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1、RTK在公路测量中的应用目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 GPS定位技术的应用现状12 GPS卫星全球定位系统32.1 GPS全球定位系统的概念32.1.1 概念32.1.2 GPS系统的特点42.2 GPS卫星定位系统的组成62.2.1 空间部分62.2.2 GPS地面监控部分82.2.3 用户部分92.3 GPS卫星的导航定位信号92.3.1 概述92.3.2 RTK信号接收机的组成及其原理102.4 GPS卫星定位原理132.4.1 概述132.4.2 GPS几种定位方式152.5 GPS导航定位误差163 工作流程193.1 GPS（RTK）控制网的内业设计193.1
2、.1 GPS(RTK)控制网设计193.1.2 影响GPS(RTK)测量技术设计的因素203.1.3 GPS(RTK)控制网的图形设计213.1.4 技术指标223.2 GPS(RTK)控制网的外业设计223.2.1 选点要求223.2.2 埋石233.2.3 外业观测233.3 RTK控制网的外业实施243.3.1 仪器准备243.3.2 接收机及附属设备的检验与维护243.3.3 人员组织253.3.4 仪器安装253.3.5 野外观测253.4 数据传输与数据处理263.4.1 数据传输263.4.2 数据处理264 RTK技术在公路测量中的应用284.1 RTK测量原理284.2 RT
3、K的测量模式294.2.1 快速静态定位模式304.2.2 动态定位304.3 RTK测量技术的应用分类304.3.1 各种控制测量304.3.2 地形测图314.3.3 放样315. 小结325.1 RTK在公路测量中的优点325.2 影响GPS-RTK测量精度的因素335.3 我提出的相关的改进措施：33致 谢35参考文献36RTK在公路测量中的应用摘 要随着我国经济快速发展公路建设速度也不断加快。公路工程有其自身特点：长条状，坡度多，在施工测量工作中对测量控制网的布设带来诸多困难，常规控制测量既要考虑控制网的网型，又要考虑控制点的密度，并且常规的白纸法作图，只能得到模拟的数字地图，不能充
4、分的利用得到的劳动成果，不便于现代化的数字化管理，而近几年新兴起来的RTK技术运用在实际工程测量中不仅提高了测量精度缩短了施工工期，得到数字化地图，提高了项目的管理水平，而且还节约了工程成本，产生了巨大的社会效益和经济效益。本文主要从应用的RTK的基础GPS系统开始论述，简要介绍GPS系统的情况，而后分析采用RTK时使用其用来测量时的误差来源，及应对改进策略。RTK的在公路测量时的工作流程，展望RTK在公路测量方面的广阔应用前景。关键词 GPS/公路工程/控制测量 The application of RTK in Highway Survey AbstractWith Chinas rapi
5、d economic development continues to accelerate highway construction speed. Highway Engineering has its own characteristics: elongated, slope, in the construction work on the measurement CONTROL measuring. bring many difficulties, routine control measure is necessary to consider the grid control netw
6、ork, but also consider the density of the control point, White and conventional method of mapping, can only get analog digital map can not be fully utilized to obtain the fruits of labor, is not easy to modern digital management, but in recent years a new up RTK technology used in the actual project
7、 not only improved measurement the measurement accuracy shorten the construction period, to obtain digitized maps, improved project management level, but also saves the cost of the project, resulting in a huge social and economic benefits.This article from the basis for the application of RTK GPS sy
8、stem began discussion of the case briefly GPS system, and then analyzed using RTK is used to measure the use of its sources of error, and coping improvement strategies. RTK measurements in highway workflow outlook RTK measurements in the road broad application prospects.KEY WORDS GPS,Road project,co
9、ntrol measurement,the-horizon measurementII1 绪论1.1 GPS定位技术的应用现状早在GPS发展的初级阶段就有人指出“GPS的应用，仅受人们的想象力制约”。自GPS系统问世以来，已充分显示了其在导航，定位领域的霸主地位。许多领域也由于GPS的出现而产生革命性变化。目前，几乎全世界所有需要导航，定位的用户，都被GPS的高精度，全天候，全球覆盖，方便灵活和优质价廉所吸引。一、GPS的应用按其使用领域简单介绍如下1、GPS应用于测量GPS定位技术基本上可满足各种类型的工程测量控制网的精度要求。由于可以全天候观测，定位是测站见也无需保持通视等特点，因而与常规
10、方法相比具有一定的优越性。可以说在测绘学发展的历史上，GPS技术的应用是目前为止发生的最大的技术变革。GPS测量系统与传统的手工测量手段相比有着常规测量无法比拟的优点：测量的作业过程变的相当简单；测量结果精度高;测量仪器体积小，便于携带，大大减少了测量员的外业劳动强度;可全天候24小时不间断测量;测站之间无须通视;测量结果在同一坐标系下，信息接收、存储等都是自动完成的，减少了繁琐的数据处理的中间环节，从而在根本上杜绝了由于测量员素质而引起的测量误差。当前，GPS技术已广泛应用于大地测量和地球动力学之中，工程测量，航测和遥感、资源勘查、地籍调查等重要领域。2、GPS应用于交通卫星导航将有利于减缓
11、拥堵的城市交通状况，提升海陆空的交通监督管理水平。建立一个车辆管理系统，在车辆上安装GPS接受系统，并安装发射汽车位置的发射装置，建立一个数据库，使得在城市内运行的车辆的位置信息通过无线网络将车辆的位置信息都上传到数据库，通过对数据库的分析，可以轻松地了解到车辆的行走信息，知道哪里的道路发生阻塞，或者出现事故，提醒其他车辆绕行，从而提高对城市车辆的管理水平同时可以有效地减少车辆的拥堵状况。例如，告知司机城市道路的拥挤状况，帮助车辆选择畅通的道路，限制进入拥挤的道路，节约时间，从而节约时间成本，提高人民的生活水平。同时卫星导航系统可以在任何气候条件下，为水路交通提供导航定位和安全保障服务，提高对
12、海上事故的救援能力。3、GPS应用于救援当遇到匪警、交通事故、意外伤害等突发事件，通过电话响有关单位报告和求助时，很难说出事故的准确位置，利用GPS定位技术，可以准确的知道事故的准确地点，提高对灾害的响应速度，从而为营救争取宝贵的时间。4、GPS应用于农业信息技术支持下的农业，由经验性到量化、规范、集成和智能化；由粗放生产到精细操作；由分散封闭到有效获取和利用信息；由经济判断到宏观测报和科学管理，是传统农业的一次深刻革命。抓住信息化改造的机遇，中国农业就会提升到一个新的水平，就会在向现代农业和市场经济的转变中，显著提高人力、物力和财力的投入效益，减少和避免损失。其主要目标是更好地利用耕地资源潜
13、力，科学利用投人，提高产量，降低生产成本，减少农业活动带来的不良环境后果，实现农业生产系统的可持续发展。它是走向知识经济时代人们利用信息技术革命和现代农业科技成果经营农业的技术思想的革命。5、气象应用服务全球卫星导航定位系统已在气象领域得到广泛应用，在其基础上组建的地球大气观测系统是一种重要的观测技术，可完成对大气、海洋和空间环境的观测，以及对环境中重要的风、云、电进行观测。促进我国在天气分析和数值天气预报、气候变化监测和预测的能力，提高预报结果的精度，为研究全球气候变化的规律提供基础的数据积累，为以后的气象研究提供基础。这是GPS为全球的气象工作作出的巨大贡献，提升气象学家在气象方面的预报，
14、提高在建设生产的过程中防灾减灾的能力，减少灾害的给我们带来的损失。二、 我国的GPS定位技术应用情况2002年2月，国家计委提出“卫星导航应用产业化专项”，其目标是在“十五”末期，形成一个市场规模超过百亿元的新产业。要在生产制造卫星导航应用基础产业的规模和数量上进入世界前列。接收机主板产量超过100万套，行业总产值超过100亿元（约占世界市场份额的4%）。其中导航运营服务产值将超过20亿元。在基础产品上，芯片组与主机板等将从目前的全部依赖进口变为自主产品占60%以上。产品出口将占国产总量的10%，具有自主知识产权的芯片组、嵌入式软件及专用数据将批量投放市场。通过卫星导航应用示范工程和基础设施的
15、建设，推动卫星导航应用设备及其扩展系统在国民经济诸多部门和深入影响了人们的日常生活，人们已经无法离开GPS,为人类创造了更多的价值，产生经济效益和社会效益是无法估量的。汽车导航产品将进入市场/成为GOS最大的消费市场，同时带动导航电子地图的生产和经销。近年来，日本、欧盟、美国采取谨慎而积极的进军姿态，争先恐后进入中国市场。它们对我国的汽车导航市场抱有厚望，无疑源于对我国卫星导航市场的看好。2 GPS卫星全球定位系统2.1 GPS全球定位系统的概念2.1.1 概念GPS即全球定位系统几乎已成为卫星导航系统的代名词。实际上，它是一个基于卫星的无线电导航系统，最具优势的特点是：全球覆盖、连续工作（全
16、天候）、能服务于高精度和高动态服务平台。GPS卫星导航系统是美国政府从上世纪70年代开始研制第二代卫星导航系统，历时20余年，耗资300亿美元，它是在第一代子午卫星导航系统的基础上发展起来的，历经多年发展终于在1994年全面建成，使其具有对海、陆、空全方位实时全天候的第二代卫星导航授时系统。于子午卫星导航系统类似，GPS系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，实际上是指卫星星座、地面运营控制系统，以及用户设备。严格地说，还有一个环境段，即环境增强段。24颗卫星组成全球定位系统的空间卫星星座，他们均匀的分布在6个轨道面内，每个轨道面内都含有分布有4颗卫星。卫星轨道面的倾角约为55度，各轨道平面升
17、交点的赤经相差60度。在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30度。卫星导航的卫星轨道的距离在离地面两万千米的高空上空，运行周期为12小时恒星时。这样就使得在每一个观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，当截至高度角大于15度时，这样的卫星星座安排，能够保证无论用户在何时何地都可以同时观测到最少4颗卫星，从而保证了GPS卫星导航系统的全球性和全天候特性，大大提高了卫星系统的可用性和便民性。2.1.2 GPS系统的特点由于GPS功能的完善，人们发现GPS的优点不仅仅是有精度高，全天候等特性，还有以下的特点，如：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。1、定位精度高单纯的使用单点定位模式，G
18、PS的定位精度已经可以达到定位精度小于10米，如果使用技术更为先进的差分定位技术或者是使用相对定位，则其定位精度可以达到厘米级，甚至是毫米级。大量的社会实践已经表明，在1千米以内的精密工程测量定位中，使用相对定位技术，在测站点进行长时间观测，得到的定位精度小于1mm，这样高的精度甚至与现代最先进的全站仪电磁波测距仪测定得边长相比，都毫不逊色。2、观测时间短随着技术的革新、发展，GPS定位系统的不断优化，接收机软硬件的不断改进优化，在外业观测时所用的时间越来越短。现在的GPS定位系统已经完全可以满足人们实时动态测量的需求。3、测站间无须通视GPS测量要求测站上空视野开阔，无障碍物遮挡卫星信号即可
19、，并不需要求测站之间互相通视。由于无需点间通视，且测量精度与网型无关，是的点位、控制网形可根据需要，任意布设，使选点工作甚为灵活，也可省去选点，网型优化的麻烦。4、可提供三维坐标传统的测量方法是将平面坐标和高程坐标分开分别测量获得的，效率低下，而现在的GPS测量技术可以同时得到待测点的三维坐标数据。虽然GPS得到的三维坐标数据是基于全球统一的基于地心的的协议坐标系，但是测量的结果通过结果经过坐标转化，得到的GPS水准完全符合四等水准测量的精度要求。5、操作简便随着GPS接收机测量的自动化程度的不断提高，有的甚至可以说是已经到了“傻瓜”式的程度。在观测中测量员无需再像传统的测量仪器那样麻烦，仅仅
20、只需要在测站点安放好GPS接收机，连接好用于数据传输的电缆线，测量GPS的仪器高，保证GPS接收机在测站上正常的工作运转，至于其它的工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等其他的繁琐的观测工作，这些均可以由GPS接收机来自动完成，并不需要再进行人工的干预。6、全天候作业GPS卫星星座由24颗卫星，分布在6个轨道面上，近乎均匀地配置在地球上空，这样的设计的可以保证无论在地球上的何时，何地都可以保证至少接收到四颗GPS卫星的信号，从而真正的实现了GPS卫星导航定位系统的实时性。同时，由于GPS卫星传输的是无线电信号，是基于无线电的导航方式，而无线电的传输一般不受天气因素的影响，所以GPS定位系统能够真
21、正的实现全天候的测量工作。应该特别指出的是，由于卫星信号是通过工作在L波段上的无线电方式传输，且要穿越地球的电离层、大气层，因此GPS系统测量的精度不可避免的收到太阳耀斑，地球磁场等活动的影响，在太阳活动的活跃期，得到的测量结果甚至无法使用，因此严格地说GPS导航系统的全天候是会打折扣的。7、功能多、应用广随着技术的发展，仅仅使用GPS系统用来导航、授时等简单的工作已经远远不能满足人们的需求，为了进一步拓展了GPS的应用空间，人们在很多方面做了尝试，例如，工程测量、智能交通系统、控制测量、物流网的建设、工程碎步测量，并且在很多方面已经取得了巨大的成功，特别近几年发展起来的智能交通系统等方面，对
22、于促进由传统的运输方式的升级与转型具有极其重要的现实意义。例如，在铁路运输中，如果在列车上安装全球卫星定位系统，就可以在保证列车正常运行的情况下，尽可能的缩短列车发车之间的时间间隔，提高铁路轨道的利用效率，从而有效的降低铁路运输的成本，提高资源利用效率。2.2 GPS卫星定位系统的组成GPS全球定位系统包括：空间部分（主要是GPS卫星）、地面监控部分和用户接收部分三部分构成。2.2.1 空间部分1、GPS卫星GPS卫星的外形是一个直径约为1.5m左右的圆柱体，其净重超过774kg，同时在GPS卫星的两侧还有太阳能帆板，用来为GPS卫星正常运行提供电力支持。由于在GPS系统的设计中，时间是一个基
23、本量，所以可以说GPS的卫星钟是卫星的核心设备，因此每台GPS卫星都包含有多部高精度的原子钟，包括2台铷原子钟和2台铯原子钟，以便为GPS测量提供高精度的时间基准。他们为卫星发射的电磁波信号提供频率基准，并且为GPS定位提供高精度的时间标准。卫星上还有燃料和喷管，使得在卫星偏离设计的预定的轨道时，可以通过在地面的控制系统对卫星的运行进行调整。由以上可知GPS卫星的具有以下基本功能：接收并存储来自地面控制系统的导航电文；在内部原子钟的控制下生成测距用的随机码（C/A码和Y码）和载波；采用二进制相位调制法将测距码和导航电文调制载波上播发给用户；按照地面控制系统的命令调整轨道，调整卫星钟，修复故障或
24、启用备用件以维护整个系统的正常工作。2、卫星星座全球定位系统的空间卫星星座，由24颗卫星组成，其中的3颗卫星用来备用的。这些卫星均匀分布在空间的6个轨道面内，每个轨道面上分布有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为55度，各轨道平面升交点的赤经相差60度。在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30度。轨道平均高度约为20200km，卫星运行周期为11小时58分。因此，同一观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前约4分钟。每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间和地点而略有差异异，最少为4颗，最多可达11颗。在截止高度角15取15度时,在地球上的任何位
25、置、任何时刻,都可以至少同时观测到4到8颗卫星，平均可同时观测到6颗卫星,最多可达到9颗。GPS卫星在空间的上述配置，保障了在地球上任何地点、任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，加之卫星信号的传播和接收不受天气的影响，因此GPS是一种全球性、全天候的连续实时定位系统。不过也应指出，GPS卫星的上述分布，在个别地区仍可能在某一短时间内(例如数分钟)，只能观测到4颗图形结构较差的卫星，因此无法达到必要的定位精度。空间部分的3颗备用卫星，可在必要时根据指令代替发生故障的卫星，这对于保障GPS空间部分正常而高效地工作是极其重要的。如图2-1所示图2-1 GPS卫星星座示意图2.2.2 GPS地面监控
26、部分地面监控部分是支持整个系统正常运行的地面设施。它由主控站，注入站和监控站以及通信和辅助系统组成。主控站拥有以大型计算机为主体的数据收集、计算、传输、诊断等设备，是整个地面监控系统的行政管理中心和技术中心。整个GPS地面监控部分如图2-2所示图2-2 GPS系统监控站和主控站分布图监控站是为主控站编算导航电文提供基本的观测数据用的资料，它实际上可以称为一个无人值守的自动数据采集中心，每个监测站均用GPS信号接收机测量每颗可见卫星的伪距和距离差，采集气象要素等数据，并将它们发送给主控站。注入站是向GPS卫星输入导航电文和其他命令的地面设施。注入站的作用是将由主控站编制的导航电文，对卫星的调度，
27、钟差，卫星星历等其他信息，在GPS卫星通过注入站上空时，将这些信息注入GPS卫星。通信和辅助系统，地面监控系统与卫星间的相互通信，以及主控站，监控站，注入站等之间的数据传输都是通过通信和辅助系统来建立连接的。全球定位系统的通信系统包括通信线、海底电缆互联网以及卫星通信等联合构成。2.2.3 用户部分GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器、微机、钢卷尺等仪器设备组成。GPS信号接收机，是GPS导航卫星的用户设备，是实现GPS卫星导航定位的终端仪器。它是一种能够捕获、接收、跟踪、变换和量测GPS卫星导航定位信号的仪器设备，既具有常用无线电设备的共性，又具有捕
28、获、跟踪和处理卫星微弱卫星信号的特性。在测量领域，随着现代科学技术的发展，体积小、重量轻便于携带的GPS定位装置和高精度的技术指标为工程测量带来了极大的方便。2.3 GPS卫星的导航定位信号2.3.1 概述GPS卫星发射的信号包括载波、测距码和导航电文三部分。1、载波载波就是运载调制信号的高频振电流。GPS卫星主要使用的有两个载波，由它们分别是在载波L波段，所以分别把它们的L1载波与L2载波。采用两个不同频率载波，获得的测量数据，可以在以后的数据处理中完美的消除电离层延迟引起的误差。在GPS测量中，载波不仅仅用于可以用于传送测距码和导航电文等信息，在载波相位测量中它又可以作为一种高精度的测距信
29、号来使用。其测距精度比伪距测量的精度高数个数量级。2.测距码测距码是用于测定从卫星到接收机间的距离的二进制码，是由若干个多级反馈移位寄存器所产生的M序列经平移、截短、求模二和等一系列复杂处理后形成的。根据性质和用途的不同，测距码可分为粗码（C/A码）和精码（P码或Y码）两类，各卫星所用的测距码互不相同且相互正交。C/A码是一种结构公开的明码，供全世界所有的用户免费使用。目前，C/A码只调制在L1载波上，故无法精确地消除电离层延迟。Y码的结构是完全保密的，只有美国及其盟国的军方用户以及少数经美国政府授权的用户才能使用P码。由于P码的码元宽度仅为C/A码的1/10，而且该测距码又同时调制在L1和L
30、2两个载波上，可较完善地消除电离层延迟，故用它来测距可获得较精确的结果。3、导航电文导航电文是由GPS卫星向用户播发的一组反映卫星在空间位置、卫星的工作状态、卫星钟的修正参数、电离层延迟修正参数等重要数据的二进制代码，也称数据码（D码）。它是用户利用GPS进行导航定位时一组不可少的数据。2.3.2 RTK信号接收机的组成及其原理能够接收、处理、量测GPS卫星信号以进行导航、定位、定轨等工作的仪器设备叫做GPS接收机。GPS接收机由带有前置放大器的接收天线、信号处理设备、输入输出设备、电源和微处理器等部件组成。1、天线单元GPS接收机的天线单元包括接收天线和前置放大器两大部分构成。前置放大器的主
31、要作用是将微弱的GPS的电磁波信号变换成电信号，并将它们的信号放大，以此便于GPS接收机对卫星信号进行跟踪、量测和处理，因此对GPS接收机的天线部分有以下几点要求：为了尽量减少微弱的GPS卫星信号的损失，天线与前置放大器应密封一起；保证GPS接收机的天线能接收从上空传来的各个方向上传来的GPS信号，不能产生接收的盲区；GPS的天线应有有效的防护和屏蔽卫星信号的多路径效应的措施；天线的相位中心应尽量与其几何中心尽量保持一致，减少由于GPS天线的相位中心的偏离产生误差。GPS接收机的原理图如下图2-4所示：图2-4 GPS接收机原理图下图2-5是RTK接收机常见的天线类型：图2-5 GPS接收机的
32、天线类型2、接收机单元（1） 接收通道接收机的核心组成部分是接收通道，它是GPS接收机用来跟踪、处理、量测微弱GPS卫星信号的重要部件。GPS接收通道的主要作用有以下三个：一是搜索卫星，跟踪并锁定卫星信号；二是对广播电文数据信号解算并放大出电文数据；三是进行伪距测量、载波相位测量及多普勒频移测量。（2） 存储器早期的接收机内部没有用来存储测量数据的信息存储设备。随着技术的发展，数据存储设备价格的下降，现在几乎所有的GPS接收机都有半导体存储设备，接收机测量得到的测量数据可以通过数据接口，使用数据先传输到微机上，以便对接受的数据进行进一步的处理。此外，在存储器内还预装有多种测量用的软件，方便我们
33、的操作使用，例如用于预报卫星位置的卫星预报软件，测试用的测试软件等，使我们的测量工作变得越来越简单。（3） 微处理器GPS接收机的一切工作都是在微处理器的统一协调组织下进行的，可以说微处理器对于GPS接收机的重要性就相当于大脑对于的人的重要性一样。其主要做有：计算观测瞬间用户的坐标，运动速度，接收机钟改正数以及他的一些导航信息，以满足导航及实时定位的需要。对接收机内的各个部分进行管理、控制和自检。（4） 输入输出设备GPS接收机都配有一个控制键盘液晶显示屏以提供GPS接收机工作信息，GPS通过键盘接收用户指令工作。对于导航接收机，通过显示屏，用户可以知道GPS接收机的工作状态以及导航的信息。（
34、5） 电源GPS接收机一般采用由接收机生产厂商配备的专用电池作为电源。长期连续供电时，可采用交流电经整流器整流后供电，也可采用汽车电瓶等大容量电池供电。除外接电源外，接收机内部一般还配备有机内电池，在关机后，为接收机和RAM存储器供电。2.4 GPS卫星定位原理2.4.1 概述测量学中通常用距离交会的方法来确定点位。与其方法相似，无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系统，其也是利用距离交会的来求得待定点位的点位坐标。卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户接收机在某一时刻同时接收三颗以上卫星信号，测量出测站点（用户接收机）至三颗卫星的距离，解算出卫星的空间坐标，再利用距离
35、交会法（从两个已知点测量至某一待测点的距离,然后根据这两段距离的交点确定该待测点，这种方法称为距离交会法。）就可以解算出测站点的位置。整个过程就是三球交会定位原理在卫星导航领域中的体现。具体流程如下：（1）用户测量出自身到三颗卫星的距离；（2）卫星的位置精确已知，通过电文播发给用户；（3）以卫星为球心，距离为半径画球面；（4）三个球面相交得两个点，根据地理常识排除一个不合理点即得用户位置。图2-6 三球交会定位原理示意图我们也可以用解析的方法来回答这个问题。在以地心为中心的直角坐标系中，A、B、C、D 4颗卫星的坐标是确定的，已知的，分别表示为A（x1， y1，z1 ），B（x2， y2，z2
36、 ），C（x3， y3， z3 ），D（x4， y4， z4 ），而用户接收机P的坐标是未知的，待求的，用P（x,y,z）表示，用户接收机到这4颗卫星的距离已经测出，分别为R1、R2、R3、R4。应用直角坐标系中两点间距离的表达式，可得到：接收机用户P与卫星A的距离PA为：(2-1)同理，可得距离PB、PC和PD分别为：(2-2)(2-3)(2-4)于是，得到一组三元二次联立代数方程组，解方程组求出x,y,z，就得到用户接收机的位置。按理，求解3个未知数，有3个方程式即可。但是因为这是一个二次方程，由3个方程式解出的3个未知数x,y,z，往往各有二个解（根）（相当于前面几何法中所述的头两个球面
37、S1、S2的交线C与第三个球面S3一般有2个交点），因此，需要用第4个方程，来进一步确定两个解中哪一个是真解。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。2.4.2 GPS几种定位方式1、伪距测量定位伪距法定位就是利用GPS接收机与GPS卫星之间的伪距测定未知点的三维坐标的方法。伪距定位的优点是易于将微弱的卫星信号提取出来；数据处理简单，不存在整周模糊度的解算问题，可以轻松实现实时定位；便于利用码分多址技术对卫星信号进行识别和处理；便于对系统进行控制和管理。2、载波相位测量定位载波相位定位
38、所采用的观测值为GPS的载波相位观测值。然而由于测距码的码元宽度大，测量精度低，对于一些进度要求高的应用来说，其测距精度得到的精度还是太低，根本无法满足应用的要求。如果观测精度均取至测距码波长的百分之一，则对P码而言伪距测量的量测精度约为30cm，对C/A码而言为3m左右。而如果把载波作为量测信号，由于载波的波长短19cm至24cm，所以其测量结果可以达到很高的精度。目前的大地型接收机的载波相位测量精度一般为12mm，有的甚至更高。但载波信号是一种周期性的正弦信号，而相位测量整周数不确定性的问的难题，需要复杂解算过程，速度相对来说，比较慢。3、差分GPS定位差分技术（DGPS，Differen
39、tial GPS）就是在一个测站对两个目标进行观测值求差；或在两个测站对一个目标进行观测，将观测值求差；或在一个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差。差分的目的是消除公共误差，提高定位精度。例如：将一台GPS接收机安置在基准站上观测，根据基准站已知的精确坐标，计算出基准站到卫星的距离和由于误差的存在基准站接收机观测的伪距离之间存在一个差值，这个差值（改正值）由基准站实时地发送出去，用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站的改正数，并对定位结果进行修正消除公共误差，提高定位精度。差分GPS可分为单基准站差分、多基准站的局部区域差分和广域差分三种类型。从差分所用的信号信息，可分为码相位和
40、载波相位。根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。2.5 GPS导航定位误差在利用GPS卫星系统进行测量应用时，由于卫星自身的设计缺陷，电磁波的传输，以及用户设备的缺点，以及操作的失误都会对测量的结果产生影响，这些影响可以分为以下几类:与GPS卫星本身有关的误差;与电磁波信号传播有关的误差;与接收设备及用户操作有关的误差。本节主要讨论误差产生的原因以及应对策略。1与卫星有关的误差（1）卫星星历误差卫星星历误差是指根据卫星导航电文中提供的卫星星历解算出的卫星空间位置与实际的卫星位置间的偏差,卫星的空间位置是由地面监测站通过对卫星的监测，确定
41、卫星轨道，经过内插计算得到的，因此也被称为卫星轨道误差。它是GPS测量中的起始数据误差,引起这种误差的大小取决于地面监控系统的规模，及数据模型的，监控的分布，通过观测数据计算卫星轨道动力模型的数学模型的改进，技术的发展对卫星定轨软件的改进程度的影响等等。减少这种误差的主要方案有：（1）在定位精度要求不高的情况下，可以忽略卫星星历误差，（2）如果对测量结果的精度要求高，对测量结果的实时性要求不高，可以在后期的数据处理中采用由国际大地测量协会（IAG）定期发布的精密星历进行测量结果的解算。这样可以明显的提高精度，（3)当地面的测量系统中已有高精度的起算点是，可以用多台GPS接收机对多组卫星进行长时
42、间观测，在数据的过程中采用相对定位，在接收机间进行求差，实现高精度测量测量。（2）卫星钟差在GPS卫星的内部虽然提供了高精度的原子钟，但依然不能保证由GPS卫星钟所提供的时间与地面上的GPS标准钟提供的时间保持严格意义上的同步，他们两者之间的差异就是卫星钟差，大量的经验实践表明，它们之间的偏差和漂移总量仍在1ms0.1ms以内，但是由于电磁波的传播速度接近光速，因此由此引起的定位误差将达到数十甚至上百千米。处理办法：（1）如果是低精度的测量，对测量结果的要求不高，经过软件内插处理，完全可以达到应用的目的，可以忽略经过改正的卫星钟的数学同步误差。（2）如果不需要实时性的测量结果，我们还可以通过其
43、他渠道如国际GNSS服务提供的IGS获得精密的卫星钟差，以期获得更完美的测量结果。（3）SA误差SA（Selective Availability）政策即可用性选择政策，是美国军方人为的增加了GPS卫星钟引起的误差,使得测量的结果精度变低，它包括降低广播星历精度的技术和有意识的在卫星基本频率上附加一种随机抖动的技术。使得SA误差已经成为影响GPS定位误差的最主要因素。不过需要特别指出的是由于各种卫星导航系统的激烈竞争，使得美国在2000年5月2日被迫取消了SA，但是如果是战争时期或必要时，不排除美国在局部地区恢复或采用类似的干扰技术，使得我们无法得到的结果无法满足我们的预期要求。（4）相对论效
44、应的影响这是由于卫星钟和接收机处在不同的惯性空间中的运动速度以及所处的地球引力位的不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差。由于卫星钟和地面钟存在相对运动，所以相对于地面钟，卫星钟走得慢，这必然会影响到电磁波在空中传播时的时间测量结果。2与传播途径有关的误差（1）电离层延迟在距离地面上空距地面6010000km之间的大气中,由于受到太阳等天体各种射线辐射线的作用下，中性气体分子本电离，产生了大量的电子和正离子，从而使得GPS信号通过电离层时的路径要发生弯曲,同时信号传输的速度也会发生变化,使测量的距离与实际距离产生严重偏差,这种影响称为电离层延迟。因为电离层自由电子的数量与太阳等天体的活动密切
45、相关，因此如若想要减弱电离层对测量结果的影响，（1）选择良好的观测条件（2）还可以通过对长期的历史资料的研究，确定电离层的改正模型，例如常见的本特模型和克罗布歇模型。（3）利用双频观测求差（4）利用三频观测值进行电离层延迟改正（2）对流层延迟对流层相对于电离层来说，其状态更加复杂，不过其误差主要取决于气温、气压和相对湿度等因素的影响，此外由于大气的非真空装也会使信号的传播路径也会产生弯曲,从而令距离测量产生偏差,这种现象称为对流层延迟。对对流层延迟的处理方法有：（1）对测量的结果要求不高时，可以忽略其影响（2）采用适当的数据模型，对结果加以改正（3）在接收机间进行求差计算（3）多路径效应测站周
46、围的反射物所反射的卫星信号(反射波)进入接收机天线,对直接来自卫星的信号(直接波)产生干涉,从而使观测值偏离,产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。3.与GPS接收机有关的误差（1）接收机钟差GPS接收机接收机的钟面时与GPS标准时之间的差异称为GPS接收机钟误差。（2）接收机的位置误差接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差,称为接收机位置误差。减少这种误差的方法就是选择生产较好的接收机。3 工作流程3.1 GPS（RTK）控制网的内业设计3.1.1 GPS(RTK)控制网设计GPS控制网的技术设计是进行RTK测量的基础。GPS网的主要依
47、据是:(1)用户提交的任务书(2)测区地形图或平面图(3)测区控制点点之记（4)测区已知控制点坐标（5）相关的技术规范（一） GPS网技术设计的一般原则GPS网设计的出发点是在保证质量的前提下，尽可能的提高测量工作的效率，努力降低成本，因此，设计GPS网时既不能脱离实际的应用需求，盲目的追求不必要的高精度和高可靠性；也不能为了追求高效率和低成本而放弃对成果的质量要求。1、充分考虑GPS控制网的应用范围对于省级城市GPS控制网，我们不能只看到现在，要能着眼未来，所布设的控制网能够扩展，对于建筑GPS控制网，要不仅考虑设计阶段，还要考虑施工阶段的可行性。在对起算点的选取过程中，如果要求所建立的GPS网的成果与现有成果能吻合的比较好，则起算点的数量越多越好，当然布设的起算点越多，则所需的人力物力也越多。所以如果不是要求所建立的GPS控制网成果与现有成果完全吻合，则一般可以选取3到5个起算点。为了保证整个控制点的点位精度能够分布均匀，起算点一般要求能均匀的分布在GPS网的周边和网内。要避免所有的起算点在网的一侧这种情况。起算边可以采用高精度的激光测距边作为起算边，数量可以是3到5条，边长两个端点的高差不能相差太大，可以设在GPS控制网中的任意位置。在使用GPS建立控制网时也可以引入起算方位，起算方位可以放在GPS控制网的任意位置，但是起算方位不能过多。2、采用分级布网的方案分级