GPS测量原理及应用.docx

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GPS测量原理及应用

GPS测量原理及应用

摘要：

GPS定位是目前国内外最先进的测量手段之一，以其精度高、高效率、高效益、全天候的优势被广泛运用于我国的经济建设中，对RTK在日常测量工作中的应用做一下陈述与分析。

关键字：

GPS静态测量快速静态定位RTK测量点校正

Abstract:

theGPSpositioningisthemostadvancedmeasuringmeansone,withitshighprecision,highefficiency,highefficiency,andround-the-clockadvantageiswidelyusedinourcountry"seconomicconstruction,inthedailyworkofRTKmeasuringtheapplicationthepresentationsandanalysis.

Keyword:

GPSstaticmeasurequicklystaticpositioningRTKmeasuringpointcorrection

中图分类号：

O572.21+3文献标识码：

A文章编号：

一.引言

在大比例尺地形图航测像控工程中,GPS定位技术已得到了普及。

目前，在生产单位利用GPS进行像控点测量的方法基本划分为三种:

经典静态测量、快速静态测量、RTK测量，这三种方法基本是根据GPS技术的发展而提出来的。

RTK测量技术因其作业速度快、生产组织更为灵活、内业计算工作量小、资料整理便捷、实时测定测站坐标等明显优势而成为这几年在城市测量中使用较多的测量手段。

RTK的基本原理：

GPS实时动态测量（RealTimeKinematic）简称RTK，又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。

二.RTK的技术规范及技术设计：

1.RTK技术当前的测量精度（RMS）

平面10mm+1ppm；

高程20mm+1ppm。

各等级GPS相邻点间弦长精度用下式表示：

2.RTK的测量距离

由于RTK数据链的传播限制和定位精度要求，RTK测量一般不超过10km。

可按各等级测量要求计算某个测区的最长流动站距离。

但在中小比例尺测图时，在等高距大于2米时，可将测距放宽至不大于15km。

当等高距小于2米时，应不大于10公里。

但要注意下列要求：

（1）GPS接收机的性能要高，且机内有先进的数学模型，能确保长基线进行正确整周未知数的求解。

（2）数据链的性能要好，传送距离要远，能正确无误的将参考站的数据发送到流动站。

（3）根据无线电传播的规律，参考站和流动站离地面要有一定的高差。

（4）参考站和流动站之间必须没有山体、楼群之类的遮挡，另外作业区域内还不能存在强烈的电磁波等干扰。

发射距离与电台天线的高度也有关系。

由于参考站电台天线发射UHF波段差分信号波,天线的高度对RTK测量距离影响很大，天线高与作用距离服从于下列公式：

D=4.24×（√H1+√H2）式中√H1和√H2分别是基准站和流动站电台的天线高，单位为米；D为数据链的覆盖范围的半径，单位为公里。

上式是在无障碍物遮挡和无电波干扰的理想条件下的覆盖范围，实际应用中将会有所出入。

根据测区大小，可设置不同的发射天线高度。

A.RTK测量准备：

1）测区内欲用作参考站的控制点应首先进行图上设计，分析RTK链的覆盖范围。

如果某处距控制点过远，应加测高等级控制点，再进行RTK测量。

2）RTK测量时应视测量目的、要求精度、卫星状况、接收机类型、测区已有控制点情况及作业效率等因素综合考虑，按照优化设计原则进行作业。

3）当测区内有GPS永久性跟踪站、国家A或B级网点、GPS地壳形变监测点时，应首先选用作参考站点。

4）为了检验当前站RTK作业的正确性，必须检查一个以上的已知控制点，或已知任意地物点、地形点，当检核在设计限差要求范围内时，方可开始RTK测量。

B.参考站的设置要求:

1）.点位要求

参考站选择必须严格。

因为参考站接收机每次卫星信号失锁将会影响网络内所有流动站的正常工作。

周围应视野开阔，截止高度角应超过15°；周围无信号反射物（大面积水域、大型建筑物等），以减少多路径干扰。

并要尽量避开交通要道、过往行人的干扰。

参考站应尽量设置于相对制高点上，以方便播发差分改正信号。

参考站要远离微波塔、通信塔等大型电磁发射源200米外，要远离高压输电线路、通讯线路50米外。

2）.参考站设置

参考站上仪器架设要严格对中、整平。

GPS天线、信号发射天线、主机、电源等应连结正确无误。

严格量取参考站接收机天线高，量取二次以上，符合限差要求后，记录均值。

3）.参考站运行期间作业要求

尽管各RTK设备在设计时考虑到防水、防晒等因素，但作业时应尽量避免暴晒或雨水淋湿。

参考站工作期间，工作人员不能远离，要间隔一定时间检查设备工作状态，对不正常情况及时作出处理。

由于参考站除了GPS设备耗电外，还要为RTK电台供电，可采用双电源电池供电，或采用汽车电瓶供电。

条件许可时，可采用12V直流调变压器直接同市电网路连接供电。

C.流动站的设置要求:

1）.流动站作业准备

在RTK作业前，应首先检查仪器内存或PC卡容量能否满足工作需要。

工作前，应备足电源。

2）.流动站作业要求

由于流动站一般采用缺省2m流动杆作业，当高度不同时，应修正此值。

在信号受影响的点位，为提高效率，可将仪器移到开阔处或升高天线，待数据链锁定后，再小心无倾斜地移回待定点或放低天线，一般可以初始化成功。

在穿越树林、灌木林时，应注意天线和电缆勿挂破、拉断，保证仪器安全。

D.RTK作业的条件要求及注意事项：

1）.RTK作业基本条件要求

观测窗口状态卫星数卫星高度角GDOP值

良好窗口≥520°以上≤5

勉强可用的窗口415°以上≤8

避免观测的窗口415°以上≥8

不能观测的窗口≤3

RTK作业应尽量在天气良好的状况下作业，要尽量避免雷雨天气。

夜间作业精度一般优于白天。

2）.卫星预报

RTK作业前要进行严格的卫星预报，选取GDOP6的时间窗口。

编制预报表时应包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组、最佳观测时间、点位图形几何图形强度因子等内容。

卫星预报表的有效期以20天为宜，当超过20天时，应重新采集一组新的概略星历进行预报卫星预报时应采用测区中心的经纬度。

当测区较大时，应分区进行卫星预报。

3）.RTK观测期间的作业要求

不得在天线附近50米内使用电台，10米内使用对讲机。

天气太冷时，接收机应适当保暖；太热时应避免阳光直接照晒，确保接收机正常工作。

RTK作业期间，参考站不允许下列操作：

（1）关机又重新启动。

（2）进行自测试。

（3）改变卫星截止高度角或仪器高度值、测站名等。

（4）改变天线位置。

（5）关闭文件或删除文件等。

RTK工作时，参考站可记录静态观测数据，当RTK无法作业时，流动站转化快速静态或后处理动态作业模式观测，以利后处理。

4）.RTK测量过程中注意事项

参考站和流动站的项目（任务）设置参数应准确无误。

根据不同仪器类型而设置不同，作业时要严格按各仪器配套操作手册要求进行参数设置。

流动站接收机只有经过初始化完成后才能进行RTK测量，初始化分静态初始化或OTF两种。

控制测量、放样测量宜采用静态初始化（快速静态或在已知点上），地形点测量可采用OTF初始化。

由于RTK测量有时会出现点位坐标漂移误差，当按设计要求进行RTK作业时，在距离和测回数都按设计掌握时，仍有部分测点超限时，只有通过减小测距和增加测回数加以解决。

三．目前RTK技术的应用及问题拓展：

RTK高效的工作以及极高的精度，在许多方面都得到了广泛的应用，与像控点测量应用相类似的方面：

1>.GIS数据采集：

RTK不但可以时时得到点位的三维坐标，也可对点位的属性信息进行编辑，然后可以对三维坐标进行一定的编辑，生产适应GIS平台数据格式要求的基础资料数据库。

如RTK在管线测量中的应用：

选择一个控制点或加密控制点作为基准站，用RTK的数据采集功能按地方坐标系的标准对需要定位的管线点入阀门方头、管线中心等进行测量，现场可得到该点的三维坐标及精度评定水平，在精度允许的情况下开始采集，坐标数据自动存储在电子手薄中，内业可将数据传输到计算机中进行数据库的整理。

2>.地形图的测量：

它为城市、矿区以及为各种工程提供不同比例尺的地形图，以满足城镇规划和各种经济建设的需要。

一般的作业方法均需要通视，至少需要2个人，而采用RTK技术进行测图时，仅需一人背着仪器在要测的碎部点上呆上一、二秒钟并同时输入特征编码，通过电子手簿或便携微机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形地物点位测定后回到室内或在野外，由专业测图软件可以输出所要求的地形图。

用RTK技术测定点位不要求点间通视，仅需一人操作，便可完成测图工作，大大提高了测图的工作效率。

3>.地籍和房地产测量中的应用:

地籍和房地产测量中应用RTK技术测定每一宗土地的权属界址点以及测绘地籍与房地产图，同上述测绘地形图一样，能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。

将GPS获得的数据处理后直接录入GPS系统，可及时地精确地获得地籍和房地产图。

但在影响GPS卫星信号接收的遮蔽地带，应使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具，采用解析法或图解法进行细部测量。

在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可实时地测定界桩位置，确定土地使用界限范围、计算用地面积。

利用RTK技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样，建设用地勘测定界中的面积量算，实际上由GPS软件中的面积计算功能直接计算并进性检核。

避免了常规的解析法放样的复杂性，简化了建设用地勘测定界的工作程序。

此外，RTK配备测深仪及相应的软件可以进行海洋测量等等。

四：

结论：

综合以上，与传统像片控制测量相比，RTK技术不仅能达到像控点测量的精度要求，而且误差分布均匀，测图精度高，不存在误差积累，完全可以满足大比例尺航测成图的要求。

基准站的选择对于RTK测量非常重要，它将直接影响到流动站的施测精度和测量速度，而且还应根据测区的实际情况选择合适的坐标转换参数求解方法，参与坐标转换的已知点应在3个以上，且分布要均匀，做到在满足精度要求的情况下，尽可能的减少外业的工作强度。

通过实际测量结果来看，RTK技术用于像控点的测量，操作简便，灵活方便，不但可以大幅度提高测量速度，而且能够大大减小作业人员的劳动强度，这在像控点测量中尤为显著。

RTK采集数据全部数字化，经过软件处理，直接输出电子地图，适应数字化成图及现代城市变化日新月异及时对地形图修补测的需要，缩短了成图周期，具有较好的经济效益和社会效益。

参考文献：

1.徐绍铨，张华海，杨志强，王泽民等.GPS测量原理与应用.武汉大学出版社（修订版）

2.网络资源

注：

文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。