【文章內容簡介】 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 , 數據處理能力強。 RTK 可進行多種測量內、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。產生假 值問題可采用 RTK 測量成果的質量控制方法來發(fā)現。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 ,如擁有先進技術的 ASHTECH ZX 雙頻 RTK 測量系統(tǒng)。 隨著科學的不斷進步 ,RTK技術將得到越來 越廣泛的應用 ,在未來也將會有更加先進的技術應用到測量行業(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 。 坐標系轉換精度 , 對于 10km 基線亦在 3cm 以內 , 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學院畢業(yè)設計（論文） 8 以內 , 至于正常高擬合與內插精度取決于連測點數目與分布、擬合模型等 , 一般在5cm～ 10cm 內是能夠做到的。 RTK 技術是 GPS 定位技術的一個新的里程牌 ,它不僅具有 GPS技術的所有優(yōu)點 ,而且可以實時獲得觀測結果及精度 ,大大提高了作業(yè)效率并開拓了 GPS 新的應用領域。由于載波相位測量 ,差分處理技術、整周未知數、快速求解技術以及移動數據通信技術的融合 ,使 RTK在精度、速度、實時性上達到了完滿的結合 ,并使得 RTK定位技術大大擴展了它的應用范圍。 沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） 9 第二章 GPSRTK測量相關概念 RTK測量技術是經載波 相位測量與數據傳輸技術相結合的以載波相位測量為依據的實時差分 GPS測量技術。 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、數據處理能力強、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、數據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擖c的準確坐標可求出其他衛(wèi)星的距離改正數，并將這一改正數發(fā)送給移動站；移動站根據距離改正數來改正其定位結果，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果達到厘米級精度。 RTK 技術根據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計、外業(yè)實施及內業(yè)數據處理三個階段。 GPS 測量的方案設計依據國家有關規(guī)范（規(guī)程）、 GPS 網的用途、用戶要求等對網形、精度和基準等進行具體設計。 GPS 測量規(guī)范是指國家測繪管理部門或行業(yè)部門制 定的技術法規(guī)，包括： ? 2020 年國家質量技術監(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學院畢業(yè)設計（論文） 10 ? 1998 年建設部發(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，根據顯示數據，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。相對的地勢平坦區(qū)，只采集必要的主要邊界點即可，并在現場繪制草圖 ,以便內業(yè)數據處理。 ? WGS84坐標系 ： GPS所采用的坐標系為 WGS84地心坐標系 ,它是以地球的質心 (質量的中心 )為原點的地心坐標系 ,X,Y軸在地球赤道平面內 ,Z軸與地球自轉軸相重合。 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軸正交構成右手坐標系。 采用橢球參數為： 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為基準推算的。 沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（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為： a=6378140m， f=1/。該參數與我國的地理位置更接近，在不久的將來，該橢球參數將會代替國內其它的橢球參數。 ? 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。 在進行空間轉換時 ,當工作區(qū)內有足夠的已知 WGS84 和 BJ54 坐標時 ,首先選擇 3對高精度的控制點坐標對 ,這 3 個點應盡量布設均勻 ,各邊邊長應盡量接近 ,從而構成穩(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測定 ,然后再進行 WGS84 和 BJ54 坐標的轉換。轉換模型 ,通常采用 3 個平移參數、 3 個旋轉參數和 1 個尺度縮放參數計 7 個轉換參數的布爾沙 (Bursa)模型。 在進行 WGS84 和 BJ54 坐標 轉換時 ,一般要經過的流程如下圖所示。 圖 21 WGS84 與 BJ 54 坐標轉換流程示意圖 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 ,然后將待定點的沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） 12 WGS84 坐標利用解出的七參數 ,求得其轉換到 BJ54 平面坐標系的坐標。 ? 七參數的測定 ： ?將 3 個已知點的 BJ54 平面坐標根據克拉索夫斯基橢球參數進行高斯反算 ,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 表示大地坐標的經度 ,L0 為中央子午線的經度 ,X,Y 為 BJ54 平面坐標 ,ρ =。上式的高斯正算公式是由泰勒級數展開式舍去高于 6 次項的結果 ,B,L 的計算精度可達 。 ? 根據 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容同公式 24 中對應符號所表示的內容一致。 ? 將 GPS 測定的 3 個大地坐標 (B84,L84),由 WGS84 橢球參數 ,按公式 212 轉換成空間沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） 13 坐標形式 (X84,Y84,Z84)T。 ? 根據既具有 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換的 7 個參數。 布爾沙 (Bursa)七參數變換公式為 : 213 式 213 中 (dx,dy,dz)T 是進行空間轉換時的坐標平移量 ,κ 是一個縮放尺度比參數 ,εx,ε y,ε z是進行轉換時的旋轉參數 ,這就是所謂的七參數。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?？傻谜`差方程式 214。 將 3 個公共點的坐標代入 214 式 ,應用最小二乘原理可以求出 7 個坐標變換參數的解。 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換參數。求得轉換參數后 ,再利用上述模型進行坐標轉換 (包括重合點和非重合點的坐標轉換 )。對于重合點來說 ,轉換后的坐標與已知值有一差值 ,其差值的大 小反映了轉換后坐標的精度。其精度與被轉換的坐標精度有關 ,也與轉換參數的精度有關 。 ? 214 沈陽建筑大學城市建設學院畢業(yè)設計（論文） 14 WGS84 坐標與 BJ54 坐標的轉換 ? 利用公式 213將所有需要轉換的 WGS84坐標全部轉換為 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 BJ54 坐標的克拉索夫斯基橢球參數 ,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