毕业设计（论文）-RTK在房产平面控制测量中的应用及误差分析.doc

- 龙岩学院龙岩学院 资源工程学院毕业论文资源工程学院毕业论文 题 目：RTK 在房产平面控制测量中的应用及误差分析 专 业： 测 绘 工 程 班 级： 11 测绘班 学 号： 2011092613 姓 名： 陈伟荥 指导教师： 张高兴 职称： 副教授 资源工程学院 - RTKRTK 技术在房产平面控制测量中的应用及误差分析技术在房产平面控制测量中的应用及误差分析 资源工程学院资源工程学院 测绘工程专业测绘工程专业 学号：学号：20110926132011092613 陈伟荥陈伟荥 指导教师：张高兴指导教师：张高兴 【摘要摘要】本文从本文从RTK技技术术与房与房产产控制控制测测量方面量方面着手着手，介，介绍绍了了RTK技技术术的相关概念性的相关概念性质质及其特点、房及其特点、房产产 控制控制测测量的相关任量的相关任务务内容，内容，实时动态测实时动态测量技量技术术在房在房产产平面控制平面控制测测量中的量中的应应用原理和工作步用原理和工作步骤骤以及以及RTK测测量量 误误差分析和相关建差分析和相关建议议。 。 【关键词关键词】RTK技术；房产平面控制测量；技术；房产平面控制测量；RTK测量误差分析测量误差分析 - 目录 1.引言.1 2.RTK 技术 .1 2.1 RTK 技术的概念 .1 2.2 实时差分测量.1 2.3 RTK 测量系统设备.1 2.4 RTK 技术特点 .2 3.房产平面控制测量.2 3.1 目的和作用.2 3.2 房产平面控制网的布设原则和要求.3 3.3 房产平面控制测量精度要求. 3 4.RTK 在房产平面控制测量中的应用原理 .3 5.RTK 在房产平面控制测量中的工作流程 .3 5.1 基准站的选取.3 5.2 求取坐标转换参数.4 5.3 检验 RTK 仪器.4 5.4 RTK 控制测量工作步骤 .4 5.5 数据处理和精度检核.4 5.6 工程案例.4 6.RTK 测量误差分析及建议 .6 6.1 星历误差.6 6.2 卫星钟误差.6 6.3 相对论效应.6 6.4 电离层折射误差.6 6.5 对流层折射误差.7 6.6、多路径效应.7 6.7 天线相位中心位置偏差.7 6.8 观测误差.7 7.结语.7 8.致谢.8 参考文献.9 - 0 1.引言 随着社会的不断进步变化和科学技术的发展，测绘工作也有了翻天覆地的变化，测量方式由传统 手动、半智能的测量工作过渡到了如今的全智能自动化。使得测量工作变得更加简便、轻松，避免了 大量的人力物力资源的浪费。而实时动态（real time kinematic, RTK）测量系统是全球定位系统 GPS（global positioning system）测量技术发展过程中一个具有历史性意义的突破，它以其高精度、高 效率、全天候作业等优点而受到广大测绘工作者的喜爱。尤其是在现代化城市建设中随着高楼大厦的 不断出现，房地产权属范围的不断变换和转移处理过程中，以往常规的测量技术往往会受到时间、空 间上的限制，已不能满足测绘工作者的测量需要，RTK技术则弥补了这一缺陷，使其在房产控制测量中 显得越来越重要。 2.RTK 技术 2.1RTK 技术的概念 实时动态（RTK）测量系统是 GPS 测量和数据传输两项技术相结合而形成的体系，是把载波相位 观测量作为依据的实时差分 GPS 测量技术。 2.2 实时差分测量 RTK 测量技术在测量工作时按照仪器架设位置可分为基准站和用户站，用于基准站上的 GPS 接收 机一般都放在已知点上且是不能移动的，而用户站可用于野外数据采集。基准站和用户站都有 GPS 接 收机，在测量作业过程中，GPS 信号从卫星分别传送到用户站和基准站。在实际测量工作中信号传播 过程中往往会受到大气影响而产生误差，信号在真空的中的传播速度是固定的，然而它在空气中传播 速度会受到温度、密度等因素的影响，而这些误差无法精确测定，而且空气中其温度和大气压强都是 实时变化的，所以实际上基准站和用户站的实际准确位置都无法测定。但是由于卫星离地球的距离相 对于基准站和用户站之间的距离是非常远的，因此可以当成信号从卫星传到基准站跟从卫星传到用户 站的路径一样，其误差也一样，所以把这两个误差当作误差常数就可以抵消，便可得到用户站到基准 站的一个距离向量，即三维坐标差。而基准站坐标已知，那么用户站的坐标就是基准站坐标加上这个 坐标差。这种方法就是差分。 2.3 RTK 测量系统设备 RTK GPS 测量系统按照软硬件可划分为 GPS 接收机、数据传输设备和 RTK 测量的软件系统。其 设备功能如表 2-1 所示： 表 2-1 RTK 测量系统设备组成表 RTK 测量系统设备功能介绍 GPS 接收机 RTK 测量系统该有两台及两台以上的 GPS 接收机仪器，一台 安放在基准站，且已知点观察条件良好。把一个或者多个设备分别 安装在不同的流动站上，定位仪接收器一般是单频道或者是双频道， 在系统中同时有好多个用户接受器时，这时一般采用双频接收器， 时间间隔要与接收器的时间间隔要保持一致。 数据传输设备 数据传输系统是连接基准站及流动站的设备，该设备是进行实 时动态测量的核心设备之一，它由两部分组成:调制解调器和无线 电台。其中前者的作用在于实现信号的模式转换，在发送方该装置 - 1 将数据信息进行调制和编码，而无线电台将处理过的信号发送出去， 在接收方该装置再将无线电台收到的信号进行译码和解调，然后传 送给用户设备。 RTK 测量的软件系统 软件系统的功能和性能，直接决定测量工作的可行性、结果的 可靠性及其精确程度。其应具备的基本功能：可以迅速求解出整周 模糊度；快速准确定位用户站在地心坐标系中的具体位置；通过既 知的相关参数实现坐标系统的转换，解算出不同坐标系间的转换参 数；对各种结果的准确度进行评价分析；能够选择不同的作业模式 并实现其相互之间的转换。 2.4 RTK 技术的特点 1）定位精度高 RTK 工作时，只要在 RTK 有效的工作范围内，便无需搬站，减少很多人为粗差出现的可能，并且 坐标采集时的精度更是能达到厘米级，数据安全可靠。 2）观测站之间无需通视 不仅要保持良好的通视环境，又要有良好的测量控制网结构，是传统测量技术在实践方面的局限 性，而 RTK 测量则不用满足观测站之间相互通视的条件，可以减少人力、物力资源的浪费，并且能够 节约时间提高工作效率。 3）观测距离远 在普通地形地势下，RTK 测量能够完成以 5-10km 为半径的测区，相对传统控制测量而言，可以 大幅度减少控制点的数量，在正常环境下一般几秒钟就可得到一点坐标，缩短了工作时间，大大提高 了劳动效率。 4）作业效率高 在以往传统测量方法工作时，不仅所携带的仪器设备繁多，而且由于需不断的搬站，对人力物力 等均存在很大的损耗，更是由于人为辅助工作太多，大大增加粗差存在的概率，降低工作效率。而 RTK 每次设站，所覆盖的范围极大，并且所需的仪器设备也减少很多，观测时间也只需要几分钟，在 工作过程中更是很少出现粗差，大大提高作业的效率。 5）全天候作业 GPS 卫星数量多数均匀分布，可以保证任何时间及地点所观察到的数量最少是四，可以进行持续 导航的全方位定位，且多数状况天气变化都不影响。 6）操作简便 RTK 的操作更为简便，对测量人员的门槛要求也大大降低，并且更是拥有强大的数据输出输入功 能，数据处理更为简便。仪器重量轻体积小，易于携带搬运的特点，这也能够为观测者减轻野外测量 工作的劳动强度。 3.房产平面控制测量 3.1 目的与作用 房产平面控制测量是建立房产平面控制网并测定其控制点坐标的测量工作。其目的是建立高精度 的、具备一定密度的、能够长期保存稳定使用的房产平面控制网。其作用是为房产要素测量提供起算 数据，为房产测量工作提供一个高精度的控制框架和定位基准，并且尽量减小误差的积累。随着房地 产权的不断变化和城市的发展，房产测量的数据需实时更新，才能更好的满足人们的需要，在这变更 和修测的过程中，都必须要有一定的密度和精度、能够长期使用保存的、稳定的控制点作为起算数据。 3.2 房产平面控制网的布设原则和要求 - 2 1)布设原则 房地产平面控制网布设应遵循：从整体到局部、从高级到低级分级布网，也可越级布网。 2)基本要求 控制网该优先选择国家统一的平面坐标系，可减少重复的测量工作；房产平面控制点间具有较高 的相对精度；控制点有一定的分布密度；控制点要埋设长期固定的标志；控制点的坐标能够保持稳定； 控制点应该选在远离无线电发射源的空旷位置；控制点周围不应有能够太大干扰接收卫星信号的东西， 比如大型水库、高楼大厦等。 3.3 房产平面控制测量精度要求 房产平面控制测量基本精度要求，平面控制网处于末尾级别时，控制点间的点位中误差在 0.025m 之间，最大不得超过0.05m。房产地物点和要素点，控制点间的点位中误差在0.05m 之 间。 4.RTK 在房产平面控制测量中的应用原理 GPS-RTK 测量方式是当下最便捷以及普及程度相当高的一种测量技术，它是一种用观察载波相位 为观测基础的测量技术，RTK 技术以 GPS 的相对定位概念为基础进行延伸，其基本工作原理：在测 量范围内，选择一已知点作为固定站，连续观测卫星，同时详细的记录所得数据与信息，运用无线电 设备，将所得数据实时传送回用户站，使用 GPS 接收相关信号，另外由无线接收设备将对基准站数据 进行接收，然后按照相对定位的理论，及时计算出流动站的立体坐标和精确程度（也就是基准站与用 户流动站坐标差、，还有基准坐标获得各点的 WGS84 坐标，经过坐标转换参数计算出流 动站各点的 、）。其工作原理如图 3-1 所示： 观测数据 观测数据 图 3-1 RTK 工作原理图 GPS 信号 基准站接收机 用户站接收机 解算两站间的基线向量 解算 WGS-84 坐标 用户站的三维坐标 无线传播设备 - 3 5.RTK 的技术在房产平面控制测量中的工作流程 5.1 基准站的选取 基站的选择是至关重要的，因为它的好坏会直接影响到流动站勘测的工作速度和质量。基准站应 该选在地势开阔且地面牢固、附近没有很强的信号干扰的地方。另外还应该注意的是，基准站和流动 站之间的距离要在 1-10km 范围之内，以免影响到基准站的信号传输质量。 5.2 求解坐标转换参数 在实际运用 RTK 技术进行控制测量过程中，因为 RTK 一般采用的是 WGS-84 坐标系，所以需要 建立 WGS-84 坐标与当地坐标的相对应关系，即求解坐标转换参数。 5.3 检验 RTK 仪器 RTK 的精度直接影响到数据传输的质量和此次测量工作的质量，因此在每次测量之前进行检核是 很有必要的。检核的时候，基站与流动站设置的问题能够被及时的发现，也能检验 RTK 的精度是否符 合要求。一般采用下列两种方法： 一是定点检测法。用 RTK 勘测定点坐标的控制点，把得到的结果和已知的坐标相比较，就能知道 它的精度能否符合要求。 二是重测比较法。将仪器初始化，并对测过的控制点重新测量，对比两次的测量结果，即可达到 检验的目的。 5.4 RTK 控制测量工作步骤 先架设好三脚架，安装好接收机，对中整平后，再打开手簿，新建一个文件夹，然后打开新建的 文件夹，输入各项参数后，最后进入测量。 5.5 数据处理和精度检核 外业结束后，通过数据线将手薄与计算机相连，经匹配的传输软件将外业测量成果以文本的格式 传到计算机上，再通过平差处理，打印出控制点的测量成果，得到满足规范的 RTK 测量准确度。 5.6 工程案例 1）工程概况 该项目的控制点位于厦门市海沧区，在天竺山西路的厦门市委党校，是厦门市测绘与基础地理信 息中心建议的 2006 年布置的 I I 级导线点，它的精度符合标准，可以作该项目的起算控制点。 2）RTK 测量 在该测区内布设 14 个网点，在测区附近有三个是已知点，在其中一个地势开阔的已知点 H001 设 置基准站，将手薄与基准相连接，在已知点上进行点校正，根据 WGS-84 坐标与当地坐标的相对应关 系计算求得坐标转换参数，最后分别测量其他未知点的三维坐标，控制网布设如图 5-1 所示： - 4 图 5-1 控制网 3）内业处理 将数据导入电脑中，采用南方测绘公司提供的平差易软件进行平差计算，在软件中设置好各项参 数，然后进行平差处理。成果如下表所示： 表 5-1 平面点位误差表 点名长轴短轴点位中误差 S10.0070.0030.007 S20.0140.0040.015 S30.0150.0040.015 S40.0180.0050.018 S50.0190.0050.020 S60.0220.0050.022 S70.0250.0050.025 S80.0250.0060.025 S90.0230.0070.024 S100.0190.0080.021 S110.0170.0060.018 S120.0150.0050.016 S130.0100.0040.011 S140.0060.0030.006 表 5-2 平面点间误差表 - 5 点名点名MTMDD/MDT-方位D-距离 H001S10.00660.0028112000321.4003314.442 H002S140.00560.0028116000324.0241325.383 S1S20.00890.0028110000327.5024310.215 S2S30.00410.002943000240.3519122.968 S3S40.00420.002841000330.3154115.788 S4S50.00510.002651000240.2941134.328 S4S60.00540.002752000327.0622140.586 S5S90.00670.002667000252.3742175.318 S6S70.00610.002659000263.1615155.386 S7S80.00460.002744000213.3022117.291 S8S90.00470.002745000174.4158121.059 S9S100.00590.002855000148.5904154.581 S10S110.00700.00296600060.1650189.621 S11S120.00700.00297700062.1144219.998 S12S130.00780.0028108000145.2628304.236 S13S140.00640.0028112000141.5440314.296 表 5-3 控制点成果表 点名XY备注 H00119423.21742755.697固定点 H00219157.24642943.680固定点 H00318985.08243029.731固定点 S119669.87342560.673待测点 S219932.49142395.550待测点 S319872.10442288.430待测点 S419972.91242231.469待测点 S519906.75542114.562待测点 S620090.95942155.119待测点 S720072.75242000.804待测点 S819974.95241936.056待测点 S919854.41141947.240待测点 S1019721.93142026.891待测点 S1119815.93642191.570待测点 S1219918.55642386.168待测点 S1319668.00442558.747待测点 S1419420.63642752.630待测点 6.RTK 测量误差分析及建议 6.1 星历误差 卫星星历误差是指采用计算卫星天体运动的方法来提供卫星空间位置与实际位置之间的偏差，计 算卫星天体运动的数据来源有两种，即广播星历和实测星历。 - 6 削弱星历误差的方法 在 GPS 的定位过程中，由于卫星星历的误差对其相邻的两个检测站的影响非常大，因此，完全能 够用这两个测站点的星历上的误差的相关性，对观测到的测量值做差，用这种方式降低星历误差的影 响，以此来获取极度准确的坐标。 建立卫星跟踪网独立测轨，因为在某些对于用户而言非常重要的时间段，美国极有可能降低与卫 星相关的某些参数的精准度，来阻碍用户的活动，而且还会为某些特定用户提供一些与卫星星历相关 的准确数据。基于上述原因，用户可以采取有利措施实现独立测轨以削弱星历误差。 采用轨道改进法，这种办法的基本思想：经过平差模式将计算卫星天体运动方法中的卫星轨道参 数作为未知参数放进平差模式中，经过平差就会求出观测站的位置和轨道偏差的改正数。 6.2 卫星钟误差 由于卫星位置随着时间而改变，GPS 测量是以精确测时作为保障。当测量出卫星传输信号到观测 站的时间，便得到了两者间的距离。由此判断，GPS 的测量精度与时钟误差有着重要联系。 减弱卫星钟误差的方法，把每时每刻所看到的接收机钟差的数值看成一个单独的未知数，在处理 数据时和未知参数时放到一起去求解。 6.3 相对论效应 相对论效应是依据卫星种和接收机在不同的运动过程中而出现相对钟误差的现象。 要避免相对论效应产生的影响的方法：在生产卫星钟时预先把频率降低 4.449*10-10f，因为卫星 钟的标准频率为 10.23MHz，所以厂家在生产时应把频率降为 10.23MHz*（1-4.449*10-10） =10.2299999945MHz。就可以使得卫星钟受到相对论效应影响后，卫星钟频率变为标准频率 10.23MHz。 6.4 电离层折射误差 电离层折射误差的产生与电离层有关，因为 GPS 信号在卫星和接收机直接传送时，需要经过电离 层，信号在电离层传播时，速度会发生改变，信号经过电离层的时间也会发生改变，该时间与光在真 空中的速度相乘得到的距离，不再是卫星到接收机的真实几何距离。由此而来的偏差就是电离层折射 误差。 利用同步观测值求差，假设用两台接收器，从极限的两断进行分别观测。并且去这两组数据之间 差，就可以降低电离折射的影响，如果两个观测站之间的距离比较近时，这样，卫星到两个观测站之 间点刺波传播过程的大气层状态基本一致，所以，同步检测的之间的差会降低。 此外还可利用双频观测量、电离层改正模型来削弱电离层折射误差的效果。 6.5 对流层折射误差 对流层直接接触地面并从其表面摄取辐射热能，温度与高度呈负相关，当 GPS 信号穿过该层时， 传输路径不直，引起测量距离有偏差，这便是对流层折射误差。 减少对流层折射偏差的办法：在观测站直接检测它的气象参数值，并且使用对流层模型进行修正； 导入描述对流层影响的另外增加的待估参数值，在数据处理过程中一同取得；使用同步观测数求解偏 差。 6.6 多路径效应 多路径效应指接收天线能够接受到其附近事物与地面反射的或常见的卫星信号。信号叠加使得天 线相位中心点出现了移动，进而使观测量出现误差。 削弱多路径效应误差的措施：选择适当的地理位置。测站必须远离对信号接受和发射产生干扰的 地点。对接收机的要求，信号接收装置应对某些干扰信号具备一定强度的抑制作用。 6.7 天线相位中心位置偏差 在观测中，如果输入信号的强弱有变化，天线中心的位置也会有着相应的变化，若信号输入的方 向有所变化，相位中心也会随之变化，这样就导致了在实际操作时的中心位置与概念上的中心位置有 了差异，这种差异就称作相位中心位置的偏差。 在具体观察过程中运用同种规格的天线，在多个以上的观测站上进行观察同组卫星，就能够利用 观测求差方法来减弱相位中心偏差的结果。 - 7 6.8 观测误差 观测误差主要包括观测信号分辨率误差、接收机天线的安置误差。对于信号分辨率造成的误差， 适当增加观测时间，即可减弱其影响。 接收机天线相位中心相对测站中心位置的误差，叫天线安置误差。包括天线的安置、对中误差及 量取天线高误差。在 GPS 定位中，需仔细用心操作，尽可能避免这种误差的影响。 7.结语 RTK 技术以高效率、实时精确、高度自动化等优点，渐渐取代了许多传统的测量工作，不仅提高 了工作效率，还节省了大量的人力物力资源。在这种发展形势下，房产测绘工作也发生了巨大的变化， 本文介绍了 RTK 技术在房产测量中的应用以及 GPS 数据采集精度误差分析和相关解决措施，从而提 高了测量成果的精度和可靠性。 致 谢 时间总是在我们不经意的时候悄然而逝，从大一刚来学校时对大学的憧憬，到现在对于毕业的期 待。在这大学四年的时间里，留下了许多值得回味的过去，不管是甜蜜的还是苦涩的，对于今后的我 们而言都是一笔宝贵的财富。 这次的论文编写过程中，从论文的开题报告开始，在张高兴老师耐心的辅导下让我明确了论文方 向，在完成过程中，张老师多次认真修改我的论文并及时的指出不足之处，使我的论文得以顺利完成。 张高兴老师严谨的治学态度、和蔼的教育方式，深深地感染了我，让我获益匪浅。在这里对于张老师 悉心帮助表示诚挚的感谢。 同时也要感谢大学四年里所有任课老师的教育栽培以及所有领导的关怀。感谢陪我度过大学的舍 友和所有同学，你们的存在更加丰富了我的大学生活，给我留下了许多难忘的回忆。 此外还要感谢我的父母和亲人，是他们的支持才能够使我顺利的完成学业。在今后的道路上，我 会积极进取、奋发向上，实现自我的人生价值，以回报他们的养育之恩。 最后，在这里向所有的老师、同学以及所有关心我的亲人表示衷心的感谢。 - 8 参考文献 1 杨斌.GPS 在房产平面控制测量中的应用探究A.建设论坛,2008,7:41-42. 2 寇付友.网络 RTK 房产测量技术研究及在天津应用案例分析J.科技创新导报,2012,7(a):111-112. 3 芮萍.探讨 GPS RTK 测量技术的应用J.勘察与测绘,2014,10:226. 4 满贵龙，张伟.深度探讨 RTK 技术在房产图控制测量中应用A.科技资讯,2010,20:46. 5 韩广毅，王晓军.深度探讨 RTK 测量技术在城市房产图控制测量中的应用思路A.科技资讯, 2010,23:70. 6 刘欣.昆明城市房产控制测量技术探讨J.科技创新导报,2012,29:62-63. 7 董超.RTK 技术在控制测量中的应用探究A.应用技术，2013，30:283. 8 赵建勇.RTK 技术在城市控制测量中的应用探究A.应用技术,20