《公路测量毕业论》word版.doc

商丘师范学院2013届本科毕业论文（设计） 2013届本科毕业论文（设计） GPS RTK在地形测量中的应用姓 名： 刘子浩系 别： 环境与测绘专 业： 测绘工程学 号： 091412009指导教师： 史彩霞2013-03-14目录摘要1ABSTRACT21绪论31.1GPS概述31.2 RTK技术31.21 RTK技术的优点31.22影响RTK技术成果的因素42 RTK技术在公路上的应用42.1 RTK技术的应用情况42.2 RTK技术的静态定位52.3 RTK技术的动态定位53 GPS RTK技术应用实例53.2基准站设置73.3坐标转换参数的确定73.4分项测量84 GPS技术在公路测量中的应用前景8结束语9参考文献10致谢11GPS-RTK在公路测量中的应用摘要本文对GPS RTK术的组成、功能及前景做出了详细的描述。同时讲述了RTK技术与RTK技术的发展由来以便能够更迅速的了解此篇文章。针对RTK技术在公路上的应用阐述了该技术的优点及在测量中因一些外力因素而影响结果的重要事项。在RTK技术的基础上讲述了RTK技术在公路上的应用情况原理方法并举出例子来证明GPS RTK技术在公路测量中传统测量（全站仪测量）无法比拟的优越性，同时对RTK技术的快速静态定位和动态定位的定义进行概述以便来突出其在公路测量中的应用和前景。并就RTK技术在复杂地形条件下如何进行公路测量，如何顺利进行公路工程应用给出了详细的测量方法、步骤和技术特点。关键词：GPS RTK 公路测量 ABSTRACTThe RTK of the composition, function and Prospect of making a detailed description. At the same time on the origin and development of RTK technology and RTK technology in order to be able to more quickly understand the article. The application of RTK technology in the highway explains the important advantages of the technology and in the measurement because of some external factors that influence the results. Based on RTK technology, RTK technology application in highway on the principle and method described and examples to prove that RTK technology the traditional measurement in the Highway Survey (total station instrument) incomparable superiority, also summarizes definition of RTK technology of rapid static positioning and dynamic positioning in order to highlight the application and prospect in highway measurement of. And highway survey how RTK technology in complex terrain conditions, how to smoothly gives the application steps and technical characteristics of highway engineering measurement methods, detailed.Keywords: GPS ；RTK； highway measure；1绪论1.1GPS概述 GPS是全球定位系统（global positioning system）的英文缩写，是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航定位系统。GPS卫星定位测量时利用GPS系统解决大地测量问题的一项空间技术。其中GPS全球定位系统由三大部分组成：(1)地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的 工作)、地面天线(在主控站的控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成；(2)空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个道平面上；(3)用户装置部分， 主要由GPS接收机和卫星天线组成1.2 RTK技术 RTK技术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值的差分方法，是以空间大地坐标（wgs-84）为实时观测的数据源，利用实时数据处理技术和数据传输技术，在RTK的作业模式下通过数据链在系统内组成差分观测值，实时处理流动站观测值及由基准站发射电台传送给流动站的指定坐标系统下的高精度定位结果的一个测绘系统。RTK系统的组成：基准站、流动站、观测手簿等三部分组成.目前，全球现有美国GPS全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯全球定位系统、欧洲伽利略全球定位系统、我国北斗星全球定位系统。这四大全球定位系统中要数GPS开发最早，应用更为成熟。其具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。根据算法模型，设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要应用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝的变形观测等高精度测量；快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量；而RTK 系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备来组成，整套设备具有轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点，完全可以满足数据采集和工程放样的要求。1.21 RTK技术的优点（1）作业效率高 常规的中线测量总是先确定平面位置，而后再确定搞成。即先放线,后做中平测量。GPS RTK技术可提供三维坐标信息，因此在放样中线得同时也获得了点位的高程信息，不需要再进行中平测量，大大提高了工作效率。（2）定位精度高，没有误差积累在GPS RTK定线测量中首级控制网直接与中线桩点联系，不存在中间点的误差积累问题，因此能够达到很高的精度，适合高等级线路工程的要求。（3）全天候作业 RTK技术不要求两点间满足光学通视，只需满足“电磁波通视和对空通视的要求”，因此和传统测量相比，RTK技术作业受限制因素少，几乎可以全天候作业。（4）RTK作业自动化、集成化程度高 GPS RTK基准站发出的定位信息，可提供多个流动站应用，而流动站只需一个人单独操作，这就大大节省了人力，提高了功效。（5） 不必担心一些重要桩位的遗失而给线路测量带来困难等。 目前GPS RTK基准站数据链的作用半径可以达到10-20KM.因此整个线路上只要不设首级控制网便可完成控制，而不必布设以下几级的控制网，如一，二级导线等。只要保存好首级点，即可随时放样中线或恢复挣个线路，因此不必担心一些重要桩位如交点桩的遗失而给线路测量带来困难等。1.22影响RTK技术成果的因素虽然GPS技术有着常规仪器所不能比拟的优点，但经过多年的工程实践证明，GPS RTK技术存在以下几方面不足。（1）受卫星状况限制 GPS系统总体设计的方案是在1973年完成的，受当时技术限制，总体设计的方案自身存在着很多的不足。随着时间推移和用户要求的日益提高，GPS卫星的空间的组成和卫星信号强度都不能满足当前所需，当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好的被卫星所覆盖。例如在中、低纬度地区每天总有两次盲区，每次2030分钟，盲区时卫星几何图形结构强度低，RTK测量很难得到固定解。同时由于信号强度较弱，对空遮挡比较严重的地方，GPS无法正常应用。（2）受电离层影响 白天中午，受电离层的干扰较大，共用卫星数少，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行常规测量。根据我们的实际经验，每天中午12点13点，在RTK测量中很难得到固定解。（3）受数据链电台传输距离影响 数据链电台信号在传输过程中容易受到外界环境影响，如高大的山峰、建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰退严重，严重影响外业精度和作业半径。另外，当RTK作业半径超过一定的距离时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其标称半径要小，工程实践和专门研究都证明了这一点。（4）受对空通视环境影响 在山区、林区、城镇密楼区等地进行作业时，GPS卫星信号被阻挡机会很多，信号强度较低，卫星空间的结构差，容易造成失锁，重新初始化困难甚至无法完成初始化，影响正常作业。（5）受高程异常问题影响 RTK作业模式要求高程转换必须要精确，但我国现有的高程异常分布图在有些地区，尤其是山区，存在着很大的误差，在有些地区还是空白的，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得比较困难，精度也很难均匀，影响RTK的高程测量精度。（6）不能达到100%的可靠度 RTK确定整周模糊度的可靠性为9599%，在稳定性方面不如全站仪，这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故。2 RTK技术在公路上的应用2.1 RTK技术的应用情况 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，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样等前端数据采集。2.2 RTK技术的静态定位 如果在定位过程中，用户接收机天线处于静止状态，或者更明确地说，待定点在协议地球坐标系中的位置，被认为是固定不动的，那么确定这些待定点位置的定位测量就称为静态定位。在进行静态定位时，由于待定点位置固定不动，因此可通过大量重复观测提高定位精度。若采用常规测量方法(如全站仪测量)在公路测量中，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技术可起到事半功倍的效果。在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。2.3 RTK技术的动态定位 如果在定位过程中，用户接收机天线在运动状态，这时待定点位置将随时间变化。确定这些运动着的待定点的位置，则是动态定位动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。3 GPS RTK技术应用实例 正在建设中的广明高速公路延长线，起点位于高明区更楼镇白石村附近，终点于雅翼村附近与规划的江罗高速公路T形相接。该区域地形复杂山多，大范围的密林若用常规的测量仪器布设控制网，由于通视困难，不仅费工费时，而且精度分布不均匀，而规范对附含导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，再加上工程质量要求高。工期紧。使得长期以来在高速公路中广泛使用的常规测量技术已无法胜任。在高速公路的各个施工阶段选择GPS方法进行测量定位是很有必要的。在广明高速公路延长线的整个工程覆盖范围内建立精密的GPS控制网和2-3个固定的GPS基准站。由此可以保证各个施工工作面的基准系统和测量数据的协调一致，精确统一。3.1 测量方法与步骤 在平面控制测量中 ,为了满足本次工程的需要 ,分阶段逐次建立了首级控制网、路线控制网和工点控制网 ,如图 1所示。采用的仪器为南方 GPS灵锐S82型 3台套 图1 平面控制网点图(1)首级控制网要按一级要求进行布设 ,整个区域内一共测了 7个一级 GPS点 ,用边连式布网,采用静态方法观测。(2)路线控制网点沿路线前进方向布设 ,每 500 m需要布设一个平面控制点 ,采用静态方法观测。除此以外为了便于设计人员选线 ,沿路线每隔 50 100 m需加密布测平面控制点。用于路线带状图测绘、道路现状的数据采集及道路中桩放线时的检核 ,观测方式则采用RTK进行观测。(3)在首级控制网的基础上又加密了工点控制网点 ,两座大型桥梁外两岸分别布测了一对控制点 ,另外布测了一个检核点 ,按二级要求进行观测。(4)平面控制测量的坐标系统采用抵偿面上的高斯正形投影任意平面直角坐标系。采用 G006单点定位解来作为起算点 ,其坐标为：X = 3803012.592Y = 632426.473其中 , Y坐标加常数为 500 km。选择的基线为 G006 G007段 ,用 2级 NIKON全站仪按照四等要求测出平距 S G06 G07 = 2977.198 m ,其边长已经过气象以及加常数改正 ,投影的平均高程面为 700 m ,假定 G006 G007方位角 (采用真北方向)为= 01304,由 S G06 G07和计算出 G007的坐标为 :X = 3803655.847Y = 635333.350以 G006、G007这两点作为约束点进行二维约束平差。选择标准椭球为 W GS - 84椭球 ,中央子午线为 72。(5)平面控制测量控制网中二维约束平差情况1)首级控制网单位权中误差 : 0.001538 m基线最大相对误差 : 1477523平差后点位最大精度 :点号 : G002m rms = 2.163 mmd x = 1.608 mmd y = 1.447 mm2)路线控制网单位权中误差 : 0.002046 m基线最大相对误差 : 131762平差后点位最大精度 :点号 : A132m rms = 5.542 mmd x = 4.083 mmd y = 3.748 mm3) 工点控制网4) 单位权中误差 : 0.000683 m基线最大相对误差 : 171106平差后点位最大精度 :点号 : A001m rms = 4.532 mmd x = 3.582 mmd y = 2.775 mm3.2基准站设置 在公路测量线路附近按规范要求布测了 7个一级平面兼高程控制点 ,同时沿线路每 500 m加密一个二级平面兼高程控制点 ,为了能够满足大型桥梁及工点的设计需要 ,还建立了工点控制网、点控制点兼高程控制点。工点控制网与首级控制网相连 ,并保持本身的精度。这些控制点能够用作 GPS基准站。3.3坐标转换参数的确定 由于所在区域地理环境的特殊性 ,采用常规测量方法很难在短时间内完成如此大工作量的测量工作 ,因此采用了先进的 GPS RTK技术。使用的仪器为南方灵锐 S82型 GPS双频接收机 ,然后利用各个控制点的大地经纬度和测算的当地坐标 ,在内业中计算得到坐标转换参数 ,直接将参数输入测量控制器。实践证明 ,这种方法计算得到的参数准确、浪费时间较少。得到参数后 ,在现场对控制点进行核查测量。将 GPS静态观测成果与RTK观测成果进行对比 ,对比结果如表 1。从表 1可知 ,RTK定位成果能满足公路工程中一般测量工作的精度要求.表1 RTK定位结果与静态定位结果比较表点号GPS静态测量成果（m)水准高RTK测量成果(m)较差(mm)备注XYZXYZXYZG001774.350.98.15774.450.98.17611-15首级控制点G006012.626.57.34012.626.57.337-39首级控制网BM07751.697.91.35751.697.91.367-15-15线路控制点T002851.647.90.09851.647.90.66-10-1023工点控制网A014207.450.35.37207.450.25.353-523线路控制点A024819.369.81.04819.369.81.036-39线路控制点3.4分项测量(1)定线放样。首先在测量电子手簿中输入线路中线的曲线要素 ,即可自动生成线路图。在整个放线过程中 ,电子手簿实时显示测点里程和偏移距 ,使其能够指导线路放线工作。(2)带状地形图测绘。利用 RTK进行沿线及各工点局部地形测绘 ,因为一台基准站可以同时提供多个流动站使用 ,因此外业测量中可以分若干个小组同时开展工作 ,能显著提高测量效率。采用这种技术可独立完成绝大部分的地形测绘工作。测点位于高山密林且地势特别低洼处 , GPS信号严重受阻时 ,则可采用 RTK与全站仪相结合的方法来测绘局部地形。即利用 RTK技术测设必要的图根点 ,再用全站仪进行碎部测量。实践证明 : RTK技术与常规地面技术的合理组合是解决复杂条件下地形测绘的一条切实可行的有效途径。4 GPS技术在公路测量中的应用前景 随着我国国民经济的快速增长西部大开发的实施,我省高等级公路建设迎来前所未有的发展机遇,这就对勘测设计提出了更高的要求,随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展,公路设计已实现CAD化,有些软件本身还要求提供地面数字化测绘等产品的支持;建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链,减少数据转抄、输入等中间环节,以此来减少中间时间。公路勘测设计“内外业一体化”的要求,也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈”之所在。目前公路勘测中虽然已采用电子全站仪等先进仪器设备,但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制,作业强度大,且效率低,大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造,在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。当前,用GPS静态或者快速静态方法建立沿线总体控制测理,为勘测阶段测绘带状的地形图,路线平面、纵面测量提供依据;在施工阶段为桥梁,隧道建立施工控制网,这仅仅是GPS在公路测量中应用的初级阶段,其实,公路测量技术潜力蕴于RTK(实时动态定位)技术的应用之中,RTK技术在公路工程中的应用,有着非常广阔的前景.结束语踉踉跄跄地忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告一段落。看着这一张张得数据一张张得文字心里总有一些虚荣成就感流露在心