+3，衛(wèi)星軌道面?zhèn)€數(shù)為 6，衛(wèi)星高度為 20200km， 軌道傾角為 55 ，衛(wèi)星運(yùn)行周期為 11h 58min， 載波頻率 為 和 。 衛(wèi)星通過天頂時(shí)，衛(wèi)星可見時(shí)間為 5h， 在地球 表面任何地點(diǎn)任何時(shí)刻 ， 在高度角 15 以上，平均可同時(shí)觀測(cè)到 6 顆衛(wèi)星，最多可達(dá) 9 顆衛(wèi)星。 GPS 衛(wèi)星工作原理 GPS 衛(wèi)星測(cè)量乃是利用 GPS 衛(wèi)星所發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)以測(cè)定點(diǎn)位的三 維 空間坐標(biāo)之定位系統(tǒng)， 基本上是以距離的測(cè)量方式進(jìn)行，即測(cè)量接收機(jī)與已知位置的衛(wèi)星間的瞬間距離。 主要的測(cè)量方法有兩種：虛擬距離觀測(cè)與載波相位觀測(cè)。在高精度的測(cè)量要求下，幾乎都采用載波相位觀測(cè)為主。 GPS 衛(wèi)星 的定位原理 GPS 衛(wèi)星定位的基本原理是測(cè)出已知衛(wèi)星和地面接收機(jī)之間的距離，利用距離交會(huì)原理，由三個(gè)或三個(gè)以上的衛(wèi)星的空間已知位置交會(huì)出地面接收機(jī)空間三維坐標(biāo)（位置）。用無(wú)線電導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，就是假設(shè)在地面上有三個(gè)無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)并且每個(gè)發(fā)射臺(tái)的空間三維坐標(biāo)已知，地面接收機(jī)在某個(gè)時(shí)刻利用無(wú)線電測(cè)距的方法分別測(cè)出了接收機(jī)到三個(gè)無(wú)線電發(fā)射臺(tái)的距離 d d d3。現(xiàn)在只需要以三個(gè)發(fā)射臺(tái)為圓心 ，以 d d d3為半徑作三個(gè)定位球面，三個(gè)球面交會(huì)點(diǎn)即是地面接收機(jī)的空間三維位置。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 4 圖 衛(wèi)星定位簡(jiǎn)圖 基本定位原理公式如下： ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 121212121 01 dvvczzyyxx ii ???????? （ ） ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 221222222 02 dvvczzyyxx ii ???????? （ ） ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 321232323 03 dvvczzyyxx ii ???????? （ ） ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 421242424 04 dvvczzyyxx ii ???????? （ ） 近代衛(wèi)星大地測(cè)量中，衛(wèi)星激光測(cè)距定位也采用了測(cè)距交會(huì)定位的原理和方法。如果將無(wú)線電發(fā)射臺(tái)由地面移動(dòng)到衛(wèi)星上，組成一顆衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，采用距離交會(huì)原理，就可以由三個(gè)或三個(gè)以上的地面已知點(diǎn)交會(huì)出衛(wèi)星的空間位置，反之利用三顆或三顆以上的衛(wèi)星的空間位置也可以交會(huì)出地面測(cè)站點(diǎn)的位置，這就是 GPS 衛(wèi)星定位的原理。 在 GPS 衛(wèi)星定位中， GPS 衛(wèi)星是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的，所以其坐標(biāo)也在不斷變化著。即需要實(shí)時(shí)測(cè)出測(cè)站與衛(wèi)星之間的距離，實(shí)時(shí)地解算出衛(wèi)星的位置，并進(jìn)行測(cè)定點(diǎn)的定位。對(duì)于待定點(diǎn)來(lái)說(shuō)，根據(jù)它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以分為 GPS 靜態(tài)定位和 動(dòng)態(tài)定位。靜態(tài)定位就是講 GPS 接收機(jī)安置在固定點(diǎn)上觀測(cè)較長(zhǎng)一段時(shí)間得到該點(diǎn)的三維坐標(biāo)；動(dòng)態(tài)定位就是至少要有一臺(tái)接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)測(cè)定運(yùn)動(dòng)中各觀測(cè)時(shí)刻測(cè)定點(diǎn)的三維位置。 根據(jù)測(cè)距原理， GPS 定位原理可以分為偽距定位、載波相位定位和差分 GPS 定位。 GPS RTK 技術(shù) 綜述 GPS RTK 技術(shù)簡(jiǎn)介 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（ Real Time kinematic,簡(jiǎn)稱 RTK）測(cè)量技術(shù)，是以載波相位觀測(cè)測(cè)量為根內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 5 據(jù)的實(shí)時(shí)差分 GPS（ RTD GPS）測(cè)量技術(shù)，它是 GPS 測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新突破。GPS RTK 技術(shù)開始于 90 年代初 ，是一種全天候、全方位的新型測(cè)量系統(tǒng)，稱 為 載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，是目前適時(shí)、準(zhǔn)確地確定待測(cè)點(diǎn)的位置的最佳方式，是基于載波相位觀測(cè)值基礎(chǔ)上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。 且 具有定位精度高且精度分布均勻，速度快、效率高，觀測(cè)時(shí)間短，方便靈活，測(cè)程不受限制，不受通視條件影響等優(yōu)點(diǎn)。 目前常用的 RTK 差分技術(shù)有：坐標(biāo)差分、偽距差分和載波相位差分三種。 目前 RTK 測(cè)量中，采用的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)大部分為：超高頻（ UHF）、甚高頻（ VHF）和高頻（ HF）三種頻率來(lái)傳播信號(hào)。三種頻率的特點(diǎn)如下表所示： 表 頻率特點(diǎn)對(duì)比表 頻段 UHF VHF HF 傳播方式 直線傳播 直線傳播 電離層反射 陸上傳播距離（ km） 050 50100 100 繞射性能 很小 很小 大 盲區(qū) 無(wú) 無(wú) 有 噪聲 很小 很小 大 投資比 1 1 50 GPS RTK 技術(shù)的基本思想 利用多臺(tái)（ 2 臺(tái)以上） GPS 接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，其中一臺(tái)安置在已知點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站， 對(duì)所有可見 GPS 衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給流動(dòng)站。 另外的接收機(jī)用來(lái)測(cè)定位置點(diǎn)的坐標(biāo)即流動(dòng)站。 流動(dòng)站 上，GPS 接收機(jī)在接受 GPS 衛(wèi)星信號(hào)的同