毕业设计（论文）-GPS-RTK小区域测量精度研究.doc

论文题目：GPS-RTK小区域测量精度研究专 业：大地测量学与测量工程硕 士 生：马桃桃 （签名） 指导教师：汤伏全 （签名） 摘要GPS RTK 具有用途广、定位精度较高、自动化程度高、全天候作业等优点,已在测绘领域中得到广泛应用。目前，测绘界对于RTK测量精度和测量误差处理尚未形成统一的、量化的理论。由于RTK测量中常缺少必要的检核条件，使得测量成果的可靠性较差。在小区域RTK测量中，如何检验测量成果可靠性及提高测量定位的精度，已成为工程测量技术研究的重要课题。本文针对小区域内RTK测量定位的精度和可靠性问题展开分析与研究，提出了RTK定位精度的检测方法，通过对RTK测量实验数据的内符合精度检测，分析了RTK在小区域工程测量中实现高精度定位的技术可行性。 在小区域内RTK测量精度受转换参数的影响显著。本文对小区域RTK测量求解转换参数的模型进行分析，通过实验结果检验了转换参数对于RTK测量精度的影响，提出了三种处理转换参数以提高RTK测量精度的方法：（1）对求解RTK坐标转换参数过程加以改进。并通过实例证实，在小区域内改进参数转换过程能有效提高RTK定位精度。 （2）在假设参与求解转换参数的已知公共点含有误差的情况下，利用RTK测量点位误差的微分表达式，分析了已知公共点固有误差对RTK测量精度的影响，通过实例对已知公共点进行检核，以改进RTK测量的精度。（3）将多个公共点参与转换参数的求解，逐个剔除每次计算后的较大残差点，最终筛选出残差最小的一组公共点来计算该区域转换参数的最优解。本文探讨了RTK测量误差的处理方法，尝试对RTK测量偏差与测量过程中的HRMS、VRMS、卫星数、GDOP、距基准站距离等多个参数进行回归分析，得到RTK测量误差处理的经验公式，为小区域内RTK测量的误差处理提供了一种方法，对于GPS 工程测量应用具有参考价值。关 键 词： GPS RTK 内符合精度 参数转换模型 最优转换参数 研究类型：应用研究型Subject：Accuracy research of GPS RTK in small areasSpecialty：Geodesy and Survey EngineeringName ：* （Signature） Instructor：* （Signature） ABSTRACTGPS RTK has the advantage of wide application, high positioning accuracy, high automation degree, all-weather work etc, and has been used widely in the field of surveying and mapping. At present, the measurement accuracy of RTK and processing of measurement error has not yet formed a unified and quantitative theory in the field of surveying and mapping. Because the RTK measuring often lacks the necessary check condition to make the poor reliability of the measurement results. In a small area of RTK measurement, how to test reliability and improve the accuracy of measurement positioning measurement results has become an important hot topic in the field of engineering survey technology.This paper focuses on analyzing and researching the accuracy of RTK measurement positioning in small region positioning analysis and reliability issue. It proposed RTK positioning accuracy detection method, and analyzed of the engineering measure to realize high precision positioning RTK in a small area of technical feasibility, by testing GPS-RTK measurement within the precision of the experiment data.RTK measurement accuracy is affected by the transformation parameters in a small area. This paper analyzed the RTK measurements to solve transformation parameters in the small area, by experimental results for RTK measurement accuracy verified the transformation parameters, and put forward to three kinds of treatment the influence of the transformation parameters to improve- precision of RTK measurement.: (1). Improve the process of solving the GPS-RTK coordinates conversion parameters . And confirmed through examples, improve parameter conversion process in the small area can effectively improve RTK positioning accuracy. (2) Assuming that participate in solving the transformation parameters known cases of common point contains error, using the differential expression of RTK measurement point position error, analyzes the common point known inherent error influence on RTK measurement accuracy, known by common point to check, to improve RTK measurement accuracy. (3)Participate in more than one common point is presented to solve transformation parameters, one at a time out after each calculation of large residual almost, eventually selected a set of common point to calculate minimum residual error of the area the optimal transformation parameters.This paper discusses the processing method of RTK measuring error, tries to have regression analysis bias of RTK measurement and multiple parameters of in the process of measurement such as HRMS, VRMS, satellite number, GDOP, base station distance to get the experience formula of the RTK measuring error handling.Providing a way RTK measurement error processing for small area. For GPS engineering measurement applications, it has a reference value.Keywords: GPS-RTK Precision Parameter Transformation Model Optimal Conversion parametersThesis : Application Research目录目录1 绪论11.1引言11.2研究的背景及意义21.2.1 研究的背景21.2.2研究的意义21.3研究的主要内容和目标31.3.1研究的主要内容31.3.2研究的目标41.4 国内外研究现状51.4.1国内研究现状51.4.2国外研究现状61.5 本章小结62 GPS-RTK测量原理及误差分析72.1 GPS-RTK测量原理及其系统组成72.1.1 RTK测量原理72.1.2 RTK系统组成72.2 GPS-RTK测量优势及其局限性82.1.1 RTK测量的优点82.1.2 RTK测量的局限性82.3 GPS-RTK测量误差及其处理方法102.3.1 RTK测量的误差来源102.3.2 RTK测量误差处理方法分析112.4 小结123 GPS-RTK的定位精度检测与分析133.1概述133.2 RTK定位结果的精度检定公式133.3RTK平面精度的检测153.3.1检测方法153.3.2坐标检检验实验及分析163.4 RTK高程精度检验163.4.1实验及精度分析173.5小结174 小区域 RTK高精度定位的可行性分析184.1 RTK定位精度的现状分析184.1.1 否定观点184.1.2肯定观点194.2 RTK定位的内符合精度分析204.2.1 检验的基本原理204.2.2 同一时段内对同一点多次测量的稳定性224.2.3不同的时段对相同点进行多次重复测量的稳定性244.3 小结285 转换参数对RTK定位精度的影响分析295.1小区域RTK的转换参数模型分析295.1.1 七参数转换参数模型295.1.2 四参数转换模型325.1.3 其它转换模型335.2实验方案355.2.1 相同已知点求解转换参数的实验355.2.2 不同已知点求解转换参数的实验375.2.3 小区域转换参数所能控制的范围实验375.3 RTK求解坐标转换参数过程的分析与改进395.3.1 平面坐标转换过程分析与改进395.3.2 高程转换过程分析（简化）445.4 转换点的误差对RTK定位精度的影响分析455.4.1 转换点的误差影响传播公式455.4.2 已知公共点误差对RTK测量点的影响485.5 最优转换参数的确定与检验505.6 本章小结526 RTK测量误差的处理方法探讨546.1 RTK测量误差处理方法546.1.1关于RTK测量误差的多元线性回归方程546.1.2回归方程的显著性检验556.2影响RTK测量的因子分析566.2.1单个影响因子对较差的回归分析576.2.2多影响因子对较差的回归分析636.2.3回归分析方程显著性检验666.3实例验证676.4小结687 结论与展望697.1结论697.2展望70致谢71参考文献7277绪论1 绪论1.1引言GPS全球定位系统(Navigation Satellite Timing And Ranging/Global Positioning System)是美国国防部为了实现高精度定位和导航而建立的。系统始建于1973年，1978年首次发射卫星，1994年完成24颗中高圆轨道（MEO）卫星组网，卫星高度20180km，1995年建成投入运行。它是新一代卫星导航与定位系统，通过测距空间交会定点，可以持续提供三维导航、定位及授时的服务功能，且受地域和观测时间的限制有限。同时兼具较高抗干扰性及保密性等优点，是现代导航技术快速发展的重要标志。全球定位系统的迅猛发展，引起全球军事和民用领域的广泛关注。也使得GPS定位技术在一些领域的应用卓有成效。特别是在精密时间比对、航空与卫星遥感、工程勘测、地球物理勘察、资源勘探、地壳监测、民用导航、运动目标测速、大地测量、安全监控等方面，展示前所未有的优越性。近年来，GPS定位技术在实践应用的研究、新领域运用的开拓、软硬件的开发等方面都取得了迅速发展，使导航与定位技术进入了一个全新的时代。GPS的高度自动化及其所达到的高精度和巨大的潜力，也为测绘行业带来了巨大的变革，对测绘学的各个方面都产生了极其深刻的影响。且GPS定位技术具有：用途广泛、定位精度高、观测站之间无需通视、自动化程度高、观测速度快、全天候作业的特点1。而目前的GPS动态差分定位2，是利用安置在一个运动载体上的GPS接收机以及安置在基准点上的一个或多个接收机共同测出运动载体的空间和时间状态参数，因此差分动态定位也被称为相对动态定位。按照对实时性要求，差分动态定位可分为，实时差分动态定位和事后差分动态定位。实时差分动态定位需要建立无线电数据传输通道，以保证实时地求解出载体的状态参数；而事后差分动态定位则没必要实时地传输基准站状态参数，而是在观测结束后进行数据处理。随着载波相位差分技术的成熟，使得GPS完成高精度定位可能实现，而实时的动态载波相位差分技术也就是RTK技术，它是实时地处理两个观测站上的载波相位，并实时提供观测点的空间位置，目前研究表RTK测量精度可以达到厘米级。实现动态载波相位差分定位的方法可分为两种，即修正法和差分法。修正法与伪距差分相同，流动站利用基准站发送的载波相位的修正量和自身接受的卫星载波相位数据，实时求解流动站三维坐标；差分法则是流动站利用基准站发送的载波相位的观测量和空间位置数据，实时求解流动站三维坐标。修正法其实是准RTK技术，差分法则是真正意义上的RTK技术。随着科技的不断进步，一种新兴的RTK网络RTK（VRS）技术得到广泛应用，VRS的意思是虚拟参考站，VRS不仅是GPS的产品，更是集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理和GPS定位技术为一体的系统工程。它的出现使一个地区的所有测绘工作成为一个有机的整体，结束了以前GPS作业的单打独斗局面。它克服了RTK技术的局限性，扩展了RTK的作业距离，使GPS技术的应用更加广泛，精度和可靠性进一步提高，使从前许多GPS无法完成的任务成为可能。1.2研究的背景及意义1.2.1 研究的背景RTK(Real Time Kinematic)实时动态定位技术，是一项以载波相位观测为基础的实时差分GPS测量技术，是利用两台或两台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台固定不动设为基准站，其余的为移动站。在RTK工作模式下，基准站通过数据通道将差分信号传送给移动站。移动站系统通过组成的差分观测值进行实时解算，同时快速地给出厘米级的定位精度。移动站的姿态可以为静态和动态两种形式；可采用在固定点上初始化后展开动态作业，也可在动态中进行周模糊度搜索和求解。在整周模糊度求解结束后，便可对每个历元的实时处理，然后根据相对定位的原理，实时地求解出流动站的三维坐标（x，y，z）及精度。通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与流动站测量数据的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判定解算结果是否成功，只要能保持4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，理论上讲移动站可随时给出厘米级定位结果3。只要满足工作条件， 就能快速、高精度地完成定位作业。但是RTK观测数据的误差具体多大，或者从理论来评价还值得研究，目前影响RTK测量精度的因素还没有一个成型的、统一的、量化的理论，因此在其测量精度和作业方式上众说纷纭；流动站在达到同定解时手簿上显示精度很高，但实际中并不是如此，有时偏差可达到米级，这就要求对每一个RTK定位成果的精度大小和可靠性进行确认。可靠性一般受RTK天线相位中心变化、多路径效应、信号干扰、气象因素、轨道误差、电离层延时误差、对流层延时误差、操作流程、观测时段、整周模糊度可靠性、等的影响。同时这也是决定RTK能否实时、精确定位的关键所在，而且虽然RTK可以实现实时、准确、快速的定位，但由于测量时缺少必要的检核条件，因此RTK测量真实精度能达到什么级别，必须通过分析检验。1.2.2研究的意义由于RTK测量缺少必要的检核条件，加上RTK本身又有其局限性，比如容易受到多路径效应的影响，受卫星状况限制，在高山峡谷深处、密集森林区及城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受到限制；比如还受到环境因素的影响，中午GPS受电离层干扰打大，共用卫星少、常数据收不到所需卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行动态测量；另外，RTK信号还受反射物(大面积水域、大型建筑物)、高压线、电视台、无线电发射站、微波站、树林等干扰源的环境影响，这些因素都对RTK定位成果的精度产生重要的影响，也就导致了RTK的稳定性不如全站仪，同时业内普遍认为RTK只能实现厘米级测量精度，而许多工程测量中要求必须达到更高的定位精度（2cm以内）或毫米级的定位精度，所以RTK虽有十几年的发展历史，至今仍未在工程测量中普及使用。因此针对RTK的局限性，有必要对RTK成果在工程测量中的精度进行检测与分析，本文将通过建立实验模型对GPS-RTK高精度测量进行实验分析与研究，由于RTK测量在不同施工环境中受到多路径效应的影响不同，通过对正常情况下小区域RTK成果进行精度分析与研究，并尝试得到正常情况下小区域RTK成果的影响量化理论，并期望得到小区域工程测量中应用RTK测量获得高精度定位成果的经验公式和方法。RTK测量成果精度和可靠性不如全站仪， 是由于RTK的测量过程中伴随着卫星状况、外界环境、数据链传输状况等因素的出现，就目前RTK测量时电子手薄上的精度显示反映出，固定解时精度显示较高，可有时候受RTK的局限性影响，在某些不利环境下RTK电子手簿上显示的高精度并不是完全代表RTK测量时的精度，这也就要求RTK测量成果必须进行检核，若依据接收机手薄上的精度显示进行施工测量，可能会造成不可挽回的损失。因此，对RTK测量结果的精度检测与分析，以求在实际工程测量中达到高精度定位成果是十分重要的，也有其现实意义。1.3研究的主要内容和目标1.3.1研究的主要内容本文将主要研究在已知高精度控制网下利用RTK进行测量，通过对RTK测量的各个环节进行分析和整理，然后对RTK成果进行精度检测与分析，并最终得出GPS-RTK高精度定位的可行性论证和经验公式。考虑到RTK作业的特殊性，而RTK精度影响主要集中体现在以下几个方面：参数求解的过程分析及改进投影过程后的参数求解、参与求解转换参数的已知公共点含有误差时对最终定位精度的影响、小区域内最优坐标转换参数的求解、GPS-RTK系统自身对精度的影响、卫星信号对精度的影响、流动站距基准站基线长度对精度的影响。综上所述本文在实验过程中都分别做了相应的考虑和问题的解决，同时也是论文研究的主要内容，主要有以下几点：（1）在参数求解的过程分析及改进投影过程后的参数求解方面，通过对GPS-RTK测量时平面四参数求解过程的分析，结合小区域GPS-RTK测量时的特殊情况，对参数求解时的投影过程进行投影改进，即将WGS-84大地坐标和地方平面坐标先都投影到测区平均高程面上，由于得到的平面坐标成果都属同一平面，故再进行参数求解。通过这一方法来实现小区域内短基线下GPS-RTK测量时可获得高精度的转换参数。（2）在参与求解转换参数的已知公共点含有误差时对最终定位精度的影响方面，通过对已知公共点中含有误差推导出测量值中所含的由已知公共点误差带来的误差微分公式并通过实例进行检验。（3）在小区域内最优坐标转换参数的求解方面，通过实例对小区域短基线GPS-RTK测量时的转换参数求解时进行全部点参与计算，剔除残差较大的点，最终得到适合本区域的最优转换参数，还对一定区域内转换参数的最优化解提供了论证。（4）在GPS-RTK系统自身对精度的影响方面，通过对GPS-RTK测量时的平面显示精度HRMS、高程显示精度VRMS及PDOP值的统计量和测量点与已知点的较差值进行回归分析，得到该区域内测量的经验公式。（5）在卫星信号对精度的影响方面，通过GPS-RTK测量时的接收卫星数与较差值进行回归分析，得到较差值与卫星数的关系式。（6）在流动站距基准站基线长度对精度的影响方面，通过建立距离的梯度变化与RTK点位精度变化的影响关系得出基线长度与较差值的关系式。（7）对GPS-RTK测量时的平面显示精度、高程显示精度、卫星数、PDOP值、距基准站的距离这些因子与较差值进行多元线性回归分析得到该区域的GPS-RTK测量经验公式并通过实例验证。通过对参数转换的改进及较差值与影响因子的多元线性回归分析与检测研究得出RTK高精度定位精度的经验公式及理论并进行工程实例的验证，最终确定RTK高精度定位的可行性公式与方法。1.3.2研究的目标RTK测量精度结果的高低直接影响着RTK的运用范围，所以 GPS-RTK测量达到更高精度的影响和推广GPS-RTK在工程中的实际应用具有现实意义。本论文研究的目标是：（1） 通过对实验数据的多元线性回归提出削减和控制GPS-RTK测量误差的途径。（2）得出小区域RTK高精度测量定位的方法和操作流程。（3）得到RTK测量定位精度的回归计算公式，并对公式进行实例检验。本文研究成果可推广应用于RTK施工测量工作。特别是在小区域内短基线条件下，能更高效快速地进行施工放样。本文对RTK测量的野外作业具有直接指导意义。同时，关于实验数据处理与分析的结果对GPS多路径效应研究具有一定的参考价值。1.4 国内外研究现状鉴于RTK测量技术的众多优点，就有必要对RTK测量精度进行系统性的认识，也就是在理论与实践方面认识RTK的测量精度，并在精度分析的基础上力求达到一个更高精度的需求，这样对RTK定位实现高精度大范围的使用有着极其重要的意义，国内外很多学者都在致力于拓展RTK测量范围的研究。1.4.1国内研究现状GPS-RTK测量时，各点相互孤立，构不成几何图形，缺少必要的检核条件，成果精度的可靠性缺少验证，很难估计，用坐标或边长较差衡量测量成果的可靠性，具体多大的较差值才能保证其精度的可靠，没有成型的理论指标4，黑志坚等提出RTK测量成果的坐标检测法精度估计和RTK测量成果的边长检测法精度估计的两种方法5，在实际工程应用中有理论价值和指导意义。 因为RTK测量时受卫星状况、外界环境等方面的影响，且没有静态GPS测量的必要的检核条件，因此通过RTK测量获得的结果精度和可靠性需要检验，针对RTK精度的可靠性研究，很多学者研究出一些RTK测量成果精度分析的方法，如通过分析影响RTK测量成果的因素，得出改善影响因素的条件来提高精度，罗满建等通过实际工程来验证RTK测量精度，采用静态观测值和RTK测量值来比较 RTK的测量成果，来达到检核RTK数据可靠性的目的6，也有不少学者对数据检验提出了一些其它方法，郭建东等提出的利用已知点比较法，利用高精度静态获得的GPS点的成果纳入到RTK测量链中的方法进行检验，讨论 RTK测量点的可靠性和误差7，部分文章从RTK定位技术研究测量成果精度问题，如潘宝玉等文中分析如何准确求取坐标转换参数，合理的安置基准站及控制RTK作业半径，也可利用观测卫星的图形强度的选择等来提高RTK定位的精度8。朱正华等提出了五种方法对RTK的测量数据进行质量控制。快速静态比较法：是在测量的同时也进行快速静态观测，事后对共同测量的点成果分析比较，来检验RTK初始化可靠性及RTK测量数据链稳定性，达到检核RTK测量结果准确的目的。复测比较法：一方面是在迁移基准站后复测上一基准站上已测的点1-3个，并现场比较其测量成果，判别RTK测量数据链的可靠性，在确认无误后，展开测量；另一方面是每次完成初始化任务后，先进行复测附近点1-3个，比对测量结果，便可确认初始化成果是否可靠，若没有问题即可展开测量。电台变频法：是在测区内架设多个基准站，各个基准站采用不同频率的信号通道发射差分信号；流动站观测时，可以选择接收不同的基准站发射差分信号，可以实时对比多个成果数据，就能判断出观测结果的可靠性，由于这种方法可以兼顾实时性，是RTK测量数据可靠性检核的突破。而穿线比较的方法和复测比较的方法有所差别，是在测区RTK测量工作结束后，新布测一条RTK观测链，对测区内的RTK测量结果进行质量控制，即利用新布设测量链的成果判断测区内RTK测量链是否存在质量问题9。宋良学、王传海等不仅对RTK测量精度进行了分析，还对RTK测量成果的可靠性进行研究10，张子江通过静态GPS观测数据检核RTK观测数据的精度11，赵军通过对RTK测量过程的研究，得出RTK工作时间受工作时间段影响12。综上所述这些学者在为RTK数据结果精度的检核和可靠性研究方面都提出了诸多可以借鉴的方法和理论，为进一步研究 RTK观测数据精度分析提供了指导作用。聂玉藻等通过对林区山地和山地对GPS测量精度的影响分析树林对GPS观测结果的影响精度13，明祖涛等通过研究高压线塔对GPS静态测量成果精度的影响，得出高压线下精度要求不高时可以进行定位测量的理论14。这些研究对RTK测量的影响有着重要的意义。1.4.2国外研究现状国外研究学者通过对GPS-RTK测量进行了分析，如In-SuLLee等通过研究GPS-RTK在一些特殊环境中的应用，继而来研究探讨RTK成果的精度，得到了一些重要的结论15，EI-Mowafy通过研究高度角与 RTK的结果的误差大小关系，发现高度角对RTK测量结果有很大影响，从而来研究RTK的精度问题16，A.Nickitopoulou，K.Prolopsalti，S.Stiros通过对建筑物进行GPS测量数据的精度分析，考虑到由不同高度角产生的GPS定位结果影响，以此研究GPS定位结果的准确性17。Jay Satalich等利用美国天宝公司生产的RTK展开性能测试，得出在正常状况下RTK距基准站观测距离能达到10km，且平面精度可达到厘米级18，W.E.Featherstonel and M.P.Stewart也是通过对RTK的应用开展实验分析，得出了具有实际指导意义的结论19。以上国内外的学者都倾向于研究RTK的成果的精度与可靠性，而在小区域RTK测量高精度定位还是空白，因此本论文将尝试做一些研究和探讨。总之，很多国内外学者对RTK测量结果进行精度与可靠性的研究，这些研究成果都值得参考学习，为今后研究分析RTK的精度有着重要意义。1.5 本章小结本章介绍了GPS-RTK定位技术的研究现状及其局限性，阐明了本文研究的背景和意义，确定了本文研究的主要内容和目标。2 GPS-RTK测量原理及误差分析2 GPS-RTK测量原理及误差分析2.1 GPS-RTK测量原理及其系统组成2.1.1 RTK测量原理GPS-RTK（Real-Time-Kinematic）技术是GPS实时载波相位差分测量的简称。这是一种将GPS测量与数据传输技术相结合，实时解算并完成数据处理，可在12秒时间内得到高精度空间位置信息的技术。RTK的工作原理是：将一台GPS接收机安置在基准站上，另一台或几台接收机安置在载体（称为流动站）上，基准站和流动站GPS接收机，同时接收同一组GPS卫星所发射出的信号，基准站所获得的GPS观测值与已知的位置信息进行较差，得出GPS差分改正值，然后将改正值通过电台建立的无线电数据链及时传输给共视卫星的流动站，用以精化流动站GPS观测值，从而获得到经差分改正后流动站较为准确的实时空间位置。利用载波相位进行定位时，关键问题是双差整周未知数的解出。过去为了解得正确的双差整周未知数，不得不在两测站上对公共卫星做长时间的观测，其目的不是为了获得更多的观测量，而是为了使卫星分布发生较大变化，以减小误差方程的线性相关性，从而提高解算双差整周模糊度的可信度。实际上，只要双差整周未知数能成功解算，仅需观测几个历元就可以获得高精度的基线向量。近年来，随着动态确定整周模糊度法OTF（On The Fly Ambiguity Resolution）的出现，使得在数秒内求得双差整周未知数成为现实。RTK技术的出现与应用正是基于这一基础上产生的。动态确定整周模糊度法（OTF）的基本思想是：根据GPS接收机在运动过程中短时间接收到的卫星载波相位观测值，结合基准站的同步观测值，利用快速解算整周模糊度法，确定初始整周模糊度。在初始化时所进行的短时间观测过程中，载体的瞬时位置是根据随后确定的整周未知数，利用逆向求解的方法来确定的。该法的优点是在载体的运动过程中，卫星一旦失锁，运动载体不再需要停下来重新进行初始化。这一技术的开发成功，突破了静态确定整周未知数的局限，为应用载波相位观测量进行精密实时动态相对定位（RTK）开辟了一条重要的新途径。2.1.2 RTK系统组成GPS-RTK的组成主要由基准站、流动站、随机软件三部分组成。（1）基准站：主要由一台GPS接收机、GPS天线、发送电台、通讯天线和电源组成。基准站应架设在净空良好和比较高的地方，对所有可见卫星进行连续观测，并不断地把各种观测量、所视卫星状态和基准站的WGS84坐标实时通过数据链传送给流动站。（2）流动站：主要由一台GPS接收机、GPS天线、接收电台及通讯天线、电源、手簿（PDA）、对中杆组成。流动站和基准站对可视卫星进行同步观测，获取各种观测量。同时，通过接收电台接收基准站所发射的各种信息，包括基准站各种观测量、所视卫星状态和基准站的WGS84坐标。（3）随机软件：主要由支持实时动态差分的GPS解算软件和工程测量应用软件组成，将其固化在流动站手簿上。GPS解算软件可以对基准站和流动站同步观测量进行双差解算，利用OTF算法，在初始化时，在10秒到200秒内便可解算出可信双差整周未知数。在以后时间内，只要保持对不少于4颗卫星不失锁，便可实时动态地解算出基准站和流动站间的高精度基线向量。这个基线向量加上参考站的WGS84坐标即得流动站的WGS84坐标，并给出定位精度。利用工程测量软件中的坐标转换可实时获得流动站的地方坐标。2.2 GPS-RTK测量优势及其局限性RTK作为一种新型的现代测量仪器，随着RTK应用的广泛化，其优点和局限性也更加明确。因此只有完全掌握其优缺点，才能使我们在用其测量的过程中达到物尽其用，并能更好的驾驭。本节将对RTK的优点和局限性进行归纳总结。 2.1.1 RTK测量的优点RTK测量和常规测量比起来有以下几方面的优点：（1）RTK定位精度较高。（2）RTK作业效率高。（3）RTK可实现高质量内外业一体化。（4）RTK可降低作业条件要求。（5）RTK智能化程度高。（6）RTK服务范围广。2.1.2 RTK测量的局限性RTK也有局限性，掌握其局限性可有效的保证RTK测量的成功，归纳出RTK的局限性有如下方面：(1)RTK测量受多路径效应20限制多路径效应伴随着RTK的每一次定位，且多路径误差通常在1-5cm，误差的大小呈周期性变化。(2)RTK受接收卫星状况限制在有些特殊区域RTK接收卫星受特定的接收时间限制。(3)RTK观测环境通常RTK在午时段测量，且在大面积平坦地区、高压线附近、高大建筑物附近、发射塔附近、茂密植被区域等影响卫星信号接收区域，很难完成测量工作。(4)RTK数据通道的畅通性RTK是依靠实时动态的数据链传输实现流动站实时准确定位的，所以要保证数据链传输通道畅通免受障碍物的干扰。(5)RTK求解整周模糊度速度及可靠性问题21准确求解整周模糊度是RTK能否实时准确定位的关键。随着RTK工作环境的变化，求解整周模糊度的速度和可靠性也从在差异，有时需要不断的初始化才能准确求解。(6)RTK测量成果精度及可靠性RTK测量成果精度和可靠性远不及全站仪。RTK测量时对卫星的分布、测量的时段、信号的遮挡、信号的传输等依赖性较强，而这些因素又是随时间和空间变化的。所以得到的成果精度也不经相同，可靠性也难以量化。此外RTK自身的测量系统也从在着厂家的不同，性能也差异性较大的问题。(7)RTK高程异常的问题22RTK测量在有些工程中，对高程的要求较高。这就要求对测区的高程异常准确的求解。而在我国已完善的高程异常区域，特别是山区还存在很大的误差，一些地区甚至还处于空白状态，以至于RTK测量时高程异常值不能精确求解，且求解的精度不匀称，故在求解高程异常值时应考虑以下几点：已知公共点的个数应足够多。已知公共点的控制区域和分布要合理。每个已知公共点需具有精确的WGS-84大地坐标和地方坐标。(8)外置电源电量不足由于RTK工作时需要连续不断的直流电源供给，一部分电量用于卫星信号的接收，更多的是为了基准站电台使用发射差分信号。只有配置大容量电瓶才可以保证RTK正常工作，但当电量不能保证时，RTK难以展开测量，有时即便勉强测量但通过其发射得到的差分信号测量出的成果的可靠性很难保证。(9)构不成闭合环，缺乏检核RTK测量中，构不成闭合环，缺乏检核，在信号障碍物阻挡时，RTK难以展开测量。2.3 GPS-RTK测量误差及处理方法2.3.1 RTK测量的误差来源RTK测量误差主要来源有：与卫星有关的误差、与卫星信号的传播过程有关的误差及RTK接收设备有关的误差等。与卫星有关的误差主要是，卫星历误差、卫星钟差、相对论效应；与卫星信号传播途径有关的误差主要是指，电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径效应；与接收设备有关的误差主要指，RTK接收机钟差、RTK天线相位中心偏差、通道间的延迟误差；此外地球自转、地球潮汐、软件模型误差等也是影响RTK测量结果的误差源。通常上述误差绝大部分在RTK测量时，已通过模型改正或作业方式消除或者消弱，但一小部分分误差不能通过模型改正或者作业方式消弱。鉴于RTK作业方式的特殊性，测量时也会伴有特定的误差源；而且RTK测量时缺少必要的检核条件，测量成果的可靠性难以估测。就影响RTK测量的精度的主要因素可描述为以下几点：(1)转换参数的影响23由于RTK测量采用WGS-84坐标系统属地心坐标系，而我国现阶段大多数采用的1954北京坐标系、1980国家大地坐标系、地方坐标系统等都属参心坐标系，高程基准则为1956年青岛黄海高程系、1985国家高程基准，这就要求采用RTK测量时首先求取转换参数，以便将WGS-84坐标转换到地方坐标。由此说明求取转换参数是RTK测量的关键所在，转换参数精度是影响RTK测量精度的关键因素。(2)RTK测量转换点的控制区域测量作业范围受转换控制点的约束，一般应在转换控制点的控制圆区域内作业，但也有范围并不是转换点所包含的范围越大RTK的测量区域也随之增大，那么测量精度也是不能保证的。(3)卫星信号的影响RTK定位是通过观测卫星空间位置来确定的，卫星信号的接收是RTK定位的基础。RTK测量求基准站和流动站的天线能同时接收到相同的5或5颗以上的卫星信号，才能保证正确解算。(4)RTK基准站与流动站数据通道畅通与否的影响因为RTK测量时要求基准站卫星信号接收机实时地把观测数据和基准站已知数据通过无线电发射传输给流动站信号接收机，所以无线电信号的传输在RTK测量中至关重要。(5)流动站方式影响流动站一般有对中杆和三脚架两种方式。不同的架设方式下RTK测量的对中整平误差是有着极大的区别，而反应在定位精度上面就是不同的定位等级。(6)电源的影响RTK在测量的过程中若不能获得到持续稳定的工作电压，不仅影响卫星信号和无线电数据的接收，有时会产生不可靠的测量数据，甚至可能无法开展RTK测量。(7)GPS系统本身的影响因素GPS系统本身的影响因素包括，卫星星数、卫星图形、大气状况等。(8)RTK系统的影响RTK系统的优越性一方面体现在测量时的精度，另一方面则体现在测量成果的可靠性。主要影响因素有数据传输链、天线型号及处理软件。(9)观测者的技术和经验RTK实践证明，观测者的专业水平和经验对成果的精度和可靠性影响很大。2.3.2 RTK测量误差处理方法分析RTK测量误差处理主要包括以下几方面：（1）转换参数影响误差的处理参与求取转换参数的已知公共点所能控制区域的确定。同一测区，选择分布位置的不同和不同精度等级的已知公共点，求取的转换参数是有差异的，因为本文研究的内容是在小区域内研究RTK测量精度的研究，所以有必要鉴定转换参数所能控制的区域范围。求取转换参数方法的选择。RTK转换参数求解有七参数法、四参数法、一步法和两步法等。一步法是平面位置二维转换加高程内插，可直接把WGS-84坐标转换成地方坐标，在距离不远、控制资料不全和精度要求低的情况下使用；七参数法为三维转换，是将WGS-84坐标转换到地方椭球上，采用地图投影得出格网坐标，方法严密，能保证RTK观测值精度稳定，可满足长距离测量的需要，但必须有椭球参数和地方地图投影的完整资料。两步法也是对椭球参数和地方地图投影资料有要求，故在此不做考虑。而针对小区域内的RTK测量坐标转换参数目前都采用四参数求解，但精度有时不是很高，因此本文将对平面四参数的转换过程进行改正。已知公共点的WGS-84坐标获取方式。参与转换的已知公共点的WGS-84坐标，可采用静态测量方式通过网平差得出，也可采用先在基准站进行单点定位得出基准站的WGS-84坐标，还可用流动站直接测出已知公共点的WGS-84坐标。而通过不同方式得出的已知公共点的WGS-84坐标对求解转换参数和RTK测量精度的影响不经相同。RTK测量时，基准站的WGS-84坐标必须与求解转换参数时WGS-84坐标的获取相一致，否则就会产生系统误差，获得的成果整体出错。因此要对RTK测量时转换点的WGS-84坐标进行误差检验，同时导出WGS-84坐标含有误差时影响到RTK定位时的误差微分公式。 小区域最优转换参数的确定。一般利用已知的三个公共点进行转换参数求解。实践表明，所得到的三维坐标精度难以达到理想效果，应该结合所有已知公共点资料求取一套适合本区域的最优转换参数。即利用所有点参与参数转换求解，逐步剔除转换后残差较大的点，直到残差符合精度要求时所确定的转换点所求的转换参数认为是本区域的最优转换参数。(2)卫星信号影响误差的处理由于卫星是绕着地球公转的空间动态载体，RTK在测量时所获得的卫星信号是实时动态瞬间描述。一般当观测到的卫星数量和卫星网型较好时，RTK的初始化用时短，成果精度高；反之，则初始化用时长，成果精度差，还有可能达不到固定解。此外，卫星信号被接受时要穿过电离层、对流层会造成延时，还可能信号受到干扰、中断等影响导致信号失锁和结果整体偏移、数据不正常等“纳伪”现象。针对这种情况在实际测量中尽可能多点实验确保初始化正确无误，也可采用一定的误差修正模型予以改正。(3)RTK基准站与流动站数据通讯问题的处理RTK测量过程中无线电的数据链信号是通过无线电发送的，易受电磁波干扰和障碍物阻挡，使得 RTK测量结果的可靠性受到影响，实际操作过程中应尽量避免。(4)流动站测量方式误差的处理流动站的的测量方式有两种：一是对中杆测量，天线难固定，精度变化大；二是三脚架测量，过程繁琐、精度相对稳定。根据具体的测量需要可进行选择，本文因是对RTK定位精度的研究，故严格采用三脚架架设。(5) RTK系统误差的处理RTK系统的误差主要有三种：一是天线相位中心间的物理偏差，二是天线相位中心的变化。当RTK测量时基准站与移动站采用一个型号天线时，这两种误差通过双差模型解算时可以消除。若基准站和移动站采用不同型号天线时，会致使RTK测量结果的精度降低，有时可以影响到整周模糊度的解算。三是RTK整周模糊度解算的可靠性，伴随着更多的整周模糊度解算方法的出现，其各自的优缺点也在实际运用中体现。而不同的RTK所采取的的解算方法又是各不相同，这就造成对观测值的采集环境的要求不同。得出的测量成果也自然有差异。例如，卫星数、PDOP值等。(6)观测者技术与经验误差的处理采用技术经验相对丰富观测者操作，而对流动站架设可用脚架基座安装。2.4 小结本章在介绍RTK测量原理基础上，系统分析了RTK测量的