毕业设计（论文）-GPS RTK在地籍测量中的应用.doc

龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目： GPS RTK在地形测量中的应用 专 业： 测 绘 工 程 班 级： 11 测 绘 2 班 学 号： 2011092635 姓 名： 尤斯桓 指导教师： 陈美智 职称： 高级实验师 资源工程学院GPS RTK 在地形测量中的应用资源工程学院 测绘工程专业2011092635 尤斯桓 指导老师：陈美智【摘要】伴随着日新月异的科技发展，在测量方面GPS RTK的简易与实用性得到大家的认可，而实际测量工作中RTK也在扮演越来越重要的角色。本文旨在分析GPS RTK技术的基本原理、系统组成、测量方法、误差分析以及GPS RTK技术在测量时有哪些优势。本文以三明市地形测绘为例分析GPS RTK技术在地形测量中的应用.最后讨论下GPS RTK技术目前存在问题以及发展前景。【关键词】GPS RTK 地形测量 实例分析 发展前景目录1. 引言2. GPS RTK技术 12.1 GPS RTK的基本原理 12.2 GPS RTK 的系统组成 12.3 GRS RTK 的测量方法 12.4 GRS RTK 的误差分析 12.5 GPS RTK 在测量工作中的优势. 23. GPS RTK技术在地形测量中的实例 23.1 测区概况 2 3.2 已有数据 23.3具体方案方法 23.4 控制测量中的应用 33.5 碎部测量中的应用 43.6 内业处理 64. GPS RTK 存在问题的以及发展前景 84.1 GPS RTK 存在的问题 84.2 GPS RTK 发展前景 95. 结束语 9致谢参考资料1.引言GPS RTK 技术是目前最为先进测量技术。随着近几年GPS系统发展和完善，以及软、硬件质量的提高。以GPS系统为基础的RTK测量技术已经越来越被大家所熟知，并且广泛的应用在诸多的实际测量工作中。地形测量得出结果所绘制的地形图是土地开发与建设的一个重要依据，为了满足及国家的经济建设，地形测量准确度以及工作效率是十分重要的。GPS RTK 技术拥有传统的测量所不能比的全天候，精度高，操作简单等优点，因此在目前在经济发展速度迅猛的今天RTK技术也就越来越多的被应用在地形测量工作中。2. GPS RTK 的基本原理和测量方法2.1 GPS RTK的基本原理 GPS RTK（Real time kinematic）也就是实时动态控制系统。与以往的传统测量后要通过进行解算才能获得厘米单位的精度相比，RTK是能够在野外实时得到厘米单位定位精度的新型测量方法，是GPS应用的伟大的一步。 它的出现为工程测量带来新的可能性。 “ GPS有三类差分方法分别是位置差分、伪距差分和相位差分。1”这三类差分方式都是首先由基准站发送改正数，然后由流动站接收并对其测量得结果进行改正，以获得精确的定位结果，三者不同的是发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。 位置差分和伪距差分定位误差的相关性会随基准站与流动站的空间距离的增加其定位精度降低 ,所GPS RTK采用相位差分。GPS RTK的工作原理主要是将一台接收机置于基准站上,另一台或者几台接收机置于流动站上,基准站和流动站接收同一时间相同GPS卫星发射的信号,之后基准站将所获得的观测值与已知位置进行对比，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台传给流动站以达到精化其GPS观测值目的,这样就可以得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。 2.2 GPS RTK 的系统组成RTK系统是由三个部分组成的。分别是GPS接收机、数据传输设备、软件系统。（1）GPS接收机在基准站和流动站上都有，它们都有各自的接收天线。 基准站主要的作用是连续接收GPS卫星信号,然后将测站的坐标和观测值还有卫星跟踪状态，通过数据链发送出去,流动站接收机是在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据。（2）数据传输设备由基准站的发射台还有流动站的接收台组成的 。（3）软件系统就是具有能够实时的解算出流动站的三维坐标的功能的系统。2.3 GRS RTK 的测量方法首先设置一台GPS接收机作为基准站，架设在已知点上。然后将已知的位置参数包括基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入控制手簿，然后一台或几台GPS接收机设置为流动站。“基准站和流动站同时接收卫星信号,基准站将接收到的卫星信号通过基准站的发射电台发送到流动站。”流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号共同传到控制手簿上进行实时的差分及平差处理，这样就可以实时的得到本站的坐标和高程及精度指标等，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较,要是实测精度达到了预设精度指标的要求,手簿就可以记录下来这次测量的结果了。2.4 GPS RTK的误差分析GPS RTK的误差来源于两个方面：首先与外业测量有关的测量误差，其次与数据处理有关的处理误差。与外业测量有关的测量误差分为四种：（1）与卫星有关的误差，例如卫星星历误差和卫星钟误差。（2）与卫星信号传播有关的误差，例如电离层折射误差、对流层折射误差还有就是多路径传播误差（3）与接收机有关的误差，例如接收机钟误差和接收机位置误差（4）与基准站有关的误差，例如基准站已知坐标误差和基准站载波相位误差。 与数据处理有关的处理误差分成下面几类：（1）坐标参数转化误差（2）数据计算的数学模型误差（3）拟合内插误差（4）模糊度解算误差（5）动态基线解算误差（6）差分信号调制解调误差(7)流动站内存软件模型误差。2.5 GPS RTK 在测量工作中的优势GPS RTK 在测量工作中的优势分为以下四点：一、作业效率高：“在一般的地形地势下, 高质量的RTK 测量设站一次就可以可测完大概半径为5千米的测区，比起传统测量需要多个控制点和经常需要进行的搬站测量而言大大提高了工作效率。6” 只需要一个人的操作,在每个放样点只需要停留几秒，就可以完成作业。二、定位精度高：基本没有误差积累。在一定的作业半径范围内，而又满足 RTK 的基本工作条件下，因为RTK测量过程中是不需要多次的搬站测量，所以 RTK 测量的结果都不会存在较大的误差累加并且精度都能达到厘米级。三、全天候作业：RTK 技术不比传统测量方法不需要观测者与目标间满足通视只需要满足能够接受到GPS信号这个基本条件。四、RTK 作业自动化：相比传统测量而言集成化程度高RTK几乎可胜任各种测绘外业。流动站配备的手簿内置有专业软件可自动实现多种测绘功能这样就减少人为操作计算的误差保证了测量结果精度。 3.GPS RTK技术在地形测量中的实例3.1测区概况实例验证采取位于三明市南口乡温坊村第二大队，该地区属于在农村乡镇地区，村庄建筑物分布中等密集，并且比较集中，并且田地以及将要开垦的区域交通便利，通视性好，整个测区地势较为平缓，没有什么高大的植被，田地多。3.2已有数据2010年将乐县南口乡1:1000地形图，可供作业过程中核查使用；测量范围和控制点点号坐标数据一份，可作为测量原始数据。3.3具体方案方法(1) 测前准备在外业测量开始之前，先将甲方提供的相关数据资料在电脑上进行整理。根据实际勘测的需要，将整理好的数据传输到外业测量的手簿里，方便外业调用，提高外业数据采集的效率。（2）测量精度要求及坐标系统 根据工程项目的需要，要求平面点位中误差3cm,高程中误差5cm。本次测区采用“西安80坐标系统，高程系统采用1985国家高程基准”。（3）仪器配备及人员安排 仪器准备：中海达RTK基准站1台， 中海达RTK移动站2台， 全站仪一台，棱镜两个，三脚架两个，钢尺一把。 人员安排：测量员4人，绘图员1人，检查员1人（4）外业施测 将基站架设在楼顶，用移动站在测区范围内采集分布均匀的2个或2个以上控制点的84坐标，然后再输入三明将乐的当地坐标，进行点校正，然后进行拟合，解算出转换参数，点校正完成后为了保证精度，通常要采集其他控制点的坐标，然后将采集的坐标与该控制点的原坐标进行对比，在精度范围之内，即可进行外业操作（反之要重新点校正）。在进行外业的时候，首先将提供的曲线要素做成相关文件传输到手簿里，一般只要通过在手簿上调用文件，在可进行地形测量，点的放样也可以进行。（5）内业数据处理在测量过程开始时，一般以当天日期+字母为文件名，待当天外业工作完成后，立即导出数据，并用“ dat”格式保存，传输成功后要是当天有错误数据应立即处理，以免绘图时出错，否则成图以后在进行处理会很麻烦，也会导致图形整体不美观。画图时切记要按设计书要求去做，以免造成不必要的麻烦，当天的内业尽量在当天完成，防止隔天或者更长时间在绘图时忘记，从而使成图出现错误。成图后对整体图形稍加修改，保持整体的美观（植被被符号和高程成梅花状、图框、归层等等）。3.4控制测量中的应用本次测量的图根控制点采用GPS-RTK进行采点，采用RTK里面的平滑功能进行采集，成果分两次采集，提前一天采集后第二天在进行采集一次，两次均采用平滑20次，成果取两次平均值。图根控制点的密度根据地形条件而定，平坦地区每平方公里不宜小于64点,一般地区每平方公里不小于120点，居民地密集地区每平方公里不小于250点。点位的分部要均匀，并保持两个以上相邻方向通视。图根点相对于图根起算点位中误差不得大于0.05m，高程中误差不得大于0.1m。测区内的图根控制成果如下表3-1所示：表3-1 测区内的图根控制成果表图序号点 名等 级标石类型X（N）坐标Y（E）坐标高程（H）1LY01图根不埋石2962490.421535812.600208.4222LY02图根不埋石2962388.133535868.658211.7473B1图根不埋石2962199.659537896.965208.6434B2图根不埋石2962192.091537938.114208.5345B3图根不埋石2962155.144538019.350207.8556B4图根不埋石2962100.180538098.451207.1577B5图根不埋石2962055.473538184.145207.1188B6图根不埋石2961995.824538271.380206.5319B7图根不埋石2961954.609538321.277207.93810B8图根不埋石2961875.335538397.582209.66811B9图根不埋石2961831.419538430.179210.39112B10图根不埋石2961764.055538458.996211.36513B11图根不埋石2961689.497538473.776210.99114B12图根不埋石2961619.179538520.428212.39815B13图根不埋石2961580.037538556.539213.82016B14图根不埋石2961504.303538582.840214.68517B15图根不埋石2961427.416538619.398216.67118B16图根不埋石2961373.187538663.543217.80919B17图根不埋石2961308.795538726.434220.56920B18图根不埋石2961264.782538783.353221.41821B19图根不埋石2961199.634538882.216222.21422B20图根不埋石2961135.978538957.804223.36723B21图根不埋石2960956.302538035.024223.91524B22图根不埋石2960861.579538032.869222.35125B23图根不埋石2960814.799538266.796220.47326B24图根不埋石2960731.596538311.576219.37427B25图根不埋石2960621.999538270.505218.91928B26图根不埋石2960537.172538258.611214.75329B27图根不埋石2960453.458538215.028213.99830B28图根不埋石2960358.831539177.328212.65231B29图根不埋石2960296.560539171.263211.54232B30图根不埋石2960262.602539074.715209.34133B31图根不埋石2960237.059538943.196209.23234B32图根不埋石2960214.386538840.279210.2223.5碎部测量在测区范围内找一个相对集中，且无遮挡物的楼房，把基站架在该楼顶，并安置好仪器并开机。之后打开手簿，进入主界面。首先点击【项目】【新建任务】 输入项目名（20131014）【】,如图3-2所示: 图3-2 任务的新建 打开【GPS】在接收机信息里找到基准站设置【位置】（根据实际情况添加数据，如：天线高）【数据链】（根据实际情况添加数据，如：小组号【运用】【其他】根据设计书选择或添加【确定】,如图3-3所示: 图3-3 GPS设置基站 打开【参数】在坐标系统中点击点较验【文件】找到该点坐标【】【平滑】【】【计算】【应用】【】, 如图3-4所示:图3-4 点校验 然后点击【测量】【F2】输入点号、仪器高和编码OK或【】，点采集后在屏幕上可以显示出点及路线，然后测一个已知控制点，核对坐标是否正确，若不正确，重新进行点校验和核对另一个已知点。如图3-5所示: 图3-5 碎步点采集一切准备工作就绪以后，对地物、地貌的特征点采用代码的形式进行野外碎部点采集。为了方便内业处理，观测时需输入相应的地物的简码，测量线状地物须在线状地物的第二个特征点输入简码 “+”或者“”，可将其连接起来，同时对于其他的特征点亦是采取如此方法。3.6内业处理 在处理数据之前，将“dat”格式的文件用记事本的方式打开，可以查看数据，错误的要删除，为成图的质量做准备。如图3-6所示： 图3-6 部分数据然后，打开CASS7.0软件，下拉菜单【绘图处理】【展野外测点点号】，出现野外测点点号。展野外测点点号也是在同一个下拉菜单绘图处理里面。如图4-7所示: 图3-7 数据处理步骤之后再下拉【绘图处理】【简码识别】对所得的数据进行分析识别，同时进行图形的绘制。对数据中特殊地形地貌的标记，以及特殊的地物和分界点都要清楚的注明。与此同时把点的高程可以展在另外一个图层，这个操作可以先关闭之前的点号图层，便于分析图形。经过一系列的操作处理，得到当天所测的图形。通常在使用CASS7.0软件时，将当天的测量成果进行简码识别以后，部分的测量编码在这一过程中，识别不出来，同时在测量的时候，可能会遇到一些测不到的点，这就需要白天在做外业的时候的印象和当时所画的草图进行简单的绘图处理。隔天测量的时候，如果前一天图形中有漏测或者测量错误的地方，一定要进行重测。回去后，将当天的成果和前一天的图形进行综合，从而完善测量成果图。如果，测区较大，就需要待成果图出来以后进行打印，然后拿着成果图去现场进行作比较，若有不对的地方，要进行补测，反之，则可以出最终成果。如图4-8所示：图3-8数据成果图（部分数据）4.GPS RTK 存在问题的以及发展前景4.1 GPS RTK 存在的问题（1）基准站的选择基准站在选址时，为了减小多路径效应带来的干扰因素，应尽量选择测量范围内的中心位置且避免周围覆盖高大植被或者建筑和池塘，尽量保持通视和视野开阔。在架设基准站的时候，应该尽量将其架设在相对较高的地物上，以便于基准站和RTK之间的信号传输。而此的项目测量就是把基准站摆放在了测区内的某栋高楼楼顶。除此外，还要离微波塔、通信塔等大型的电磁发射源、通讯线路、高压输电线路等高磁场地点远一些。如果在测区内的确没有适合的控制点坐标用于架设基准站的时候，也可以采用基准站任意摆放的方式。（2）坐标点的检核与已知坐标点的检核。在正式开始测量前，应在测区内的其他已知控制点上用 RTK实测坐标及高程，并检核。具体做法就是进行一次点的放样，然后看点的坐标是否与所给数据一致。发现问题应立刻采取措施改正。若误差在范围之内，则对其做点校正处理。（3）无数据和伪距无数据和伪距解。由于在外业测量，建筑的密集在所难免，流动站在多建筑物的城区容易发生信号失锁，比较容易有无数据和伪距的问题。这个时候我们就可以在浮动、伪距或者无解的点位上将稳定的时间稍微加长一点，也可以将RTK移动到四周开阔的地方，或者将杆升高，等到有固定解的时候，再将流动站移动到原来的待测点，然后进行测量（在测量时切记要记得改杆高）。如此这样，就可以处理好这一类问题。（4）数据采集时间选择数据采集的时间时，就上述实例中，该测区夏季天气变化比较频繁，天气变化可以说是反复无常。因此也要选好数据采集的时间。在中午的时候，电离层对GPS信号的干扰比较大，测量会经常出现浮动、伪距，使得测量效率较低下，通常可避免在这一时段内进行RTK 作业，可以在中午11点以前和下午3点以后在测量，这时段内GPS信号受电离层影响较小。（5）转换参数转换参数的方法。选到的已知控制点应平均覆盖于整个测区，这是因为转换参数的精准性有赖于控制点的多少以及其分布的图形。由于转换参数的区域性，我们解算的转换参数在另一个测区不能随随便便的利用。因此我们在解算的过程中，要根据其中不同的基准点所对应的方案，采用不一样的计算方法来求得结果。一般来说，七参数的相似变换法是在比较严密的时候应用的，即X平移，Y平移，Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转10。当然假如测区的范围不是很大的时候,也可以应用三参数,即 X 平移, Y 平移, Z平移,而将 X 旋转, Y旋转, Z旋转,尺度变化 K视为0。用三参数的方法是七参数相似变换的一种特别案例。（6）高程的精度GPS动态测量的作业方式必须要精确地进行高程转换。转换的时候应该要选取高程精度较好的已知点。在条件允许的情况下，我们可以选取高精度的水准点来单独地解算基准站的高程，以此提高高程的精度，这时应最少选取3个以上的已知水准点。（7）电力不足当基准站连续长时间工作的时候，会出现电力不足的问题，假如在这个时候不能暂停而要继续工作时，我们可以利用汽车的电瓶或电台来供应电。所以，在该测区进行测量时，我们也是带上了多块备用电池和临时的工作电瓶，防止电力不足带给我们不必要的麻烦。4.2 GPS RTK 的发展前景GPS RTK的发展前景包括以下三个方面：GPS现代化的实现：主要就是将卫星的数量增加使得卫星可见性提高，使得任何时间以及地点都不再有盲区。还有就是增加民用的频道，发射不保密的民用信号。对GPS静态和RTK来说都是非常有利的举措。多种空间资源共用：就是将各国的卫星系统做一个资源整合，实现资源共用，这样就可以使得卫星的数量增多，定位精度提高，以及使用寿命的延长。建设永久参考站网：连续的GPS参考站是利用GNSS卫星导航定位技术，在一个固定的区域建立一个不间断连续的GPS参考站。参考站网的技术研究和应用将会有效解决RTK的测程和可靠性和长距离数据通信的问题。5.结束语近年来建设和发展一直是我们国家的主题，其背后是大量艰巨的测量测绘工作。而GPS RTK测量技术作为一种较为先进的测量方法无论是简易性以及测量结果的精度上都优于传统的测量方法。GPS测量有着所需测量人员少、作业时间短的优点，工作过程中能够极大地提高效率，这对飞速发展的社会来说，无疑是有着相当大的意义。由其在地形测量作业中各地区特殊的地形地貌都是测量所面临诸多的问题，比如地形的高速变化。而GPS技术恰好弥补这一空缺，减轻了由地形高速变化而给测量员带来的压力。虽然目前GPS RTK技术还有些限制与不足。不过随着这一技术的日益完善，也让我们看到未来测量测绘这一行业的新姿态。致谢我的毕业论文是在陈美智老师的细心指导和帮助下，才能不断的完善并完成。虽然他平常上课教学幽默在学生有很高的人气。但是在论文指导的时候却对我们要求很严格。但也正是在严谨的教学态度和敬业精神下我们才能够有所进步。在这里我向他表示以最真心的感谢。经过四年的学习，让我慢慢的喜欢上测绘这个苦并快乐着的行业，我学到了较好的测绘知识和较好的实践基础，让我以后走出校园多了很大的信心面对工作以及老板。以上这些都是来自于我的所有的专业老师，在这里我要感谢他们，谢谢他们带给我的一切，并无私的把那么多渊博的知识传授给我。参考文献1 GPS RTK测量技术在地籍测量中的应用 师晶 J.中国新科技新产品，2011，42 GPS RTK技术在地籍测量中的应用 冯立荣 刘秀娟 J 西部探矿工程 20103 GPS RTK技术在地籍测量中的应用 鹿敏 J 现代矿业 20104 GPS-RTK在地籍测量中的应用 刘峰 J 科技创新导报 20125 GPS系统实时动态定位技术在公路测量中的应用 戴河良 J 20076 GPS RTK技术的优缺点及发展前景 郭莉莉 J 黑龙江国土资源 20127 GPS RTK测量中应注意的问题 孙彦明 J. 山西建筑，2008 8 GPS RTK在城市规划测量中的应用 周建新 J 湘潭师范学院学报2007 9 RTK技术在在沈阳市区图根控制测量中的应用