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GPS毕业论文
摘要
随着GPS定位技术的不断发展完善，使测绘定位技术发生了革命性的变革，为测绘工作提供了崭新的技术手段和方法,GPS在控制测量中以其精度高、速度快、全天候等优点得到了广泛的应用。
而GPS动态测量解K（RealTimeKinematiC）模式，除具有GPS测量的优点外，可以避免静态GPS测量中数据质量不能及时反映的不足，动态测量RTK技术与传统测量方法相比，具有明显的优势。
首先，观测效率高；运用实时动态测量系统，连续采集单点坐标仅需十几秒钟，可实时解算坐标。
其次，布点方式比较灵活，节省费用。
在控制测量中，运用实时动态定位技术，各控制点间无须通观，既不需要进行造标，也不需要传统三角测量、导线测量中的连接点及传算点，这极大地降低和节省了测量费用。
并且它可以实时反映测点的位置，精度和测量环境等。
本文在概述RTK技术的基础上，探讨了RTK技术在工程测量中应用。
关键词：
GPS；RTK；控制测量；动态测量；工程测量分享到
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Abstract
AlongwiththeGPStechnologyunceasingdevelopmentandperfect,sothatthemappingtechnologyrevolutionizechange,forsurveyingandmappingworkprovidesanewtechnicalmeansandmethods,GPSincontrolsurveyingforitshighaccuracy,fast,all-weatherhasbeenwidelyapplied.welcomedbythemajorityofmeasurementsofworker'sfavor.WhiletheGPSdynamicmeasurementforK（RealTimeKinematiC）mode,withtheexceptionofGPSmeasurementadvantages,canavoidthestaticGPSsurveyingdataqualitycan'treflectthedeficiency,dynamicmeasurementofRTKtechnologycomparedwiththetraditionalmeasurementmethod,hasobviousadvantages.Firstofall,theobservationefficiency;usingreal-timedynamicmeasurementsystem,continuouscollectionofsinglepointcoordinateonlyneedsseveralseconds,canbereal-timesolutionofcoordinate.Secondly,modeismoreflexible,costsaving.Incontrolsurveying,byusingrealtimedynamicpositioningtechnology,thecontrolpointswithouta,doesnotneedtomakestandard,alsodoesnotneedthetraditionaltriangulation,traversemeasurementofconnectionpointsandcalculatepoint,whichgreatlyreducesthecostandsavesthemeasurement.Anditcanreflectthereal-timepositionofmeasuringpoints,measuringprecisionandenvironment.BasedontheintroductionofRTKtechnologybasedonRTK,discussestheapplicationofGPStechnologyinengineeringsurveying.
Keywords:
GPS;RTK;controlmeasure;dynamicmeasurement;engineeringmeasurement
0前言
近十年来，GPS定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软件和硬件了极为广阔的前景，并预示着经典的测量技术面临着一场意义深远的变革，从而将进入一个崭新的时代。
目前，GPS精密定位技术已经广泛的渗透到了经济建设和科学技术的许多领域，尤其对经典测量学的各个方面产生了极其深刻的影响。
它在大地测量学及其相关领域，如地球动力学、海洋大地测量学、天文学、地球物理勘探、资源勘察、航空与卫星遥感、工程测量及工程变形监测、运动目标的测速以及精密时间传递等方面的广泛应用，充分显示了这一定位技术的高精度与高效益。
近年来，GPS精密定位技术在我国也得到蓬勃发展。
在我国大地测量、精密工程测量、地壳运动监测、资源勘察和城市控制网的改善方面的应用及其所取得的成功经验，进一步展示了GPS精密定位技术的显著优越性和巨大潜力。
随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK（Real Time Kinematic）测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在测绘中得到应用。
RTK测量技术因其精度高、实时性和高效性，使得其在工程测量中的应用越来越广。
1RTK技术概述
实时动态（RTK）测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，是GPS测量技术中的一个新突破。
RTK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，其基本思想是:
在基准站上设置1台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。
在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。
RTK测量系统一般由以下三部分组成:
GPS接收设备、数据传输设备、软件系统。
数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。
1.1RTK的组成概况
RTK-GPS系统由一个基准站，若干个流动站及通讯系统三部分组成。
基准站包括GPS接收机，GPS天线，无线电通讯发射设备，供GPS接收机和无线电通讯设备使用的电源及其基准站控制器等部分。
在有的RTK-GPS系统中，基准站GPS接收机本身具有数据传输参数、测量参数及坐标系统等内容的设置功能，使控制器与GPS接收机合为一体。
一个流动站由以下部分组成：
GPS天线，GPS接收机，电源，无线电通讯接收设备及流动站显示控制器。
该系统的数据流程及结构：
见下图
图1.1RTK-GPS系统数据流程图
图1.2RTK-GPS系统结构图
1.2RTK的原理
对于静态测量，GPS系统需要两台或两台以上接收机同步观测，记录的数据用软件进行事后处理（PostProcessing），可得两测站间精密的WGS-84基线向量。
然后经平差、坐标转换等工作，才能最终得到未知的坐标，现场无法求得坐标结果，不具备实时性，因此静态测量型GPS仪器很难直接应用于具体的测绘工程。
差分GPS（DGPS）是近几年内出现的新技术，包括RTD和RTK两种。
其中RTD称实时伪距差分或平滑伪距差分，在该差分系统中，GPS基准站只传送伪距校正值及其变化率。
现在RTD定位能达到米级精度。
RTK称实时动态载波相位差分。
其设备是在两台静态型测量仪器间加上一套无线电数据通讯系统（也称数据链），将相对独立的GPS信号接收系统连成一个有机整体。
基准站把接收到的所有卫星信息（包括伪距和载波相位观测值）和基准站的一些信息（如基准站的坐标、天线高等）都通过通讯系统传送到流动站，流动站本身在接收卫星数据的同时，也接收基准站传送的卫星数据，在流动站完成初始化后，把接收到的基准站信息传到控制器内（一般是微型计算机），并将基准站的载波观测信号与本身接收到的载波观测信号进行差分处理，即可实时求解得出两站间的基线值，同时输入相应的坐标，转换参数和投影参数，即实时求得实用的未知坐标。
因此要求GPS接收机要具备很强的运算能力。
一般来说，RTK系统可达厘米级的定位精度。
图1.3RTK-GPS工作原理
1.3RTK的主要技术指标
RTK作为新技术用于测量是对静态CPS测量的有机补充，但对RTK测量的相关规范还没有出台，以下是结合实际情况所给出的技术指标:
l.RTK测量时的仪器标称精度
平面:
lem+lppm;高程:
Zem+Zppm。
2.距离
建议工作距离:
rokm;
最大工作距离:
40km（有时需用大功率电台
和中继站的配合）
3.时间
RTK初始化时间:
2一ro秒（好的测量条件）
RTK测量时间:
2秒厘米级，20秒毫米级
1.4RTK测量坐标的系统管理
对于GPS测量其本身其本身运作在WGS84地心坐标系统下，但实际测量所面对的坐标系统却变化多样，主要分两种:
1.基准和坐标系参数明确，可以确定两个大地测量基准之间的转换参数，从而通过键人该坐标系的相关参数求取转换参数，把测量的WGS84地心坐标系统下的三维空间直角坐标转换到该坐标系下，根据基准站所键人的坐标和确定的投影计算流动站所测点的坐标。
2基准和坐标系参数不明确，分两种情况:
（l）知道该点的WGS84地心坐标和该点的地方坐标，通过一一键人来确定该控制点所控制范围的转换参数（至少三个已知点），通过这种方法所确定的转换参数适用于该控制点所控制范围，对该控制点无法控制范围该转换参数不适用，但该方法适用于任意坐标系统，特别在建立工程控制网中得到了大量的应用。
（2）只知道该点的地方坐标，这时需利用RTK定位方法，以基准站为起算位置，确定各控制点之间的位置关系，并实时测定该控制点的WGS84地心坐标。
在这种情况下，基准站的大
地坐标是GPS自动测定的，利用控制点的两套坐标系WG吸拼地心坐标（实时测定的）和地方坐标求取换参数，然后根据转换参数求取基准站的地方坐标，并刷新地方坐标为基准站的假定坐标，这时和
（1）一样了。
1.5RTK动态操作流程
1.5.1基准站
连接仪器 （尤其注意一定保证电台的连接正确后在加电）
新建任务 （取文件名，选择坐标系，我们常用无投影无墓准，在后面用3一4个已知点作校正）
输入点校正 （平面至少两个已知点.最好三个，要高程需四个点。
每个点应具有84和54两套坐标）
对主机及其
电台进行设置 （注意天线类型，无线电频率）
启动基准站 （观察电台有闪动证明已经启动）
1.5.2标准站
连接仪器
打开任务 （选择与基准站同一个任务）
对主机及电台 （注意天线类型，无线电频率，看见手簿有电台标志表示收到无线电信号，等初始完行）设置
开始测量 （可选择点线）
放样 （可现场输入，也可业内键入要放的要素）
2RTK技术应用
众所周知,无论静态定位,还是准动态定位等定位模式,由于数据处理滞后,所以无法实时解算出定位结果,而且也无法对观测数据进行检核,这就难以保证观测数据的质量,因此在实际工作中就经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。
而解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性,这样一来却大大降低了GPS测量的工作效率。
RTK的出现便使这一问题迎刃而解。
RTK技术是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它的出现为工程放样、工程测图及各种控制测量带来了新的发展,并极大地提高了工作效率。
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。
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各项数据,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,同时给出高精度定位结果。
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,这在日常工作中不难实现。
实时动态（RTK）定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式,两种定位模式相结合,能在工程测量中发挥重要作用。
快速静态定位模式要求GPS接收机在每一流动站上,静止地进行观测。
在观测过程中,同时接收基准站和卫星的同步观测数据,实时解算整周未知数和流动站的三维坐标。
如果解算结果的变化趋于稳定,且其精度已满足工程要求,便可以结束实时观测。
一般应用在控制测量中,如控制网加密,若采用常规测量方法（如全站仪测量）,受客观因素影响较大,在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难,而采用RTK快速静态测量,可起到事半功倍的效果。
单点定位只需要5到10分钟（随着技术的不断发展,定位时间还会缩短）,不及静态测量所需时间的五分之一,在工程测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。
动态定位:
测量时在某一高级控制点架设好基准站并在流动站内设定预定的采样间隔（一般为几秒钟）后,流动站便根据设定的采样间隔自动进行采样。
这样测量人员无须对其再进行任何操作,流动站就可以进行自动观测,并连同基准站的同步观测数据,实时确定各采样点的空间位置。
在进行采样或对采样点进行特殊标记时也可通过手控进行观测。
目前,这种测量方法不需要进行控制点加密,而直接进行碎部测量,其定位精度可以达到厘米级。
动态定位模式在工程测量有着广阔的应用前景,在设立永久连续运行基准站后单人便可以完成整个工程图测绘。
在数据链不失锁状态下测量2到4秒,精度就可以达到1到3cm,且整个测量过程不需通视,有着常规测量仪器（如全站仪）不可比拟的优点。
RTK在具体应用中要求:
（1）能同时接收5个以上的GPS卫星。
星数问题限制了RTK技术的应用范围,在城镇、林荫、山地等地区,凡所测星数少于5个时,RTK测量就会遇到困难。
随着科技的不断发展,这个问题会被逐步的改善。
（2）迁站过程中不能失锁。
但保证迁站过程中不失锁却很难,当迁站过程中经过树下、立交桥、隧道时,都有可能失锁。
失锁后,必须重新初始化,即重新确定整周模糊值,确定整周模糊值的时间和可靠性,取决于4个因素:
单频机或双频机、所测星数、至基准站的距离、RTK软件质量。
（3）必须能同时接收到GPS卫星的信号和基准站播发的差分信号。
这是决定RTK技术能否成功的关键因素,也是制约RTK测量效果的重大因素。
RTK系统的数据传输多采用超高频（UHF）、甚高频（VHF）和高频（HF）播发差分信号,一般国际测绘领域的RTK技术应用中,都采用UHF电台播发的差分信号,这要求基准站和流动站之间的天线必须“准光学通视”。
经过多个工程测量结果统计，基准站与流动站之间的距离对精度有很大的影响
2.1控制测量
由于RTK测量下仪器标称精度为平面:
1om+一ppm;高程:
Zem+Zppm，可以满足城市各等级CPS控制网的要求，但考虑到RTK观测时间短，受卫星升降和随机误差的影响较大，故对高精度的控制网仍采用静态CPS测量的方法进行。
在作业时可采用静态GPS测量作框架网，用RTK测量作框架网内加密网点的测量。
为了克服RTK测量中手持对中杆对测量结果的影响，所有的测量可用脚架对中，用基座整平，这种方法在实际测量中经检验确实极大的提高了测量的精度。
对于水准测量，用均匀分布的水准控制点作拟和，在较平坦的地区，完全可以达到等外水准的测量要求。
2.2碎部测量
由于GPS测量要求好的观测条件，所以碎部点的测量应根据具体情况决定，对于比较空旷的地域应采用RTK测量，对于信号遮挡、干扰大和多路径效应显著的地方应采用常测量的方法。
在实践测量中，应扬长避短，如树木对GPS信号的影响远大于高压线等对信号的影响，应在树木茂密的地区用RTK结合全战仪测量碎部点不失为一种好方法。
2.3RTK数据与GIS的结合
RTK测量中，有一项为代码的键人项，利用该项功能可以为不同属性的地物设置不同的代码，然后建立自己的属性库，利用代码挂接属性库中该代码的属性，这样RTK测量的数据可以无缝的进人到GIS库中。
由于RTK测量可以设置按一定的时间或一定的间隔来测量地物点，所以对于已建成地形、地籍和管线库，利用RTK测量来更新这些库可以起到事半功倍的效果。
现在的GPS测量专门配有GIS数据采集器，可以对不同的地物记录不同的信息，充分描述每一地物的详细情况，流动性强且范围大，记录数据种类多，可以避免仪器过重，地形复杂等增因素而增加外业的劳动强度。
GIS数据采集器可以把属性数据和空间数据统一管理，同时记录。
属性数据可以事前根据需要自定义，预先传输记录在接收机中，现场采集地物的坐标的同时记录属性数据。
另外，RTK测量数据处理简单，与GIS数据库有良好的接口，支持多种GIS格式，便于将处理的成果转移到GIS软件中。
为了支持GIS的不同需要，可以事先编辑该应用所需要的数据字典，不同的任务选择不同的数据字典进行作业。
可以根据情况以不同的编码来区分不同的地物，根据点、线和面来测量地物，使测量和制图统一起来，真正成为一体化作业。
2.4路线放样测量
RTK测量中，线路放样使RTK测量的优越性得到了充分的体现，不仅表现在人力资源的节省上，更体现在创造经济效益的价值上。
其放样的形式主要有三种:
（l）点位放样
RTK测量实时获取测量点的坐标，并给出所测点的坐标和放样点的坐标差异，并配以箭头作为导航方向可帮助快速找到放样点，并提供放样点精度，而且可进行采点。
对于无法放样点可利用RTK测量的辅助工具做出引桩来进行放样工作
（2）直线放样
对于直线，首先在RTK测量的辅助工具定义直线，然后按照桩号放样，方法同点位放样。
（3）曲线放样
应按照曲线的参数定义好曲线，然后按照桩号放样，方法同点位放样。
2.5竣工测量
随着工程的结束，竣工测量为工程质量的评定提供第一手的资料，竣工验收中，对于大型的露天工程，如高架桥、轻轨的竣工验收等。
如果采用常规的作业方法，对于高程和平面须分开进行测量，如果采用RTK测量，可以对工程的走向和起伏情况进行三维测量和定位，确定其位置与设计值的之间的差异，并对工程运营阶段的情况进行安全预测，对工程的质量结果和运营起到很好的指导，并可以预防不安全事故的发生。
2.6RTK结合全站仪进行测量
由于GPS，RTK是被动式的接收二万公里高空中的卫星信号和无线电传输信号，所以决定了它对信号质量的依赖性，所有对CPS信号影响的因素都会造成对GPSRTK测量的影响，对于像高压线、墙角、树丛边等周围的设有控制点的标志，在RTK测量无法在确定每颗卫星的整周模糊度时，用全站仪结合RTK测量，就可以高效率的完成测量任务，对于测量的成果，RTK测量成果可以和全站仪的测量成果一起处理。
以上是RTK在工程测量中的简单应用，随着RTK测量技术的推广，RTK在工程测量中的应用会越来越广泛。
RTK在工程测量各个领域的广泛应用必将对传统工程测量手段的变革起到极大推动作用。
3RTK在工程测量的应用
大连位于辽宁的东南部，靠近海边的狭长地带，为全面推进经济开的城市化进程,满足市土地利用现状、土地利用规划、城镇地籍、农村地籍、城镇土地基准价以及土地开发复垦与整理等数据库的建设与更新要求,建立经济开发区统一的基础控制网,同时为开展下一阶段的转地测绘提供统一基准,政府要求在全区范围内布设一级控制点。
由于时间紧、工作量大,根据《基础测绘技术规程》要求,我院采用了RTK技术进行作业。
实际工作中,我们安排了一个作业小组采用美国Trimble公司双频5700接收机（1+1）施测一级点50个,外业观测只用了不到三天时间,大大的提高了工作效率,缩短了工期。
3.1作业要求
1.一级GPS控制网采用动态模式（RTK）观测,RTK基准点的精度等级不得低于四等,最大辐射半径为5KM；
2.RTK接收机技术指标应为;双频接收机,标称精度≤（10mm+2ppm）,观测量为载波相位；
3.用于RTK基准点求解WGS-84坐标系到深圳市独立坐标系的转换参数,转换后各点的残差分量应小于5cm；
4.RTK观测采用双基站的方式,即分两次不同点设基站,对每个待定点观测两组数据,初始化观测2次。
观测时流动的架设就稳固,流动站与基准之间不得存在大功率的信号干扰区；
5.RTK观测的采样率为1S,每次测量的历元数不小于10
个。
单次观测时间不少于1分钟,单次观测的平面精度应≤2cm,
两次点位互差应≤5cm。
3.2RTK控制测量
1.选点:
按有关规定要求选点,点位尽量选择在条件较好的主要道路上,一级点间至少有一个通视方向。
2.点标志埋设:
按《规程》要求制做统一规格铜标志、标石。
一般土质和沙石地面上埋设标石,基岩和混凝土路面凿孔现场灌注混凝土埋设标志,并在标石上或点位附近注明点位等级、点号。
3.观测:
一级动态GPS（RTK）测量基准点均为三、四等GPS点。
观测采用Trimble5700双频GPS接收机。
标称精度为10mm+1ppm,观测量为载波相位。
采用双基站式观测,即分两次在不同点设基准站,每个基准站对待测点观测两次。
单次观测时间为1分钟。
4.RTK外业观测记录:
RTK观测时进行野外记录,主要记录有参考基站点名、观测点名、基线长、观测接收卫星数、最近障碍物和发射台距离,以及每次观测精度情况。
5.求解转换参数:
在本镇设两个基准站,分别测定待测点,选择覆盖待测点整个范围的三、四等点求解转换参数,并检测三、四等点以检查转换系数的准确性。
⑥高程测量:
由于目前采用GPSRTK技术施测待测点高程很难达到四等水准精度要求,所以所有待测点高程均采用四等水准方法施测。
4RTK技术在具体应用中的误差分析
在RTK技术应用中,主要存在两类误差:
一类是与测站有关的误差,包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。
另一类是与距离有关的误差,包括轨道误差、电离层误差、对流层误差。
下面就上述误差进行分析:
（1）天线相位中心变化。
天线的机械中心和电子相位中心一般不重合,而且电子相位中心是变化的,它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。
因此不仅需要测量电子相位中心的平均位置相对于天线机械中心的变化,而且要定义整个可见天线的相位中心的变化。
忽视天线相位中心的变化,可使点位坐标的误差一般达到3cm,最大可达到5cm。
因此,若要提高精度,必须知道流动站天线和基准站天线的精确相位图形,据之改正其数据。
（2）多路径误差。
该误差是RTK技术定位测量中最严重的误差。
它取决于天线周围的环境,多路径误差一般为5cm,高反射环境下可达19cm。
多路径误差可通过一些措施予以削弱:
选择地形开阔、没有反射面的点位;采用具有削弱多径误差的各种技术的天线;采用扼流圈天线;基准站附近辅设吸收电波的材料;采用处理数据的新技术;接收机内采用专门的滤波器削弱数据中的多径误差等。
（3）信号干扰。
对于基准站而言,测试天线周围的电磁波干扰非常容易。
干扰的强度取决于频率、发射台
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