GPSRTK技术在控制测量中的应用和精度分析

1、GPS RTK技术在控制测量中的应用和精度分析摘要：研究T GPS RTK的基本原理，探讨T GPS RK在控制测量中的应用，分 析了 GSRK的技术特点，通过GPS RTI实际观测作业得到工程实践数据，用 GFS RTK实际测量的数据与常规控制测量得到的数据进行精度分析，得出GPS RTK技术可以满足控制测量精度要求，精度可靠程度较高的结论。关犍词：GPSRTK;控制测量；精度分析。Abstract: the basic principle of GPS RTK is studied, this paper discusses the application of GPS fairly RK

2、 in control survey, analyzes the technical features, GSRK engineering practice is obtained by GPS RTK real observation operation data, use GFS RTK actual measurement data and the data obtained by conventional control survey precision analysis, it is concluded that the GPS RTK technology- can meet th

3、e requirements of control accuracy, high precision and reliable conclusions.Key words: GPS RTK; Control survey; Precision analysis.目录摘要1绪论4第一章 GPS RTIC的工作原瑾5第二章 GPS RTI技术在控制测星和其它测長中的应用62.1GPS-RTK放样测呈流程6第三章 GPS RTI控制测長精度分析，7第四章 GPS-RT的测長方式104.1作业方式104.2精确度与可秦性12总结14参考文献15绪论我国的GPS技术起步于20世纪70年代后期,虽然起步晩

4、于一些发达国家, 但经过二十多年的发展，据有关人士估计，目前我国的GPS接收机拥有量约10 万左右。而且以每年2万台的速度增加。足以说明GPS技术在我国各行业中应 用的广泛性。随着GPS技术的深入发展，历经十多年，我国在应用与理论方面 都得到了很大的发展。引进的GPS接收机主要应用于测绘、资源勘探等静态定 位，成倍地提高了作业效率，为国家节约了大量经费,并在过去人迹罕至的高原、 沙漠、海洋也获得了大量的定位成果，在国家制图、城乡建设开发、资源勘察等 方面有了技术保障。全球定位系统（GPS）是英文Global Positioning System的缩 写词。是1973年12月美国国防部批准它的陆

5、海空三军联合的新的卫星导航系 统。简称GPS系统。主要用于情报收集、监测和应急通讯等军事目的。该系统 是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、 全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能。能为各类用户提供 精密的三维坐标、速度和时间。还具有良好的抗干扰性和保密性。因此，GPS技 术率先在工程测量、大地测量、城市测量航空摄影测量、海洋测量等测绘领域得 到了应用，并在军事、交通、通信、资源管理等领域展开了研究并得到了广泛应 用。在测量领域最早应用于地形、高程、等级控制点测量等，现在不仅仍然应 用于这些重要领域，而且在其他测绘领域也应用广泛。如：各类工程的

6、施工放样、 数宇化测图、变形监测、航空摄影测量、海洋测绘和地理信息系统的数据采集等 工作。在国家各种类型、各种等级的控制网的布设中已基本取代传统的测绘方法, 成为主要的技术手段。随着GPS技术的不断进步，精度的不断提高，在一些工 程项目中，GPS高程已经完全可以代替三、四等水准测量甚至二等水准测量。在民用领域，除导航跟踪之外，对警察、消防、医疗等部门的救援和引导有得天独 厚的优势，对于人身受到攻击的报警，特殊病人、儿童的监护与救助生活中各种 困难的求助等更是非常方便。在军事领域，GPS已从当初的军舰、飞机、战车、 地面作战人员提供全天候、连续实时、髙精度的定位导航，扩展到成为目前精确 制导武器

7、复合制导的一种重要技术手段，槪率误差大大降低，制导精度大大提高。 而GPS的特点定位精度髙、观测时间短、测站间无需通视、可提供三维坐标、 操作简便、全天候作业、功能多和应用广等也决定GPS技术成为工程测量、大 地测量的重要手段是必然的。第一章 GPS RTI的工作原理RTK测量技术是以载波相位观测测量为根据的实时差分GPS测量技术，其基本思路是在基准站上设置1台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续 地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送给流动站，在用户站 GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传 输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地解算整

8、周模糊度未知数并计算显 小流动站的三维通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成杲的 质量和解算结杲的收敛情况，实时地判定解算结果是否成功，从而减少冗余观测 量，缩短观测时间。RTK测量系统一般由以下三部分组成：GPS接收设备、数据 传输设备软件系统。数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成, 它是实现实时动态测量的关键设备软件系统具不能够实时解算出流动站的三：维 坐标的功能。RTK测量技术除具有GPS测量的优点外，同时具有观测时间短， 能实现坐标实时解算的优点，因此可以提高生产效率。多时动态定位如采用快速 静态测量模式，在范围内，其定位精度可达12cm可用于城市的控制测

9、 量。第二章GPS RTK技术在控制测量和其它测量中的应用常规控制测量如三角测量导线测量要求点间通视，费工费时，而且精度不均 匀，而用RTK技术进行控制测量既能实时知道定位结杲，又能实时知道定位精 度，这样可以提高作业效率，应用RTK技术进行实时定位可以达到厘米级的精 度。除了高精度的控制测量仍采用GPS静态相对定位技术，二外，RTK技术可 用于地形测图中的控制测量，地隔和房地产测量中的控制测量和界址点点位的测 量；也用于地形测量面积测量和建筑测量，测量料场及土石方工程量，还用于道 路输电线路油气管线及地下管线的放样测量等，在这些测量中，RTK系统比传 统全站仪系统的效率要高。2.1GPS-R

10、TIC放样测量流程1）收集测区控制点资料。作业前应先收集测区的控制点资料，包括控制点的坐 标、等级、中央于午线、坐标系，是常规网还是GPS控制网、控制点的地形和位 置是否适合作动态GPS的参考站。如无可用控制点，尚需布设尺测求GPS控制 网。2）测区布置及参数设置。在实施放样测量前,应对整个测区进行合理布置，一 般应将测区分成若干个测段（测段长不超过10 km）,且应使每个测段的控制点较均 匀的分布在测段内。同时，还应设置相应的系统参数，如定义要求的配置集、数据 保存位置、坐标系统、天线类型、限差、卫星高度角等。3）求出测区转换参数。实际作业时，根据控制点的分布情况，选用每个测段内 至少3个以

11、上分别有WGS-84地心坐标和北京54坐标或当地坐标的控制点，由水 准网资料可获得选用点的高程，利用系统的相关软件可求解出各测段的7个（或3 个）转换参数。为了得到RTK高程,还要求取测段比较准确的高程异常模型。4）基准站的选定和安置。根据各测段的控制点情况，选择坚实稳定、地势较高、 临空面广阔、交通方便的位置作为基准站的架设点。为保证测量精度，基准站一般 架设于各测段的中部，在基准站接收机上输入WGS-84坐标，各相关参数、天线高、 作业名、测站名等。5）野外放样测量。通过卫星预报，选择最佳观测时间，实测时在流动站要正确 输入各项参数及设计线路坐标,并做好初始化工作。第三章GPS RTK控制

12、测量精度分析，本次GSRK测量的点校正和检核是导线网中的已知控制点为基准点，网中的 Gl、G2、G3、G4属于已知控制点。坐标和高程可以精确测定。首先将基准站架设在空旷场地上未知点），接收机接收卫星的截止高度角设 置为15,基准站天线高度在3个方，向上量取3次.取其平均值作为天线高度， 读数取至mm仪器进行精确对中整平，整平精度要求气泡偏差不超过半格，对中 偏差不超过1mm,此基准站在本测区内利用了周围3个已知GPS点校正，用G4 点进行检测，在进行点校正和检测过程中用RTK进行2个时段的观测，在观测 时间均为3min;点校正后，在G4进行检测。检测成果与已知成果比较。点«XYM注G

13、4207 851. 16*1300 494.01Z巳知G4207 85). 146300 491.025RTK 妬 MK64207 851. 144300 494.020RTK那二讯凶、最大误差为2, Y最大误差为1.3,均满足精度要求。接下来用RTL流动站对 本测区控制点进行观测，每一个控制点均进行2个时段的观测，观测长度仍然控 制为3min,卫星高度截止角仍为15° ,有效观测卫星个数不少于5颗，观测精 度设置为“观测控制点”精度。RTK外观测（野外数据采集）完成后，利用全站 仪进行导线测量对RTK测量的点进行丁重新测量，以检测RTK测量的精度和可靠性。、点号X：竹x2YtXYM

14、 /mmA01207 71& 303300 69O 899207 7】& 300300 690. 8890.0030.01010.4M2207 698. 580300 692. 719207 69& 573300 6忆 7260. 007-0.0079.9A03207 709. 4270O6« 1.464207 709.413300 641.4680.014-0.00414.6A04207 77& 726300 793. 056207 776.717300 7,5 0490.0090.007tl.4A05207 762 3013COROO. W2207

15、 762 293300 800.傅60.00ft一 a 004ft.9A06207 777. 232300 769 554207 777. 230300 769 S490.0020.005S.4A07207 804. 172300 825. 653207 804. 176300 825. M9-0.0010.0045.7AQ8207 855. 222300 7>5. 599207 855 236300 795. S890.0140.01017.2A09207 84J 844300 7S6 130207 84a 8肌300 7$6 1190.0080.01113.6A10207 R33.

16、059SCO 714. 7RR207 833. 067300 7U. 779_0. OCA0.009)2.0All207 836.4103C0 722. 108207 836. 403300 722. 1150.007-0.0079.9AI2207 881.693300 703. 496207 881.6773C0 703. 4890.0160.00717.5AI3207 926.323300 677. 359207 926. 3383C0 677. 345-0.0150.014».5A14207 900. 326300 727. 916207 960.313300 727. 914

17、0.013o.ooz)3.2A15207 056. 236300 737. 475207 956. 238300 737. 4490.0020. 0261A16207 944.669300 69& 710207 944.662SCO 6$& 7030.0070. 0079.9A37207 910.529300 619.6)1207 9J0.533300 6)9. 689-0.0040.0024.5A18207 876.511300 57& 722207 876.499300 57& 7280.012-0.0061X4A】9207 870.5543W 3Z 181

18、207 870.5153W 532. 1730.019o. oo»20.6AK>207 887. 202300 549. 718207 887. 197300 5C9. 720O.OOS0.01919.6A21207 866.880300 54& 614207 866.8观300 546. 599-0. 0080.01517.0A22207 775.7103C0 6：5 882207 775.724300 625. 893-0.014-0.01117.8A23207 913.2243<X>646.032207 913.2223C0 646. 360.00!-

19、0.01414.1通过观测数据分析尺控制测量对点位精度的要求来看RTK测量成果已能够满足城市二级导线中误差小于5的精度要求.从R1K测量原理可知，流动站与基准站之的距离越远，则点位精度越低，誇虑到RIK测量结果与准站间的关系较差的这种偏差基本1是与基准站的这一剩度相一致故这种系统性反映了基准 站的坐标误差对流站的系统性影响.而仪基准站技术有利于消除基准站误差流动站的影响。但RTK测量的点位都是相对于某基准站的不能保证RTK各观测点之间的 相对关系，对RTK测量数据做进步的精度评定分析和检验，进行了城市二级导 线测量。城市二级导线网应布设成多边形格网状，或布设单线单结点或多结点导线网, 闭合环或

20、附合导线长度为2平均边长200m,导线相邻边长比不宜超过1: 3,导 线网中结点与高级点间或结点间导线长度应小于规定长度的().7倍.即1.7kmo观测采用2全站仪进行，水平角观测一测回，半测回归零差不大于8,边长 观测采用斜距模式，单程2次：量，观测时应正确设置各项参数，以便全站仪 自动进行加常测回间较差不大于巧垂直角观测一测回，指标差较差不大于2()。计算采用平差软件按严密平差法进行，平差后测角中误差应小于方位角闭合 差不大于±16,导线全长相对闭合差应小于0.0001,点位中误差不超过±5cm。坝导线网的布设形式为附合导线或结点导线网特殊情况可布设闭合导线但 连接角应

21、观测二测回或测其左右角，二级图根导线长度为1.2km,平均边长1却 m使用全站仅时，可放宽13倍，即总长允许达到1.6m,平均边长12m二级图根 导线可放至12(加，点位应选在稳定且宜于保存的地方视野应开阔，根点的点位 可采用临时性木桩固定。外业观测使用2全站仪时，水平角观测一测回；若使用6全站仪水平角观测 二测回，2个观测方向的左、右角各测一回，附合条件闭合差应小于士 2()。导线 全长相对闭合差一级不大于0.0002,二级不大于0.003；坐标闭合差为土0.22m, 坐标计算取位至毫米。点名观甜角債改正»/（*）方位角視胡边长/m改 iEtt/mmXYG1207 COX 891

22、0300 445. S78 066*09*50*G217犷20'时十乙65207 660. 675 0300 374. 106 064*30r5r129.393+ 13.25游175*15rir+ 32.54207 7】& 356 8300 690. 920 05956'1旷119.970+ 12.48vfi73°32'2旷+7.71207 776. 764 4300 794. 586 4313l9f0T82. 143-1.16&7195*02#19*-6.75207 833.118 2300 IM. 824 2328*2 lr 33*109.

23、550+ 1.47101e40r07*一6 75207 $26. 3S5 5300 677. 354 72W0V34*114.511-11.40的174*27*01*+5.70207 $87. 273 S300 S69. 742 424f28,4O<R3. 940-8. 60G4183°48'25+2.67207 8S1.1110300 494.001 02加7血G3207 785. 546 0300 329. 363 0根控制测量从6月1日至6月2日历时2天测区内的控制点除少量离建筑 物，高压线，大功率无线电发射台较近，接收机无法接收到卫星无线电或有的即 使接收到信号

24、，但RTK不固定，不能测定外，其余均已测定，本测区共测量控 制点9个，图根点个，图根点与控制点具有不同等精度，说明利用RTK技术建 立二级控制测量，质量是可靠的，精度完全能够满足二级控制测量的精度要求, 其方法是可行的。第四章 GPS-RT的测量方式4.1作业方式4.1.1基准站设基站可设在已知点或非已知点上，连接完毕后用PSION釆集器进行参数设 X,进入碎部量取得单点定位坐标，再进入菜单的基站设置功能上进行坐标输 入、设制RTK工作模式、发射间隔、设成基站工作方式即可，设置成功时主机 和电台上的Tx/Rx灯应该闪烁。4.1.2求转换参数GPS系统采用世界大地坐标系统WGS-84,工程建筑一

25、般采用地方坐标系统或工程坐标系统，为能将GPS所测坐标直接在PISON采集器或电脑上显示为地 方坐标或工程坐标必须进行坐标转换。求取坐标转换参数的办法是:启动基准站, 用流动站到测区另外的两个或两个以上的已知点上进行碎部测量取得单点定位 坐标（参考坐标），然后进入PS1ON采集器的求转换参数功能，按提示输入各点 参考坐标和已知坐标进行自动求取。4.1.3施工测量GPS实时定位测量控制采用双GPS定位法，即在定位工作船上安装两台流 动GPS接收机，两GPS接收机连线最好是与船舷平行或重直，在海上测量定位 软件中输入定位工作船的船型尺寸，GPS接收机在工作船中的位置，设置主、 副工作点，这样在计算

26、机屏幕上能实时动态显示工作船的位置和方向。如某工程 现场水深较深，施工现场涌浪大，地形条件差，为了确保工程进度和质量，我部采用最先进，精度最高的GPS-RTK测量 定位系统。其GPS-RTK测量具体实施的过程：根据施工方案和抛填计划，事先 在计算机上用中海达海上定位测量软件调入工程（防波堤）地形图，作出抛填计 划线和抛填位置，到实地作业时主要把GPS和计算机连接，打开GPS和海上定 位测量软件中，屏幕上就会实时显示出船位、船向和主工作点坐标，作业人员参 照图上的目的和船向，以及偏航窗口显示的偏航量来调度定位工作船，直到定位 施工船调度到预定位置和方向，抛石船便可靠上定位船进行抛石，在靠船和抛石

27、 过程进行全过程监控，如果发现偏位过大或超出规范，及时调整以确保定位精度。 另外GPS-RTK还可用于控制测量、地形测量和施工放样等。施工时对点、线、面 和坡度等的放样均很方便快捷，精度达厘米级。由于每个点的测量都是独立完成 的，不会产生累积误差，各点的放样精度趋于一致，测量时点与点之间不要求必 须通视，也不受天气状况影响可全天候工作。4.2精确度与可靠性提高RTK测量成果精确度和可靠性的方法通过RTK技术在地形图测绘中 的应用，在提高成果精确性和可靠性方面可总结为以下几点。4.2.1对于在城市空旷区、山地地形测量等能充分满足GPS- RTK接收机数据采集要求的地区，GPS-RTK能快速完成碎

28、部测量作业；但 在建筑物密集、树林稠密等地区，会使GPS-RTK初始化速度大大降低或者出现 失锁现象，可以采用RTK施测图根控制点，再利用全站仪测量RTK不能作业 的测区。这种GPS-RTK+全站仪测量碎部点的方法，能快速完成野外作业，两 种作业方法能互相补充，取长补短，最大可能地发挥各自的优势。4.2.2在利用GPS -RTK技术施测图根控点时，要充分保证GPS-RTK高程 控制数据的质量。外业观测时，观测条件要求比碎部点高，注意及时与已知点高 程校核，采用合适的数据处理方法剔除粗差。4.2.3对于不同型号的GPS -RTK接收机所标称的精度不可肓目相信，它是 一种理想状态的技术指标，随着作业环境、时段信号等因素的影响而不同，其值 只能作为参考。4.2.4初始化速度决定着GPS -RTK测量的速度，在山区、林区或建筑物密集 区，GPS信号受到一定的影响，容易造成失锁现象，这时候就需要重新初始化， 从而大大降低了测量精度和作业效率。解决这一问题的主要办法是选用初始化 能力强、初始化时间短