【正文】 距離交會原理，就可以由三個或三個以上的地面已知點交會出衛(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出地面測站點的位置，這就是 GPS 衛(wèi)星定位的原理。 GPS 衛(wèi)星 的定位原理 GPS 衛(wèi)星定位的基本原理是測出已知衛(wèi)星和地面接收機之間的距離，利用距離交會原理，由三個或三個以上的衛(wèi)星的空間已知位置交會出地面接收機空間三維坐標（位置）。 衛(wèi)星通過天頂時，衛(wèi)星可見時間為 5h， 在地球 表面任何地點任何時刻 ， 在高度角 15 以上，平均可同時觀測到 6 顆衛(wèi)星，最多可達 9 顆衛(wèi)星。各種類型的 GPS 測地型接收機用于精密相對定位時，其雙頻接收機精度可達 5mm+1 D，單頻接收機在一定距離內(nèi)精度可達 10mm+2 D， 用于差分定位其精度可達亞米級至厘米級。此外，注入站自動向主控站發(fā)射信號，每分鐘報告一次自己的工作狀態(tài)。 主控站的任務(wù)是收集、處理本站和監(jiān)測站收到的全部資料，編算出每顆衛(wèi)星的星歷和 GPS 時間系統(tǒng)，將預(yù)測的衛(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。24 顆衛(wèi)星均勻分布在 6 個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為 55 ，各個軌道平面之間相距 60 ，即軌道的升交點赤經(jīng)各相差 60 。能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。 它使測量工作的效率得到了極大提高。 隨著 GPS 技術(shù)的快速發(fā)展 ，測繪行業(yè)正面臨著一場意義深遠的變革，而測繪領(lǐng)域也由此步入了一個嶄新的時代， RTK（ Real Time kinematic）技術(shù)是 GPS 測量技術(shù)發(fā)展歷程中的一個標志。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生 畢業(yè)論文 題 目： GPS RTK 技術(shù)在線路測量中的應(yīng)用 學(xué)生姓名：任惠遠 學(xué) 號： 0968132129 專 業(yè)：測繪工程 班 級：測繪 091 班 指導(dǎo)教師：李世平 教授內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 I GPS RTK 技術(shù) 在線路測量中的 應(yīng)用 摘 要 隨著全球定位系統(tǒng)（ GPS）技術(shù)的快速發(fā)展， GPS RTK 技術(shù)也日益成熟，并逐步在測繪工作中得到應(yīng)用。 在線路 測量工作 中，由于工程覆蓋面廣，技術(shù)要求高，測量 的 工作量非常大。所以 RTK 技術(shù)在線路測量中的應(yīng)用 是一個很重要的發(fā)展， 本文就 GPS RTK 技術(shù)在線路測量中的應(yīng)用進行了深入研究。整個系統(tǒng)分為 衛(wèi)星星座、地面控制和監(jiān)測站、用戶設(shè)備三大部分。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差 90 。還負責(zé)糾正衛(wèi)星軌道偏離。 監(jiān)測站的主要任務(wù)是為主控站提供衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)。 目前，各種類型的 GPS 接收機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測。 GPS 衛(wèi)星工作原理 GPS 衛(wèi)星測量乃是利用 GPS 衛(wèi)星所發(fā)射的無線電信號以測定點位的三 維 空間坐標之定位系統(tǒng)， 基本上是以距離的測量方式進行，即測量接收機與已知位置的衛(wèi)星間的瞬間距離。用無線電導(dǎo)航定位來說，就是假設(shè)在地面上有三個無線電信號發(fā)射臺并且每個發(fā)射臺的空間三維坐標已知，地面接收機在某個時刻利用無線電測距的方法分別測出了接收機到三個無線電發(fā)射臺的距離 d d d3。 在 GPS 衛(wèi)星定位中， GPS 衛(wèi)星是高速運轉(zhuǎn)的，所以其坐標也在不斷變化著。 根據(jù)測距原理， 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。 目前常用的 RTK 差分技術(shù)有：坐標差分、偽距差分和載波相位差分三種。 流動站 上，GPS 接收機在接受 GPS 衛(wèi)星信號的同時， 通過無線電接收設(shè)備，接收 基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時地計算并顯示用戶站的三維坐標極其精度。能夠測量到載波相的 GPS 接收機都能夠進行 RTK 定位，但是為了能夠快速、準確地求解整周模糊度，雙頻接收機比較理想。 GPS RTK 技術(shù)在 線路 測量工作中的 意義 隨著 GPS 定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善，使測繪定位技術(shù)發(fā)生了革 命性的變革，為測繪工作提供了嶄新的技術(shù)手段和方法， 使 GPS 控制網(wǎng) 具有 了 很高的精度。有了 RTK 技術(shù)以后，情況大大改觀，只需把 RTK 基站架設(shè)在一個已知坐標值得固定點上，并不斷發(fā)射無線電信號，另外一臺 GPS 接收機可以即時接受基站的信號，并和其構(gòu)成一條基線，這樣 GPS 接受機就可以進行實時觀測（幾十秒即可），且精度能達到厘米級，測量速度快， 精度高，只需一臺 GPS 接收機和一個基站，人員也減少了，可以說是革命性的進步。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 8 第二章 GPS RTK 技術(shù) 在線路測量中的 基本 應(yīng)用 及操作流程 GPS RTK 技術(shù)在線路測量中的主要應(yīng)用點 RTK 技術(shù)在 控制測量 中的應(yīng)用 常規(guī)控制測量如導(dǎo)線測量，要求點間通視，費工費時，且精度不均勻。例如圖根測量，可用手扶對中桿使氣泡居中測量 5 ～ 10 s 即可滿足要求。 GPSRTK 圖根控制測量的一般作業(yè)流程： 收集資料。大家知道， GPS 靜態(tài)測量時，坐標轉(zhuǎn)換是在事后處理進行的，而 GPSRTK 是用于實時測量，要求及時給出地方或國家坐標，因此，首先必須求出測區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。基準點的安置是順利實施 GPSRTK 的關(guān)鍵程序之一。 周圍不產(chǎn)生多路徑效應(yīng)的影響及沒有其他干擾源，以防數(shù)據(jù)丟失。通過點較正求得從標轉(zhuǎn)換參數(shù)實時轉(zhuǎn)換得出流動站的三維坐標及相應(yīng)精度。傳統(tǒng)的線路放樣方法有偏角法、切線支距法、極坐標法等。 GPS RTK 技術(shù)的應(yīng)用，極大地提高了工作效率，亦更好地解決了實時而簡便的檢核。 RTK 技術(shù)的優(yōu)點還有可反復(fù)作業(yè)，不 必重復(fù)輸入設(shè)計數(shù)據(jù)，不必擔(dān)心數(shù)據(jù)計算或輸入粗差。 目前該方法已廣泛應(yīng)用于鐵路、公路的中線放樣 。事實上 ， 用 RTK 進行野外數(shù)據(jù)采集 ， 也可不遵循 “ 從整體到局部 ， 先控制后碎部 ” 的原則 ， 圖根控 制 。 用全站儀、經(jīng)緯儀等進行數(shù)字地形測圖時 ， 被測的地物地貌等碎部點都要與 測站通視。 精度高且分布均勻 ， 作業(yè)方便 全站儀測圖受通視條件和視距限制的約束 ， 需要多次搬站 ； RTK 測量省去了搬站的煩惱 ， 基準站架好以后 ， 在其作業(yè)半徑內(nèi) ， 全力跑點即可。 一組全站儀測圖人員 (一般要求至少 3～ 4 人配合 )可分成兩個 RTK 測量組。為方便對 RTK 測量成果進行檢核 ， 在測區(qū)內(nèi)環(huán)境不良地區(qū)增加基準站。它可以發(fā)現(xiàn)很多問題 ,如輸入的控制點坐標、坐標系統(tǒng)、設(shè)置參數(shù)是否有誤等。 建立新工程，定義坐標系統(tǒng) 新建一個工程，即新建一個文件夾，并在這個文件夾里設(shè)置好測量參數(shù) [如橢球參數(shù)、投影參數(shù)等 ]。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 12 在已知轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下。如果在局域坐標系統(tǒng)中工作或任何坐標系統(tǒng)進行測量和放樣工作，可以直接采用點校正方式建立坐標轉(zhuǎn)換方式，平面至少 3 個點，如果進行高程擬合則至少要有 4 個水準點參與點校正。單點測量觀測時間的長短與跟蹤的衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星圖形精度、觀測精度要求等有關(guān)。 在作業(yè)時，在手薄控制器上顯示箭頭及目前位置到放樣點的方位和水平距離，觀測值只需根據(jù)箭頭的指示放樣。衛(wèi)星數(shù)限制了 RTK 技術(shù)的應(yīng)用范圍，在城鎮(zhèn)、林蔭、山區(qū)等地區(qū)。否則 RTK 須 重新初始化。這是決定 RTK 技術(shù)能否成功的關(guān)鍵因素 ， 也是制約 RTK 測量效果 的重大因素。由于各個作業(yè)環(huán)境千差萬別，精度要求也各不相同，上述作業(yè)控制距離僅供參考。 工程概況 該工程為高海波山區(qū)送電線路，沿線溝壑縱橫、山勢陡峭，如果用常規(guī)測量方法先貫通轉(zhuǎn)角間的直線，再放樣各塔位，則測量工作量比終勘定位時還要大，并且很難保證恢復(fù)后的直線與原直線一致。 作業(yè)方法 由于該路線工程原終勘定線時是通過航測方法，而全部轉(zhuǎn)角點都是由 GPS 或全站儀實測得到的。一個流動站從 J44 往 J45 方向測，另一個流動站從 J46 逆向（或 J45 同向）方向測，將各設(shè)計檔距輸入手薄中，利用 RTK 的放線功能 ，在實地放樣各塔位樁，同時每基塔位測定 12個副樁（ Z 樁），以利于測量塔基地形圖和工測檢測及施工測量使用。 測量誤差來源分析 從表中可知， RTK 測量還存在一定誤差，其來源主要表現(xiàn)在于：流動站標桿沒有對中、置平所產(chǎn)生的誤差；基準站傳遞過程中產(chǎn)生的誤差；觀測基線的解算誤差；所選擇的的橢球參數(shù) 及投影參考面所帶來的誤差；周圍環(huán)境影響、信號干擾造成的誤差；氣象因素影響造成的誤差。實驗研究表明，當(dāng)天線高 mh 2? ，天線傾角 ?5?Q 時，所引起的誤差如下表所示： 表 天線傾角引起的誤差表 1176。 天線相位中心變化是指天線的機械中心與電子相位中心不重合。 多徑誤差是 RTK定位測量中誤差最嚴重的，多徑誤差受周圍環(huán)境的影響，一般誤差值可達 5cm左右，當(dāng)其處在高反射環(huán)境下時誤差可達 19cm之多，多徑誤差有常數(shù)誤差和周期誤差兩部分組成。信號干擾的強度隨信號頻率、發(fā)射臺功率和基準站到干擾源的距離變化而變化。 電離層誤差具有擴散性、互補性和瞬變性三大特性。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 19 坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換出現(xiàn)的誤差 RTK 相對定位的結(jié)果通常是在 WGS84 坐標系統(tǒng)下實現(xiàn)的，而在測量應(yīng)用中我們常采用的坐標系統(tǒng)是國家大地坐標和地方坐標兩種，因此我們需要的 RTK 測量結(jié)果也應(yīng)該屬于國家大地坐標地方坐標系統(tǒng)中。{00 ??? ??? （ ） 式中： YX, 為投影后的直角坐標； 39。 從實際應(yīng)用中我們可以得出，四參數(shù)的測量精度一般會隨著 GPS 衛(wèi)星姿態(tài)的變化而發(fā)生相應(yīng)的變化，相對穩(wěn)定性比較差；而七參數(shù)的測量精度是經(jīng)過長時間的單點定位求解而來，因此七參數(shù)在使用中不僅穩(wěn)定性高而且精度也高 。 GPS點校正是建立在 WGS84坐標和地方坐標系基礎(chǔ)之上，最后采用一系列的參數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)學(xué)公式來定義。數(shù)據(jù)處理采用的軟件系統(tǒng)是與 Trimble4700相配套的 GPS數(shù)據(jù)處理軟件 ()。 基準站假設(shè)在高處，視野開闊且坐標已知的控制點上，即 3號點位基準站架設(shè)點。通過單點校正后 ,各點的坐標值與已知北京 54 坐標、高程的比較結(jié)果如下表所示： 表 坐標、號稱比較結(jié)果表 點號 2 4 101 105 110 平均差值 北坐標差 / m 0. 017 0. 003 0. 079 0. 058 0. 034 0. 038 東坐標差 / m 0. 032 0. 028 0. 003 0. 030 0. 005 0. 020 高程差 / m 0. 143 0. 163 0. 064 0. 406 0. 072 0. 170 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 21 多點校正。實驗中，用 102點、 3號點、地質(zhì)樓點和圖書館點組成控制網(wǎng)。檢驗時采用某品牌全站儀 ， 其標稱的測角精度為 177。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 22 表 樁號 不同基準站（ D D7）下RTK 定位測量結(jié)果比較 /cm RTK 定位測量平均值與全站儀測量結(jié)果比較 /cm K2+000 + + + K2+050 + + + + K2+100 + + + + K2+150 + + K2+200 + + + + + K2+250 + + + K2+300 + + + + K2+350 + + + K2+400 + + + + 最大差值 + + + + 由 上 表中的 RTK 放樣、測量以及全站儀測量結(jié)果比較可以看出 ： 利用 RTK 在不同基準站下放樣、測量的中樁坐標之差的最大值 max= cm， max= cm， max= cm。另外 ， RTK 放樣時 ， 放樣精度是實時顯示的 ,而且 RTK 放樣每個中樁的過程一樣 ,不存在誤差積累 ， 每個中樁的點位精度大致相同 ，因此 ， 保證了中樁點位精度的可靠性和均勻性。 操作簡便 ， 數(shù)據(jù)處理能力強 只要在設(shè)站時進行簡單的設(shè)置 ， 就可以邊走邊獲得測量結(jié)果。 這可由選擇 好的 作業(yè)時間來解決。 高程異常問題 RTK 作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確 ， 但我國現(xiàn)有的高程異常圖在有些地區(qū) ， 尤其是山區(qū) ， 存在較大誤差 ， 精度也不均勻。 通過在各種條件下反復(fù)試驗，摸清儀器各種特性，以便應(yīng)用時得心應(yīng)手。開始 RTK 測量的第一個成果檢核很重要，如果忽略了這一步，可能造成整天的測量成果作廢。 如果盲點地區(qū)致 盲的主要原因是數(shù)據(jù)鏈信號接收問題，首先可提高基準站和流動站天線的架設(shè)高度，流動站天線可采用 長垂準桿架設(shè)以保證成果精度。 GPSRTK 的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 美國的 GPS、前蘇聯(lián)的 GLONASS、歐洲的 GALILEO 等導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)相繼在使用中。 目前 , RTK(Real time kinematic 的技術(shù)研究主要集中于無基準站的 RTK 技術(shù)方面 , 國外已于 90 年代中期就開始提出了虛擬參考站技術(shù) ,不久我國也相繼提出了網(wǎng)絡(luò) RTK 技術(shù) ,該技術(shù)實現(xiàn)了 RTK 的無基準站模式 , 而且它的測量距離也比較理想，可以達到100km,該技術(shù)逐漸成為現(xiàn)在 RTK 技術(shù)的