论文南方rtk技术及应用

毕业设计（论文）专业通信技术班次姓名指导老师成都电子机械高等专科学校二0一0年5月20日南方NGK500双频RTK技术原理及应用摘要RTK是英文REALTIMEKINEMATICS（实时动态）快速定位的缩写，其特点是以载波相位为观测值的实时动态差分GPS定位系统，其平面定位精度为（110）CM级，高程定位精度为（1030）CM级；差分GPS定位已将卫星钟误差和星历误差消除，并将电离层延迟和对流层延迟误差消除，定位精度大大提高。载波相位观测量理论上是GPS信号在接收时刻的瞬时载波相位值。实际上是无法直接测量出任何信号的瞬时相位值。因此这里所说的载波相位观测量实际上是卫星信号与接收机的本地信号之间的相位差。目录第1章绪论1第2章差分GPS定位原理221局域差分GPS222广域差分GPS7第3章数据链与数据格式1031电台选择1032调制解调器1133NMEA0183数据格式1134RTCM104数据格式12第4章南方NGK500型实时动态GPS测量系统简介15第5章系统功能概述1751静态相对定位模式1752快速静态相对定位模式1753RTD作业模式1854实时动态作业模式18第6章应用实例1961昆明引水工程公路勘测设计中的应用1962梧州市土地管理局NGK500验收报告23总结24致谢25参考文献26第一章绪论一引言GPSGLOBALPOSITIONSYSTEM全球定位系统是以卫星为基础的无线电导航系统，可为航空、航天、陆地、海洋等用户提供三维导航，定位和定时，GPS是美国国防部在本世纪80年代推出的，是由其60年代研制的海军航海卫星NNSS具有厘米机DOPPLER定位系统发展起来的。GPS空间星座由24颗星组成，分布在6个等间隔的轨道面上，卫星同时发射两种信号叫做C/A码（粗码）及P码（精码），保证在任何地方任何时刻都能够观测到4颗至9颗高角度大于10度的GPS卫星，这就是说随时随地都可以测得对面上或对面上空的点位的三维坐标，从而保障全球、全天候连续、实时、动态导航、定位。GPS定位功能多、精度高,可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维航速和时间信息。目前，单点实时定位精度为/15100米，静态相对定位为，测速01M/S,授时10纳秒。同时，GPS实时定位速度快，可在1秒内完成，它的抗干扰性能好、保密性强、操作简单。两观测点间不需通视，对于等级大地点节省了造标费用，此项费用可占总测量费用的3050。GPS还可全天候作业。GPS定位系统由于其定位的高度灵活性和常规测量无法比拟的高精度，成为测量学科中革命性的变化。因为测量点位不象经典三角测量一样有等级之分，不存在误差的积累，测点可以在真正需要的地方进行，无需过渡点，点间不需要有造标，通视等问题的考虑。而且观测点位又与重力场发生关系，避免了复杂的归算。这种可以把平面及高程同时求出，不需要平高分开的布网方式。，GPS卫星发射的是一对相干波，作为载波载有两类调制信号，一类为导航信号，另一类为电文信号。导航信号又分为两种，码率分别为1023MB/S和1023MB/S。前者信号编码1MS重复一次，用来快速捕捉导航信号，故称捕捉码，按设计仅用于粗略定位，又称粗码（C/A码）；后者七天重复一次，且各颗卫星不同,码的变化结构十分复杂，不易捕捉,但能用于精密定位,故称精码P码。两种码都是人为编制的一组类似躁声的信号码，通称为伪随机躁声码。电文信号同时以50BIT/S的速度调制，电文内容包括卫星星历表、各项改正数和卫星工作状态等。地面控制部分是整个系统的中枢。它由一个主控站、若干个跟踪站和注入站所组成。地面控制的任务是保证整个系统的正常运转，包括管理和调整整个系统的工作状态，采集各类观测数据，计算卫星星历、卫星钟的钟差和漂移，各项改正数和定位信息，组成电文注入卫星存储器，以一组原子钟为基础建立和维护一个高精度的时间系统。用户接收机部分由主机、电源和天线组成。主机的核心为微电脑、石英振荡器，还有相应的输入输出设备和接口。专用软件控制下主机进行作业卫星选择、数据采集、加工、处理、传输和存储，对整个设备系统状态进行检查、报警和非致命故障的排除，承担整个接收系统的自动管理。天线通常采用全方位型的以便采集来自各个方位任意非页字度角的卫星信号。由于卫星信号较弱，在天线基座中有一个前置放大器，将信号放大后，再由同轴电缆馈入主机。电源部分为主机和天线供电，可使用经整流，稳压处理的、也可用蓄电池。从GPS的提出到1993年建成，经历了20年，实践证实，GPS对人类活动影响极大，应用价值极高，它从根本上解决了人类在地球上的导航和定位问题，可以满足不同用户的需要。特别是用于精密定位的测地型接收机的出现，给大地测量带来了革命性的变化，成为GPS应用的主要分支。8610第2章差分GPS定位原理根据观测瞬间GPS卫星在空间的位置以及接收机所得的至这些卫星的距离，并加上大气传播延迟各项改正后，即可用距离交会的方法求得该瞬间接受机的位置。由于全球定位系统在军事上具有重要的作用因而美国决定采用SA技术（SELECTIVEAVAILABILITY）和AS技术（ANTISPOOFING）把未经美国政府特许的广大用户的实时定位精度降低到它所允许的水平/100M2DRMS,以免美国的利益受到损害。然而对于许多应用领域来讲（例如飞机的进场和着陆、地面车辆的导航和调度管理、资源勘探调查、灾害救助等），上述精度就显得过低，无法满足用户要求，从而限制了GPS的应用范围。实时差分GPS是消除美国政府限制性措施所造成的危害和负面影响，大幅度提高实时定位精度的有效手段。至1993年5月止，在全球已建立了20个向社会各界开放的商业差分GPS服务系统。差分GPS技术的发展也很迅速。从早期仅仅能提供位置改正数，伪距改正数到目前能将各种误差分离开来向用户提供卫星星历改正，卫星钟改正以及电离层延迟模型和对流层延迟模型。影响GPS实时定位精度的因素很多，其中主要有卫星星历误差，电离层延迟，对流层延迟，接收机钟和卫星钟的误差。这些误差从总体上讲都具有较好的空间相关性，也就是说对于相距不太远的各个测站来讲上述误差所产生的影响基本上是相同的。如果我们能在一个位置已精确确定的已知点配备GPS接收机，并和用户一起进行GPS观测的话，就有可能求得各个观测瞬间由于上述各种所造成的影响。如果已知点还能将这些偏差值通过无线电通讯的手段即刻播发给在附近工作的用户的话，那么这些用户的定位精度就能大为改善。这就是差分定位的基本原理。差分实时定位技术基本上可分为两种类型，即局域差分GPS和广域差分GPS。局域差分技术特点是向用户提供综合的差分GPS改正信息观测值改正，而不是单个误差源的改正。它的作用范围较小，一般为150KM之内。广域差分的技术特点是将GPS定位中主要的误差源分别加以计算，并分别向用户提供这些差分信息，它作用的范围比较大，往往在1000KM以上。以下分别给与介绍11局域差分GPS局域差分GPS（LOCALAREADIFFERENTIALGPS，简写为LADGPS）实时定位技术是由基准站、数据通讯链和用户站组成。它提高用户站定位精度的原理是建立在基准站和用户站对GPS卫星的同步同轨跟踪基础上的，由于这个原理，所以对基准站和用户站之间的距离间隔的要求和对用户站定位精度的改善都有较大限制。以下不特别说明都是指局域差分。差分定位基本上可分为两种计算或工作模式,一种是伪距差分,一种是载波相位差分,对于伪距差分,由于美国实行AS政策,一般接收机不能收到P码,因此在L2频道上已不能直接测到伪距。但目前新型GPS接收机可以收到由P码改变的Y码在两个频道之差Y1Y2，由此可间接得到L2的伪距而无需破译P码。此外考虑到载波相位定位精度高的特点，将载波相位来平滑伪距中的部分误差，因此在上述两种差分技术之外，又产生二者之间的结合技术载波平滑码的差分方法，下面分别叙述如下111伪距差分的计算模式对于L1频道的伪距的数学模式为RDBBTN（11）R在L1C/A码频道上测得的地面站到GPS卫星的伪距，该值已经作对流层、相对论和多路径改正。D地面站至GPS卫星间距离的最或是值。B地面站GPS接收机钟差。B卫星钟差。T电离层改正。N测定伪距的噪声。L2频道上的伪距的数学模式RL2RL1RY1Y2（12）RL1从L1频道上测得的伪距。RY1Y2用互相关技术辨认在L1和L2频道上的Y1Y2值，导出相应的伪距。在系统的主站上，根据主站已知的高精度地心坐标和追踪GPS卫星的广播星历，推算的主站至卫星的伪距（真）值D,D已经顾及主站接收机钟差，卫星钟差，对流层和电离层改正，因此伪距改正值可表示为RCDR（13）R伪距的量测值。这时主站向用户站提供的伪距差分信息为RC/R和他的变率。用户站通过数据通讯链收到上述差分信息后，进行定位计算。用户站后续的计算模式类同于GPS单点定位，只是对用户站测到的伪距，须利用上述差分信息进行相应改正。伪距差分变率的作用参见以后将提到的差分信息的“讯龄”这一节。总之伪距差分的有效作用距离实际上取决于主站和用户站二者误差的时空相关程度，在平原和丘陵地区，这一差分改正信号的有效覆盖距离一般不大于100150公里，相对主站的定位精度在510米。112载波相位差分技术的及计算模式设在L1和L2频道上的载波相位差的数学模型为DBBTNN（14）表示载波相位测量值中已经除去整周值（N）后的分数周值。表示对应的距离量。N载波相位整周数。相应频道的波长。利用载波相位差分进行实时GPS定位是当前研究的热点。利用伪距进行定位相对于载波相位来说精度较差，但后者有一个最大的缺点就是要解决整周模糊度，即N,一般原理是在动态GPS定位测量开始之前的静止状态下，用某种技术来确定N,即使如此，当用户站在动态下，往往出现对GPS信号的失锁，这样就需要重新确定N,这意味着整个动态实时载波相位差分GPS工作要重新开始，最近几年发展的动态实时快速确定整周模糊度技术（OTF）虽然有长足进展，但即使如此，在通常情况下，若用户站周围没有很多天线干扰和障碍物等，且用户站周跳很少发生，则利用这一技术的有效作用距离目前一般还很难超过30公里，但其定位精度高，可达到和超过DM量级以上，可用于飞行器进场着陆等高精度导航之用。类似于（13）式，载波相位的差分改正CD/N（15）式中符号意义同（14）。主站将C和N以及他们的变率传输给用户站，作为用户站定位之用，但用户站仍须用OTF技术迅速决定自己的整周数N，以求得自己的位置。由于相位差分定位精度很高，还顾及主站的钟差，因此RTCM（无线电技术委员会海洋组）推荐在传送相位差分信息同时，也应考虑传送钟差改正及其变率的信息。113载波相位平滑单频道伪距差分技术的计算模式由于载波相位定位精度很高，因此人们一直考虑如何利用这一观测量来平滑伪距，因此设计一种迭代形式的过滤技术，不断改变经载波相位平滑后的伪距的权。若遇到一个周跳，可以重新设置开始新一轮的平滑过滤。下面介绍用GPS载波相位平滑单频道伪距的过滤技术。设相距观测值和伪距差观测值R已作电离层、对流层改正，设在GPS相邻历元I1和I有相应观测值I1，I和RI1，RI，则用以下递推公式推算由载波相位的相距来改善伪距的精度RI（K1）（RI1I）/KRI/K（16）式中III1（17）K是一个给定的常数，决定上述回归过滤技术的速率，其他符号意义同前。式（16）的实质是在伪距的计算中逐渐加大相应经相距修正的权，在实用中可以将式（16）式改写为下式RIPI（K1）（RI1I）/KPRIRI/K（18）式中PI，PRI可理解成I，RI的权，可按下式给定PR110PI10PR10019PRIPRI1001当001地址域域分隔号数据块总和检验域总和检验数终止符2C2AOD,OA444213,10前两位为TALKER识别符，后三位为语句名域分隔号发送的数据内容此符号后面的2位数字是总和检验总和检验数回车，换行例如，GGAGPS固定数据，这是一帧GPS定位的主要数据，也是用途最广泛的数据。34RTCM104数据格式国际航运事业无线电技术委员会（RTCM）于1983年11月为全球推广应用差分GPS业务设立了SC104专门委员会，以便论证用于提供差分GPS业务的的各种方法，并制定各种数据格式。1985年11月发表了VER10版本的建议文件。经过5年的实验研究，取得了丰富的试验资料，对文件版本进行了升级和修改，于1990年1月公布了VER20版本。新版本提高了差分改正数的抗差性能，增大了可用信息量。从多次试验表明，差分定位精度由原版本的810M提高到5M，通常可达23M。如果应用载波相位信息和积分多普勒技术，则可以使定位精度提高到1M。这是鼓舞人心的事。现在的商用GPS接收机除了编制自己的格式外，都配有通用的RTCMSC104格式，有的就采用了这一通用格式。为了适应载波相位差分GPS的需要，1994年1月又公布了VER21版本。这一版本保留了基本电文，增加了几个支撑实时动态定位RTK的电文。开发GPS技术的用户已经熟悉了GPS电文。在RTCM电文的字长，字格式，奇偶校验规则和其他特性。两种格式的主要差别在于GPS电文格式中各子帧的长度是固定的，而差分GPS电文格式采用要变长度的格式。在编辑中要考虑以下因素增强奇偶校验规则，以检验出数据中的误差，避免将错误改正数发送给用户，提高用户使用的可靠性。一般用户不需要数据链的奇偶校验，不需要在数据传输过程成中的控制。这样，在多数应用中，不需要数据链奇偶校验和编码方案。奇偶校验规则，搭接边界规则，求解模糊度符号，在双相调制数据传输中统一协调解决。采用30BIT和50HZ传输率相匹配，字边界时间为06S的整倍数，便于定时控制。以前采用的32BIT只能在16S内有一次相遇。RTCM104格式共有21类63种电文形式，比较重要的有电文1DGP改正数，电文2DGPS改正数。时刻T的伪距改正数为式中，为16BIT的伪距改正数，RRC为8BIT的伪距改正数变化率，为第二字码的改正Z记数。经改正后的伪距为PRTPRMTPRCTPRT为差分改正后的伪距值，PRMT为伪距观测值，PRCT为T时刻的伪距改正数。用户差分测距误差（UDRE）的1估值可由基准站提供，一般而言（单位权方差）。现在将电文格式和类型介绍于后341电文格式各个电文类型的格式不同。每一帧电文由不同数目的30BIT字码组成。每一电文字包括引导字和参数组成。字码中前24个字为数据，后6个字为海明奇偶校验位与GPS发射的电文相同。一般计算机都是16BIT或32BIT字长，而SC104选择了30BIT字长，这样，与每秒50BIT的导航电文相匹配，字的边界将出现在06秒的整数倍处。应用06秒单位作为标志参考时间到电文参数的基本时间间隔。参考时间称为修正Z计算。他是卫星导航电文中Z计数形成的，Z计数是GPS卫星的基本时间单位。它是29BIT二进制数。每一帧电文的前两个字为字头，内容都相同，为8BIT（01100110）的引导字，后接电文类型、参考站识别符、修正Z计数，每帧增量的序列号、帧长和参考站健康状况。342电文类型SC104一共规定了26类电文（表1），有些是固定的，有些是试用的。1个电文放弃不用，9个备用。下面简单介绍几帧最重要的电文00TPRCTTPRC00T20表1电文类型状态内容1固定差分GPS改正数2固定差分GPS改正数3固定基准站参数4放弃测地工作5试用卫星星座健康状况6固定零帧7固定信标历书8试用伪卫星历书9固定部分卫星差分改正数10备用P码差分改正数11备用C/A码,L1,L2改正数12备用伪卫星参数13试用地面发射机参数14备用测地辅助电文15备用电离层、对流层电文16固定专用电文17试用星历、历书18试用未改正的载波相位观测量19试用未改正的伪跨观测量20试用RTK载波相位改正数21试用RTK伪距改正数2258未定义59试用专利信息6063备用其他用途信息电文1这是一帧最主要的电文。它提供C/A码的伪距改正数PRC（T）以供给用户改正在T时刻的伪距观测量PRM（T）。改正数分为两部分，一部分是修正Z计数参考时间的伪距改正数PRC（T0），另一部分为伪距变化率改正数RRC，则改正数为PRCTPRCT0RRCTT0118用户台改正后的伪距为PR（T）PRM（T）PRC（T）此电文除了伪距变化率的改正数外，还包括比例因子（S）、用户差分定位精度（UDRE）、卫星标识符（ID）和数据发布期（IOD）。比例因子确定了伪距和伪距变化率改正数的单位。分为两档高精度状态，伪距为002M和变化率为0002M/S；低精度时，伪距为032M和变化率为0032M/S。UDRE是由基准站提供的，01M,14M,28M,38M。ID为卫星编号，IOD为数据发布期，与GPS电文相同，它保证用户台使用与基准站相同的星历和时钟参数。电文2当基准站应用新的一组轨道参数、时钟参数，用户台也采用时，这之间存在着时延，此时需要电文2。电文2包括转换两组参数时的伪距和伪距变化率的差值，称为伪距改正数和伪距变化率改正数。用户采用此电文直到收到新的一组参数为止。跟踪能力强的接收机可省去这一组电文。电文3此电文包括基准站的X，Y，Z坐标，精度达到厘米级。此坐标为WGS84坐标系。电文4原计划基准站发射载波相位，以供用户台进行精密定位。由于相对测量中的精确时标难于统一，而采用了RTK技术予于代替，所以这一帧电文已经放弃。电文5此电文为卫星星座健康状况。它包括基准站观测的卫星健康状况、信噪比，作为观测时的参考。电文6此电文为零帧，无内容。它包括两个字头字码或一个字头加交替“1”“0”的24BIT数据组成。电文7此电文提供用于差分GPS的无线电信标的性能，包括识别符、位置、频率、服务范围、健康状况、调制方式以及纠错方式。此电文对大范围运动的用户特别适用。电文9此电文于电文1格式相同和用途相同。其最大差别是电文1包括了基准站跟踪全部卫星的伪距改正数和伪距变化率的改正数。而电文9只包括了三个卫星的改正数。即将电文1分成3组由电文9发送出去。这样设置优点为第一，减少电文1的发送时间，改善了定位精度，特别是在伪距和变化率改变大的时候。第二，通用电文字头发送速率提高3倍，使用接收机同步的机会大大增加。电文1821此电文是用于发送RTK信号的电文，这组数据可供给飞行运动中（OTF）求解相位模糊度。电文18为载波相位观测量，电文19为伪距观测量。这些数据未经过任何改正，是基准站观测的原始数据。电文20和21是载波相位和伪距改正数，它是由基准站的已知精度坐标计算出来的。在电文中采用适当的标志来识别L1，L2，电离层差改正、载波相位和伪距数据。其中L2载波相位为半波或全波，电离层改正是由L1C/A码或P码计算的，伪距是由C/A码或P码计算的。电文1821包括着测量的GPS时间，由于提高字头中Z计数的分辨率。此电文也包括数据质量评定。这是由载波相位中未改正的周跳次数来表征。同时，给出基准站伪距多路径误差的估值。343电文结构RTCM电文是由二进制编码的数据流组成。每一RTCM电文是由（N2）个30BIT字组成。每个字分解为5个6BIT的字节。这样可允许在标准计算机UART间串行传递。在RTCM中，其MSB（最高位）标为D1，LSB（最低位）标为D30。这样D1D6包含在字节1中，D25D30包含在字节5中。字节5为奇偶校验码，用于校验接收到的RTCM数据。RTCM电文结构包括两个字头和后接N个数据字。解码的字头包括1个引导字、各电文的字数N、电文类型和其他数据。RTCM电文格式采用6/8（BIT16，BIT1为LSB）进行数据传输。BIT7设置为标志位，BIT8设置为空格。这种编码规则对RTCM字节而言在十进制64127之间有效。凡大于127和小于64的字节对RTCM均无效344电文解码接收机在接收到RTCM电文后，按照以下次序对电文进行解码字节扫描在接收到每一字节后的第一件事是进行字节扫描。只允许有效的RTCM电文通过并进入解码过程。如果字节位于64127之间，则这一字节有效。如果字节小于63和大于128，则此字节被删除。字节滚动RTCM字节经滚动后便形成063的整数阵。滚动按表格2所示的格式进行。参照该表的内容可以很清楚的掌握滚动规律。表2由UART口接收字符滚动后字符取补码字符十进制二进制十进制二进制十进制二进制0000000000000063111111100000132100000621111102000010160100006111110130000114811000060111100611111014710111120000106211111031011111100000162111111631111110000000字节取补码当需要时,按照表2中所列的规律取补码。0的补码是63，63的补码是0。注意，BIT7和BIT8不属于滚动和取补码的范围。此外，解码时候还要考虑逻辑操作时候的电文字节的跳页处，奇偶校验等细节。第4章南方NGK500型实时动态GPS测量系统简介南方NGK500型实时动态测量系统由三部分组成GPS卫星信号接收部分（包括并行二十四通道的具有OTF功能的OEM接收板及双频接收天线），数据链部分（带调制解调功能的电台，起实时数据传输作用），实时数据控制采集部分（手持GPS控制器，内置实时处理数据控制采集软件以及各种应用软件）。系统工作的原理是基准站以及移动站同时接收四颗以上的相同卫星（初始化则要求五颗）进行载波相位观测，而设置在坐标精确的已知点上的基准站，在跟踪载波相位测量的同时通过数据链将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发射出去，另一台或者若干台接收机则作为移动站在各待定点上依次设站观测，移动站在接收GPS信号进行载波相位观测的同时，还通过数据链接收来自基准站的载波相位差分及其它的数据，现场实时解算WGS84坐标系的坐标，并根据控制器上设置的转换参数以及投影方法实时计算出移动站的北京54或者国家80以至任意定义的工程坐标系的平面坐标以及海拔高程。基准站包括双频接收机天线一个，GPS主机一台（内置GPS接收板、调制解调功能的电台等），GPS控制器一台（一般采用PSION掌上电脑），40AH的电源（可工作十二小时以上）以及带增益的基准站电台发射天线一付移动站则包括双频接收机天线一条，GPS主机一台，GPS控制器一台，7AH的电源两个（每个电池可工作5个小时以上）以及具有背负式的电台天线一条。南方NGK500型实时动态测量系统具有以下的特点1主机中GPS接收部分与数据链部分一体化，便于携带，并且电台可作普通对话（在实时动态作业时通话会影响测量结果）。2数据链采用了高增益的天线，使到基准站（采用UHF，发射功率为15W，并且最高可调至25W）在距离较远的情况下仍然保持较好的稳定性，一般无须设置无线电中继站。3实时处理软件针对国内的要求作了优化，操作极其简单方便，一般的技术人员稍作培训即会使用。4采用的PSION掌上电脑作为控制器，性能稳定，轻便灵活，防水防尘，耐低温,野外性能极佳。5具有多种作业模式以及丰富的配套软件，包含基线解算软件、网平差软件、实时动态处理软件，可以选配各种南方CASS地形地籍成图软件，或者选用NGD70海洋测量导航软件、SCASS海洋成图软件构成NGD72水上测量系统。系统的技术指标如下124通道并行双频GPS接收机。2DGPS定位精度075米。3双频RTK定位精度20MM2PPMD。4静态定位精度为5MM1PPMD。5RTK作用距离15KM（与通信条件有关。）6差分发射间隔最小值为1秒。7位置更新速率10次/秒。8电源1114V直流，电池或直流稳压电源。9功耗基准站静态功耗12W，电台发射功率15W。移动台静态功耗12W。10体积主机23CM10CM16CM。重量主机3KG。第5章系统功能概述南方NGK500型实时动态测量系统可以采用多种GPS的作业模式，具有包括控制测量、实时放样、断面测量等多种功能。系统支持双频静态、快速静态相对定位处理。手持GPS控制器内置了静态数据采集软件，可以进行L1以及L2波段的载波相位数据的采集。同时系统配有WINDOWS界面下全中文环境的基线向量解算以及网平差可视化、一体化的处理软件，可以兼容处理标准的RINEX10、20格式的多种进口接收机的数据，进行L1以及L2波段各种组合方法的处理，并自动进行搜索各种独立同步、异步环以及重复基线闭合差，网平差可以采用多种约束方法，并可以进行基线网图、误差椭圆分布图的图形输出。51静态相对定位模式作业方法采用两台（或两台以上）南方NGK500接收机，分别安置在一条（或数条）基线的端点，根据基线长度和要求的精度，时段从5分钟至几个小时不等。定位精度基线测量的精度可达（5MM1PPMD），D为基线长度，以公里计。作业要求采取这种作业模式所观测的独立基线边，应构成闭合图形（如三角形、多边形），以利于观测成果的检核，增强网的强度，提高成果的可靠性和精确性。适用范围建立国家大地控制网（二等或二等以下）；建立精密工程控制网，如桥梁测量、隧道测量等；建立各种加密控制网，如城市测量、图根点测量、道路测量、勘界测量等。52快速静态相对定位模式NGK500型GPS测量系统还可以作双频快速静态解算，在短短的数分钟内确定整周未知数，从而获得较高精度的基线。作业方法在测区的中部选择一个基准站（或参考站），并安置一台接收机，连续跟踪所有的可见卫星；另外的NGK500型GPS接收机，依次到各点流动设站，并且在每个流动站上，静止观测数分钟，以便按快速解算整周未知数的方法解算整周未知数。这样，接收机在流动站之间移动时，不必保持对所测卫星的连续跟踪，从而可关闭电源以降低能耗。定位精度流动站相对基准站的基线中误差，可达10MM2PPMD。作业要求观测中至少跟踪四颗卫星，同时基线边一般不要超过15公里。作业范围控制测量及其加密；工程测量、勘界测量地籍测量及碎部测量等53RTD作业模式选用相应的软件可以组成不同的专业测量系统，可以组成物探测量定位系统，在石油煤田地质勘探中作物探地震放样，或者配置NGD70海洋测量软件，组成水上测量系统。作业方法建立一个基准站，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星，并通过通讯设备发射差分信号；另一台接收机，安置在运动的载体上，并让其接收差分信号，在运动的过程中，按预定的采样间隔自动观测。作业模式要求至少同步观测四颗以上分布良好的卫星，同时，运动点与基准站的距离，可以根据配置的情况，在60公里范围内。定位精度075米（动态实时差分定位精度）。应用范围勘探定位、地震放样；堪界测量；工程放样；水上测量、港口引航等。54实时动态作业模式系统可设置为RT20（单频实时动态）模式，或者RT2（双频实时动态）模式。在实时动态模式下可以进行碎部、地形、地籍的数据采集，或者对预先输入的坐标进行实时放样。如选配了NGD70海洋测量软件还可以进行无验潮水深测量。作业方法建立一个基准站，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有的可见卫星；另一台接收机安置在载体上（可以是静止或者是运动的载体）观测数分钟进行初始化；运动的接收机从出发点开始，在运动的过程中，按预定的采样间隔自动观测。作业要求至少同步观测5颗以上分布良好的卫星，并在运动过程中保持连续的跟踪，同时，运动点与基准站的距离不应超过15KM。定位精度运动点相对于基准站的基线测量精度达（20MM2PPMD）。应用范围碎部地形测量；堪界、地籍测量；三维放样、放线、纵横断面测量等。南方NGK500双频RTK测量系统采用进口GPS主板，稳定成熟的进口电台和9600BPS数据链，配以方便的进口PISION掌上电脑作采集器，经久耐用的瑞士LEMO接插件，加上南方测绘公司开放的适合中国测量方法和习惯的商业化软件，成为用户青睐的新一代价格便宜、实用的双频RTK系统。NGK500双频RTK测量系统操作简单，应用领域广泛，可用于普通控制测量、长距离控制测量、碎部及放样测量、城市控制测量、水上（海上）测量导航、堪界测量以及隧道、桥梁、道路、铁路测量。正如南方公司的宣传口号一样“让测量像走路一样轻松”一套进口的双频RTK系统价值60万元左右，让国内普通测绘单位望而却步。而南方公司集静态、动态RTD、RTK为一体的NGK500双频GPS测量系统全套价格仅20万左右，国人使用双频RTKGPS的时代已经到来。第6章应用实例以往在公路、铁路、管线等线路勘测设计中，由于地形、气候、树木覆盖种种不利因素的影响，导致测量的精度以及作业的速度受到很大的限制。近几年来，GPS定位技术在实时测量方面取得了较大的进展，并已广泛应用于石油地质勘探，铁路、公路的勘测设以及施工中。与常规的测量方法相比，RTK定位技术大大提高了测量施工的效率，降低了各种人力、物力、财力的消耗，减轻野外作业人员的劳动强度。在某种程度上，实时动态GPS测量技术改变了传统测量设计作业的流程、作业方法以及质量标准。国内外应用该技术在公路等的勘测设计中已经十分成熟，但是由于双频RTK的投资较大，进口的产品一套（两台）一般都在五十万以上，使其在国内的进一步的推广应用受到了很大的限制。这种情形下，南方测绘仪器公司在今年以极其低廉的价格推出了双频RTK的国产新产品NGK500型实时动态GPS测量系统，引起了广大用户，尤其是公路、铁路勘测部门的关注。61昆明引水工程公路勘测设计中的应用昆明的引水工程是云南跨世纪的工程之一，由于近郊缺乏水质良好的水源，要在100公里外的远郊引水，整个工程跨度很大，经过的地区地形比较复杂，沿线连接大小不一的各级水库，必须修建大量的施工公路，造成各施工的场地比较分散，给勘测施工带来了比较大的困难。电力工业局昆明勘测研究设计院在比较了南方以及国外著名品牌的几种双频RTK后，选用了南方NGK500型实时动态GPS测量系统，并且立即投入到昆明引水工程的近六十多公里施工公路的勘测设计中去，取得了良好的效果。在实际工作中，表明了南方NGK500型实时动态测量系统非常适用于公路、铁路等工程的勘测设计作业，尤其是在云贵高原上多山地形复杂，树木覆盖较密的情况下，该系统仍然表现得比较稳定，受到了野外作业的技术人员的一致肯定。测区地形条件测区位于昆明郊区某水库的附近，经度在1024400附近，平均海拔大约1985米，周围为丘陵多山地区，最大落差大约200米，在西南地段树林覆盖较密。作业要求工程主要的任务是在水库附近对即将修建的施工公路进行勘测设计，为了节省资金利用了原有的一些简易公路。由于该地区的高差较大，原有简易公路的一些路段不符合通过大型施工车辆的要求，必须重新对线路的进行调整。勘测主要进行以下的工作一、中线放样；二、带状地形图测绘；三、公路的纵横断面测量，计算施工的土方量。坐标转换参数测区的平均海拔为1985米，如果采用标准的54坐标系，投影变形将远远超过允许的每公里25厘米的限制，因此测区采用的是近似54坐标的工程坐标系，这主要是改变了投影的高程面，设定为1985米的平均高程面，这样就存在坐标系转换的问题。对于坐标系转换NGK500型实时动态测量系统提供了多种建立独立坐标系的方法1、严密转换方法采用精确的七参数转换方法可以使到RTK工作的WGS84坐标系的坐标严格转换到工程坐标系中。但是，由于我国并没有全国范围内建立WGS84网，因此要确定精确的参数是非常困难的。2、近似转换方法采用单点定位的方法首先确定一个已知点的WGS84坐标系坐标，以此作为基准站的坐标，然后选取另一已知点进行RTK初始化，获取此点的WGS84坐标系的坐标。这样在两个已知点上获得了分别在WGS84坐标系以及工程坐标系的坐标。通过求取坐标转换参数的方法获取平移、旋转、缩放四个参数，输入后整个NGK500坐标系将立即转入工程坐标系下工作。由于采用此种方法WGS84坐标系的精度不高，因此转换参数的只能满足一定范围内测量要求。工程没有提供精确的转换参数，只能采用求取近似转换参数的方法。质量控制在实时动态状态下将实时显示移动站的三维坐标，以及其相应的坐标分量的中误差。通过设置最大点位中误差可以实现对测量精度的限制，符合要求则可以记录，否则将拒绝记录。进行放样时，根据移动站与放样点距离的逐步靠近，其显示的比例尺将会自动放大，而且将实时显示坐标分量的差值。作业情况采用NGK500型实时动态测量系统进行实时放样时经过以下的过程控制加密中桩坐标计算数据传输（至控制器）实时放样。进行碎部、地形数据处理采集时经过以下的过程控制加密数据采集（断面测量）数据传输（至计算机）数据处理（成图）。事实上两者是同时进行的选择了一个观测条件较好的已知点作为基准站，移动站中一台作为中桩的实时放样，其余两台进行三维断面测量。控制加密原有的控制网控制点分布过于稀疏，而且多数不在设计公路的沿线，因此重新采用NGK500的快速静态功能作了加密控制，满足了进行带状地形图测绘时的图根控制，以及设置基准站的要求。中桩坐标计算根据公路的设计要求，计算个中桩以及圆直点、直圆点等的理论坐标。数据传输（至控制器）对于已经计算好的中桩坐标，可以以坐标库文件的形式传输到控制器中作实时放样用。实时放样将设计好的中桩等理论坐标在实时动态状态下放样于实地，作好标记。数据采集（断面测量）采集待定点的三维坐标成果。记录数据时可采用有码作业或者无码作业。所谓的有码作业，即根据内业成图软件（例如南方公司的CASS40软件）的编码要求，输入该点的属性，然后内业直接成图。对于无码作业则需要绘制“草图”以表示测点的地物属性和连接关系。由于系统采用了开放的数据文本格式，对于属性以及转换的格式，作业时可以随意自行定义。断面测量主要是根据工程的要求，沿中线方向大约每隔二十米的间隔，垂直于中线，在两边测量大约二百米宽度的断面。为便于处理，在采集记录时各断面是一个断面采用一个文件保存，文件名则按里程桩编号。对于沿中线测量的文件，则可随时读取前面的数据文件继续记录。数据传输（至计算机）将各种坐标数据文件传输到计算机。数据处理主要是进行成图，绘断面以及计算土方量等的处理。作业中，为了检验坐标转换参数的精度，沿公路走向大约三公里左右的路段，利用原来的一些GPS点以及加密的导线点对平面坐标以及海拔高程作了比较。求取转换参数时，在一GPS点的基准站输入了单点定位的WGS84坐标的值作为基准站的坐标，随后到另一GPS点待初始化完成后，记录其在实时动态下的WGS84坐标，这样分别输入两点的WGS84以及工程坐标系的坐标（此时系统的工作坐标系应设置为WGS84坐标系，投影参数与工程坐标系相同），采用系统的SOLUTIONTRANSFORM解算转换参数功能，计算完成并输入转换参数，确认后系统立即转入工程坐标系工作，无须再到基准站设置。为了试验其精度，并没有计算另一已知点的转换参数，不采用平均值处理。整个试验总共校检了八个已知点，其中有两个点位于树林当中，有一个点位于峡谷低洼内，其余分布在原有公路的两旁。在树底下的两个点一直没有失锁，稳定在实时动态下工作，并且中误差满足质量控制的要求（小于5厘米）。在低洼地当中的点，由于观测卫星的情况不理想，需要大约8分钟的时间进行初始化，而一般情况下，只要卫星分布良好，五颗卫星（同步卫星）仅需34分钟，六颗卫星需要23分钟，七颗以上仅需1分钟左右。观测数据及成果精度采集的数据采集的数据格式为文本，可以任意转换到其它的软件中。采集的数据格式如下“点名，X坐标，Y坐标，高程，属性”对于试验中RTK测量结果与已知点进行了简单的比较单位（米）检测点总数互差0002002005005以上X6207525Y34137550125互差0005001010010以上8H33237537525从上表可以看出，采用近似坐标转换的方法，平面坐标与原已知点互差基本上都在5厘米以内，高程接近10厘米的互差（没有做高程拟合）。其中一点误差较大估计是由于该点位于鱼塘旁边而且正好位于高压线底下干扰影响所致（在该点初始化花了比较长的时间）。在试验中由于交通的原因，对于长距离的已知点（大于五公里）没有作检较。使用经验及体会通过在工地现场的试验，GPS的实时动态测量精度达到厘米级的精度，完全可以满足公路勘测的要求，表明了南方NGK500型实时动态测量系统在地形较为复杂的高原山地仍然可以稳定正常使用。而且测量放样的效率有了明显的提高，尤其是作业期间是昆明的雨季，而GPS测量不受气候条件的影响，使工程的进度有了相当可靠的保证。当然，由于高原山区地形复杂，受到许多不利因素的影响，在具体作业时必须注意以下的几个问