【文章內(nèi)容簡介】 級。 ③ 全天候作業(yè)。 RTK 測量不要求基準站、移動站間光學通視 , 只要求滿足 “電磁波 ”通視 , 因此和傳統(tǒng)測量相比 , RTK 測量受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制小 , 在傳統(tǒng)測量看來難于開展作業(yè)的地區(qū) , 只要能滿足 RTK 的基本工 作條件 , 它也能進行快速高精度定位 , 使測量工作變得更容易更輕松。 ④ RTK測量自動化、集成化程度高 , 數(shù)據(jù)處理能力強。 RTK 可進行多種測量內(nèi)、外業(yè)工作。移動站利用軟件控制系統(tǒng) , 無需人工干預便可自動實現(xiàn)多種測繪功能 , 減少了輔助測量工作和人為誤差 , 保證了作業(yè)精度。 ? 缺點： ①受衛(wèi)星狀況限制。當衛(wèi)星系統(tǒng)位置對美國是最佳時段 ,但世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋 ,容易產(chǎn)生假值。另外在高山峽谷及密集森林區(qū)域、城市高樓密布區(qū)域 ,衛(wèi)星信號被遮擋時間較長 ,使一天中可作業(yè)時間受限制。產(chǎn)生假 值問題可采用 RTK 測量成果的質(zhì)量控制方法來發(fā)現(xiàn)。同時注意選擇作業(yè)時間。 ②電量不足問題。 RTK 耗電量較大 ,需要多個大容量電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè) ,在電力供應(yīng)缺乏的偏遠地區(qū)作業(yè)受到限制。 ③初始化能力和所需時間問題。在山區(qū)、林區(qū)或城鎮(zhèn)密樓區(qū)作業(yè)時 ,GPS 衛(wèi)星信號被阻擋機會較多 ,容易造成失鎖 ,需要經(jīng)常地重新初始化 ,這樣測量的精度和效率就受到影響。解決這個問題的方法主要是選用初始化能力強、所需時間短的 RTK 機型 ,如擁有先進技術(shù)的 ASHTECH ZX 雙頻 RTK 測量系統(tǒng)。 隨著科學的不斷進步 ,RTK技術(shù)將得到越來 越廣泛的應(yīng)用 ,在未來也將會有更加先進的技術(shù)應(yīng)用到測量行業(yè)中。 RTK成果精度的因素 一般來說 , 影響 RTK成果精度的因素主要是 GPS 觀測其有誤差源 , 除此之外 , 還有受基線解算精度、基準站點位精度、坐標系轉(zhuǎn)換精度的影響 , 但是在 RTK 作業(yè)中 , 基線解算精度可以達到 10cm+1μmD。 基準站點位精度平均在 3cm 之內(nèi) 。 坐標系轉(zhuǎn)換精度 , 對于 10km 基線亦在 3cm 以內(nèi) , 動態(tài)作業(yè)由于測距偏心 , 天線高誤差等 , 一般也在 3cm 沈陽建筑大學城市建設(shè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 以內(nèi) , 至于正常高擬合與內(nèi)插精度取決于連測點數(shù)目與分布、擬合模型等 , 一般在5cm～ 10cm 內(nèi)是能夠做到的。 RTK 技術(shù)是 GPS 定位技術(shù)的一個新的里程牌 ,它不僅具有 GPS技術(shù)的所有優(yōu)點 ,而且可以實時獲得觀測結(jié)果及精度 ,大大提高了作業(yè)效率并開拓了 GPS 新的應(yīng)用領(lǐng)域。由于載波相位測量 ,差分處理技術(shù)、整周未知數(shù)、快速求解技術(shù)以及移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)的融合 ,使 RTK在精度、速度、實時性上達到了完滿的結(jié)合 ,并使得 RTK定位技術(shù)大大擴展了它的應(yīng)用范圍。 沈陽建筑大學城市建設(shè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第二章 GPSRTK測量相關(guān)概念 RTK測量技術(shù)是經(jīng)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)的實時差分 GPS測量技術(shù)。 GPS測量模式可分為靜態(tài)測量和動態(tài)測量 ， 而靜態(tài)測量又分為常 規(guī)靜態(tài)測量模式和快速測量模式 。 動態(tài)測量模式分為準動態(tài)測量模式和實時動態(tài)測量模式，而實時動態(tài)測量模式又分為 DGPS和 RTK方式。 RTK技術(shù)與其他測量模式相比，具有 定位精度高、測量自動化、集成化程度高、數(shù)據(jù)處理能力強、操作簡單、使用方便的等特點。 RTK系統(tǒng)主要由基準站接收機、數(shù)據(jù)鏈及移動接收機三部分組成。通常是利用 2臺以上的 GPS接收機同時接收衛(wèi)星信號，其中一臺安置在已知點上作 為基準點，另一臺用 來未知點坐標，稱移動站?；鶞收靖鶕?jù)該點的準確坐標可求出其他衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并將這一改正數(shù)發(fā)送給移動站；移動站根據(jù)距離改正數(shù)來改正其定位結(jié)果，大大提高了定位精度，從而使實時提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果達到厘米級精度。 RTK 技術(shù)根據(jù)差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準站的載波相位修正值發(fā)送給移動站，改正移動站的接收載波相位，再求解三維坐標；差分法是將基準站采集到的載波相位發(fā)送給移動站，進行求差解 算三維坐標 。 RTK系統(tǒng)正常工作必須具備三個條件：第一，基準站和移動站同時 接收 5顆以上的 GPS衛(wèi)星信號；第二，基準站與 移動站同時接收衛(wèi)星信號和基準站臺發(fā)出的差分信號；第三，移動站要連續(xù)接收 GPS衛(wèi)星信號和基準站發(fā)出的差分信號，也就是說移動站在移動過程中不關(guān)機，不能失鎖，否則 RTK 必須重新初始化。 實際工作中的 GPS 測量可劃分為方案設(shè)計、外業(yè)實施及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三個階段。 GPS 測量的方案設(shè)計依據(jù)國家有關(guān)規(guī)范（規(guī)程）、 GPS 網(wǎng)的用途、用戶要求等對網(wǎng)形、精度和基準等進行具體設(shè)計。 GPS 測量規(guī)范是指國家測繪管理部門或行業(yè)部門制 定的技術(shù)法規(guī)，包括： ? 2020 年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢疫總局和中國國家標準化管理委員會發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)（ GPS）測量規(guī)范》，簡稱《規(guī)范》。 沈陽建筑大學城市建設(shè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 ? 1998 年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標準《全球定位系統(tǒng)城市測量規(guī)程》，簡稱《規(guī)程》。 ? 各部委根據(jù)本部門 GPS測量實際情況制定的其他 GPS測量規(guī)程和細則。 外業(yè)測量開始前，要進行對點的校核，找準控制點（至少三個），即開始進行中線測量工作 [2]。 中線測量，測量時選路線前進方向進行變化位置放置流動站，每一個里程為一段分隔距離，由已知控制點，流動站手簿軟件即可 顯示此點距離中樁偏移距離及實際高程，根據(jù)顯示數(shù)據(jù)，移動流動站至地形變化點的中樁位置，偏值精度到正負 5cm，即可打樁并記錄樁號、高程。由此可繼續(xù)進行下一里程的中線測量，每 20公里進行中樁記錄，由此可實時測得所有里程全部中樁點的三維坐標。 橫斷面點測量，在已知中樁的垂直方向上，移動流動站依次至此樁的橫斷面方向地形變化點處，在距中線左右各 20范圍內(nèi)測出中線垂直方向上點的三維坐標，為繪制橫斷面需求，保持左右方向上的點大致在一個方向上，并根據(jù)實際地形的變化走勢，在地形復雜的溝、渠、坎、土堆、坑、塘等加密測量特征點 ,特 征點最好高低、上下對應(yīng)。相對的地勢平坦區(qū)，只采集必要的主要邊界點即可，并在現(xiàn)場繪制草圖 ,以便內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理。 ? WGS84坐標系 ： GPS所采用的坐標系為 WGS84地心坐標系 ,它是以地球的質(zhì)心 (質(zhì)量的中心 )為原點的地心坐標系 ,X,Y軸在地球赤道平面內(nèi) ,Z軸與地球自轉(zhuǎn)軸相重合。 WGS84大地坐標系是一個協(xié)議地球坐標參考系 CTS(Conventional Terrestrial System),其幾何定義是 :原點位于地球質(zhì)心 ,Z軸指向 BIH CTP(Conventional Terrestrial Pole)方向 ,X軸指向 BIH CTP赤道的交點 ,Y軸與 X,Z軸正交構(gòu)成右手坐標系。 采用橢球參數(shù)為： a=6378137m， f=1/。 ? BJ54 坐標系 ： 1954 年北京坐標系是我國目前廣泛采用的大地測量坐標系，是一種參心坐標系統(tǒng)。該坐標系源自于原蘇聯(lián)采用過的 1942 年普爾科夫坐標系，該坐標系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球。該橢球的參數(shù)為： a=6378245m， f=1/。我國地形圖上的平面坐標位置都是以這個參數(shù)為基準推算的。 沈陽建筑大學城市建設(shè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 ? 1980 年西安坐標系 ： 1980 年西安坐標系是我國近年來使用的一種最新的大地測量坐標系，亦是一種參心坐標系統(tǒng)。該坐標系是我國根據(jù)自己的實際地理位置建立的坐標系，采用國際第三推薦橢球值。該坐標系的橢球參數(shù)為： a=6378140m， f=1/。該參數(shù)與我國的地理位置更接近，在不久的將來，該橢球參數(shù)將會代替國內(nèi)其它的橢球參數(shù)。 ? 地方坐標系（任意獨立坐標系） ： 在我們的測量過程中，時常會遇到的如一些某城市坐標系、某城建坐標系、某港口坐標 系等，或我們自己為了測量方便而臨時建立的獨立坐標系。 在進行空間轉(zhuǎn)換時 ,當工作區(qū)內(nèi)有足夠的已知 WGS84 和 BJ54 坐標時 ,首先選擇 3對高精度的控制點坐標對 ,這 3 個點應(yīng)盡量布設(shè)均勻 ,各邊邊長應(yīng)盡量接近 ,從而構(gòu)成穩(wěn)定的圖形條件。我們在已知 5 個坐標對的情況下 ,選擇 3 個點的坐標對進行七參數(shù)測定 ,然后再進行 WGS84 和 BJ54 坐標的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換模型 ,通常采用 3 個平移參數(shù)、 3 個旋轉(zhuǎn)參數(shù)和 1 個尺度縮放參數(shù)計 7 個轉(zhuǎn)換參數(shù)的布爾沙 (Bursa)模型。 在進行 WGS84 和 BJ54 坐標 轉(zhuǎn)換時 ,一般要經(jīng)過的流程如下圖所示。 圖 21 WGS84 與 BJ 54 坐標轉(zhuǎn)換流程示意圖 該流程可以分為兩個步驟 :先用 3 個公共點的坐標對求解七參數(shù) ,然后將待定點的沈陽建筑大學城市建設(shè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 WGS84 坐標利用解出的七參數(shù) ,求得其轉(zhuǎn)換到 BJ54 平面坐標系的坐標。 ? 七參數(shù)的測定 ： ?將 3 個已知點的 BJ54 平面坐標根據(jù)克拉索夫斯基橢球參數(shù)進行高斯反算 ,由公式24 求出這 3 個點的空間大地坐標 (即經(jīng)緯度坐標 ): B=Bf[1()Z2]Z2b2ρ 21 l=[l(b3b5Z2)Z2]Zρ 22 L=L0+l 23 Bf=β+{50221746+[293622+(2350+22cos2β)cos2β]cos2β}1010sinβcosβρ 24 β =Xρ/ 25 Z=Y/(Nfcos2β ) 26 Nf=[()cos2Bf]cos2Bf 27 b2=(+)sinBfcosBf 28 b3=()cos2Bf 29 b4=+(+)cos2Bf 210 b5=()cos2Bf 211 在該公式中 ,B 表示大地坐標的緯度 ,L 表示大地坐標的經(jīng)度 ,L0 為中央子午線的經(jīng)度 ,X,Y 為 BJ54 平面坐標 ,ρ =。上式的高斯正算公式是由泰勒級數(shù)展開式舍去高于 6 次項的結(jié)果 ,B,L 的計算精度可達 。 ? 根據(jù) BJ54 坐標系的橢球體由 公式 212式將空間大地坐標 (B,L)T 換算成空間直角坐標(X54,Y54,Z54)T。 ???????????? ?????????????????????????????????????????????212 ?該公式中 e2 表示橢球體的第一 偏心率 ,其余各個符號所表示的內(nèi)容同公式 24 中對應(yīng)符號所表示的內(nèi)容一致。 ? 將 GPS 測定的 3 個大地坐標 (B84,L84),由 WGS84 橢球參數(shù) ,按公式 212 轉(zhuǎn)換成空間沈陽建筑大學城市建設(shè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 坐標形式 (X84,Y84,Z84)T。 ? 根據(jù)既具有 WGS84坐標又具有 BJ54坐標的 3 個已知點利用公式 213 可以求出兩個坐標系進行轉(zhuǎn)換的 7 個參數(shù)。 布爾沙 (Bursa)七參數(shù)變換公式為 : 213 式 213 中 (dx,dy,dz)T 是進行空間轉(zhuǎn)換時的坐標平移量 ,κ 是一個縮放尺度比參數(shù) ,εx,ε y,ε z是進行轉(zhuǎn)換時的旋轉(zhuǎn)參數(shù) ,這就是所謂的七參數(shù)。因為有 3 個公共點的（ X,Y,Z）T 可列立 9 個方程，要求 7 個參數(shù)?？傻谜`差方程式 214。 將 3 個公共點的坐標代入 214 式 ,應(yīng)用最小二乘原理可以求出 7 個坐標變換參數(shù)的解。 通過上述模型 ,利用重合點的兩套坐標值 ,采取平差的方法可以求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。求得轉(zhuǎn)換參數(shù)后 ,再利用上述模型進行坐標轉(zhuǎn)換 (包括重合點和非重合點的坐標轉(zhuǎn)換 )。對于重合點來說 ,轉(zhuǎn)換后的坐標與已知值有一差值 ,其差值的大 小反映了轉(zhuǎn)換后坐標的精度。其精度與被轉(zhuǎn)換的坐標精度有關(guān) ,也與轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度有關(guān) 。 ? 214 沈陽建筑大學城市建設(shè)學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 WGS84 坐標與 BJ54 坐標的轉(zhuǎn)換 ? 利用公式 213將所有需要轉(zhuǎn)換的 WGS84坐標全部轉(zhuǎn)換為 BJ54坐標。即將 (X′ 84,Y′84,Z′ 84)T 坐標由公式 213 求出 (X54,Y54,Z54)T。 ? 根據(jù) BJ54 坐標的克拉索夫斯基橢球參數(shù) ,利用公式 215 將 (X54,Y54,Z54)T 換算為大地 z坐 標 (B′ 84,L′ 84)T。 L=arctan(Y54/X54) 21