【正文】 ................................ 27 參考文獻 .................................................................................................................................. 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)前我國經(jīng)濟形勢大好，國內(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， 其在線路測量中的應(yīng)用越來越廣泛。通過 GPS RTK技術(shù)能夠在野外得到厘米級定位精度的測量方法，本文首先就 GPS RTK 技術(shù)在線路測量中的 基本應(yīng)用和 流程 進行了 論述 ， 其次，對 RTK技術(shù)在線路測量中的應(yīng)用實例進行了分析，最后 ，就 GPS RTK 技術(shù)在測量中的 誤差 產(chǎn)生原因、精度分析以及 質(zhì)量控制 方案 進行了總結(jié) ，具有 了 一定的參考價值。在 RTK 以前的定位技術(shù)，定位方法都是測后進行事后處理來進行處理結(jié)果，野外作業(yè)人員不能實時得到結(jié)果，這樣就不能進行質(zhì)量控制，也就有可能或幾天后因質(zhì)量問題而返測，從而使作業(yè)人員在野外實測時為了保證精度和質(zhì)量而延長觀測時間以獲得大量的多余觀測值，造成了人力、物力、財力上的浪費，影響了工期及經(jīng)濟效益。 GPS 系統(tǒng) 介紹 GPS 系統(tǒng) 簡介 全球定位系統(tǒng) （ Global Positioning SystemGPS） 是美國從上 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（ 1988—1993年）三個階段， 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) 。論證階段共發(fā)射了 11 顆叫做 BLOCK 1 的試驗衛(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。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 。另外還負(fù)責(zé)監(jiān)測 整個地方監(jiān)測系統(tǒng)的工作 ，檢驗注入給衛(wèi)星的導(dǎo)航電文，監(jiān)測衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)送給了用戶。 GPS 信號接收機 接收機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 測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的 GPS 信號進行轉(zhuǎn)換、放大和處理，以便測量出 GPS 信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，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，實時地計算出測站點的三維坐標(biāo)，甚至三維速度和時間 。 GPS和 GLONASS 兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機已經(jīng)問世，可以進一步提高觀測精度。 主要的測量方法有兩種：虛擬距離觀測與載波相位觀測。現(xiàn)在只需要以三個發(fā)射臺為圓心 ，以 d d d3為半徑作三個定位球面，三個球面交會點即是地面接收機的空間三維位置。即需要實時測出測站與衛(wèi)星之間的距離，實時地解算出衛(wèi)星的位置，并進行測定點的定位。 GPS RTK 技術(shù) 綜述 GPS RTK 技術(shù)簡介 實時動態(tài)（ Real Time kinematic,簡稱 RTK）測量技術(shù)，是以載波相位觀測測量為根內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 5 據(jù)的實時差分 GPS（ RTD GPS）測量技術(shù)，它是 GPS 測量技術(shù)發(fā)展中的一個新突破。 目前 RTK 測量中，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）三種頻率來傳播信號。 由于在 RTK 定位技術(shù)中基準(zhǔn)站已知坐標(biāo)用的是國家坐標(biāo)系或城市地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo) ， 而計算是在 WGS84 坐標(biāo)系中進行 。 無線電數(shù)據(jù)鏈。 絕大多數(shù)測量工作者也屏棄了控制測量采用導(dǎo)線測量的傳統(tǒng)模式。 GPS RTK 技術(shù)以其定位精度高、觀測 速度快、小巧靈活等優(yōu)點，深受廣大測量工作者的青睞。 GPS 靜態(tài)測量，點間不需通視且精度高，但數(shù)據(jù)采集時間長，還需事后進行數(shù)據(jù)處理，不能實時知道定位結(jié)果，如內(nèi)業(yè)發(fā)現(xiàn)精度不符合要求則必須返工。對于高等級控制測量，需要架設(shè)腳架、基座，安置 RTK 接收機，設(shè)置測量時間為 5 min( 不需要更長時間，精度不因時間增加而顯著提高 ) ，即可得到該點坐標(biāo)成果。首先收集測區(qū)的控制點資料，包括坐標(biāo)系及控制點是屬常規(guī)控制網(wǎng)還是GPS 網(wǎng)；外業(yè)踏斟，視控制點是否適合作為基準(zhǔn)點。 計算測區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，需知已知點至少三個以上，且分別有 WGS84 地心坐標(biāo)系、國家坐標(biāo)或地方坐標(biāo)；該點最好選在測區(qū)四周及中心，均勻分布，能有效地控制測區(qū)。它的安內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 9 置應(yīng)滿足下列條件： 應(yīng)有正確的已知坐標(biāo)。 流動站觀測。當(dāng)解算載波相的整周未知數(shù)得到固定解，解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度滿足設(shè)計要求（平面： ）時，便將解算結(jié)果存入電子手簿，結(jié)束該站觀測。一般需要事先根據(jù)坐標(biāo)計算放樣元素，再在實地使用全站儀等常規(guī)測量儀器測設(shè)出當(dāng)放樣線路。 線路中線放樣 中 ，將線路參數(shù) 如 線路起終點坐標(biāo)、曲線轉(zhuǎn)角、半徑等輸入 RTK 的外業(yè)手簿，即可放樣。當(dāng)環(huán)境條件不滿足 RTK 放樣要求時，可利用 RTK 的快速控制測量優(yōu)勢測設(shè)臨時控制點，架設(shè)全站儀完成放樣任務(wù)，從而代替了從高級控制內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 10 點做導(dǎo)線引入控制點的繁雜程序。 RTK 技術(shù)在線路數(shù)字地形測繪中的應(yīng)用 隨著 RTK 技術(shù)的逐漸普及 ,線路數(shù)字地形測繪的野外數(shù)據(jù)采集方法 ， 也逐漸采用GPS RTK 測量方法。 測量和碎部測量可以同步進行。因視距受到限制 ， 其最理想的每站測圖范圍在 km 左右 ， 對于線路工程帶狀地形測繪 ， 在線路縱向上往往不能滿足長距離測量的要求。而且 RTK 作業(yè)不受通視條件限制 ， 無需做控制 ， 基準(zhǔn)站設(shè)置好 ， 進行點檢核后 ,即可開測 ， 適應(yīng)數(shù)字化成圖的需要。 RTK 作業(yè) ， 每組一般1～ 2 人 ， 測記法 1 人操作 1 人畫圖 ,編碼法 1 人即可?；鶞?zhǔn)站的選點盡量避免無線電干擾和多路徑效應(yīng)。 由于接收衛(wèi)星狀況不良原因而造成的盲點地區(qū) ， 則在盲點周圍加測控制點 ， 以便用全站儀補測。這個文件夾中包括許多小文件，它們分別是測量的成果文件和各種參數(shù)設(shè)置文件，如 *.dat、 *.cot、 *.rtk、 *.ini 等。如果有當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)與 W CS84 坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換七參數(shù)，則可以在測量控制器中直接輸入，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。 流動站開始測量 單點測量：在主菜單上選擇 “測量 ”圖標(biāo)打開，測量方式選擇 “ RTK” 。當(dāng) “ 存儲 ”功能鍵出現(xiàn)時，若滿足要求則按 “ 存儲 ” 鍵保存觀測值，否則按 “ 取消 ” 放棄觀測。當(dāng)流動站距離放樣點就距離 小于設(shè)定值時，手薄上顯示同心圓和十字絲分別表示放樣點位置和天線中心位置。凡所測衛(wèi)星數(shù)少于 5 個時， RTK 測量就會遇到困難。但保證遷站過程中不失鎖卻很難，當(dāng)遷站過程中經(jīng)過樹下、立交橋、隧道時，都有可能失鎖。RTK 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸多采用超高頻（ UHF）、甚高頻（ VHF）、高頻（ HF）播發(fā)差分信號，一般國際測繪領(lǐng)域的 RTK 技術(shù)應(yīng)用中，都采用 UHF 電臺播發(fā)的差分信號，這要求基準(zhǔn)站和流動站之間的天線必須 “ 準(zhǔn)光學(xué)通視 ” 。 基準(zhǔn)站采用靜態(tài) GPS 控制點或國家四等以上控制點，由一基準(zhǔn)站遷到另一基準(zhǔn)站后應(yīng)對兩控制點進行檢核。另一方面，由于該段處于亞熱帶雨林地區(qū)，植被發(fā)育完整 ，通視條件非常差，要處理出通道，不但賠償費用高，破壞環(huán)境，而且工期長，于是該院決定 RTK 進行復(fù)位及復(fù)測。線路兩端聯(lián)測了國家控制點，這些都給 RTK 技術(shù)的實施提供了非常有利的條件 。放完線后，根據(jù)航測斷面圖并結(jié)合 現(xiàn)場地形情況，各流動站尚需校測中線點、邊線點、危險點和風(fēng)偏斷面，對于交叉跨越物和塔位附近的斷面點的校測由工測完成。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 17 第四 章 GPS RTK 技術(shù)在 測量中 的誤差分析 及質(zhì)量控制 RTK 在測量工作中的誤差來源 基準(zhǔn)站誤差 基準(zhǔn)站誤差是 RTK測量中的主要誤差，通常采用 建立多基準(zhǔn)站，利用區(qū)域差分技術(shù) ；同步觀測同步進行基線解算、檢驗 ； 利用數(shù)理統(tǒng)計理論來建立電離層和對流層等誤差的數(shù)學(xué)改正模型 ； 利用雙頻雙星接收機的不同頻率來確定整周未知數(shù) ； 選擇帶有抑徑板的GPS接收機等方法可以消弱由于衛(wèi)星信號傳播誤差而引起的對 GPS RTK定位精度的影響。 3176。實際應(yīng)用中電子相位中心是隨著接收信號的頻率、方位角和高度角而變化的。多徑誤差的周期一般是 520min。為了減弱信號干擾在設(shè)點時最好避開：在測站 100500m范圍內(nèi)有高頻發(fā)射臺；無線電定向 發(fā)射臺；用于精密導(dǎo)航的雷達裝置。對于電離層誤差的消弱可采用雙頻接收機和 CCD 等技術(shù)，若使用單頻接收機可使測距瞬時突增。為此需要進行不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換，坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換問題是 RTK 測量中最普遍的問題，通常我們采用四參數(shù)法和其參數(shù)法。,39。 RTK 點校正的方法及其精度分析 GPS定位得到的點的坐標(biāo)是在 WGS84坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，而在實際測量應(yīng)用中我們常采用的是地方坐標(biāo)系，因此在進行 RTK測量時需要進行相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和點位校正。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 20 王曉華和胡友建等學(xué)者進行了點校正實驗并對實驗數(shù)據(jù)進行了采集?？刂凭W(wǎng)布設(shè)如下圖： 圖 控制網(wǎng)布設(shè)圖 網(wǎng)中 102點和地質(zhì)樓點屬于國家四等控制點，圖書館點屬于國家三等控制點。 通過實驗得出三種校正方法的坐標(biāo)和高程對比分析如下 ： 單點校正。實驗中將基準(zhǔn)站架設(shè)在 3號點上， 2號點和 4號點作為控制點， 1 10105為檢驗點。首先用 TOG軟件解算出控制網(wǎng)點校正的 7個參數(shù)，用這些參數(shù)對控制網(wǎng)中的 2號點、 110點、 101點和105點進行校正，并將經(jīng)校正后的坐標(biāo)與已知的 54坐標(biāo)進行比較，結(jié)果如下： 表 坐標(biāo)值比較結(jié)果表 點號 2 4 101 105 110 平均差值 北坐標(biāo)差 / m 東坐標(biāo)差 / m 高程差 / m 從上述的實驗數(shù)據(jù)可以看出：多點校正的平面坐標(biāo)和高程校正精度都比起單點校正有所提高，但兩者的校正精度還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平面校正的精度，而參數(shù)校正的精度比起單點校正和多點校正有了顯著的提升，而且平面坐標(biāo)的校正也很均勻，總體來看參校正要比但點校正和多點校正實用的多。2″， 測距精度為 177。同樣 ， 利用 RTK 在不同基準(zhǔn)站下放樣、測量的中樁坐標(biāo)平均值和全站儀測得坐標(biāo)之差的最大值 max= cm， max= cm， max= cm。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè) 論文 23 第五章 GPS RTK 線路測量的技術(shù)總結(jié) 優(yōu)缺點分析 RTK 技術(shù)的優(yōu)點 作業(yè)效率高 在一般的地形地勢下 ， 設(shè)站一次即可測完大約 6 km半徑的測區(qū) ， 大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的 /搬站 0 次數(shù) ， 僅需一人操作 ， 在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘測出一點坐標(biāo) ， 作業(yè)效率高 ， 勞動強度低 ， 減少測量工作的經(jīng)費。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強 ， 能方便快捷地與計算機通信。 數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小 RTK 數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。 精度和穩(wěn)定性問題 RTK 測量有時會受到衛(wèi)星信號傳輸質(zhì)量的影響，盡管電臺信號和接收衛(wèi)星的數(shù)量都很正常，但仍不能求解待測點的坐標(biāo)（解算無法達到 fixed 要求），給測量造成很 大不便。 布控制點 控制點主要布置在制高點上用來設(shè)置基準(zhǔn)站，以利于接收衛(wèi)星信號和數(shù)據(jù)鏈信號。 第一個觀測點如果找不到已知坐標(biāo)點，則應(yīng)該在基準(zhǔn)站附近施測得出第一個固定解成果，用羅盤儀和距離反算法檢核成果 的 精度和可靠性。若不行再考慮搬站；如果盲點地區(qū)致 盲的主要原因是接收衛(wèi)星狀況不良，則應(yīng)該在盲點周圍加測 圖 根控制點，以便用全站儀補測。歐美及日本已經(jīng)建立起完整 GPS 站網(wǎng)系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò) RTK 研究上 , 國內(nèi)外研究成果頗