GPS RTK测量技术作业手册新解析.docx

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GPSRTK测量技术作业手册新解析

内部资料注意保密

TrimbleGPSRTK线路定线测量

技术作业指导书

编著：

张志刚张冠军

铁道第三勘察设计院勘测设计分院

2004年6月天津

前言RTK技术简介…………………………………………………….1

1什么是GPSRTK技术……………………………………………………1

2GPSRTK技术应用范围…………………………………………………2

3GPSRTK的组成…………………………………………………………3

4GPSRTK的工作流程……………………………………………………4

5作业测区的确定…………………………………………………5

6坐标系统转换参数的求解……………………………………………5

一TSC1简介……………………………………………………………8

二BASE（基准站）………………………………………………………11

1BASE硬件……………………………………………………………11

2TSC1设置基准站……………………………………………………12

三ROVER（流动站）…………………………………………………16

1ROVER硬件…………………………………………………………16

2TSC1设置流动站……………………………………………………16

3流动站点校正………………………………………………………18

四RTK测量……………………………………………………………18

1测量点………………………………………………………………18

2放样点………………………………………………………………18

3放样道路……………………………………………………………22

4其他测量功能……………………………………………………23

5结束测量……………………………………………………………23

五GPSRTK线路定线测量……………………………………………24

1线路设计…………………………………………..…………………24

1.1TSC1线路设计………………………………………..……………24

1.2TGORoadlink线路设计……………………………………………26

2利用TSC进行中线测量…………………………………………….32

1.1交点、中线控制桩测量……………………………………………32

1.2加中桩测量……………………………………...…………………33

3数据处理…………………………………………..…………………33

附录TSC1菜单………………………………………………………36

前言GPSRTK技术简介

1什么是GPSRTK技术

GPSRTK技术（Real-timekinematic）是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。

它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级（±1cm+1ppm）的高精度。

常规的GPS测量方法，如Static（静态）、FastStatic（快速静态）、Postprocessedkinematic（动态）测量都需要事后进行解算才能获得毫米或厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Real-timekinematic）方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图、各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。

高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。

在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动站。

流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时只需1epoch。

流动站可以处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。

在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持五颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，流动站就可随时给出厘米级定位结果。

RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求9600的波特率，这在无线电上不难实现。

2GPSRTK技术应用范围

（1）各种控制测量

传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，而且精度分布不均匀，且在外业时不知精度如何；采用常规的GPS静态测量、快速静态、伪动态方法，在外业测设过程中也不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测。

而采用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成，而且还知道观测质量如何。

如果把RTK用于公路、铁路、水利工程等各种控制测量，不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且能够大大提高工作效率。

（2）地形测图

过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测图等等，都要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到外业去返测，现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上几秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用RTK仅需一人操作，不要求点间通视，大大提高了工作效率，采用RTK配合电子手簿可以测设各种地形图，如普通地形图、铁路线路带状地形图、公路管线地形图等，配合测深仪可以用于测水库地形图，航海海洋测图等等。

（3）工程放样

工程放样是测量一个应用分支，它要求通过一定方法采用一定仪器把人为设计好的点位在实地给标定出来，过去采用常规的放样方法很多，如经纬仪交会放样，全站仪的边角放样等等，一般要放样出一个设计点位时，往往需要来回移动目标，而且要2-3人操作，同时在放样过程中还要求点间通视情况良好，在生产应用上效率不是很高，有时放样中遇到困难的情况会借助于很多方法才能放样。

如果采用RTK技术放样时，仅需把设计好的点位坐标输入到电子手簿中，背着GPS接收机，它会提醒你走到要放样点的位置，既迅速又方便，由于GPS是通过坐标来直接放样的，而且精度很高也很均匀，因而在外业放样中效率会大大提高。

3GPSRTK的组成

硬件：

应用RTK进行测量，至少要有两套GPS接收设备，一套用于基准站，另一套用于流动站。

基准站和流动站均需要连接无线电，基准站还需连接电台。

基准站到流动站的测量范围大约为10公里。

初始化需要接收机接收五颗卫星，流动站必须初始化到厘米级精度方可进行测量。

软件：

RTK测量所用TSC1测量控制器安装TrimbleSurveryControllersoftware软件，后处理有TrimbleGeomaticsOffice软件。

4GPSRTK的工作流程图

……

5作业测区的确定

将整个线路测区划分为若干个作业测区，以连续3-4对首级GPS控制点之间的线路段落作为一个作业测区，每个作业测区的长度不宜超过20Km。

测区划分见图1。

6坐标系统转换参数的求解

转换参数可根据测区控制点的两套坐标求得，有两套坐标的已知平面点不得少于3个，高程点不得少于4个，并应包围作业测区且均匀分布（见图2）。

为了保证测区间线路顺接，每一个测区中应运用三对及三对以上已知的GPS点进行求解转换参数。

用于求解转换参数的已知点的两套坐标为：

一套坐标为WGS84大地坐标（B，L，H）或WGS84空间坐标（X，Y，Z）。

例如：

某GPS点的大地坐标（37º35′2″.31895，111º08′54″.20451，949.6049m）；空间坐标（-1826103.3930m，4720583.1243m，3869533.5576m）。

此套坐标应为高等级GPS控制测量时自由网平差得到的三维坐标成果。

注意事项：

在一个测区求解转换参数时所用的已知点，其WGS84坐标应为一个GPS控制网自由网平差所得的成果。

另一套坐标为中线测量时所用的坐标系坐标和高程，平面坐标有1954北京坐标系坐标、1980西安坐标系坐标、地方独立坐标及工程所设计的任意带坐标系坐标等。

高程系统有1985国家高程系统、1956黄海高程系统等。

注意各已知点的地方坐标系坐标、高程系统应当一致，如果不一致要进行转换后使用。

如果已知点没有WGS84坐标，可在现场采集数据并计算转换参数。

现场采集数据可用静态、快速静态或动态进行，在运用动态进行采集数据时，一个测区求解转换参数所用的已知点应在同一基准站设置情况下进行。

平面坐标转换应用四参数法（X平移X0、Y平移Y0、旋转角α、尺度比K），高程转换应用拟合法，或应用七参数法（三个平移参数X0、Y0、Z0、三个旋转参数εXεYεZ、尺度参数m）求解。

转换参数的求解可根据不同GPS接收机随机软件在计算机上或接收机电子手簿上进行。

注意事项：

在运用国家坐标系统时旋转角α的值接近0，一般在1秒以下，或者几秒，如果旋转角α比较大时，应分析查找原因。

尺度比K的值接近1，其变化应在10-4，如果尺度比K变化比较大时，应分析查找原因。

例:

在某客运专线定测中用TrmibleGPSTGO及TSC中求解的参数:

水平平差参数

旋转中心的纵坐标

4406217.660m

旋转中心的横坐标

481715.575m

在中心点附近旋转

0°00'00"

北平移量

-.756m

东平移量

-1.435m

比例因子

.99999982

垂直平差参数

原点的北坐标

4402703.791m

原点的东坐标

485313.637m

原点的垂直差距

13.423m

北斜坡

6.020ppm

东斜坡

-19.943ppm

每个作业测区分别进行求解，满足限差要求后方可使用。

转换参数残差限差为：

平面坐标应小于±20mm，高程应小于±25mm。

对于残差超限的情况要仔细核对已知数据，查找分析原因。

一TSC1简介

铁道第三勘察设计院勘测设计分院于2001年引进4套美国Trimble公司的4700双频24通道GPS接收机，主要包括4700天线、4700卫星数据接收器、TSC1测量控制器、TRIMTALKⅡ电台、电池及充电器等设备。

2003年又调配进4套4800GPS接收机。

TSC1（TrimbleSurveryController）测量控制器是Trimble公司开发研制的测量电子手簿，安装有TrimbleSurveryControllersoftware（Trimble测量控制器软件），具有非常强的通用性，能够方便地连接Trimble公司的各种型号GPS卫星数据接收器和电子光学仪器，并具有强大的计算、绘图功能，测量、绘图、放样等操作简单直观，可以在常规测量和RTK测量之间随时切换，方便与计算机连机处理。

下图所示为TSC1测量控制器的外观。

TSC1测量控制器正、反面视图

TSC1测量控制器面板上面有数字键、字母键、功能键等按键，启动开/关键后，控制器通过自检后显示如下菜单。

TSC1测量控制器主菜单

在RTK测量时，首先要建立一个新的任务，在这个任务里键入参数、配置仪器，同时在野外测区内选定一个基准站，并准备好电池、小钢尺、罗盘等附属部件即可开始RTK测量。

在基准站和流动站状态良好的情况下，流动站TSC1测量控制器屏幕上显示更多的信息，如下图所示。

TSC1测量控制器在RTK流动站的屏幕显示

在这种状况下，可以启动[测量]菜单，开始RTK测量，进行测量点、放样点、放样道路等工作。

TSC1测量控制器的主要技术指标如下：

尺寸：

266mm×116mm×42mm

75mm把手

重量：

800g包括可充电的锂电池

电源：

内置：

可充电锂电池

外接：

10到20VDC电池，通过串行接口

电源功耗：

小于1W

内存：

2MB数据存储，用户可以用工业标准的Ⅱ型PCMCIA卡扩展内存

通信：

2RS-232串口，速率可达38400baud

键盘：

54键字母数字、功能和软功能键

温度：

操作：

-30to+65℃

存储：

-30to+80℃

湿度：

100%全封闭，可漂浮

防水性能：

防偶然淹没

防雨和防尘标准MilSpec810E

抗冲击：

PCCB类和CEMark认可

语言：

英语，中文（简体）

TSC1测量控制器的升级产品TSCE已经问世，将逐步取代TSC1成为测量控制器的主导产品。

二BASE（基准站）

在开始RTK测量作业前，测区应该完成首级平面和高程控制测量。

RTK测量至少必须有一个基准站，基准站应选定在通天条件良好，无干扰，交通便利，点位稳固易于保护的地方。

考虑到基准站的覆盖范围，基准站应该位于测区中央或设定两个以上基准站。

1BASE硬件

RTK基准站需要的硬件设备包括：

GPS天线、GPS卫星数据接收器（4800天线和数据接收器集成在一起）、TSC1测量控制器、无线电台（4700接收机用TRIMTALKⅡ电台，4800接收机用PacificCrest）、电池、三脚架、小钢尺等。

基准站的硬件设备连接如下图示。

基准站硬件连接示意图（Trimble4700）

基准站硬件连接示意图（Trimble4800）

2TSC1设置基准站

2.1选定基准站，安置仪器，正确连接硬件设备。

2.2TSC1设置BASE（基准站）的操作步骤是：

2.2.1启动既有任务或建立新任务。

在屏幕选择[文件]—[任务管理]—按F1[新建]—输入新建任务名称，回车，再回车。

—[键入参数]—[投影]，回车：

类型：

横轴莫卡托投影（即高斯投影）

假北：

0.000m（北偏移）

假东：

500000m（东偏移，也可在500Km前加带号）

纬度原点：

0°00′00.0000N（坐标起始纬度）

中央子午线：

117°00′00.0000E（中央子午线经度，根据当地的实际输入）

比例因子：

1.000

半长轴:

6378245.000m（1954北京坐标系椭球的长半轴）

扁率:

298.3（1954北京坐标系椭球的扁率）

注：

以上投影参数是针对1954北京坐标系统，若是当地任意坐标系，可输入无投影，利用动态点校正或静态后处理的方法求出参数。

回车—[基准转换]—回车：

类型：

三参数（有无转换、三参数、七参数和基准网格四种类型，根据已有的资料、参数选择类型，一般选三参数或七参数。

）

半长轴:

6378245.000m（1954北京坐标系椭球的长半轴）

扁率:

298.3（1954北京坐标系椭球的扁率）

X轴平移量：

0.000m

Y轴平移量：

0.000m

Z轴平移量：

0.000m

以上为三参数，如选择七参数则如下显示：

类型：

七参数

半长轴:

6378245.000m（1954北京坐标系椭球的长半轴）

扁率:

298.3（1954北京坐标系椭球的扁率）

X轴旋转量：

0°00′00.0000″

Y轴旋转量：

0°00′00.0000″

Z轴旋转量：

0°00′00.0000″

X轴平移量：

0.000m

Y轴平移量：

0.000m

Z轴平移量：

0.000m

比例因子：

0.00000000ppm

回车—[水平平差]—回车：

选择—类型：

无平差

回车—[垂直平差]—回车：

选择—类型：

无平差

回车，按F1[确认]，新项目建立完毕，如为既有项目则：

[文件]—[任务管理]—[选择任务]—[任务名称]—回车就可打开要用的任务。

2.2.2启动基准站，进行RTK测量。

进入主菜单下的[测量]菜单，如下图示。

选择测量形式示意图

选择TrimbleRTK测量形式，按下F5[编辑]，选择[基准站选项]，内容如下：

测量类型：

RTK

广播格式：

CMRPlus

输出另外的RTCM代码：

否

测站索引：

2（0-29之间的整数）

高度角限制：

13°00′00″（可按规范变动）

天线高度：

1.654m（为实际测量值）

类型：

Micro-centeredL1/L2（此为4700接收机，4800接收机基准站天线类型为4800Internal。

）

测量到：

Bottomofcorner（此为4700接收机，4800接收机基准站天线测量到：

Hookusing4800tape。

）

部件号码：

？

（仪器自动检测）

序列号：

？

（仪器自动检测）

回车，选择下一选项[基准站无线电]，内容如下：

类型：

TRIMMARK（此为4700接收机，4800接收机基准站无线电类型为“自定的无线电设备”。

）

接收机端口：

端口3

波特率：

38400

奇偶校验：

无

使用CTS：

否

回车—按F1[确认]—退到[选择测量形式]—选中[TrimbleRTK]—回车—[启动基准站接收机]—回车，内容如下：

点名：

（键入基准站点名称）

代码：

（可不输入）

天线高度：

（检查输入的基站天线高，注意所用仪器类别和量高方式。

）

键入基准站点名称时如果提示点名称不存在，则需输入点坐标，回车—[方法]—[键入坐标],此时按F5[选项],选对应坐标显示方法，如基站架设在已知点，选[网格]，如没有架在已知点上，选[WGS84]，回车。

架在已知点上输入已知点坐标，没架在已知点上的按F3[此处]（表示让GPS自己测量定位），回车，按F1[开始]后，显示“切断控制器与接收机的连接”，按F1[确定]（此时可控制器与接收机的连接线，断开接收机和TSC1测量控制器的连接）。

调整好无线电台的发射频率和发射天线高度，基准站工作完成即告完成。

此时，只需一人留守在基准站，监视基准站的运行情况，流动站人员可以开始测量作业。

三ROVER（流动站）

1ROVER硬件

GPS天线、GPS卫星数据接收器、TSC1测量控制器、电池、对中杆、背包等。

（Trimble4700）流动站硬件连接示意图（Trimble4800）

2TSC1设置流动站

2.1正确连接流动站硬件设备。

2.2TSC1设置ROVER（流动站）的操作步骤是：

2.2.1启动既有任务或建立新任务

同基准站的设置一样（如果和基准站利用的是同一TSC1测量控制器，则可直接进入下步操作。

）

2.2.2启动流动站，进行RTK测量。

进入主菜单下的[测量]菜单，如下图示。

测量形式选择示意图

选择[TrimbleRTK]测量形式，按下F5[编辑]，选择[流动站选项]，内容如下：

测量类型：

RTK

广播格式：

CMRplus

WAAS：

关

INS位置：

只有RTK

使用测站索引：

任何

进行测站索引：

否

高度角限制：

13°00′00″

PDOP限制：

6.0

天线高度：

1.926m

类型：

Micro-centeredL1/L2（对4800用4800Internal）

测量到：

Bottomofcorner（对4800用Hookusing4800tape。

）

部件号码：

33429-0

序列号：

？

回车—[流动站无线电]—回车，内容如下：

类型：

TrimbleInternal

波特率：

38400

奇偶校验：

无

此时可按F1[连接]，连接到内置电台查看和设置电台频率与基准站的一致性，连接成功，在屏幕上显示无线电连接图标，如下图示：

流动站无线电连接成功示意图

回车确认。

按F1[确定]，回到[TrimbleRTK],回车—选择[开始测量]后，直到RTK=固定，初始化完成，即可得到厘米级精度的解，可以进行RTK测量工作。

3流动站点校正

进入[测量点]回车，内容有：

点名称：

（键入点的名称）

代码：

（可不输入）

类型:

观测控制点（有地形点、观测控制点、快速点3种类型，点校正选择观测控制点，对中杆要使用支架严格对中整平，一般观测时间不短于3分钟。

）

天线高：

1.926m（根据实际情况现场测量后输入，注意对应的仪器和量高方式。

）

按F1[开始测量]，开始倒计时测量，如F1上方出现[贮存]，说明点已测出并可贮存在测量控制器中，按F1[贮存]即可。

对测区首级平面和高程控制点进行RTK测量得到的是WGS84坐标，这些控制点的1954北京坐标系坐标或地方坐标系坐标需要输入到测量控制器中，可以从计算机传输，也可以手工键入。

手工键入的方法是在屏幕选择[键入]—回车—[点]—回车，内容如下：

点名称：

（键入控制点的名称）

代码：

（可不输入）

方法：

键入坐标

北：

（输入北坐标）

东：

（输入东坐标）

高程：

（输入高程）

控制点：

是

注意：

对同一控制点，现场RTK测量的点名称和相对应已知坐标的点名称不能重名，可以采取加后缀或前缀的方法区别开来。

测完已知的控制点并键入已知坐标，这些点有两个坐标系的测量成果，需要通过点校正求解转换参数，进入[测量]—[TrimbleRTK]—[测量]—[点校正]—回车，F1[增加]，内容如下：

网格点名称：

（选择1954北京坐标系或相应的地方坐标系成果的点名称）

GPS点名称：

（选择现场RTK实际测量得到的WGS84坐标系成果的点名称）

使用：

只有水平（只完成平面X、Y校正，如果有高程则选择“水平和垂直”。

）

可以选择多个控制点（基准站在已知点，最少要有一个校正点；基准站在未知点，最少要有二个校正点；实际的做法是在测区周围测量三个以上控制点用于点校正。

高程则必须测量四个以上高程控制点。

）进行点校正。

如图所示：

测区示意图点校正结果

如果水平残差和垂直残差符合规范要求，则F4[应用]即完成点校正，WGS84坐标系到1954北京坐标系或相应的地方坐标系的转换参数自动计算完成，后继测量所得为WGS84坐标系和当地坐标系两套坐标成果。

四GPSRTK测量

1测量点

[测量]-[TrimbleRTK]-[测量点]-回车，内容有：

点名称：

（键入点的名称）

代码：

（输入测点的代码，用于内业的编辑整理。

）

类型:

地形点（有地形点、观测控制点、快速点3种类型。

）

天线高：

1.926m（根据实际情况现场测量后输入，注意对应的仪器和量高方式。

）

按F5[选项]可以设置：

测量时间、自动贮存开/关、坐标显示模式等。

当RTK=固定时，对中待测点位，对中杆上气泡居中后，按F1[开始测量]，开始倒计时测量，如F1上方出现[贮存]，说明点已测出并可贮存在测量控制器中，按F1[贮存]即可，如在[选项]中设定为“自动贮存”则测完后自动记录在控制器内。

测量点可以用来测量图根点，测绘地形图，测量并计算测区界线、面积和土方数量等，测量结果可以传输到计算机，其格式为：

点名称，北坐标，东坐标，高程，代码，其他信息…

2放样点

[测量]-[TrimbleRTK]-[放样]-[点]-回车后出现放样点列表：

按F1[增加]可以增加要放样的点，F2[删除]从放样点列表去掉不放样的点，F3[Delall]从放样点列表中去掉所有点，F4[最近点]开始放样距离仪器最近的点，F5[选项]可以选择不同的屏幕显示方式、自动贮存开/关等。

选择要放样的点后，回车，开始放样，如下图示，要放样的