【文章內(nèi)容簡介】 ......................................................................................................... 41 結(jié)論 ...................................................................................................................................... 42 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 43 致謝 ...................................................................................................................................... 44 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 1 第 1章 緒 論 1957年 10月 4日，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，標(biāo)志著人類進(jìn)入了空間技術(shù)的新時代，近 40年來，由于衛(wèi)星測量的發(fā)展，特別是 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的成功建立和應(yīng)用，使測繪經(jīng)歷了 一場深刻的技術(shù)革命。 GPS (Global Positioning System ) 全球定位系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng) , 可為航空、航天、陸地、海洋等用戶提供三維導(dǎo)航、定位和定時服務(wù)。該系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成，衛(wèi)星分布在相隔 60176。的 6個軌道面上，軌道傾角 55176。，衛(wèi)星高度 20200km，衛(wèi)星運(yùn)行周期 11h58m， 這樣在地球上任何地點(diǎn)，任何時間都可接受 4顆衛(wèi)星運(yùn)行定位，從而可以實(shí)現(xiàn)全天候三維導(dǎo)航定位。由于 GPS具有實(shí)時提供三維坐標(biāo)的能力，因此在民用、商業(yè)、科學(xué)研究等方面得到了廣泛的應(yīng)用。它不僅具有全球 性、全天候、連續(xù)的精密三維導(dǎo)航與定位能力，而且具有良好的抗干擾性和保密性。從靜態(tài)定位到快速定位，動態(tài)定位， GPS技術(shù) 已 廣泛的應(yīng)用在測繪中， RTK技術(shù)是以載波相位測量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測量為依據(jù)的實(shí)時差分 GPS測量技術(shù)， RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、移動站接收機(jī)三大部分組成，是 GPS測量技術(shù)發(fā)展里程的一個重要標(biāo)志，是一種高效的定位技術(shù)。主要應(yīng)用與工程測量、地籍測量、碎部測量、路線測量和工程放樣、航空攝影測量以及運(yùn)動目標(biāo)的精密導(dǎo)航等。目前實(shí)時動態(tài)測量系統(tǒng)，已在 20km的范圍內(nèi)，得到了成功的應(yīng)用 ，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸性能的不斷完善提高， RTK的應(yīng)用范圍將會不斷地?cái)U(kuò)大。 高精度的 GPS測量必須采用載波相位觀測值， RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實(shí)時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果 ，并達(dá)到厘米級精度。在 RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集 GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進(jìn)行實(shí)時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時 僅需幾 秒鐘。流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動狀態(tài) ；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機(jī) ， 并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù) 求 解固定后，即可進(jìn)行每個歷元的實(shí)時處理，只要能保持黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。 隨著時代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，注重效率成為各行業(yè)努力奮進(jìn)的目標(biāo)，對于我們測繪領(lǐng)域來說也是如此。 3S技術(shù)的發(fā)展使測繪領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化，尤其是GPSRTK技術(shù)，對我們在野外采集數(shù)據(jù)帶來了很大的方便，使測繪工作更有效率 。 本課題的目的在于熟練掌握 GPSRTK的理論和操作方法 ， 及其在道路勘測設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用、 通過實(shí)例 對其測量數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析， 證明 GPS RTK技術(shù)應(yīng)用于道路勘測過程中是完全可行的，比以往應(yīng)用于道路測量中的常規(guī)測量有更多的優(yōu)點(diǎn)：方便、高效、精確、 可靠。 GPS RTK的測量精度達(dá)到了 cm級別，已經(jīng)作為快速采集數(shù)據(jù)與定位的有效工具，由于其在精度、速度、實(shí)時性上達(dá)到了完滿的結(jié)合 ， GPS RTK定位技術(shù)大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍，尤其在道路勘測、設(shè)計(jì)和施工放樣中有了廣泛的應(yīng)用 ， 在進(jìn)行初測道路選線，測帶狀地形圖，定測過程中的施工放樣，以及施工后期管理等方面都有 了廣泛的應(yīng)用 。 在進(jìn)行道路勘測時，使用 GPS RTK比使用傳統(tǒng)測繪儀器（水準(zhǔn)儀加經(jīng)緯儀，全站儀）在作業(yè)效率上要高得多，同時在某些條件下，采用 GPS RTK測量， 具有 全天候作業(yè)，兩點(diǎn)間不需要通視 等優(yōu)點(diǎn) ， 高等級公路選線多是在大比例尺帶狀地形圖上進(jìn)行。用傳統(tǒng)方法測圖 ， 先要建立控制點(diǎn) ， 然后進(jìn)行碎部測量 ， 繪制成大比例尺地形圖。這種方法工作量大 ， 速度慢 ， 花費(fèi)時間長。用實(shí)時 GPS動態(tài)測量可以完全克服這個缺點(diǎn) ， 只需在沿線每個碎 部 點(diǎn)上停留一兩分鐘 ， 即可獲得每點(diǎn)的坐標(biāo)、高程。 運(yùn)用 GPS RTK技術(shù)在進(jìn)行道路施工放樣時 ， 我們只要 先輸入各主控點(diǎn)樁號 ( ZH、HY、 QZ、 YH、 HZ) ， 然后輸入起終點(diǎn)的方位角 ， 直線段距離 ,緩和曲線長度 ， 圓曲線半徑 R ， 這樣就可以很輕松放樣了 ， 而且一切工作均由 GPS電子手簿來完成。這種方法簡單實(shí)用 ， 比起傳統(tǒng)的極坐標(biāo)法要快得多。另外 ,如果需要在各直線段和曲線段間加樁 ， 只需輸入加樁點(diǎn)的樁號就行了 ， 剩下工作由 GPS來完成。 目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備 ， 但常規(guī)測量方法受通視和作業(yè)條件的限制 ， 作業(yè)強(qiáng)度大 ,且效率低 ， 大大延長了設(shè)計(jì)周期?？睖y技術(shù)的進(jìn)步在于設(shè)備引進(jìn)和技術(shù)改造 ， 在目前的技術(shù)條 件下引入 GPS 技術(shù)應(yīng)當(dāng)是首選。當(dāng)前 ， 用 GPS 靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測量 ， 為勘測階段測繪帶狀地形圖 ， 路線平面、縱斷面測量提供依據(jù)在施工階段為橋梁 ， 隧道建立施工控制網(wǎng) ，這僅僅 GPS 在公路勘測中應(yīng)用的初級階段 ， 其實(shí) ， 公路測量的技術(shù)潛力蘊(yùn)于 RTK技術(shù)的應(yīng)用之中 ， RTK 技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用 ， 有著非常廣闊的前景。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 第 2 章 GPS 簡介 GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展 1973年 12月，美國國防部批準(zhǔn)它 的 陸海空三軍聯(lián)合研制新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：NAVSTAR/GPS。它是英文 “Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”的縮寫詞。其意為 “ 衛(wèi)星測時測距導(dǎo)航 /全球定位系統(tǒng) ”， 簡稱 GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基準(zhǔn)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時性的導(dǎo)航、定位和定時的功能。能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。 GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) ：起步晚于 GPS 9 年。從前蘇聯(lián)于 1982年 10月 12日發(fā)射第一顆 GLONASS衛(wèi)星開始，到 1996年， 13年時間內(nèi)歷經(jīng) 周折，雖然遭遇了蘇聯(lián)的解體，由俄羅斯接替部署，但始終沒有終止或中斷 GLONASS衛(wèi)星的發(fā)射。 1995年初只有 16顆 GLONASS衛(wèi)星在軌工作， 1995年進(jìn)行了三次成功發(fā)射，將 9顆衛(wèi)星送入軌道，完成了 24顆工作衛(wèi)星加 1顆備用衛(wèi)星的布局。經(jīng)過數(shù)據(jù)加載、調(diào)整和檢驗(yàn)，已于 1996年 1月 18日，整個系統(tǒng)正常運(yùn)行。在系統(tǒng)組成和工作原理上與 GPS類似，由空間衛(wèi)星星座地面控制和用戶設(shè)備三大部分組成。 伽俐略（ Galileo） GNSS系統(tǒng)：從 1994年開始，歐盟進(jìn)行了對伽俐略（ Galileo）GNSS系統(tǒng)的方案論證。 2020年歐盟在世界無線電大會上獲得了建立 GNSS系統(tǒng)的 L頻段的頻率資源。 2020年 3月，歐盟 15國交通部長一致同意伽俐略 GNSS系統(tǒng)的建設(shè)。 伽俐略系統(tǒng)由 30顆衛(wèi)星（ 27顆工作衛(wèi)星和 3顆備用衛(wèi)星）組成。 30顆衛(wèi)星部署在 3個中高度圓軌道面上，軌道高度 23616km，傾角 56176。，星座對地面覆蓋良好。在歐洲建立兩個控制中心。計(jì)劃 2020年發(fā)射兩顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星， 2020年完成全系統(tǒng)部署并投入使用。 GNSS系統(tǒng)最主要的設(shè)計(jì)思想是：與 GPS/GLONASS不同，完全從民用出發(fā)，建立一個高精度的全開放型的新一代 GNSS系統(tǒng)；與 GPS/GLONASS有機(jī)地兼容，增強(qiáng)系統(tǒng)使用的安全性和完善性；建設(shè)資金（ 36億歐元）由歐洲各國政府和私營企業(yè)共同投資。 雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（北斗一號）： 2020年底，我國發(fā)射了兩顆 “ 北斗導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星 ” ，加上地面中心站和用戶一起構(gòu)成了雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（北斗一號）。雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 空間部分由三顆地球靜止軌道衛(wèi)星（其中一顆在軌備用）組成；地面中心站包括地面應(yīng)用系統(tǒng)和測控系統(tǒng)，具有位置報(bào)告、雙向報(bào)文通信及雙向授時功能；用戶部分即車輛、船舶、飛機(jī)以及各軍兵種底動態(tài)及靜態(tài)導(dǎo)航定位的用戶。服務(wù)區(qū)域在東經(jīng) 70～ 145度，北緯 5～ 55度范圍。定位精度為：平面 177。20m，高程 177。10m。 GPS 系統(tǒng)的組成 GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分 ——GPS衛(wèi)星星座；地面部分 ——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分 ——GPS信號接受機(jī)。 GPS衛(wèi)星星座 由 21顆工作衛(wèi)星和 3顆備用衛(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個軌道平面內(nèi)，衛(wèi)星高度為 20200km， 軌道傾角為 55176。，各個軌道平面之間相距 60176。，即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差 60176。衛(wèi)星運(yùn)行周期為 11小時 58分（恒星時 12小時），載波頻率為 。 地面監(jiān)控系統(tǒng) GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)測部分由一個主控站，三個注入站和五個監(jiān)測站組成。對于導(dǎo)航定位來說， GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點(diǎn)。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷 —描述衛(wèi)星運(yùn)動及其軌道的參數(shù)算得的。每顆 GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn) —GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間，求出鐘差，然后由地面注入站發(fā) 給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。 GPS信號接受機(jī) GPS信號接受機(jī)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(yùn)行，對所接受到的 GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出 GPS信號從衛(wèi)星到接受機(jī)天線的傳播時間，解譯出 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時地計(jì)算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間。 GPS 系統(tǒng)的特點(diǎn) GPS定位技術(shù)的高度自動化和所達(dá)到的定位精度為其在測量工作中的應(yīng)用，展現(xiàn)了廣闊的前景。 GPS定位技術(shù)相對于經(jīng)典的測量技術(shù)來說，這一新技術(shù)的主要特 點(diǎn)如下： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 定位精度高 應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明 ， GPS相對定位精度在 50km以內(nèi)可達(dá) 106， 100～ 500km可達(dá) 107，1000km以上可達(dá) 109。在 300～ 1500m工程精密定位中， 1小時以上觀測的解其平面位置誤差小于 1mm，與 ME5000電磁波測距儀測定的邊長比較，其邊長較差最大為 ，較差中誤差為 。 觀測時間短 隨著 GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前， 20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需 15～ 20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在 15km以內(nèi)時，流動站觀 測時間只需 1～ 2分鐘；動態(tài)相對定位測量時，流動站出發(fā)時觀測 1～ 2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。 測站間無需通視 GPS測量不要求測站之間互相通視，只需測站上空開闊即可，因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。由于無需點(diǎn)間 通 視，點(diǎn)位位置可根據(jù)需要，可稀可密，使選點(diǎn)工作甚為靈活，也可省去經(jīng)典大地網(wǎng)中的轉(zhuǎn)算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測量工作。 可提供三維坐標(biāo) 經(jīng)典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測。 GPS可同時精確測定測站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。目前 GPS水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測量的精度。 操作簡便 隨著 GPS接收機(jī)不斷改進(jìn) ，自動化程度越來越高，有的已達(dá) “ 傻瓜化 ” 的程度；接收機(jī)的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動強(qiáng)度。使野外工作變得輕松愉快。 全天候作業(yè) 目前 GPS觀測可在一天 24小時內(nèi)的任何時間進(jìn)行，不受刮風(fēng)下雪等氣候的影響。 功能多、應(yīng)用廣 GPS系統(tǒng)不僅可用 定位 、導(dǎo)航，還可用 于 測速、測時。測速的精度可達(dá) ，測時的精度可達(dá)幾十毫秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。 RTK 定位技術(shù) RTK技術(shù)就是載波相位動態(tài)實(shí)時差分 ( Real Time Kinematic) 技術(shù) ， 它是 GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破 ， 眾所周知 ， 無論靜態(tài)定位 ， 還是準(zhǔn)動態(tài)定位等定位模式 ， 由于