【導(dǎo)讀】蝿蝕罿荿蚅蠆肁膂薁螈膃莇蕆螇袃膀莃螆羅莆螁螅膈膈蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿螃肂蒂蒞螂膄芅蚄袁襖蒁薀袀羆芃蒆袀肈葿蒂衿芁莂螀袈羀膄蚆袇肅莀薂袆膅膃蒈裊裊莈莄羄羇膁蚃羄聿莇蕿羃節(jié)腿薅羈蒅蒁羈肄羋蝿羀膆蒃蚅罿羋芆薁羈羈蒁蕆蚅肀芄莃蚄膂蒀螞蚃袂節(jié)蚈螞肄薈薄蟻膇莁蒀蟻艿膄蝿蝕罿荿蚅蠆肁膂薁螈膃莇蕆螇袃膀莃螆羅莆螁螅膈膈蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿螃肂蒂蒞螂膄芅蚄袁襖蒁薀袀羆芃蒆袀肈葿蒂衿芁莂螀袈羀膄蚆袇肅莀薂袆膅膃蒈裊裊莈莄羄羇膁蚃羄聿莇蕿羃節(jié)腿薅羈蒅蒁羈肄羋蝿羀膆蒃蚅罿羋芆薁羈羈蒁蕆蚅肀芄莃蚄膂蒀螞蚃袂節(jié)蚈螞肄薈薄蟻膇莁蒀蟻艿膄蝿蝕罿荿蚅蠆肁膂薁螈膃莇蕆螇袃膀莃螆羅莆螁螅膈膈蚇螅芀蒄薃螄羀芇葿螃肂蒂蒞螂膄芅蚄袁襖蒁薀袀羆芃蒆袀肈葿蒂衿芁莂螀袈羀膄蚆袇肅莀薂袆膅膃蒈裊裊莈莄羄羇膁蚃羄聿莇蕿羃節(jié)腿薅羈蒅蒁羈肄羋蝿羀膆蒃蚅罿羋芆薁羈羈蒁蕆蚅肀芄莃蚄膂蒀螞蚃袂節(jié)蚈螞肄薈薄蟻膇莁蒀蟻艿膄蝿蝕罿荿蚅蠆肁膂薁螈膃莇蕆螇袃膀莃螆羅

　　

【正文】 PS測量方法，需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而 GPS RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分方法，它的出現(xiàn)廣泛應(yīng)用于 以下幾個(gè)方面： ① 各種控制測量； ② 地形測圖；③ 放樣； ④ 在海洋測繪中的應(yīng)用 (海洋測繪主要包括海上定位、海洋大地測量和水下地形測量 )，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。 GPS RTK 測量是將一臺(tái) GPS接收機(jī)安裝在已知點(diǎn)上對(duì) GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，將采集的載波相位觀測量調(diào)制到基準(zhǔn)站電臺(tái)的載波上，再通過基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)射出去，流動(dòng)站在對(duì) GPS 衛(wèi)星進(jìn)行觀測并采集載波相位觀測量的同時(shí)，也通過流動(dòng)站電臺(tái)接收由基準(zhǔn)站電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)，經(jīng)解調(diào)得到基準(zhǔn)站的載波相位觀測量；流動(dòng)站的 GPS 接收機(jī)再利用 OTF(運(yùn)動(dòng)中求解整周模糊度 )技術(shù)由基準(zhǔn)站的載 波相位觀測量和流動(dòng)站的載波相位觀測量來求解整周模糊度，最后求出厘米級(jí)的精度流動(dòng)站的位置，具體過程可以參照?qǐng)D 2。這種測量方法的關(guān)鍵是求解起始的整周模糊度即初始化，并能始終保持。因此 GPS RTK 測量除要求有足夠數(shù)量的衛(wèi)星和衛(wèi)星具有較好的幾何分布外，還要求基準(zhǔn)站與流動(dòng)站間的數(shù)據(jù)通訊必須良好。 圖 22 GPS RTK 數(shù)據(jù)流程示意圖 GPS RTK 系統(tǒng)的組成 13 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 GPS RTK 實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成： （ 1）基準(zhǔn)站 :主要由一臺(tái) GPS接收機(jī)、 GPS天線、電臺(tái)和通訊天線組成。其作用是采集各種觀測值 ,并由電臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)送給流動(dòng)站。 GPS 接收機(jī)的功能是接收、處理和存儲(chǔ)衛(wèi)星信號(hào)，一個(gè) GPS RTK 系統(tǒng)至少需要兩臺(tái) GPS接收機(jī)，一臺(tái)基準(zhǔn)站，一臺(tái)流動(dòng)站。 1）基準(zhǔn)站結(jié)構(gòu)：一套基準(zhǔn)站 GPS接收機(jī)及天線、獨(dú)立的基準(zhǔn)站發(fā)射電臺(tái)及天線、有可能配置電子手?。ㄈ绻邮諜C(jī)無顯示面板時(shí)）。由于基準(zhǔn)站設(shè)置次數(shù)少，一般與流動(dòng)站共用電子手薄，使用電子手薄設(shè)置完基準(zhǔn)站后，轉(zhuǎn)給流動(dòng)站使用。 2）流動(dòng)站結(jié)構(gòu)：外業(yè)測量作業(yè)時(shí)，可以使用多臺(tái)流動(dòng)站同時(shí)作業(yè)，每一套流動(dòng)站的結(jié)構(gòu) 為：一套流動(dòng)作業(yè)的 GPS接收機(jī)及天線、流動(dòng)站接收信號(hào)的電臺(tái)（有的廠家可以將其內(nèi)置在 GPS接收機(jī)）及天線、設(shè)置和顯示使用電子手薄。 3）中繼站電臺(tái)：為了擴(kuò)展 GPS RTK 作業(yè)范圍和距離，必要時(shí)可以在基準(zhǔn)站和流動(dòng)站之間設(shè)立中繼站電臺(tái)。 4）無線電數(shù)據(jù)鏈： ① 基準(zhǔn)站發(fā)射電臺(tái)：一般為外置的獨(dú)立電臺(tái)。 ② 流動(dòng)站接收電臺(tái)：可以內(nèi)置在 GPS接收機(jī)內(nèi)部，也有外置的獨(dú)立電臺(tái)。 ③ 中繼站電臺(tái)：可以轉(zhuǎn)發(fā)接收站信號(hào)，既接收機(jī)準(zhǔn)站發(fā)送的信號(hào)又將接收信號(hào)發(fā)送出去，一般是獨(dú)立的外置電臺(tái) （ 2）流動(dòng)站 :主要由一臺(tái)或多臺(tái) GPS接 收機(jī)、 GPS天線、接收電臺(tái)及通訊天線組成 ,其作用是接收參考站所發(fā)射的各種觀測信息 ,再對(duì)其與參考站間基線進(jìn)行解算 ,實(shí)時(shí)獲得該點(diǎn)坐標(biāo)。 （ 3）隨機(jī)軟件 ,主要用于處理數(shù)據(jù)及形成成果數(shù)據(jù)文件。 1）電子手?。河捎?GPS RTK 作業(yè)過程中流動(dòng)站一般將 GPS 接收機(jī)和電臺(tái)背在背部為了建立測量項(xiàng)目、建立坐標(biāo)系統(tǒng)，設(shè)置測量形式和參數(shù)、設(shè)置電臺(tái)參數(shù)實(shí)時(shí)閱讀、存儲(chǔ)測量坐標(biāo)和精度，設(shè)計(jì)放樣坐標(biāo)或參數(shù)、指導(dǎo)放樣等，一般采用手持式的電子手薄比較方便。 GPS RTK 技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 與靜態(tài) GPS的比較 RTK 有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）測量外業(yè)容易受到地形、氣候、季節(jié)、森林覆蓋等諸多因素的影響，使測量精度、作業(yè)速度都受到很大限制，在能見度低、難通視的情況下，有些測量作業(yè)根本無法進(jìn)行。而 GPS 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量（ RTK）技術(shù)的出現(xiàn)，較圓滿地解決了這個(gè)問題。 （ 2）定位精度較高，數(shù)據(jù)也安全可靠，測站間無需通視。在沒有現(xiàn)成基準(zhǔn)控制點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)被破壞而造成的控制點(diǎn)不足的地區(qū)和由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)能進(jìn)行快速的高精度定位計(jì)算。 14 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 （ 3）綜合測繪能力強(qiáng)，作業(yè)集成度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，可勝任各種測繪內(nèi) 、外業(yè)。參考站能夠?yàn)椴煌脩籼峁┒嗦范囗?xiàng)信息輸出服務(wù)，流動(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動(dòng)進(jìn)行整周未知數(shù)的動(dòng)態(tài)初始化解算，使輔助測量工作極大減少，作業(yè)精度也完全由它來控制、記錄并呈現(xiàn)給指揮管理中心，從而使自動(dòng)化作業(yè)指揮系統(tǒng)的建立成為可能。 （ 4）操作簡便，容易使用，對(duì)作業(yè)條件要求不高，數(shù)據(jù)輸入、處理、存儲(chǔ)能力強(qiáng)，與計(jì)算機(jī)、其他測量儀器通信方便。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步， GPS RTK 接收機(jī)的性能不斷改進(jìn)，使用起來相當(dāng)容易，在任何條件下都能操作。集成化 GPS RTK 接收機(jī)已經(jīng)問世，例如 leica公司推出的 MCGPS1000 接收機(jī)，能實(shí)時(shí)地提供每秒 10 次厘米級(jí) GPS定位成果輸出，而點(diǎn)位成果的時(shí)間延遲不超過 （ 5）作業(yè)人員少，定位速度快，綜合效益高。接收機(jī)僅需一個(gè)人操作，在待測點(diǎn)呆上 2 秒即可獲得該點(diǎn)坐標(biāo)。其他輔助費(fèi)用少，外業(yè)效率高；內(nèi)業(yè)便于利用計(jì)算機(jī)處理，集成度高，節(jié)省人力。 GPS RTK 定位的關(guān)鍵技術(shù) RTK(Real Time Kinematic)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量其基本原理為載波相位實(shí)時(shí)差分，因而流動(dòng)站不僅要接收衛(wèi)星信號(hào)，而且要接收基準(zhǔn)站的信號(hào)，由機(jī)內(nèi)處理軟件進(jìn)行 實(shí)時(shí)差分處理，求解測站點(diǎn)與基準(zhǔn)站間的基線向量。進(jìn)行 GPS RTK 定位時(shí)，基準(zhǔn)站將觀測值及其已知坐標(biāo)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站不僅采集 GPS 觀測數(shù)據(jù)還要接受通過數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)送來的基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)，并在流動(dòng)站上形成差分觀測之后實(shí)時(shí)求出流動(dòng)站坐標(biāo)，其精度可達(dá)到厘米級(jí)， GPS RTK 關(guān)鍵技術(shù)有如下幾點(diǎn)： （ 1）數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) GPS RTK 技術(shù)要求基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)向流動(dòng)站發(fā)送信息，要求信息發(fā)送量大，數(shù)據(jù)可靠及誤碼率小，移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)促成 GPS RTK 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟。數(shù)據(jù)傳輸速度不低于 9600波特率，無中繼站傳輸范圍也 可達(dá)到 20km。 （ 2）數(shù)據(jù)處理技術(shù) 實(shí)時(shí)厘米級(jí)定位精度 GPS 測量要求快速解出整周模糊度，因而需要實(shí)時(shí)處理相位搜索判斷相位觀測值的初始整周模糊度，常用搜索方法有： FARA法， OTF法。 FARA法最早由 GPS作業(yè)方案上，以整體統(tǒng)計(jì)理論為依據(jù)，在某已知值的解空間內(nèi)，搜索一組方差和最小的似然函數(shù)整周數(shù)的解集，判斷最有顯著性，觀測時(shí)間減少到 5分鐘左右。隨后，又出現(xiàn)組合波搜索技術(shù)和目前的 Z 跟蹤技術(shù)以及共同跟蹤技術(shù)；科技的發(fā)展令人目眩，2020年 Ashtech又推出采 用 instantGPS RTK 的 Zxtreme接收機(jī)；隨著 GPS在動(dòng)態(tài)定位領(lǐng)域的發(fā)展，特別是 GPS RTK 技術(shù)的發(fā)展，專家學(xué)者提出了各種求解動(dòng)態(tài)測量中相位整周模糊度的 OTF功法?？傮w上來講， 15 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)論文 按其所用數(shù)學(xué)思想的不同。 OTF法可分為四類：雙頻偽距法，模糊度函數(shù)法，最小二乘搜索法和模糊度協(xié)方差陣法。 （ 3）坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解 在 GPS 靜態(tài)測量中，不同坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是在數(shù)據(jù)后處理時(shí)進(jìn)行的，而對(duì)于 RTK 測量，要求實(shí)時(shí)得出待測點(diǎn)在實(shí)用坐標(biāo)系 (1980 年西安坐標(biāo)系、 1954 年北京坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系等 )中的坐標(biāo)，因此，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題就顯得尤為重要。 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解方法，一般是在 RTK 作業(yè)前首先在測區(qū)做一定數(shù)量的靜態(tài) GPS控制點(diǎn)，與地方坐標(biāo)系的控制點(diǎn)聯(lián)測，以同時(shí)獲取 GPS點(diǎn)的 WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系統(tǒng)坐標(biāo)，然后利用后處理軟件或 GPS 控制器內(nèi)置的實(shí)時(shí)處理軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，如果測區(qū)內(nèi)的已知控制點(diǎn)己經(jīng)有地方坐標(biāo)系坐標(biāo)和 WGS84坐標(biāo)系坐標(biāo)，則可直接利用隨機(jī)軟件求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。 求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)所使用的已知控制點(diǎn) (通常稱作基準(zhǔn)點(diǎn) )的精度、密度及分布狀況對(duì) 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解質(zhì)量有著直接影響。因此，所選定的基準(zhǔn)點(diǎn)要求精度要高，并且應(yīng)均勻分布在測區(qū)周圍，基準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量視測區(qū)的大小一般取 36點(diǎn)為宜，一般地，在求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí)，應(yīng)采取不同基準(zhǔn)點(diǎn)的匹配方案，用不同的計(jì)算方法求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，經(jīng)比較后選擇殘差較小、精度較高的一組參數(shù)使用。 由于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)求解精度與已知點(diǎn)兩套坐標(biāo)的精度和區(qū)域內(nèi)點(diǎn)位的分布有關(guān)，因此坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)是有區(qū)域性的，它僅適用于已知點(diǎn)所圈定的區(qū)域和臨近地區(qū)，其外推精度明顯低于內(nèi)插精度，因此，在一個(gè)測區(qū)求解的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)不能直接應(yīng)用到其它測區(qū)。 （ 4）基準(zhǔn)站的設(shè)置 GPS 衛(wèi)星處在 2104km 多的高空，從衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)到接收機(jī)接收，中間要經(jīng)過電離層、對(duì)流層以及來自多方面的干擾，其信號(hào)一般十分微弱，通常只有50～ 180dB。同時(shí)，由于 RTK 數(shù)據(jù)鏈采用超高頻 (UHF)電磁波，它的傳輸距離與接收天線的高度、地球曲率半徑以及大氣折射等因素有關(guān)。因此，要提高 GPS信號(hào)接收的質(zhì)量，基準(zhǔn)站必須遠(yuǎn)離各種強(qiáng)電磁干擾源 (如微波站、尋呼臺(tái)發(fā)射塔、變電站、高壓線、電視臺(tái)等 )；同時(shí)，為了減少多路徑效應(yīng)的影響，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)無明顯的大面積的信號(hào)反射物 (如大面積水域、大型建筑等 )；另外，要求基準(zhǔn)站電臺(tái)天線和移動(dòng)站天線之間無大的遮擋物 (如高層建筑物、高山等 )，且天線應(yīng)盡量設(shè)置高一些，以提高數(shù)傳電臺(tái)的傳輸距離。 （ 5）作業(yè)半徑的限制 移動(dòng)站離開基準(zhǔn)站的最大距離稱作 RTK 的作業(yè)半徑，它的大小取決于基準(zhǔn)站電臺(tái)信號(hào)的傳輸距離，且對(duì) RTK 測量的速度和精度有著直接影響。 GPS RTK 技術(shù)在應(yīng)用中遇到的其中一個(gè)問題就是參考