【文章內(nèi)容簡介】 圖 RTK 工作原理 RTK 系統(tǒng)主要由三大部分組成： （ 1） 基準(zhǔn)站接收機(jī) （ 2） 數(shù)據(jù)鏈 （ 3） 移動(dòng)站接收機(jī)。 RTK 系統(tǒng)正常工作要具備以下三個(gè)條件：第一，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站同時(shí)接收到 5顆以上 GPS 衛(wèi)星信號；第二，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站同時(shí)接收到衛(wèi)星信號和基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號；第三，基準(zhǔn)站和移動(dòng)站要連續(xù)接收 GPS 衛(wèi)星信號和基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號。 即移動(dòng)站遷站過 程中不能關(guān)機(jī)，不能失鎖。否則 RTK 須重新初始化。 RTK 的誤差來源和測量精度 RTK 定位的誤差，一般分為兩類 :同儀器和干擾有關(guān)的誤差 。同儀器和干擾有關(guān)的誤差 :包括天線相位中心變化、多路徑誤差、信號干擾和氣象因素；同距離有關(guān)的誤差 :包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差。對固定基準(zhǔn)站而言，同儀器和干擾有關(guān)的誤差可通過各種校正方法予以削弱，同距離有關(guān)的誤差將隨移動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離的增加而加大，所以 RTK 的有效作業(yè)半徑是有限制的（一般為幾公里）。同距離有關(guān)的誤差的主要部分可通過多基準(zhǔn)站技術(shù)來消除。但 是其殘余部分也隨著移動(dòng)站至基準(zhǔn)站距離的增加而加大。 (1)同儀器和干擾有關(guān)的誤差 天線相位中心變化 ：天線的機(jī)械中心和電子相位中心一般不重合，而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號的頻率、方位角和高度角。天線相位中心的變化， 基準(zhǔn)站 基準(zhǔn)站信號發(fā)射天線 RTK 天線 傳感器 控制器 調(diào)制解調(diào)器 移動(dòng)站 基準(zhǔn)站信號接收天線 顯示坐標(biāo)成果 RTK 天線 傳感器 控制器 調(diào)制解調(diào)器 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 6 可使點(diǎn)位坐標(biāo)的誤差一般達(dá)到 3~5cm。因此，若要提高 RTK 測量的定位精度，必須進(jìn)行天線檢驗(yàn)校正。 多路徑誤： 多路徑誤差是 RTK 測量中最嚴(yán)重的誤差，其大小取決于天線周圍的環(huán)境，一般為幾厘米，高反射環(huán)境下可超過 lOcm。多路徑誤差可通過選擇地形開闊、不具反射面的點(diǎn)位、采用具有削弱多徑誤差 的各種技術(shù)的天線、基準(zhǔn)站附近鋪設(shè)吸收電波的材料等措施予以削弱。 信號干擾 ：信號干擾可能有多種原因，如無線電發(fā)射源、雷達(dá)裝置、高壓線等，干擾的強(qiáng)度取決于頻率、發(fā)射臺功率和至干擾源的距離。為了削弱電磁波幅射副作用，必須在選點(diǎn)時(shí)遠(yuǎn)離這些干擾源，離無線電發(fā)射臺應(yīng)超過 200 米，離高壓線應(yīng)超過 50米。 氣象因素 ：快速運(yùn)動(dòng)中的氣象峰面，可能導(dǎo)致觀測坐標(biāo)的變化達(dá)到 12dm。因此，在天氣急劇變化時(shí)不宜進(jìn)行 RTK 測量。 (2)同距離有關(guān)的誤差 軌道誤差 ：目前軌道誤差只有幾米，其殘余的相對誤差影響約為 1 106? ，就短基線 (lOkm)而言，對結(jié)果的影響可忽略不計(jì)，但是對 20~30km 的基線則可達(dá)到幾厘米。 電離層誤差 ： 電離層引起電磁波傳播延遲從而產(chǎn)生誤差，其延遲強(qiáng)度與電離層的電子密度密切相關(guān)，電離層的電子密度隨太陽黑子活動(dòng)狀況、地理位置、季節(jié)變化、晝夜不同而變化，白天為夜間的 5倍，冬季為夏季的 5倍，太陽黑子活動(dòng)最強(qiáng)時(shí)為最弱時(shí)的 4 倍。利用下列方法可使電離層誤差得到有效的消除和削弱 :利用雙頻接收機(jī)將 L1 和 L2 的觀測值進(jìn)行線性組合來消除電離層的影響：利用兩個(gè)以上觀測站同步觀測量求差（短基 線 ） ；利用電離層模型加以改正。實(shí)際上 RTK 技術(shù)一般都考慮了上述因素和辦法。但在太陽黑子爆發(fā)期內(nèi)，不但 RTK 測量無法進(jìn)行，即使靜態(tài) GPS 測量也會受到嚴(yán)重影響。太陽黑子平靜期，其誤差一般小于 5 106? 。 對流層誤差 ： 對流層誤差同點(diǎn)間距離和點(diǎn)間高差密切相關(guān)，一般可達(dá) 3 106? 。 RTK 測量采用求差分法降低了載波相位測量改正后的殘余誤差及接受機(jī)鐘差和衛(wèi)星改正后的殘余誤差等因素的影響，使測量精度達(dá)到厘米級，一般系統(tǒng)標(biāo)稱精度為 10mm+2 106? 。工程實(shí)踐和研究證明 RTK 測量能達(dá)到厘米級精度。有研究表明，RTK 測量的平面精度在數(shù)據(jù)鏈信號接收半徑小于 4km 時(shí)可保持較高精度，用全站儀檢查其中誤差在177。 5cm 以內(nèi) )，大于 4km 時(shí)測量誤差明顯增大。另外作業(yè)時(shí)接收到的衛(wèi)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 7 星數(shù)目越少， RTK 測量結(jié)果誤差越大，但只要能接收到 5顆以上衛(wèi)星，得出的固定解就能達(dá)到儀器標(biāo)稱精度。 RTK 的技術(shù)特點(diǎn) 工作效率高 ： 在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的 RTK 設(shè)站一次即可測完 4km 半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所 需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的設(shè)站次數(shù)，移動(dòng)站一人操作即可，勞動(dòng)強(qiáng)度低，作業(yè)速度快，提高了工作效率。 定位精度高 ： 只要滿足 RTK 的基木工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為 4km ） RTK 的平而精度和高程精度都能達(dá)到厘米級。 全天候作業(yè) ： RTK 測量不要求基準(zhǔn)站、移動(dòng)站間光學(xué)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較小，在傳統(tǒng)測量看來難于開展作業(yè)的地區(qū)，只要滿足 RTK 的基木工作條件，它也能進(jìn)行快速的高精度定位，使測量工作變得史容易史 輕松。 RTK 測量自動(dòng)化、集成化程度高，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng) ： RTK 可進(jìn)行多種測量內(nèi)、外業(yè)工作。移動(dòng)站利用軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)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。 操作簡單，易于使用 ： 現(xiàn)在的儀器一般都提供中文菜單，只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡單的設(shè)置，就可方便地獲得二維坐標(biāo)。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便地與計(jì)算機(jī)、其他測量儀器通信。 RTK 的局限性和精度保障 當(dāng)然 RTK 也有其局限性，會影響到執(zhí)行上述測量任務(wù)的能力。了解其局限性可確保 RTK測量成功。 最主要的局限性其實(shí)不在于 RTK 本身，而是源于整個(gè) GPS 系統(tǒng)。如前所述， GPS依靠的是接收兩萬多公里高空的衛(wèi)星發(fā)射來的無線電信號。相對而言，這些信號頻率高、信號弱，不易穿透可能阻擋衛(wèi)星和 GPS 接收機(jī)之間視線的障礙物。事實(shí)上，存在于 GPS 接收機(jī)和衛(wèi)星之間路徑上的任何物體都會對系統(tǒng)的操作產(chǎn)生不良影響。有些物體如房屋，會完全屏蔽衛(wèi)星信號。因此 , GPS 不能在室內(nèi)使用。同樣原因 , GPS 也不能在隧道內(nèi)或水下使用。有些物體如樹木會部分阻擋、反射或折射信號。 GPS 信號的接收在樹林茂密的地區(qū)會很差。樹林中 有時(shí)會有足夠的信號來計(jì)算概略位置，但信號清晰度難以達(dá)到厘米水平的精確定位。因此， RTK 在林區(qū)作業(yè)有一定的局限性。這并不是說， GPS RTK 只適用于四周對空開闊的地區(qū)。 RTK 測量在部分障礙的地區(qū)也可以是有效而精確的。其奧秘是能觀測到足夠的衛(wèi)星來精確可靠地實(shí)現(xiàn)定位。在任何時(shí)間、任何地區(qū)，都可能會有 7 到 10顆 GPS 衛(wèi)星可用于 RTK 測量。 RTK 系統(tǒng)的工作并不需黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 8 要這么多顆衛(wèi)星。如果天空中有 5顆適當(dāng)分布的衛(wèi)星，就可作精確可靠的定位。有部分障礙的地點(diǎn)只要可以觀測到至少 5 顆衛(wèi)星，就有可能做 RTK 測量。在樹林或大樓四周作測量 時(shí)，只要該地留有足夠的開放空間，使 RTK 系統(tǒng)可觀測到至少 5顆衛(wèi)星， RTK 測量就有成功的條件。 在論述 RTK 技術(shù)的原理時(shí)，我們知道 ,RTK 測量的關(guān)鍵是確定整周未知數(shù)，能否連續(xù)地、可靠地接收基準(zhǔn)站播發(fā)的信號，是 RTK 能否成功的決定因素。在實(shí)際應(yīng)用中，來自各方面的干擾，降低了 RTK 的可靠性和精度。研究表明，為了保證地物點(diǎn)的測量精度，我們在選點(diǎn)時(shí)要采取以下措施 : 點(diǎn)位應(yīng)設(shè)在易于安裝接收機(jī)設(shè)備、視野開闊、視場內(nèi)周圍障礙物高度角應(yīng)小于 15176。 (如可以選在最高建筑物的頂樓 )。 點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源 (如電視 臺、微波站、微波通道等 )，其距離不小于 200 m；遠(yuǎn)離高壓電線，距離不小于 50m 。 點(diǎn)位附近不應(yīng)有大面積的水域或強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體。 點(diǎn)位選擇要充分考慮到與其它測量手段聯(lián)測和擴(kuò)展。 點(diǎn)位要選在交通方便的地方，以提高工作效率。 6)點(diǎn)位要選在地面地基堅(jiān)硬的地方，易于點(diǎn)的保存。 除此之外，為了保證地物點(diǎn)的測量精度，我們還要對接收機(jī)天線進(jìn)行校驗(yàn)，選擇有削弱多路徑誤差的各種技術(shù)的天線。同時(shí)，我們還要不斷利用新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以削弱各種誤差帶來的影響。 RTK 的作業(yè)過程 啟動(dòng)基 準(zhǔn)站 將基準(zhǔn)站架設(shè)在上空開闊、沒有強(qiáng)電磁干擾、多路徑誤差影響小的控制點(diǎn)上，正確連接好各儀器電纜，打開各儀器。將基準(zhǔn)站設(shè)置為動(dòng)態(tài)測量模式。 建立新工程，定義坐標(biāo)系統(tǒng) 新建一個(gè)工程，即新建一個(gè)文件夾，并在這個(gè)文件夾里設(shè)置好測量參數(shù) [如橢球參數(shù)、投影參數(shù)等 ]。這個(gè)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。 點(diǎn)校正 CPS 測量的為 W CS 一 84 系坐標(biāo)，而我們通常需要的是在流動(dòng)站上實(shí)時(shí)顯示國家坐標(biāo)系或地力獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，這需 要進(jìn)行坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，即點(diǎn)校正。點(diǎn)校正可以通過兩種方式進(jìn)行。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 9 (1)在已知轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下。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。 如果上作是在國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)下進(jìn)行，而且知道橢球參數(shù)和投影方式以及基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，則可以直接定義坐標(biāo)系統(tǒng)，建議在 RTK 測量中最好加入 12 個(gè)點(diǎn)校正，避免投影變形過大，提高數(shù)據(jù)可靠性。 (2)在不知道轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下。如果在局域坐標(biāo)系統(tǒng)中工作或任何坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行測量和放樣工作，可以直接采用點(diǎn)校正方式建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方式，平面 至少 3 個(gè)點(diǎn)，如果進(jìn)行高程擬合則至少要有 4 個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)參與點(diǎn)校正。 流動(dòng)站開始測量 (1)單點(diǎn)測量： 在主菜單上選擇“測量”圖標(biāo)打開，測量方式選擇“ RTK” ,再選擇“測量點(diǎn)”選項(xiàng)，即可進(jìn)行單點(diǎn)測量。注意要在“固定解”狀態(tài)下，才開始測量。單點(diǎn)測量觀測時(shí)間的長短與跟蹤的衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星圖形精度、觀測精度要求等有關(guān)。當(dāng)“存儲”功能鍵出現(xiàn)時(shí)，若滿足要求則按“存儲”鍵保存觀測值，否則按“取消”放棄觀測。 (2)放樣測量： 在進(jìn)行放樣之前，根據(jù)需要“鍵入”放樣的點(diǎn)、直線、曲線、 DTM道路等各項(xiàng)放樣數(shù)據(jù)。當(dāng)初始化完成后，在主菜單 上選擇“測量”圖標(biāo)打開，測量方式選擇“ RTK” ,再選擇“放樣”選項(xiàng)，即可進(jìn)行放樣測量作業(yè)。 在作業(yè)時(shí)，在手薄控制器上顯示箭頭及目前位置到放樣點(diǎn)的方位和水平距離，觀測值只需根據(jù)箭頭的指示放樣。當(dāng)流動(dòng)站距離放樣點(diǎn)就距離小于設(shè)定值時(shí)，手薄上顯示同心圓和十字絲分別表示放樣點(diǎn)位置和天線中心位置。當(dāng)流動(dòng)站天線整平后，十字絲與同心圓圓心重合時(shí)，這時(shí)可以按“測量”鍵對該放樣點(diǎn)進(jìn)行實(shí)測，并保存觀測值。 本章小結(jié) 通過本章的論述我們了解了 RTK 的基本原理、系統(tǒng)組成及工作條件。 RTK 的誤差來源有很多種，知道了它們 的來源，對于我們采取一定的措施保證 RTK 的測量精度，提供了理論依據(jù)。 RTK 的技術(shù)特點(diǎn)是 RTK 優(yōu)于其他測量技術(shù)的概括。雖然 RTK 的系統(tǒng)是現(xiàn)代測量的最新成果，但它應(yīng)有不足之處。了解了 RTK 的局限性，使我們知道了對于一些測量 RTK 也是受到限制的。 RTK 的作業(yè)過程是使用 RTK 的基本步驟，也是今后使用 RTK 所必須進(jìn)行的操作，通過對作業(yè)過程的敘述，使我們初步掌握了 RTK 的使用方法。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 10 第 3 章 利用 RTK 進(jìn)行點(diǎn)放樣和曲線放樣 利用 RTK 進(jìn)行點(diǎn)放樣 建筑物的形狀和大小是通過其特征點(diǎn)在實(shí)地上表示出來的。如建筑 物的中心、四個(gè)角點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)等。因此點(diǎn)放樣是建筑物和構(gòu)筑物放樣的基礎(chǔ)。用 RTK 進(jìn)行點(diǎn)位放樣同傳統(tǒng)放樣一樣，需要兩個(gè)以上的控制點(diǎn)，但不同的是傳統(tǒng)的方法是通過距離或方向來放樣定點(diǎn)，或用全站儀用兩點(diǎn)定向后放樣定點(diǎn)，而 RTK 是用 2~3個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正，就可在無光學(xué)通視（電磁波通視）的條件下進(jìn)行點(diǎn)位的放樣，這是傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的。 點(diǎn)放樣工程實(shí)例 測前準(zhǔn)備 ： 獲取 2~3 個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)（如果沒有已知數(shù)據(jù)可用靜態(tài) GPS 先進(jìn)行控制測量），解算或用相關(guān)軟件求出放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，檢查儀器是否能正常使用。 站的架設(shè) ： 將 基準(zhǔn)站架設(shè)在較空曠的地方（附近無高大建筑物或高壓電線等） 架設(shè)完后安裝電臺，連接好儀器后開啟基準(zhǔn)站主機(jī)，打開電臺并設(shè)置頻率。 建立新工程 ： 開啟移動(dòng)站主機(jī)，待衛(wèi)星信號穩(wěn)定并達(dá)到 5 顆以上衛(wèi)星時(shí)，先連接藍(lán)牙，連接成功后設(shè)置相關(guān)參數(shù)：工程名稱、橢球系名稱、投影參數(shù)設(shè)置、參數(shù)設(shè)置（未啟用可以不填寫），最后確定，工程新建完畢。 輸入放樣點(diǎn) ： 打開坐標(biāo)庫，在此我們可以輸入編輯放樣點(diǎn)，也可以事先編輯好放樣點(diǎn)文件，點(diǎn)擊打開放樣點(diǎn)文件，軟件會提示我們是對坐標(biāo)庫進(jìn)行覆蓋或是追加。 測量校正 ： 測量校正有兩種方法：控制點(diǎn)坐 標(biāo)求校正參數(shù)和利用點(diǎn)校正。 第一中方法 ,利用控制點(diǎn)坐標(biāo)庫 (即計(jì)算校正參數(shù)的一個(gè)工具 )的做法大致是這樣的 :假設(shè)我們利用 A,B 這兩個(gè)