GPSRTK使用方法培训教材

RTK技术培训2010 09 04 主要内容 什么是GNSS传统RTK以及仪器的操作网络RTK以及仪器的操作点校正重置当地坐标RTK精度 GNSS理论部分 GNSS GlobalNavigationSatelliteSystem 是全球导航卫星系统的英文缩写 它是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词 是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统 目前可供利用的全球卫星导航系统有美国的GPS和俄罗斯的GLONASS以及未来欧洲的Galileo 1 GNSS的现状及未来 GNSS 军事测绘林业农业地质电力水利交通环保气象地震石油通讯海洋城建科研院所院校医疗消防国土 4 GNSS的应用行业 GNSS理论部分 GNSS接收机OEM板卡Trimble 美国天宝 天宝Leica 瑞士莱卡 NovAtelMagellan 美国麦哲伦 AshtechTOPCON 日本拓普康 Javad 国外品牌 5 国内外GNSS产品 GNSS理论部分 国内品牌 华测南方中海达易测 合众思壮 5 国内外GNSS产品 GNSS理论部分 光谱中纬 博飞苏光 RTK的发展 传统的RTK技术 电台 GPRS CDMA网络RTK技术 天宝的VRS Leica的主辅站技术 6 卫星定位技术的发展 GNSS理论部分 二 传统RTK以及仪器的操作 传统RTK的含义RTK的定位原理RTK数据链电台模式及具体操作网络模式及具体操作 常规的GPS测量方法 如静态 快速静态 动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度 而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法 它采用了载波相位动态实时差分 Real timekinematic 方法 是GPS应用的重大里程碑 它的出现为工程放样 地形测图 各种控制测量带来了新曙光 极大地提高了外业作业效率 传统RTK的含义 1 传统RTK的含义 传统RTK以及仪器操作 RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上 另一台或几台接收机置于载体 称为流动站 上 基准站和流动站同时接收同一时间 同一GPS卫星发射的信号 基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较 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及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值 从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置 RTK的工作原理 2 传统RTK的工作原理 传统RTK以及仪器操作 其中 差分的数据类型有伪距差分 坐标差分 位置差分 和载波相位差分三类 前两类定位误差的相关性 会随基准站与流动站的空间距离的增加而迅速降低 故RTK采用第三类方法 RTK的观测模型为 2 传统RTK的工作原理 传统RTK以及仪器操作 数据链通讯 电台模式 3 传统RTK的数据链 传统RTK以及仪器操作 UHF UltraHighFrequency 超高频率 频率300MHz 300KMHz 波长属微波 波长1M 1MM 空间波 小容量微波中继通信 410 430MHz 450 470MHzVHF VeryHighFrequency 甚高频 3MHz 30MHz属短波 波长100M 10M 空间波 220 240MHz 2 网络模式 GPRS GeneralPacketRadioService 中文是通用分组无线业务 是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务 CDMA为码分多址数字无线技术 电台模式 载波相位 4 电台模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 基准站 移动站 电台模式特点 作业距离一般距离为 0 28公里 特别是山区或城区传播距离就会受到影响 电台信号容易受干扰 所以要远离大功率干扰源 电台的架设对环境有非常高的要求 一般选在比较空旷 周围没有遮挡 且要基站架设的越高距离越远 对于电瓶的电量要求较高 出外业之前电瓶一定要充满或有足够的电量 4 电台模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 电台模式具体操作 一 基准站的架设 对于任意架站 选择环境相对空旷的地方 地势相对较高的地方且周围没有干扰的地方架设 架设仪器 架设时 注意仪器的安装以及各种线的连接 发射天线最好远离基准站主机3米以上 4 电台模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 二 基准站的启动 如果是自启动 则开机即可 主机搜完星后便可发射 最后电台接上电瓶 注意正负极的连接 如果用手簿去启动 具体操作如下 打开测地通软件 通过蓝牙或串口线与基准站主机连接 新建并保存任务 在 配置 基准站选项 天线高度 天线类型 测量到的位置要根据具体的情况更改 其他默认 在 测量 启动基准站接收机 如果是任意点架站 输入点名 点 此处 即可 如果架在已知点上则直接选择这个点坐标即可 最后点击确定 4 电台模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 电台模式具体操作 自启动的设置 对于自启动的方式可以通过Download 文件下载 软件 来设置 1 首先通过数据线把主机根电脑连接上 可以是USB或者串口 2 打开Download 连上主机后 点击 设置 原始数据输出 自启动 Port1 正常模式 自启动 Port2正常模式 自启动 Port2 CDMA GPRS 电台发射 网络发射 正常模式 自启动 Port2 CDMA GPRS 正常模式 自启动 CDMA GPRS 3 设置完后 点击 应用 然后断开与电脑的连接 用手簿测地通进行 接收机复位 返回 知识点 三 查看基准站是否已经正常发射 查看DL3电台的电台灯是否一秒闪烁一次 注意DL3电台面板上的电压是否在跳动 发射功率越大 电压跳动的幅度也越大 如果显示 太低 注意更换电瓶或降低发射功率 查看流动站电台灯是否闪烁 能否差分 4 电台模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 电台模式具体操作 四 流动站的启动 移动站与手簿测地通通过串口线或蓝牙进行连接 移动站电台灯如果一秒钟闪烁一次表示收到电台信号 在 单点定位 的情况下 直接点 测量 启动移动站接收机 即可 大约十多秒后就可差分 达到固定解 固定后可进行其他测量了 注意 在基准站正常发射时 但移动站没有信号 注意频率是否统一 对移动站进行读写频率 4 电台模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 电台模式具体操作 五 测量或放样 4 电台模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 电台模式具体操作 X90D X90F X91等型号的仪器发式如下 对移动站进行读写频率 可直接在测地通里的 内置电台和GPRS 直接设置模式和频率 也可以用手簿上的或电脑上的HCGPRS进行设置 改写频率 内置电台和GPRS 手簿上的HCGPRS 1 网络通讯模式 GPRS或CDMA Internet互联网 Internet互联网 GPRS CDMA拨号上网 Internet 服务器 Internet GPRS CDMA拨号上网 服务器 5 网络模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 外挂模块内置模块通过串口直接接入Internet互联网 基准站 流动站 外挂模块内置模块手簿CF卡 手簿网络 蓝牙手机 2 网络通讯方式 5 网络模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 3 网络通讯模式特点 距离远携带方便 优点 缺点 容易造成差分数据延迟2 5秒在没有手机信号的地方无法使用需要一定的费用 手机卡一般一个月都要流量100 200元费用 5 网络模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 1 要设置成自启动 模式为 正常模式 自启动 Port2 CDMA GPRS 正常模式 自启动 CDMA GPRS 2 对内置GPRS模块进行设置 通过电脑上的HCGPRS进行设置通过手簿上的HCGPRS进行设置X90D X90F X91也可直接在测地通里的 内置电台和GPRS 进行设置 4 基准站设置 X90G X90D X90F X91 内置GPRS 5 网络模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 1 通过计算机上的HCGPRS软件 首先在计算机上安装华测RTK软件 在计算机 开始菜单 程序 HUACERTK 工具下的HCGPRS然后把主机跟计算机连上 就可以设置了 上海华测服务器地址为 222 44 183 12UDP协议端口选9902 TCP协议端口选9901 通讯协议选UDP一对多 服务器IP 222 44 183 12端口9902 APN接入点名称 CMNET 移动服务商号码 99 1 用户名 密码不用添 模式选基准站 PC端口号是主机与电脑连接的端口 选择X90G 原始协议不打勾 它是针对外置模块的 最后点击全部更新或更新 具体设置 对内置GPRS模块进行设置 2 通过手簿上的HCGPRS软件 打开手簿 可以在手簿桌面上直接双击图标 也可以通过开始菜单打开HCGPRS软件 然后进行设置 手簿HCGPRS软件 1 首先通过蓝牙或数据线连上主机 点击获取参数 然后点击下脚 拼 打开软键盘 输入IP 端口和APN接入点名称 具体设置与用电脑的方式一样 参考上一页 2 点击 更新 注 HCGPRS可以从资源管理器里打开 对内置GPRS模块进行设置 它是基于连接的协议 也就是在正式发送数据前先建立可靠连接 一个TCP连接必须要经过三次 对话 才能建立起来 过程复杂 简单的说 第一次对话 A向B发送请求包 我可以与你连接吗 第二次对话 B向A发送 同意连接 第三次对话 A向B发送 我现在与你连接接受 在建立连接后A才可以向B发送数据 比较安全适用对数据量大的环境 它是与TCP相对应的协议 面向非连接的协议 它不与对方建立连接 而是直接就把数据包发送过去 UDP适用于一次只传送少量数据 对可靠性要求不高的应用环境 知识点 UDP UserDataProtocol 用户数据协议 TCP TransmissionControlProtocol 传输控制协议 5 基准站设置 外置模块的设置 GPS基准站主机 连接线 华测GPRS外置模块 外置模块的设置可以通过计算机上的HCGPRS来设置的 将模块通过串口与计算机相连 打开HCGPRS 具体的设置与内置的设置是一样的 请参考内置的具体设置 注 原始协议要打勾后 直接进入GPRS里面 直接进行设置 5 网络模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 6 移动站的设置 外置模块的设置 对于移动站的如果也用外置模块 其设置方法同上 具体参数的设置如下图 其中 基准站ID是 基准站模块的S N号 如果是华测内置的基准站 则输入基准站主机的S N号即可 模块设置好就直接连接到主机上 启动移动站即可 5 网络模式及具体操作 传统RTK以及仪器操作 1 测地通的具体操作 内置GPRS 对于内置的GPRS的 如果已经设置好了 开机即可自动上线并获取基准站数据 直接点启动移动站接收机即可 达到固定解后 便可开始测量 三 网络RTK以及仪器的操作 网络RTK技术CORS系统CORS系统组成网络模式及具体操作 传统RTK技术有着一定局限性 使得其在应用中受到限制 主要表现为 1 用户需要架设本地的参考站 2 误差随距离增长 3 误差增长使流动站和参考站距离受到限制 距离越远初始化时间越长 4 可靠性和可行性随距离降低 1 网络RTK技术 网络RTK以及仪器操作 网络RTK技术实际上是一种多基站技术 它在处理上利用了多个参考站的联合数据 该系统不仅仅是GPS产品 而是集internet技术 无线通讯技术 计算机网络管理和GPS定位技术于一身的系统 包括 通讯控制中心 固定站 用户部分 1 网络RTK技术 网络RTK以及仪器操作 1 天宝的VRS VirtualReferenceStation GPSnet2 莱卡的MAX 主辅站技术 SpiderNET软件 3 拓普康的TOPnet4 华测的APIS 网络RTK的优势 无需架设参考站 省去了野外工作中的值守人员和架设参考站的时间 降低了作业成本 提高了生产效率 传统 1 1 GNSS接收机真正等于2 生产效率双倍提高 不需要在四处找控制点 扩大了作业半径 网络覆盖范围内能够得到均等的精度 在CORS覆盖区域内 能够实现测绘系统和定位精度的统一 便于测量成果的系统转换和多用途处理 1 网络RTK技术 网络RTK以及仪器操作 2 CORS系统 网络RTK以及仪器操作 连续运行参考站 cors 也称为台站网 可定义为 一个或若干个固定的 连续运行的GNSS参考站 利用现代计算机 数据通信和互联网 LAN WAN 技术组成的网络 实时地向不同类型 不同需求 不同层次的用户自动地提供经过检验的不同类型的GNSS观测值 载波相位 伪距 各种改正数 状态信息 以及其他有关GNSS服务项目的系统 不同的地区CORS系统采用不同的网络RTK技术 天宝VRS 深圳 北京 天津 上海 广东 成都 杭州 长沙 青岛莱卡MAX 江苏 昆明TOPCON 福州 西安 合肥 汶川 目前 国内外多CORS的研究主要集中在基础设施建设 系统自动化管理 数据采集域分发 基于网络的GNSS定位技术的开发等方面 先后出现了大量的CORS工程项目 一 其中具有代表性的全球和国家的项目包括 IGS跟踪站网络 美国NGSCORS 欧洲EPN永久性连续网等二 国内主要有 中国地壳运动观测网络CMONOC 中国沿海无线电指向标 差分定位系统 RBN DGPS 等项目 2 CORS系统 网络RTK以及仪器操作 3 CORS系统组成 网络RTK以及仪器操作 参考站 控制中心 用户部分 参考站及控制中心 3 CORS系统组成 网络RTK以及仪器操作 CORS综合应用 3 CORS系统组成 网络RTK以及仪器操作 CORS流动站 外挂模块 对老仪器的CORS升级手簿CF卡蓝牙手机内置模块 网络模式及具体操作 网络RTK以及仪器操作 CORS流动站配置 GPS基准站主机 连接线 蓝牙 或 蓝牙 网络模式及具体操作 网络RTK以及仪器操作 CORS流动站配置图 网络模式及具体操作 网络RTK以及仪器操作 4 1具体操作 内置GPRS 首先要对内置GPRS进行设置 用电脑上的HCGPRS或者手簿上的HCGPRS 设置跟前面的GPRS通讯设置基本一样 手簿上测地通的操作 注意 CORS的通讯协议要选TCP的 电脑上的HCGPRS 手簿上的HCGPRS 网络模式及具体操作 网络RTK以及仪器操作 4 2具体操作 内置GPRS设置 网络模式及具体操作 网络RTK以及仪器操作 4 3具体操作 手簿测地通的操作 主机开机后 打开测地通 通过蓝牙或数据线连上 打开 配置 移动站参数 内置VRS移动站 输入源列表 注意大小写 用户名 密码等 如果下面显示 连上TCP服务端 直接点 设置 5秒后 如果登陆成功会有提示 然后 确定 点启动移动站接收机 对于X90D不需要点 四 点校正 1 各种坐标系统2 点校正3 重值当地坐标4 RTK的精度5 任意架站的优势 点校正 1 各种主要坐标系统 常用的坐标系统 1 1980西安坐标系开始定义为 1980国家大地坐标系 1982年 经天文大地网整体平差建立 全网共48433点 属参心坐标系 IAG 75椭球 IAG 国际大地测量学协会 长半轴a 6378140m 扁率 1 298 257 原点在陕西省泾阳县 椭球定位 1 椭球短轴平行于地球地轴 由地球质心指向1968 0JYD方向 2 起始子午面平行于格林威治天文台平均子午面 3 椭球面与似大地水准面在我国境内密合得最佳 1 各种坐标系统 2 1954年北京坐标系50年代从前苏联引入 1942年普尔科夫坐标系 未进行整体平差 属参心坐标系 克拉索夫斯基椭球体 长半轴a 6378245m 扁率 1 298 3 原点在普尔科夫天文台 主要缺点 1 长半轴约大了108m 2 椭球定位西高东低 东部高程异常达67m 3 不同区域接边处大地点坐标差达1 2m 1 各种坐标系统 3 WGS 84大地坐标系美国国防部研制确定的大地坐标系 Z轴指向BIH 国际时间局 1984 0定义的协议地球极 CTP 方向 X轴指向零子午面与CTP赤道交点 Y轴与X Z轴构成右手坐标系 长半轴a 6378137m 扁率 1 298 257223563 属地心坐标系 原点在地球质心 1 各种坐标系统 4 新1954年北京坐标系 新54系 属于参心大地坐标系 椭球的几何参数同 54系 a 6378245m 1 298 3大地原点及椭球轴向同 80系 高程基准面为1956年黄海平均高程面 点的坐标与 54系 接近 精度同 80系 5 独立坐标系 地方坐标系 为了减少投影变形或满足保密需要 也可使用独立 地方 坐标系 坐标原点一般在测区或城区中部 投影面多为当地平均高程面 1 各种坐标系统 高程基准1 1956年黄海高程系水准原点设在观象山 采用1950 1956年7年的验潮结果计算的黄海平均海水面 推得水准原点高程为72 289m 2 1985国家高程基准水准原点同1956年黄海高程系 采用1952 1979年共28年的验潮结果 并顾及了海平面18 6年的周期变化及重力异常改正 计算的黄海平均海水面 推得水准原点高程为72 260m 1 各种坐标系统 在测量中常用的高程系统有大地高系统 正高系统和正常高系统 大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统 某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离 大地高也称为椭球高 大地高一般用符号H表示 大地高是一个纯几何量 不具有物理意义 同一个点 在不同的基准下 具有不同的大地高 高程系统 正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统 某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离 正高用符号H 正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统 某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离 正常高用HY 我国采用似大地水准面 1 各种坐标系统 大地水准面差距 即大地水准面到参考椭球面的距离 记为hghg H Hg高程异常 即似大地水准面到参考椭球面的距离 记为 H HY 高程系统 1 各种坐标系统 点校正就是求出WGS 84和当地平面直角坐标系统之间的数学转换关系 转换参数 在工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS 84坐标系数据 而目前我们测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系或是地方 任意 当地 独立坐标系为基础的坐标数据 因此必须将WGS 84坐标转换到BJ 54坐标系或地方 任意 独立坐标系 点校正的含义 2 点校正 把GPS坐标系统转换到我们的当地平面坐标系统包括基准转换 投影 水平 垂直平差 GPS点校正 注 此独立坐标系是以北京54椭球为参考椭球的坐标系统 2 点校正 1 B L 84 X Y Z 84 空间大地坐标到空间直角坐标的转换 2 X Y Z 84 X Y Z 54 坐标基准的转换 即Datum转换 通常有三种转换方法 Bursa Wolf 布尔莎模型 七参数 简化三参数 Molodensky3 X Y Z 54 B L 54 空间直角坐标到空间大地坐标的转换 4 B L 54 x y 54 高斯 Gauss 投影正算 5 高斯坐标系转换为当地坐标系 独立坐标系 WGS84与当地坐标系 北京54椭球 的转换即参数转换的 具体过程 2 点校正 要使一个坐标系统和另一个坐标系统产生关系 需要一组具有这两套坐标系统下坐标的地面点 因此 就需要一组WGS 84坐标和一组当地平面坐标 北 东和高程 WGS 84 当地平面坐标 2 点校正 2 点校正 直接求 四参数 高程拟合 1 利用现有参数 如 七参数 三参数 2 点校正 两个椭球间的坐标转换一般而言比较严密的是用七参数法 即X平移 Y平移 Z平移 X旋转 Y旋转 Z旋转 尺度变化K 要求得七参数就需要在一个地区需要3个以上的已知点 如果区域范围不大 最远点间的距离不大于30Km 经验值 这可以用三参数 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 所以三参数只是七参数的一种特例 七参数50平方公里以上 大到一个地区 一个市 如上海 北京等 3参数 7参数 1 利用现有参数 2 点校正 1 利用现有参数 七参数 cz xz 2 点校正 全国 北京 三参数 2 点校正 坐标投影 椭球参数 长半轴和扁率 中央子午线 投影面 如何求解中央子午线 3度带L中 3n6度带L中 6n 3当地自定义中央子午线 2 点校正 水平 垂直平差 四参数 高程拟合 将高斯坐标系转换成当地坐标系 得到当地坐标 2 点校正 一 水平平差 至少2个水平控制点下面以5个点为例 2 点校正 旋转 2 点校正 平移 2 点校正 比例系数 2 点校正 校正后的结果包含了校正残差 为了理解我们校正结果的好坏 我们需要理解这些残差的含义 残差 校正执行后的格网平面坐标和GPS坐标的差值 校正结果 水平残差 2 点校正 残差越小 说明校正的参数越精确 GPS WGS 84co ordinates 和当地平面坐标之间的相对关系越好 校正结果 水平残差 理想的残差应该小于20mm 残差将被均匀的分布在各个校正点之间 因此 我们最终坐标的最小精度应该是 标准RTK测量的误差加上最大的校正残差 2 点校正 二 垂直平差 2 点校正 二 垂直平差 椭球面 似大地水准面 地球表面 H HY 斜面或曲面 H HY H HY H HY H HY H HY 高程异常 2 点校正 HY H H 地球表面 似大地水准面 椭球面 H Hg H HY HY 斜面或曲面 二 垂直平差 2 点校正 二 垂直平差 高程处理的介绍 从理论上而言 平面坐标XY使用四参数是最精确的方法 高程使用高程拟合是最精确的方法 所以 在参数转换中 用四参数转换平面坐标 用高程拟合的方法转换高程是精度最好的方法 2 点校正 1 加权均值法2 多项式曲线拟合3 多项式曲面拟合4 多面函数曲面拟合5 线性移动拟合法6 神经网络法 高程拟合计算的方法 其中GPS水准利用多项式曲面拟合法应用最广 2 点校正 1 单点的高程异常 与坐标 x y 之间函数关系如下 f x y 其中 f x y 为 中趋势值 似大地水准面 为模型误差2 当有多个点时 写成矩阵形式如下 XB f x y a0 a1x a2y a3x2 a4xy a5y2 对于每个已知点 在最小二乘准则条件下 解出各ai 求出测区范围内任何插值点的高程异常值 进而计算出GPS点的正常高 注 两个已知点以下即为加权平均 三个已知点以上六个已知点以下为平面拟合 六个已知点以上为曲面拟合 多项式曲面拟合法数据模型 f x y 2 点校正 大地水准面模型 2 点校正 单点校正 1 对于平面 旋转为零 比例因子为1 2 对于高程 相当于只加常数 点校正 水平平差 垂直平差 2 点校正 控制点 单点校正 2 点校正 单点校正注意 在不知道当地坐标系统的旋转 比例因子情况下 单点校正 1 精度无法保障2 控制范围更无法确定建议 尽量不要用这种方式 2 点校正 两点校正 点校正 水平平差 垂直平差 可求出旋转 比例因子 各残差都为零 2 点校正 两点校正注意 1 可求出选转 比例因子 从而了解当地坐标系统的大体情况2 控制范围与两点的长度有关 注意避免短边控制长边 3 注意比例因子至少在0 9999 至1 0000 之间 超过此数值 精度容易出问题或者已知点有问题 4 如果控制点高程的精度可以全部参与校正 5 注意旋转的角度 一般都比较小 都在度以下 如果旋转上百度 就要注意是不是已知点有问题 2 点校正 三点校正注意 注 三个点做点校正 有水平残参 无垂直残差 2 点校正 四点校正注意 注 四个点做点校正 即有水平残参 也有垂直残差 2 点校正 二 垂直平差 校正残差 2 点校正 校正点的选取 1 尽量避免单点校正 因为坐标系统中存在旋转 如果一定要用单点校正 一定要注意旋转大小 根据旋转大小 控制作业范围 2 注意控制范围 在一个测区要有足够的控制点 并避免短边控制长边 3 对于高程要特别注意控制点的线性分布 几个控制点分布在一条线上 特别是做线路工程 参与校正的高程点建议不要超过2个点 既在校正时 校正方法里不要超过两个点选垂直平差的 4 注意坐标系统 中央子午线 投影面 特别是海拔比较高的地方 控制点与放样点是否是一个投影带 5 如果一个区域比较大 控制点比较多 要分区做校正 不要一个区域十几个点或更多的点全部参与校正 6 注意所有残差 不要超过2厘米以上 否则检查控