【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 全新的時(shí)代。 GPS 的高度自動(dòng)化及其所達(dá)到的高精度和巨大的潛力，也為測(cè)繪行業(yè)帶來(lái)了巨大的變革，對(duì)測(cè)繪學(xué)的各個(gè)方面都產(chǎn)生了極其深刻的影響。且 GPS 定位技術(shù)具有：用 途廣泛、定位精度高、觀測(cè)站之間無(wú)需通視、自動(dòng)化程度高、觀測(cè)速度快、全天候作業(yè)的特點(diǎn) [1]。而目前的 GPS 動(dòng)態(tài)差分定位 [2]， 是利用安置在一個(gè)運(yùn)動(dòng)載體上的 GPS 接收機(jī)以及安置在基準(zhǔn)點(diǎn)上的一個(gè)或多個(gè)接收機(jī)共同測(cè)出運(yùn)動(dòng)載體的空間和時(shí)間狀態(tài)參數(shù)，因此差分動(dòng)態(tài)定位也被稱為相對(duì)動(dòng)態(tài)定位。按照對(duì)實(shí)時(shí)性要求，差分動(dòng)態(tài)定位可分為，實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位和事后差分動(dòng)態(tài)定位。實(shí)時(shí)差分動(dòng)態(tài)定位需要建立無(wú)線電數(shù)據(jù)傳輸通道，以保證實(shí)時(shí)地求解出載體的狀態(tài)參數(shù)；而事后差分動(dòng)態(tài)定位則沒(méi)必要實(shí)時(shí)地傳輸基準(zhǔn)站狀態(tài)參數(shù)，而是在觀測(cè)結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 隨著載波相位差分技術(shù)的成熟，使得 GPS 完成高精度定位可能實(shí)現(xiàn)，而實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)也就是 RTK 技術(shù)，它是實(shí)時(shí)地處理兩個(gè)觀測(cè)站上的載波相位，并實(shí)時(shí)提供觀測(cè)點(diǎn)的空間位置，目前研究表 RTK 測(cè)量精度可以達(dá)到厘米級(jí)。實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)載波相位差分定位的方法可分為兩種，即修正法和差分法。修正法與偽距差分相同，流動(dòng)站利用基準(zhǔn)站發(fā)送的載波相位的修正量和自身接受的衛(wèi)星載波相位數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)求解流動(dòng)站三維坐標(biāo)；差分法則是流動(dòng)站利用基準(zhǔn)站發(fā)送的載波相位的觀測(cè)量和空間位置數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)求解流動(dòng)站三維坐標(biāo)。修正法其實(shí)是準(zhǔn) RTK 技術(shù)，差分法則是 真正意義上的 RTK技術(shù)。 隨著科技的不斷進(jìn)步，一種新興的 RTK— 網(wǎng)絡(luò) RTK（ VRS）技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 VRS 的意思是虛擬參考站， VRS 不僅是 GPS 的產(chǎn)品，更是集 Inter 技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和 GPS 定位技術(shù)為一體的系統(tǒng)工程。它的出現(xiàn)使一個(gè)地區(qū)的所有測(cè)繪工作成為一個(gè)有機(jī)的整體，結(jié)束了以前 GPS 作業(yè)的單打獨(dú)斗局面。它克服了 RTK技術(shù)的局限性，擴(kuò)展了 RTK 的作業(yè)距離，使 GPS 技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，精度和可靠性進(jìn)一步提高，使從前許多 GPS 無(wú)法完成的任務(wù)成為可能。 研究的背景及意義 研究的背景 RTK(Real Time Kinematic)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，是一項(xiàng)以載波相位觀測(cè)為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)差分 GPS 測(cè)量技術(shù)，是利用兩臺(tái)或兩臺(tái)以上 GPS 接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，其中一臺(tái)固定不動(dòng)設(shè)為 基 準(zhǔn) 站，其 余的為 移動(dòng)站。在 RTK 工作 模式下，基 準(zhǔn) 站通過(guò)數(shù)據(jù) 通道 將差分信號(hào)傳 送給移動(dòng)站。移動(dòng)站系統(tǒng) 通過(guò)組成的 差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí) 解算 ，同時(shí) 快速地給出 厘米 級(jí)的定位 精度 。移動(dòng)站 的姿態(tài)可以為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種形式 ； 可采用在 固定點(diǎn)上初始化后 展開(kāi) 動(dòng)態(tài)作業(yè)， 也可 在動(dòng)態(tài) 中進(jìn)行 周模糊度搜索 和 求解。在整周 模糊度求解結(jié)束后 ， 便 可 對(duì) 每個(gè)歷 元的實(shí)時(shí)處理，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地 求解出流動(dòng)站 的三維坐標(biāo) （ x， y， z） 及精度。通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算的定位結(jié)果，便可監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)站與 流動(dòng) 站測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量和解算結(jié)果的收斂情況，從而可實(shí)時(shí)地判定解算結(jié)果是否成功，只要能保持 4 顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形， 理論上講 移動(dòng)站可隨時(shí)給出 厘米級(jí)定位結(jié)果 [3]。只要滿足工作條件， 就能快速、高精度地完成定位作業(yè) 。但是 RTK 觀測(cè)數(shù)據(jù)的誤差具體多大，或者從理論來(lái)評(píng)價(jià)還值得研究，目前影響 RTK 測(cè)量精度的因素還沒(méi)有一個(gè)成型的、統(tǒng)一的、量化的理論，因此在其測(cè)量精度和作業(yè)方式 上眾說(shuō)紛紜；流動(dòng)站在達(dá)到同定解時(shí)手簿上顯示精度很高，但實(shí)際中并不是如此，有時(shí)偏差可達(dá)到米級(jí)，這就要求對(duì)每一個(gè) RTK 定位成果的精度大小和可靠性進(jìn)行確認(rèn)。可靠性一般受 RTK天線相位中心變化、多路徑效應(yīng)、信號(hào)干擾、氣象因素、軌道誤差、電離層延時(shí)誤差、對(duì)流層延時(shí)誤差、操作流程、觀測(cè)時(shí)段、整周模糊度可靠性、等的影響。同時(shí)這也是決定 RTK 能否實(shí)時(shí)、精確定位的關(guān)鍵所在，而且雖然 RTK 可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、快速的定位，但由于測(cè)量時(shí)缺少必要的檢核條件，因此 RTK 測(cè)量真實(shí)精度能達(dá)到什么級(jí)別，必須通過(guò)分析檢驗(yàn)。 研究的意 義 由于 RTK 測(cè)量缺少必要的檢核條件，加上 RTK 本身又有其局限性，比如容易受到多路徑效應(yīng)的影響，受衛(wèi)星狀況限制，在高山峽谷深處、密集森林區(qū)及城市高樓密布區(qū)，衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間較長(zhǎng)，使一天中可作業(yè)時(shí)間受到限制；比如還受到環(huán)境因素的影響， 緒論 3 中午 GPS 受電離層干擾打大，共用衛(wèi)星少、常數(shù)據(jù)收不到所需衛(wèi)星，因而初始化時(shí)間長(zhǎng)甚至不能初始化，也就無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量；另外， RTK 信號(hào)還受反射物 (大面積水域、大型建筑物 )、高壓線、電視臺(tái)、無(wú)線電發(fā)射站、微波站、樹(shù)林等干擾源的環(huán)境影響，這些因素都對(duì) RTK 定位成果的精度產(chǎn)生重要的影響 ，也就導(dǎo)致了 RTK 的穩(wěn)定性不如全站儀，同時(shí)業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為 RTK 只能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)測(cè)量精度，而許多工程測(cè)量中要求必須達(dá)到更高的定位精度（ 2cm 以內(nèi)）或毫米級(jí)的定位精度，所以 RTK 雖有十幾年的發(fā)展歷史，至今仍未在工程測(cè)量中普及使用。因此針對(duì) RTK 的局限性，有必要對(duì) RTK 成果在工程測(cè)量中的精度進(jìn)行檢測(cè)與分析，本文將通過(guò)建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì) GPSRTK 高精度測(cè)量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析與研究，由于 RTK 測(cè)量在不同施工環(huán)境中受到多路徑效應(yīng)的影響不同，通過(guò)對(duì)正常情況下小區(qū)域 RTK 成果進(jìn)行精度分析與研究，并嘗試得到正常情況下小區(qū)域 RTK 成果的 影響量化理論，并期望得到小區(qū)域工程測(cè)量中應(yīng)用 RTK 測(cè)量獲得高精度定位成果的經(jīng)驗(yàn)公式和方法。 RTK 測(cè)量成果精度和可靠性不如全站儀， 是由于 RTK 的測(cè)量過(guò)程中伴隨著衛(wèi)星狀況、外界環(huán)境、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況等因素的出現(xiàn)，就目前 RTK 測(cè)量時(shí)電子手薄上的精度顯示反映出，固定解時(shí)精度顯示較高，可有時(shí)候受 RTK 的局限性影響，在某些不利環(huán)境下 RTK 電子手簿上顯示的高精度并不是完全代表 RTK 測(cè)量時(shí)的精度，這也就要求RTK 測(cè)量成果必須進(jìn)行檢核，若依據(jù)接收機(jī)手薄上的精度顯示進(jìn)行施工測(cè)量，可能會(huì)造成不可挽回的損失。因此，對(duì) RTK 測(cè)量結(jié) 果的精度檢測(cè)與分析，以求在實(shí)際工程測(cè)量中達(dá)到高精度定位成果是十分重要的，也有其現(xiàn)實(shí)意義。 研究的主要內(nèi)容和目標(biāo) 研究的主要內(nèi)容 本文將主要研究在已知高精度控制網(wǎng)下利用 RTK 進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì) RTK 測(cè)量的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和整理，然后對(duì) RTK 成果進(jìn)行精度檢測(cè)與分析，并最終得出 GPSRTK高精度定位的可行性論證和經(jīng)驗(yàn)公式?？紤]到 RTK 作業(yè)的特殊性，而 RTK 精度影響主要集中體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：參數(shù)求解的過(guò)程分析及改進(jìn)投影過(guò)程后的參數(shù)求解、參與求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知公共點(diǎn)含有誤差時(shí)對(duì)最終定位精度的影響、小 區(qū)域內(nèi)最優(yōu)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解、 GPSRTK 系統(tǒng)自身對(duì)精度的影響、衛(wèi)星信號(hào)對(duì)精度的影響、流動(dòng)站距基準(zhǔn)站基線長(zhǎng)度對(duì)精度的影響。 綜上所述本文在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都分別做了相應(yīng)的考慮和問(wèn)題的解決，同時(shí)也是論文研究的主要內(nèi)容，主要有以下幾點(diǎn)： （ 1）在參數(shù)求解的過(guò)程分析及改進(jìn)投影過(guò)程后的參數(shù)求解方面，通過(guò)對(duì) GPSRTK測(cè)量時(shí)平面四參數(shù)求解過(guò)程的分析，結(jié)合小區(qū)域 GPSRTK 測(cè)量時(shí)的特殊情況，對(duì)參數(shù)西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 求解時(shí)的投影過(guò)程進(jìn)行投影改進(jìn)，即將 WGS84 大地坐標(biāo)和地方平面坐標(biāo)先都投影到測(cè)區(qū)平均高程面上，由于得到的平面坐標(biāo)成果都屬同 一平面，故再進(jìn)行參數(shù)求解。通過(guò)這一方法來(lái)實(shí)現(xiàn)小區(qū)域內(nèi)短基線下 GPSRTK 測(cè)量時(shí)可獲得高精度的轉(zhuǎn)換參數(shù)。 （ 2）在參與求解轉(zhuǎn)換參數(shù)的已知公共點(diǎn)含有誤差時(shí)對(duì)最終定位精度的影響方面，通過(guò)對(duì)已知公共點(diǎn)中含有誤差推導(dǎo)出測(cè)量值中所含的由已知公共點(diǎn)誤差帶來(lái)的誤差微分公式并通過(guò)實(shí)例進(jìn)行檢驗(yàn)。 （ 3）在小區(qū)域內(nèi)最優(yōu)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方面，通過(guò)實(shí)例對(duì)小區(qū)域短基線GPSRTK 測(cè)量時(shí)的轉(zhuǎn)換參數(shù)求解時(shí)進(jìn)行全部點(diǎn)參與計(jì)算，剔除殘差較大的點(diǎn)，最終得到適合本區(qū)域的最優(yōu)轉(zhuǎn)換參數(shù)，還對(duì)一定區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)換參數(shù)的最優(yōu)化解提供了論證。 （ 4）在 GPSRTK 系統(tǒng)自身對(duì)精度的影響方面，通過(guò)對(duì) GPSRTK 測(cè)量時(shí)的平面顯示精度 HRMS、高程顯示精度 VRMS 及 PDOP 值的統(tǒng)計(jì)量和測(cè)量點(diǎn)與已知點(diǎn)的較差值進(jìn)行回歸分析，得到該區(qū)域內(nèi)測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)公式。 （ 5）在衛(wèi)星信號(hào)對(duì)精度的影響方面，通過(guò) GPSRTK 測(cè)量時(shí)的接收衛(wèi)星數(shù)與較差值進(jìn)行回歸分析，得到較差值與衛(wèi)星數(shù)的關(guān)系式。 （ 6）在流動(dòng)站距基準(zhǔn)站基線長(zhǎng)度對(duì)精度的影響方面，通過(guò)建立距離的梯度變化與RTK 點(diǎn)位精度變化的影響關(guān)系得出基線長(zhǎng)度與較差值的關(guān)系式。 （ 7）對(duì) GPSRTK 測(cè)量時(shí)的平面顯示精度、高程顯示精度、衛(wèi)星數(shù) 、 PDOP 值、距基準(zhǔn)站的距離這些因子與較差值進(jìn)行多元線性回歸分析得到該區(qū)域的 GPSRTK 測(cè)量經(jīng)驗(yàn)公式并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證。 通過(guò)對(duì)參數(shù)轉(zhuǎn)換的改進(jìn)及較差值與影響因子的多元線性回歸分析與檢測(cè)研究得出RTK 高精度定位精度的經(jīng)驗(yàn)公式及理論并進(jìn)行工程實(shí)例的驗(yàn)證，最終確定 RTK 高精度定位的可行性公式與方法。 研究的目標(biāo) RTK 測(cè)量精度結(jié)果的高低直接影響著 RTK 的運(yùn)用范圍，所以 GPSRTK 測(cè)量達(dá)到更高精度的影響和推廣 GPSRTK 在工程中的實(shí)際應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)意義。本論文研究的目標(biāo)是： （ 1） 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的多元 線性回歸提出削減和控制 GPSRTK 測(cè)量誤差的途徑。 （ 2）得出小區(qū)域 RTK 高精度測(cè)量定位的方法和操作流程。 （ 3）得到 RTK 測(cè)量定位精度的回歸計(jì)算公式，并對(duì)公式進(jìn)行實(shí)例檢驗(yàn)。 本文研究成果可推廣應(yīng)用于 RTK 施工測(cè)量工作。特別是在小區(qū)域內(nèi)短基線條件下，能更高效快速地進(jìn)行施工放樣。本文對(duì) RTK 測(cè)量的野外作業(yè)具有直接指導(dǎo)意義。同時(shí)，關(guān)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析的結(jié)果對(duì) GPS 多路徑效應(yīng)研究具有一定的參考價(jià)值。 緒論 5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 鑒于 RTK 測(cè)量技術(shù)的眾多優(yōu)點(diǎn)，就有必要對(duì) RTK 測(cè)量精度進(jìn)行系統(tǒng)性的認(rèn)識(shí)，也就是在理論與 實(shí)踐方面認(rèn)識(shí) RTK 的測(cè)量精度，并在精度分析的基礎(chǔ)上力求達(dá)到一個(gè)更高精度的需求，這樣對(duì) RTK 定位實(shí)現(xiàn)高精度大范圍的使用有著極其重要的意義，國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都在致力于拓展 RTK 測(cè)量范圍的研究。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 GPSRTK 測(cè)量時(shí)，各點(diǎn)相互孤立，構(gòu)不成幾何圖形，缺少必要的檢核條件，成果精度的可靠性缺少驗(yàn)證，很難估計(jì)，用坐標(biāo)或邊長(zhǎng)較差衡量測(cè)量成果的可靠性，具體多大的較差值才能保證其精度的可靠，沒(méi)有成型的理論指標(biāo) [4]，黑志堅(jiān)等提出 RTK 測(cè)量成果的坐標(biāo)檢測(cè)法精度估計(jì)和 RTK 測(cè)量成果的邊長(zhǎng)檢測(cè)法精度估計(jì)的兩種方 法 [5]，在實(shí)際工程應(yīng)用中有理論價(jià)值和指導(dǎo)意義。 因?yàn)?RTK 測(cè)量時(shí)受衛(wèi)星狀況、外界環(huán)境等方面的影響，且沒(méi)有靜態(tài) GPS 測(cè)量的必要的檢核條件，因此通過(guò) RTK 測(cè)量獲得的結(jié)果精度和可靠性需要檢驗(yàn)，針對(duì) RTK 精度的可靠性研究，很多學(xué)者研究出一些 RTK 測(cè)量成果精度分析的方法，如通過(guò)分析影響RTK 測(cè)量成果的因素，得出改善影響因素的條件來(lái)提高精度，羅滿建等通過(guò)實(shí)際工程來(lái)驗(yàn)證 RTK 測(cè)量精度，采用靜態(tài)觀測(cè)值和 RTK 測(cè)量值來(lái)比較 RTK 的測(cè)量成果，來(lái)達(dá)到檢核 RTK 數(shù)據(jù)可靠性的目的 [6]，也有不少學(xué)者對(duì)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)提出了一些 其它方法，郭建東等提出的利用已知點(diǎn)比較法，利用高精度靜態(tài)獲得的 GPS 點(diǎn)的成果納入到 RTK 測(cè)量鏈中的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，討論 RTK 測(cè)量點(diǎn)的可靠性和誤差 [7]，部分文章從 RTK 定位技術(shù)研究測(cè)量成果精度問(wèn)題，如潘寶玉等文中分析如何準(zhǔn)確求取坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，合理的安置基準(zhǔn)站及控制 RTK 作業(yè)半徑，也可利用觀測(cè)衛(wèi)星的圖形強(qiáng)度的選擇等來(lái)提高 RTK 定位的精度 [8]。 朱正華等提出了五種方法對(duì) RTK 的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制?？焖凫o態(tài)比較法：是在測(cè)量的同時(shí)也進(jìn)行快速靜態(tài)觀測(cè)，事后對(duì)共同測(cè)量的點(diǎn)成果分析比較，來(lái)檢驗(yàn) RTK初始化可靠性及 RTK 測(cè)量數(shù)據(jù)鏈穩(wěn)定性，達(dá)到檢核 RTK 測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的目的。復(fù)測(cè)比較法：一方面是在遷移基準(zhǔn)站后復(fù)測(cè)上一基準(zhǔn)站上已測(cè)的點(diǎn) 13 個(gè)，并現(xiàn)場(chǎng)比較其測(cè)量成果，判別 RTK 測(cè)量數(shù)據(jù)鏈的可靠性，在確認(rèn)無(wú)誤后，展開(kāi)測(cè)量；另一方面是每次完成初始化任務(wù)后，先進(jìn)行復(fù)測(cè)附近點(diǎn) 13 個(gè)，比對(duì)測(cè)量結(jié)果，便可確認(rèn)初始化成果是否可靠，若沒(méi)有問(wèn)題即可展開(kāi)測(cè)量。電臺(tái)變頻法：是在測(cè)區(qū)內(nèi)架設(shè)多個(gè)基準(zhǔn)站，各個(gè)基準(zhǔn)站采用不同頻率的信號(hào)通道發(fā)射差分信號(hào)；流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)，可以選擇接收不同的基準(zhǔn)站發(fā)射差分信號(hào)，可以實(shí)時(shí)對(duì)比多個(gè)成果數(shù)據(jù)，就能判斷出觀測(cè)結(jié)果的可靠性， 由于這種方法可以兼顧實(shí)時(shí)性，是 RTK 測(cè)量數(shù)據(jù)可靠性檢核的突破。而穿線比較的方法和復(fù)測(cè)西安科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 6 比較的方法有所差別，是在測(cè)區(qū) RTK 測(cè)量工作結(jié)束后，新布測(cè)一條 RTK 觀測(cè)鏈，對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)的 RTK 測(cè)量結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量控制，即利用新布設(shè)測(cè)量鏈的成果判斷測(cè)區(qū)內(nèi) RTK 測(cè)量鏈?zhǔn)欠翊嬖谫|(zhì)量問(wèn)題 [9]。宋良學(xué)、王傳海等不僅對(duì) RTK 測(cè)量精度進(jìn)行了分析，還對(duì) RTK測(cè)量成果的可靠性進(jìn)行研究 [10]，張子江通過(guò)靜態(tài) GPS 觀測(cè)數(shù)據(jù)檢核 RTK 觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度 [11]，趙軍通過(guò)對(duì) RTK 測(cè)量過(guò)程的研究，得出 RTK 工作時(shí)間受工作時(shí)間段影響 [12]。綜上所述這些學(xué)者 在為 RTK 數(shù)據(jù)結(jié)果精度的檢核和可靠性研究方面都提出了諸多可以借鑒的方法和理論，為進(jìn)一步研究