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1、.I/44本科学生毕业论文GPS RTK 在数字地形图测绘中的应用.I/44摘要全球定位系统 GPS 全面建成和发展，使导航和测绘行业发生了一场重大深刻技术革命。GPS 测量技术用于生产作业，其作业模式从静态测量、快速静态测量、后处理高精度动态测量、发展到动态初始化（OTF）厘米级实时 RTK 测量作业。RTK 技术是 GPS定位技术的一个新的里程碑，它不仅具有 GPS 技术的所有优点，而且可以实时获得观测结果与精度，大提高了作业效率，并开拓了 GPS 新的应用领域，给测绘工作者带来了极大的方便。本文介绍了 GPS RTK 的发展历史、发展前景以与工作原理，并对徕卡GPS RTK 在测量中的工
2、作模式、数据链的结构、技术特点、作业步骤、点校正方法以与影响RTK 成果精度因素等方面进行了讨论,同时进一步讨论了 GPS RTK 在数字地形图测绘应用中的控制测量、碎部测量等方面的应用。用双基站比较法进行精度分析研究出减小误差提高精度的方法.最后,通过具体工程实例证实了 GPS RTK 技术能大大提高工作效率、减轻劳动强度、成果质量可靠等优点。关键词:GPS RTK；图根控制测量；数字测图；原理；精度分析A ABSTRACTBSTRACTTheglobalpositioningsystemGPScomprehensivelycompleteswiththedevelopment,caused
3、 the navigation and the mapping profession has had asignificant profound technological revolution.The GPS survey technology usesin to produce the work,its work pattern from the static survey,the fast staticsurvey,the post-processing high accuracy dynamic survey,develops to thedynamic initialization(
4、OTF)the centimeter level real-time RTK survey work.The RTK technology is a GPS localization technology new milestone,it not onlyhas theGPStechnologyallmerits,moreover mayreal-timeobtaintheobservation result and the precision,greatly enhanced the work efficiency,and has developed the GPS new applicat
5、ion domain,for surveyed and drew theworker to bring enormous convenient.This article introduced GPS RTK thedevelopment history,the prospects for development as well as the principle.II/44of work,and to Leica frequency GPS RTK in the survey working pattern,the datachain structure,the technical charac
6、teristic,GPS RTK the work step,and soonRTKachievementprecisionfactorhascarriedonthediscussion,simultaneously further discussed GPS RTKin the application of digital terrainmapping of the control survey and so on the aspect pared withtwo-base precision analysis method developed to reduce the error to
7、improvethe accuracy of the method proved GPS through the concrete project example RTKthe technology to be able greatly to enhance the working efficiency,to reducethe labor intensity,the achievement quality is reliable and so on the merit.KeyKey wordword:GPS RTK;Mapping Control Survey;Lay Out;Digital
8、 Mapping;Principle;Accuracy Analysis.1/44目录摘要IAbstractAbstractI第 1 章绪论11.1 论文的目的和意义 11.2 论文相关的研究现状 21.3 论文的主要容 2第 2 章 RTK 测图原理32.1 全球定位技术的发展现状和趋势 32.1.1 GPS 全球定位系统 32.1.2GLONASS 全球导航卫星系统 32.1.3 伽利略卫星导航定位系统 42.1.4 北斗卫星导航定位系统 52.1.5 准天顶卫星系统 QZSS52.1.6 量子定位系统 QPS52.2 GPS 测量原理 62.2.1 GPS 卫星定位的基本原理 62.2.
9、2 载波相位测量 62.2.3 RTK 测量工作原理 72.3 RTK 测量系统的构成 82.4 RTK 点校正方法 92.5 本章小结 11第 3 章 GPS RTK 在数字地形图测绘中的应用133.1 GPS RTK 技术的作业流程与作业过程中应注意的问题 133.1.1GPS RTK 技术的作业流程.133.1.2 GPS RTK 技术作业过程中应注意的问题.153.2GPS RTK 在数字化地形测量中的应用.163.2.1 GPS RTK 在图根控制测量中的应用.173.2.2 GPS RTK 在地形测量碎部数据采集中的应用.183.3 本章小结.19.2/44第 4 章 GPS RT
10、K 在数字地形图测绘中的精度分析204.1 双基站数据精度分析.204.2 GPS RTK 成果精度分析.204.2.1 影响 GPS RTK 精度因素.204.2.2 提高 GPS RTK 精度方法.214.3 GPS RTK 技术的优缺点 224.3.1 RTK 技术的优点.224.3.2 RTK 技术的缺点.234.4 提高 GPS RTK 作业效率的方法 244.5 本章小结.24结论25参考文献26致27附录28.1/44第 1 章绪论1.1论文的目的和意义我国有着广阔的国土，蕴藏着矿山、水利、农业以与旅游等各种丰富的自然资源。所有的这些资源在规划和开发以与利用的各个过程中，都需要利
11、用地形图来进行规划、设计、施工以与后期运营管理。而随着中国经济水平的提高，城市建设步伐的加快，工业技术的发展、环境保护意识的增强、依法加强土地的合理利用等，也都需要利用地形图来为之服务。各种比例尺的地形图和专题地图是测绘行业的主要产品。在一些专业的测绘队伍中，地形测量的任务甚至可能占到每年的测量总任务量的80%以上。因此，地形测量是测量工程中非常重要的一门学科。但是，利用传统地形测量的手段和方法来测绘地形图的效率往往难以满足现在用户的要求。不少测绘单位为加快进度只好采用人海战术，又造成了测图成本的增加，使测绘单位的利润降低。近几年，地理信息系统(Geographic Information S
12、ystem，GIS)作为集地球科学、信息科学与计算机技术为一体的高新技术，为有关空间数据管理、空间信息分析与传播的计算机系统，己经广泛应用在土地利用、资源管理、环境监测、城市与区域规划等众多领域，成为社会可持续发展比较有效的辅助决策支持工具。随着GIS技术的不断发展，在给测量行业提供了广阔空间的基础上，对测量技术的要求也在不断的加强，对测绘产品的质量和效率的要求也在不断如何提高。而地形测量为GIS提供了空间位置信息，因此如何提高测图的质量和效率成了测量研究人员和测绘工作者的研究课题。在传统的地形测量中，采用的主要方法有:大平板仪测图法、经纬仪配合小平板仪测图法、航测成图法等。大平板仪测图法和经
13、纬仪配合小平板仪测图法又称为白纸测图，主要是利用相似图形原理，将视线投影到平板上，然后在投影到平板上的视线上将距离按比例缩绘在图纸上。在外业成图后，业要进行清绘、整饰、出版。这两种方法比较直观，但工序较多，且不能适应现在数字化的要求。航测成图在大面积地形测量中应用比较广泛，主要是利用航空摄影获得的影像照片，在进行外业像片控制和外业像片调绘后，在业利用调绘后的像片进行绘图。此种方法外业任务量相对较小，但作业周期较长(经常是第一年进行航空摄影，第二年进行野外控制测量，第三年进行调绘成图)、航摄时受季节和天气的影响较大，且在大比例尺测量中由于遮挡等原因而使精度难以保证。因此此法比较适合国家基本图的绘
14、制。GPS(Global Positioning System 全球定位系统)是美国建立的以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为用户提供精密的三维坐标、速度和时间。GPS RTK(Rea1Time.2/44Kinematic实时动态)测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量技术。主要是利用在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续的观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备实时地发送给动态站。在动态站，接收机在接收到GPS信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输来的观测改正数据，再根据相对定
15、位的原理，实时地计算并显示出动态站的三维坐标10。RTK技术以其快捷、方便、灵活的特点，已广泛地应用在工程测量的各个方面。如:常规控制测量、工程规划勘测、线路放样等领域。如果利用RTK技术测量地形图，甚至不需要控制测量，只需要一个人拿着接收机在待测碎部点上待上1砚秒钟，利用有线或无线技术将该点的信息直接传输到带有编辑功能的电子手薄或电子平板上等，利用编辑功能在野外直接将地形图绘制出来。由于采用GPS RTK技术，所以在测量点位时不要求点与点之间的通视，只需点的上空有一定角度的空间，一个人操作，就可完成测图工作，并且能够即测即显，测量结束地形图也就基本完成.因此此项技术可以极提高测图的工作效率。
16、1.2论文相关的研究现状目前,数字化测图主要通过全站仪配合便携计算机或电子手簿,野外采集数据,最后利用专业测图软件编辑成图。这种方法要求在测站上测定各个地物地貌的碎部点,即要求碎部点必须与测站点通视。随着GPS技术的出现与其RTK定位技术的广泛应用,采用GPS RTK定位技术进行数字化测图可以很好地弥补测站点控制围的局限性，而且大大提高了测图效率和精度,取得了良好效果。1.3论文的主要容1、按 RTK 技术在测量中的工作模式，数据链的结构，技术特点，用双基站比较法，对 RTK 成果精度影响因素等方面进行精度分析。2、通过 GPS RTK 观测获取原始观测数据，通过对数据的分析，研究减小误差的方
17、法。3、GPS RTK 在数字地形图测绘中的应用、坐标换算与校正方法的研究。第 2 章 RTK 测图原理2.1全球定位技术的发展现状和趋势2.1.1 GPS全球定位系统GPS全球定位系统是1973年美国国防部批准建立的卫星导航系统，是以卫星为基础的无线电导航定位系统。具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。整个GPS系统包括三大部分:空间部分、地面控制部分和用户设备部分。.3/44空间部分即GPS卫星星座部分由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS星座。卫星轨道面个数为6个，卫星高度为20200km，轨道倾角为55度，
18、卫星运行周期为11h58m，载波频率为1575.4ZMHz和1227.60MHz。卫星通过天顶时，卫星可见时间为5小时，在地球表面上任何地点任何时刻，在高度角15度以上，平均可同时观测到6颗卫星，最多可达9颗卫星。地面控制部分由一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站的任务是收集、处理本站和监测站收到的全部资料，编算出每颗卫星的星历和GPS时间系统，将预测的卫星星历、钟差、状态数据以与大气传播改正编制成导航电文传送到注入站。还负责纠正卫星的轨道偏离，必要时调度卫星，让备用卫星取代失效的卫星工作;监测整个地面监测系统的工作;检验注入站给卫星的导航电文;监测卫星是否将导航电文发送给了用户。注
19、入站的任务是将主动站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器.监测站主要是为主控站提供卫星的观测数据。用户部分即GPS信号接收机，通过捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。2.1.2GLONASS全球导航卫星系统GLONASS全球导航卫星系统是前联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，联解体后由俄罗斯负责管理。也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。GLONA
20、SS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100km，运行周期11h15，轨道倾角64.8o。与美国的GPS系统不同的是GLONASS系统采用频分多址(FDMA)方式，根据载波频率来区分不同卫星(GPS是码分多址(CDMA)，根据调制码来区分卫星)。每颗GLONASS卫星发播的两种载波的频率分别为L1=1.602+0.5625k(MHz)和L2=1.246+0.4375k(MHz)，其中k=1-24为每颗卫星的频率编号.GLONASS卫星的载波上也调制了两种伪随机噪声码:S码和P码。俄罗斯对GLONASS系统采用了军民合用、不加密的开
21、放政策。GLONASS系统的主要用途是导航定位，与GPS系统一样，也可以广泛应用于各种等级和种类的测量应用、GIS应用和时频应用等。2.1.3伽利略卫星导航定位系统系统由欧盟委员会(European colmmisino)和欧洲空间(ELlropeanPsaceAgency，ESA)1999年初共同发起并组织实施的欧洲民用卫星导航计划，旨在建立欧洲自主、独.4/44立的民用全球卫星导航定位系统。该系统预计将于2010年底建成。目前中国、以色列、印度、以色列、摩洛哥、沙特阿拉伯、乌克兰等国家和地区已经在该项目上签署了合作协议参与到了这个计划中，还有多个国家正在与欧盟与欧洲航天局就加入该计划进行磋
22、商。伽利略系统由全球设施、区域设施、局域设施和用户与服务中心5部分组成。全球设施部分由空间段和地面段组成。空间段的30颗卫星均匀分布在3个中高度圆形地球轨道上，轨道高度为23616km，轨道倾角56，轨道升交点在赤道上相隔120，卫星运行周期为14h，每个轨道面上有1颗备用卫星。地面段由完好性监控系统、轨道测控系统、时间同步系统和系统管理中心组成。伽利略系统的地面段主要由2个位于欧洲的伽利略控制中心(GCC)和29个分布于全球的伽利略传感器站(GSS)组成，另外还有分布于全球的5个S波段上行站和10个C波段上行站，用于控制中心与卫星之间的数据交换。控制中心与传感器站之间通过冗余通信网络相连。全
23、球地面部分还提供与服务中心的接口、增值商业服务以与与“科斯帕斯-萨尔萨特”(COSPAS-SARSAT)的地面部分一起提供搜救服务。区域设施由监测台提供区域完好性数据，由完好性上行数据链直接或经全球设施地面部分，连同搜救服务商提供的数据，上行传送到卫星。全球最多可设8个区域性地面设施。欧洲静地导航重叠业务(EGNOS)系统通过地球静止卫星播发GPS和GLONASS的完好性信息与差分校正量。局域设施采用增强措施可以满足这些要求。除了提供差分校正量与完好性报警外(1s)，局域设施还能提供下列各项服务：商业数据(差分校正量、地图和数据库):附加导航信息(伪卫星);在接收GSM和UMTS基站计算位置信
24、号不良的地区(如地下停车场和车库)，增强定位数据信号；移动通信信道。用户部分即接收机是伽利略系统中一个重要环节。根据市场的需求，有各种不同类型的接收机利用伽利略系统的各种信号实现不同的服务。伽利略接收机还应有外部辅助系统(GPS、GLONASS和罗兰等)接口，可组成综合服务。服务中心提供伽利略系统用户与增值服务供应商(包括局域增值服务商)之间的接口。根据各种导航、定位和授时服务的需要，服务中心能提供下列信息:性能保证信息或数据登录;保险、债务、法律和诉讼业务管理;合格证和许可证信息管理;商贸中介;支持开发应用与介绍研发方法。2.1.4北斗卫星导航定位系统2000年,北斗导航定位系统两颖卫星成功
25、发射，标志着我国拥有了自己的第一代卫星导航定位系统。这对于满足我国国民经济、国防建设的需要，促进我国卫星导航定位事业的发展，具有重要的经济和社会意义。北斗导航定位系统采用主动式定位原理，.5/44用户设备既接收来自两颗北斗卫星的导航定位信号，又要向卫星发送该信号，进而由地面中心站解算出各个用户的所在点位，并用通讯方式告知用户所测得的坐标值。北斗导航定位系统服务区域主要为中国与周边国家和地区，它可以在服务区域任何时间、任何地点，为用户确定其所在的地理经纬度信息，并提供双向短报文通信和精密授时服务。北斗系统可广泛应用于船舶运输、公路交通、铁路运输、海上作业、渔业生产、水文测报、森林防火、环境监测等
26、众多行业，以与军队、公安、海关等其他有特殊指挥调度要求的单位。但目前由于该系统只有两颗卫星。因此精度不能满足测量和工程测量等的需要，因此在测量界目前对此系统应用很少。2007年2月3日。中国成功发射了第四颗北斗导航试验卫星。在北斗导航试验卫星的基础上，中国将逐步对系统组网，逐步扩展为全球卫星导航系统.正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。随着系统的建立，将在测绘中得到广阔的应用。2.1.5准天顶卫星系统QZSS此系统是日本经济团体联合会、政府综合科学技术会议准备开发的“准天顶卫星系统”,为新一代移动通信、广播电视、
27、卫星定位、信息服务提供支持，由3颗卫星组成，和GPS并用，运行在距地面约3.6万km的圆形轨道上。预计2008年建成并投入使用。3颗卫星各自有不同的轨道，并且这3条轨道都与地球赤道所在平面成45o的夹角。2.1.6量子定位系统QPS在上述的几种传统定位过程中使用的方法都是通过在空间传递电磁脉冲，从而确定抵达预定地点的时间以与返回信号的时间。由于光速是不变的，这种处理过程可实现远距离不同预定地点在时间上的同步，进而计算出相关目标的精准位置.但这种方法的局限在于其准确性会因功率和带宽的变化而受到一定程度的影响。目前正在研究的QPS可以克服上述的局限。该系统利用量子力学中的“量子脉冲异象”，可以极大
28、提高脉冲到达时间的测定精确度。QPS与GPS相比具有下列的优势:1、能够提高定位精度;2、具备密码措施，并可有效对付诸如窃听之类的侵入行为;3、利用量子力学理论使系统比传统通信系统更加敏感，从而最终使系统的功能得到加强。目前该系统的研究仍处在早期段,MIT(Massachusetts Instituet of Technology)的研究小组已完成了QPS技术的初步演示。2.2 GPS测量原理2.2.1 GPS卫星定位的基本原理GPS接收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测量出测量点至三颗以上GPS卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站点的位置。
29、利用GPS接收机接收到的测距码进行定位的方法称为伪距测量定位:利用.6/44接收机接收到的载波相位进行定位的方法称为载波相位测量定位。由于载波的波长远远小于测距码的波长，若接收机对码相位与载波相位的观测精度均取至0.1周，则C/A码与载波L1所相应的距离误差分别为2.93m和1.9mm。因此，利用码相位的伪距测量进行定位时精度较低，一般只是用在单点绝对定位测量中。而载波相位测量由于精度高，因此是目前型GPS接收机测量常采用的测量方法。利用载波相位测量还能用于进行相对定位。将两台GPS接收机分别安置在两个不同的点上，同时观测卫星载波信号，利用载波相位的差分观测量，可以消除或削弱多种误差的影响，获
30、得两点间的高精度的GPS基线向量。但载波信号是一种周期性的正弦信号，而相位测量又只能测定其不足一个波长的部分，因而存在着整周数不确定性的问题，使解算过程较为复杂。2.2.2载波相位测量载波相位测量就是观测GPS接收机接收的卫星载波信号与接收机本地参考信号的相位差。以JK(tx)(在本文中，以上标J表示卫星的标号，以下标k表示GPS接收机的标号)表示k接收机在接收机钟面时刻tk时所接收到的j卫星载波信号的相位值，JK(tx)表示k接收机在钟面时刻tk时所产生的本地参考信号的相位值，则k接收机在接收机钟面时刻tk时观测j卫星所取得的相位观测量可写为:JK(tx)=JK(tx)-K(tx)（2.1）
31、通常的相位或相位差测量只能准确测出一周以的相位值。而整周数却不能准确确定。但只要接收机在接收到卫星信号后不失锁，则各历元的整周数之差却是正确的。因此在实际测量中，如果对整周进行计数，则自某一初始取样时刻(t0)以后就可以取得连续的相位测量值。设在初始时刻t0测得的小于一周的相位差为0，其整周数为叫N0j，此时包含整周数的相位观测值为:JK(t0)=0+N0j=JK(t0)一K(t0)十N0j（2.2）接收机继续跟踪卫星信号，不断测定小于一周的相位差(t)，并利用整波计数器记录从to到ti时间的整周变化量Int()，只要卫星Sj从to到ti之间卫星信号没有中断，则初始时刻整周模糊度N0j就为一常
32、数，那么，任意时刻ti卫星到k接收机的相位差为:JK(tt)=jk(tt)-k(tt)+N0J+Int()（2.3）设在GPS标准时间T时刻卫星Sj播发的载波相位为j(T)，经过传播延迟kj(T)后为k接收机接收。并考虑接收机钟面时与GPS标准时的钟差，则有:KJ(tk)=(T)（2.4）.7/44T=tk+tk-kj(T)（2.5）式中tk是接收机钟差。将 2.5 式代入2.4中，可得:KJ(tk)=j(tk+tk-kj(T)（2.6）将2.6式代入2.1式，并考虑到tk时的整周数Nkj，可得接收机k在其钟面时刻tk时观测卫星Sj所取得的相位观测量:JK(tk)=j(tk+tk-kj(T)-
33、k(tk)+NkJ（2.7）式中,NkJ可以认为是第一次观测时刻相位差的整周数。将2.7式中的参数T改化为统一的接收机钟面时刻tk，由2.5式得:kJ(T)=kj(tk+tk-kj(T)=c1（jk(tk+tk-kj(T)）（2.8）将kJ(T)和j项在tk处展开，取至(1/c)2项，并考虑电离层和 1(tk)和对流层和 2(tk)的影响，且忽略对距离影响很小的项，则可得:JK(tk)=KJ(tk)+ftk-c1(fjk(tk)-K(tk)+Nkj+c1(f 1(tk)+c1(f 2tk)（2.9）上式即为侧量载波相位的公式。2.2.3 RTK测量工作原理差分GPS定位技术是将一台GPS接收机
34、安置在基准站上，基准站的点位坐标己经精密测定，基准站的GPS接收机通过接收GPS信号计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时地将这一改正数发送到移动站，移动站在接收到GPS卫星信号的同时，也接收到基准站发送过来的改正数，利用该改正数对其定位结果进行改正，从而提高了定位的精度。该技术能在野外实时得到点位厘米级精度的三维坐标，是GPS应用上的重大发展，极大的提高了各种控制测量、地形测量、地籍测量、施工放样等测量工作的效率。单站差分按基准站发送信息的方式分为位置差分、伪距差分和载波相位差分三种，工作原理基本一样。位置差分主要利用基准站的己知坐标和接收机测出的坐标计算出坐标改正数，基准站通过电台
35、将此改正数发送出去，移动站接收机在接收到GPS卫星信号解算出的坐标上加上基准站发送过来的改正数，这样就得到了消去基准站与移动站共同误差的移动站的坐标。此种方法计算简单，但要求基准站和移动站必须是同一组卫星。伪距差分定位是将在基准站上测出的各卫星的坐标和基准站的已知坐标，计算出至每颗卫星的真正距离，再根据测出的伪距，计算出真正距离和伪距的差值，将此.8/44差值发送给移动站，移动站在测出的伪距上根据基准站发出的相应的卫星的伪距改正数进行改正。位置差分和伪距差分通常只能满足米级定位精度。要达到厘米级的定位精度，必须采用载波相位差分定位技术。RTK(Real Time Kinematic)也称为载波
36、相位差分技术，是建立在GPS全球定位系统之上的实时动态定位技术。使用差分定位技术，可以实时的得到移动点位的三维坐标，定位精度达到厘米级。载波相位差分方法分为两类:修正法、差分法。修正法是将基准站的载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的载波相位，再解求出坐标。修正法是一种准RTK技术。差分法是将基准站采集的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标。按下式进行计算改正：R0j+(Np0j-N0j)+(Npj-Nj)+pj-0j=222)()()(pjpjpjZZYYXX+d（2.10）其中,R0j为移动站到卫星的真正距离，Np0j表示移动站接收机起始相位模糊度,N0j为基准站接收机起始相位模糊度，
37、Npj为移动站接收机起始历元至观测历元相位整周数，Nj为基准站接收机起始历元至观测历元相位整周数。pj为移动站接收机测量相位的小数部分，0j叫为基准站接收机测量相位的小数部分，d为同一观测历元各项残差。Xj、Yj、Zj为卫星的地心坐标，Xp、YP、ZP为移动站的点位坐标。在差分定位中，最关键的是求起始相位模糊度。求解的主要方法有:删除法、模糊度函数法、FARA法(快速静态定位法)、消去法等。利用差分定位技术，能完全消除接收机之间的公有的误差，如:卫星钟误差、星历误差，能消除部分的传播延迟误差，如:电离层误差、对流层误差等，从而提高了点位的定位精度。2.3 RTK测量系统的构成RTK测量系统主要
38、由GPS接收设备、数据传输系统和软件系统构成,如图2.1所示：.9/44GPS空间卫星GPS接收天线控制器电源无线电发射系统无线电发射天线GPS主机无线电接收天线无线电接收系统控制器GPS主机电源GPS接收天线GPS空间卫星基准站系统流动站系统图2.1 GPS RTK组成(1)GPS 接收设备在基准站和用户站上，分别设置双频GPS接收机。由于双频观测值不仅精度高，而且有利于快速准确地解算整周未知数。当基准站为多用户服务时，其接收机的采样率应与用户接收机采用率最高的相一致。(2)数据传输设备数据传输设备也称数据链，由基准站的无线电发射台与用户站的接收机组成，其频率和功率的选择主要取决于用户站与基
39、准站的距离、环境质量、数据的传输速度。(3)软件系统支持实时动态测量的软件系统的质量和功能，对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性和精确性，具有决定性意义。这种软件系统突出的功能是能够快速解算整周未知数，能选择快速静态、准动态、和实时动态等作业模式,实时完成对解算结果的质量分析和评价。2.4RTK点校正方法常规的 GPS 测量方法，如静态测量、快速静态测量、动态测量等，都需要事后进行解算才能获得厘米级的定位精度，而 GPS RTK 法由于采用了载波相位动态实时差分技术，能够在野外实时得到厘米级定位精度。在 GPS RTK 作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流
40、动站。流动站通过数据收来自基准站的数据，同时采集 GPS 观测数据，并在系统组成差分观测值进行实时处理给出定位结果，历时不到一秒钟。因此，GPS RTK 方法的应用，极提高了工程放样、地形(籍)测图与.10/44某些控制测量的作业效率。由于在实际测量工程中往往是采用地方(局部)坐标系统，而 GPS 定位是直接得到点位在 WGS-84 中的坐标和高程，故进行 GPS RTK 测量时需要进行坐标转换或点位校正。对 GPS RTK 的三种常规校正方法(单点校正，多点校正和参数校正)的精度进行试验研究，利用实测数据对其校正精度进行对比分析，并探讨影响校正精度的主要因素。1、GPS RTK 点校正理论G
41、PS 点校正是建立 GPS 接收机采集的 WGS-84 数据与地方控制位置之间的关系(表达为海平面上的地方地图格网)，采用一系列的数学转换定义此关系。GPS 点校正功能允许进行 GPS 和校正所用地方控制点的匹配(GPS 坐标必须从 GPS 点和观测值得到，格网点必须从格网点和地面观测值得到)。本次实验采用 徕卡软件进行计算，按最小二乘法进行数学转换，并可在任何时间进行重新校正。将 WGS-84 位置转换到格网坐标的数学转换是:（1）基准转换基准转换即从 WGS-84 纬度、经度和椭球高度坐标转换到相对于地方测图格网椭球的纬度、经度和椭球高度坐标。（2）地图投影地图投影是从地方椭球纬度和经度坐
42、标转换到地方测图格网的北向和东向坐标(此过程中高度值改变)到 WGS-84 高度的水准面模型，得到海水面上的近似高程。进行转换后的格网坐标的平面平差，以符合地方控制数据。将地方椭球高或由水准面得到的高程转换为地方海水面控制高程的高度平差。数据库中的所有 GPS 点都用校正参数更新，产生更精确的地方格网坐标值。将新的坐标系统定义(包括校正参数)保存为一个站点，供同一地区今后项目使用，确定项目区域被校正中使用的点封闭起来。如果工程坐标系统定义使用水准面模型获得点高程则高程直接由插到水准面模型格网 WGS-84 高度确定。但是，也可以将高度平差应用到水准面模型产生的高程顶端，允许大规模水准面模型不能
43、考虑到的小型局部变化。GPS 向量的精度(实时或事后)受基准站坐标精度的影响。基准站坐标每 l0m 的误差产生的向量精度误差可达百万分之一(1PPm)。例如，当基本 WGS-84 参考点误差为 l00m、基线长为 2km 时，产生的 GPS向量误差可大到 2mm。本次实验所用的硬件设备主要是基准站和动站接收机，其中基准站由三脚架，徕卡的 GPS 天线和基座、接收主机、无线电发射台、电台天线、测量手簿、连接电缆以与各仪器的供电系统组成;流动站由 GPS 天线流动站对中杆、GPS 接收机、接收电台、电台线、测量手簿、连接电缆等组成。数据处理采用软件系统是与徕卡相配套的 GPS.11/44数处理软件
44、。2、点校正方法(1)单点校正单点校正方法的高程校正精度要大大低于平面坐标的校正精度，而两个平面坐标方向的校正精度也很不均匀，北坐标的校正精度要大大低于东坐标的校正精度。(2)多点校正多点校正方法的高程校正精度也大大低于平面坐标的校正精度，两个平面坐标方向的校正精度仍不均匀，北坐标的校正精度要大大低于东坐标的校正精度。(3)参数校正经过参数校正的坐标和高程的精度相对较高且其精度较均匀，多点校正的精度与其均匀性次之，单点校正的精度与其均匀性均较差。主要原因是单点校正过程中仅考虑平移的 3 个参数，不考虑旋转参数与比例因子，而参数校正是通过 7 个参数进行，其效果是所有点都进行了校正，有其整体性，
45、所以其校正的效果较好。3、结论GPS RTK 的三种常规校正方法(单点校正、多点校正、参数校正)的对比分析，可提出如下几点看法，供实际工作参考。（1）参数校正的坐标和高程的精度相对较高且其精度较均匀，多点校正的精度与其均匀性次之，单点校正的精度与其均匀性均较差。单点校正精度低的主要原因是在校正过程中仅考虑平移的 3 个参数，不考虑旋转参数与比例因子。（2）在单点校正过程中，检校点离基准站距离较近时，检校结果(坐标和高程)与其已知值的差值较小。随着检校点离基准站距离拉大，检校结果与已知值的差值较大。（3）由于参数校正方法的基础是测区控制网，测区控制网的布设一般覆盖整个测区，因此，该校正方法具有很
46、好的整体性，其校正精度优于单点校正和多点校正方法。（4）三种常规校正方法的平面坐标校正精度相对较高，而高程的校正精度较低。根据本次实验结果，平面坐标的校正精度将近厘米级，高程的校正精度为分米级。2.5本章小结本章主要介绍了 RTK 测图原理，全球定位技术的发展现状和趋势、GPS 测量原理包括 GPS 卫星定位的基本原理即 GPS 接收机在某一时刻同时接收三颗以上的 GPS 卫星信号，测量出测量点至三颗以上 GPS 卫星的距离并解算出该时刻 GPS 卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站点的位置。载波相位测量就是观测 GPS 接收机接收的卫星载波信号与接收机本地参考信号的相位差。并且推倒出
47、公式。还有 RTK 测量工.12/44作原理即利用差分定位技术，能完全消除接收机之间的公有的误差，从而提高了点位的定位精度。从介绍仪器的发展过程中可以看出 GPS 发展的速度是非常快的，在仪器的原理和使用方面可以了解到 GPS RTK 的使用非常方便。综上 GPS RTK 为以后的测量工作提供了更加优越的条件。第 3 章 GPS RTK 在数字地形图测绘中的应用3.1 GPS RTK技术的作业流程与作业过程中应注意的问题3.1.1GPS RTK技术的作业流程1、业准备在实施RTK外业测量前，应事先收集测区的小比例尺地形图，必要时进行野外踏勘，根据城市测量的特点完成业的准备工作。主要包括以下几方
48、面的容：根据工程项目，设定工程名称。若已知坐标转换参数，则输入手簿（一般此参数未知）。若无坐标转换参数，应整理测区的已知控制点资料，控制点应尽可能均匀分布在测区周围，使得所测点均在已知点的包围之，尽可能避免从一端向另一端无限制的外推。控制点所处的位置和周围的条件应符合GPS 作业的要求。实施工程放样时，业输入每个放样点的设计坐标，以便野外实时、准确放样。2、求定测区转换参数较为常用的坐标系有WGS-84坐标系、1954坐标系、1980坐标系、地方独立坐标系，但GPS常规测量常用的是WGS-84坐标系统，各个地方坐标系统不同，这样当我们采用RTK进行作业时，就产生了坐标系统转换的问题。但求解坐标
49、系统转换首先必须要求出测区的转换参数。在GPS测量中，经常要进行坐标转换。所谓坐标转换就是在不同的坐标表示形式间进行转换。GPS RTK相对定位是在 WGS-84坐标系中计算的,而我们通常采用的是国家坐标或地方坐标系,这就要求RTK测量的最终成果也是国家坐标系或地方坐标系。求解平面转换参数，至少要联测2个平面坐标点，求解高程转换参数则需要联测3个高程点。为了提高地心坐标系与当地坐标系数学模型的拟合程度,进而提高待测点的.13/44精度,通常要联测尽可能多的已知点。转换参数的求得通常有2种方法:1)充分利用已有的GPS 控制网资料，将多个已知点的地心坐标与相应的当地坐标输入电子手簿中,基准站架设
50、在已知点上实地虚拟联测,解算出转换参数；2)基准站架设在已知点或未知点上，流动站依次测量各已知点的地心坐标，将各已知点所对应的当地坐标系的平面坐标和高程输入手簿中进行点校正,淘汰校正残差比较大的已知点，从而解算出两坐标系之间的转换参数。因此，为进行坐标系统转换需求解不同坐标系统之间的转换参数。较为常用的方法有三种:1、七参数法七参数法的转换模型常采用布尔沙（BURSA）模型：（3.1）式（3.1）中X0、Y0、Z0 为两个坐标的平移参数，x、y、z为两坐标系的旋转参数,、为两坐标系统的尺度比。此方法也称经典的坐标转换方法,用于不同空间直角坐标系间的转换。这种方法一般要求具有三个公共点求解坐标转