GPSRTK在数字地形图测绘中的应用毕业论文

1、本科毕业论文GPS在数字地形测绘中的应用摘要全球定位系统GPS的全面建成和发展，使导航和测绘行业发生了一场重大而深刻的技术革命。GPS测量技术用于生产作业，其作业模式从静态测量、快速静态测量、后处理高精度动态测量，发展到动态初始化(OTF)厘米级实时RTK测量作业。RTK技术是GPS定位技术的一个新的里程碑，它不仅具有GPS技术的所有优点，而且可以实时获得观测结果和精度，大大提高了工作效率，并开拓了GPS新的应用领域，为测绘工作者带来了极大的方便。本文介绍了GPS RTK的发展历史、发展前景以及工作原理，并对徕卡频率GPS RTK在测量中的工作模式、数据链结构、技术特点、GPS RTK的工作步

2、骤、RTK成果的精度等因素进行了探讨，同时进一步探讨了GPS RTK在控制测量的数字地形图的应用等方面的应用。通过具体的工程实例RTK证明了GPS技术能够大大提高工作效率，降低劳动强度，成果质量可靠等优点。关键词:GPS RTK测绘控制测量；布局；数字制图；原则；准确性分析目录TOC o 1-3 u摘要 HYPERLINK h l _RefHeading_Toc232773911 I摘要 HYPERLINK l _RefHeading_Toc232773912 II第一章引言 HYPERLINK l _RefHeading_Toc232773913 11.1论文的目的和意义 HYPERLINK

3、 l _RefHeading_Toc232773914 11.2论文研究现状 HYPERLINK l _RefHeading_Toc232773915 21.3论文的主要内容 HYPERLINK l _RefHeading_Toc232773916 2第2章RTK测绘原理32.1全球定位技术的发展现状和趋势3GPS全球定位系统32 . 1 . 2全球导航卫星系统32.1.3伽利略卫星导航定位系统42.1.4北斗卫星导航定位系统5准天顶卫星系统QZSS5量子定位系统QPS52.2 GPS测量原理62 . 2 . 1 GPS卫星定位的基本原理6载波相位测量62 . 2 . 3 RTK测量工作原理7

4、2.3 RTK测量系统的组成82.4 RTK点改正方法92.5本章概述11第3章GPS RTK在数字地形测图中的应用133.1 GPS RTK技术的作业流程及作业过程中应注意的问题133 . 1 . 1 GPS RTK技术的作业流程133 . 1 . 2 GPS RTK技术作业中应注意的问题153.2 GPS RTK在数字地形测量中的应用163 . 2 . 1 GPS RTK在图根控制测量中的应用173 . 2 . 2 GPS RTK在地形测量数据采集中的应用183.3本章概述19第四章GPS RTK在数字地形测图中的精度分析4.1双基站数据精度分析204.2 GPS RTK成果的精度分析20

5、4.2.1影响GPS RTK精度的因素204.2.2提高GPS RTK精度的方法214.3 GPS RTK技术的优缺点224 . 3 . 1 RTK技术优势224 . 3 . 2 RTK技术的缺点234.4提高GPS RTK 24工作效率的方法4.5本章概述24结论2526篇参考文献至27岁附录28第一章情绪理论1.1论文的目的和意义中国幅员辽阔，蕴藏着丰富的矿产、水利、农业、旅游等各种自然资源。这些资源都需要在规划、开发、利用的过程中，通过地形图进行规划、设计、建设和后期的运营管理。随着我国经济水平的提高，城市建设的加快，工业技术的发展，环保意识的增强，依法合理利用土地，都需要地形图为其服务

6、。各种比例尺的地形图和专题图是测绘行业的主要产品。在一些专业测绘队伍中，地形测量的任务甚至可能占到全年总测量任务的80%以上。因此，地形测量是测量工程中一个非常重要的课题。然而，传统的地形测量方法测绘地形图的效率往往难以满足当前用户的要求。为了加快进度，许多测绘单位不得不采取“人海战术”，导致测绘成本增加，测绘单位利润下降。近年来，地理信息系统(GIS)作为集地球科学、信息科学和计算机技术于一体的高新技术，是一种与空间数据管理、空间信息分析和传播相关的计算机系统。它已被广泛应用于许多领域，如土地利用、资源管理、环境监测、城市和区域规划等。，已成为社会可持续发展的有效辅助决策支持工具。随着GIS

7、技术的不断发展，在为测绘行业提供广阔空间的基础上，对测绘技术的要求也在不断加强，对测绘产品质量和效率的要求也在不断提高。地形测量为GIS提供空间位置信息，因此如何提高测绘质量和效率成为测绘科研人员和测绘工作者的研究课题。在传统的地形测量中，主要的方法有:大平板测图、经纬仪配合小平板测图、航空测图等。大平板测图和经纬仪配小平板测图，也叫白纸测图，主要是利用图形相似的原理将视线投射到平板上，然后在投射到平板上的视线上按比例缩小图上的距离。野外工作结束后，应进行清晰的绘画、装饰和出版。这两种方法虽然直观，但是流程很多，也达不到数字化的要求。航空测绘广泛应用于大面积地形测量。它主要利用航拍获得的影像照

8、片。外业照片控制和外业照片调整后，调整后的照片用于内业绘图。这种方法外业工作量相对较小，但工作周期较长(一般第一年进行航拍，第二年进行外业控制测量，第三年进行测绘)。航拍受季节和天气影响较大，在大比例尺测量中由于遮挡等原因精度难以保证。因此，这种方法更适合绘制国家基础地图。GPS(全球定位系统)是在美国建立的基于卫星的无线电导航和定位系统。它具有全方位、全天候、连续实时的导航、定位和授时功能。它可以为用户提供精确的三维坐标、速度和时间。Rtk(实时动态)测量技术是一种基于载波相位观测的实时差分GPS测量技术。它主要是利用安装在参考站上的GPS接收机对所有可见的GPS卫星进行连续观测，并将观测数

9、据通过无线电传输设备实时发送到动态站。在动态站，接收机接收GPS信号，同时通过无线电接收设备接收参考站发送的观测改正数据，然后根据相对定位原理10实时计算并显示动态站的三维坐标。RTK技术以其快捷、方便、灵活的特点，广泛应用于工程测量的各个方面。如:常规控制测量、工程规划测量、线路放样等领域。如果用RTK技术测量地形图，甚至不需要控制测量。只需要一个人拿着听筒，在被测点停留一砚秒。利用有线或无线技术将该点的信息直接传输到具有编辑功能的电子手板或电子平板上，利用编辑功能可在野外直接绘制地形图。由于采用了GPS RTK技术，测点时不要求点与点之间通视，只需要在点的上方一定角度的空间，一个人就可以完

10、成测绘，测绘后立即显示，基本完成地形图。因此，该技术可以大大提高制图效率。1.2论文研究现状目前数字测图主要是利用全站仪配合便携式电脑或电子笔记本在野外采集数据，最后利用专业测图软件编辑成图。这种方法要求在测站测量各种地物地貌的断点，即断点必须与测站通视。随着GPS技术的出现及其RTK定位技术的广泛应用，利用GPS RTK定位技术进行数字测图，可以弥补测站控制面积的限制，大大提高测图效率和精度，取得良好的效果。1.3论文的主要内容1.根据RTK技术在测量中的工作模式、数据链结构和技术特点，采用双基站比对的方法分析RTK成果的精度。2.通过GPS RTK观测获得原始观测数据，通过对数据的分析研究

11、减小误差的方法。3.GPS RTK在数字地形测绘中的应用，坐标转换及校正方法的研究。 HYPERLINK ./PS+RTK内外业一体化数字测图系统的应用研究/Paper/pdf/y12038410006.pdf t mainFrame 第二章RTK测绘原理2.1全球定位技术的发展现状和趋势GPS全球定位系统全球定位系统(GPS)是美国国防部于1973年批准的卫星导航系统。这是一种基于卫星的无线电导航和定位系统。具有全方位、全球、全天候、连续、实时的导航、定位和授时功能。可以为各类用户提供精确的三维坐标、速度和时间。整个GPS系统包括三个部分:空间部分、地面控制部分和用户设备部分。空间的一部分，

12、即GPS卫星星座，由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。卫星轨道数为6个，卫星高度为20200km，轨道倾角为55度，卫星运行周期为11h58m，载频为1575.4ZMHz和1227.60MHz，卫星通过天顶时，卫星可见时间为5小时。平均6颗卫星，最多9颗卫星，可以在地球表面任意地点任意时间同时观测，高度角15度以上。地面控制部分由一个主控站、三个注入站和五个监控站组成。主控站的任务是收集和处理本地站和监测站接收到的所有数据，编制每颗卫星的星历和GPS时间系统，并将预测的卫星星历、钟差和状态数据编制成带有大气传播修正的导航电文发送给注入站。它还负责修正卫星的轨道偏差，必要时对卫星进行调度，让

13、备用卫星代替故障卫星；监控整个地面监控系统的工作；检查注入站发送给卫星的导航信息；监控卫星是否向用户发送了导航信息。注入站的任务是将活动站发送的导航电文注入相应卫星的存储器中。监测站主要为主控站提供卫星观测数据。用户，即GPS信号接收机，捕获根据某一卫星高度的截止角选择的待测卫星的信号，跟踪这些卫星的运行，对接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，从而测量GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译GPS卫星发送的导航电文，并实时计算该站的三维位置，甚至三维速度和时间。2.1.2GLONASS全球导航卫星系统GLONASS全球导航卫星系统(GLONASS)是一个类似于美国GPS系统的卫星定位系

14、统，由前美国从20世纪80年代初开始建设。前美国解体后，由俄罗斯管理。它还包括卫星星座、地面测控站和用户设备。GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在三个近似圆形的轨道平面上，每个轨道平面8颗卫星，轨道高度19100km，运行周期11h15，轨道倾角64.8o与美国的GPS系统不同，GLONASS系统采用频分多址(FDMA)，根据载波频率来区分不同的卫星(GPS是码分多址(CDMA)，根据调制码来区分卫星)。每颗GLONASS卫星发射的两个载波的频率分别为L1=1.602+0.5625k(MHz)和L2=1.246+0.4375k(MHz)，其中k=1-24为每颗卫星的频率数。

15、GLONASS卫星的载波上还调制了两种伪随机噪声码:S码和P码。俄罗斯的GLONASS系统采取军民共享、不加密的开放政策。GLONASS系统主要用于导航和定位。与GPS系统一样，GLONASS系统也可以广泛应用于各种级别和类型的测量应用、GIS应用和时频应用。2.1.3伽利略卫星导航和定位系统系统欧洲民用卫星导航计划(European Civil Satellite Navigation Program)于1999年初由欧洲委员会(European colmmisino)和ellropeanspaceagency(ESA)联合发起并实施，旨在欧洲建立一个独立的民用全球卫星导航定位系统。该系统预

16、计将于2010年底完成。目前，中国、以色列、印度、以色列、摩洛哥、沙特阿拉伯、乌克兰等国家和地区签署了参与这一计划的合作协议，其他许多国家正在与欧盟和欧洲航天局就加入这一计划进行谈判。伽利略系统由五部分组成:全球设施、区域设施、本地设施以及用户和服务中心。全球设施部分由空间部分和地面部分组成。空间段的30颗卫星均匀分布在三个中高圆形地球轨道上，轨道高度为23616km，轨道倾角为56。轨道的上升点和交点在赤道上相隔120，卫星运行周期为14小时。每个轨道平面上有一颗备用卫星。地面部分由完整性监控系统、轨道测控系统、时间同步系统和系统管理中心组成。伽利略系统的地面部分主要由位于欧洲的两个伽利略控

17、制中心(GCC)和分布在世界各地的29个伽利略传感器站(GSS)组成。此外，还有5个S波段上行站和10个C波段上行站分布在世界各地，用于控制中心和卫星之间的数据交换。控制中心通过冗余通信网络与传感器站相连。全球地面部分还提供与服务中心和增值商业服务的接口，以便与COSPAS-SARSAT的地面部分一起提供搜索和救援服务。设施的区域完整性数据由监测站提供，完整性上行链路数据链路直接或通过全球设施的地面部分，与搜救服务提供商提供的数据一起上传到卫星。世界上最多可以设置8个区域地面设施。欧洲静止导航重叠服务(EGNOS)系统通过静止卫星广播GPS和GLONASS的完整性信息和差分校正。当地设施可以通

18、过采取增强措施来满足这些要求。本地设施除了提供差分修正和完整性告警(1s)外，还可以提供以下服务:商业数据(差分修正、地图和数据库):附加导航信息(伪卫星)；在GSM和UMTS基站计算的位置信号较差的区域(如地下停车场、车库)增强定位数据信号；移动通信渠道。用户，即接收者，是伽利略系统中的一个重要环节。根据市场的需求，有各种类型的接收机使用伽利略系统的各种信号来实现不同的服务。伽利略接收机还应该有外部辅助系统(GPS、GLONASS、罗兰等。)接口，可以形成一个集成的服务。服务中心提供伽利略用户和增值服务提供商(包括本地增值服务提供商)之间的接口。根据各种导航、定位和授时服务的需要，服务中心可

19、提供以下信息:性能保证信息或数据登录；保险、债务、法律和诉讼业务管理；证书和许可证信息的管理；贸易中介；支持研发方法的开发、应用和引进。2.1.4北斗卫星导航定位系统2000年，北斗导航定位系统梁颖卫星发射成功，标志着中国拥有了自己的第一代卫星导航定位系统。这对于满足我国国民经济和国防建设的需要，促进我国卫星导航定位的发展，具有重大的经济和社会意义。北斗导航定位系统采用主动定位原理。用户设备不仅要接收两颗北斗卫星的导航定位信号，还要发送到卫星上，然后由地面中心站计算出每个用户的位置，并通过通信的方式将测得的坐标值告知用户。北斗导航定位系统主要服务于中国及周边国家和地区。它可以在服务区域内随时随

20、地为用户确定地理经纬度信息，并提供双向短信通信和精确时间服务。北斗系统可广泛应用于船舶运输、公路运输、铁路运输、海上作业、渔业生产、水文预报、森林防火、环境监测等多个行业。，并可与其他有特殊指挥调度要求的单位配合使用，如军队、公安、海关等。但目前，该系统只有两颗卫星。因此精度不能满足测量和工程测量的需要，所以该系统在测量领域很少使用。2007年2月3日。中国成功发射第四颗北斗导航试验卫星。在北斗导航试验卫星的基础上，中国将逐步对该系统进行组网，并逐步将其扩展为全球卫星导航系统。正在建设的北斗卫星导航系统空间段由5颗静止卫星和30颗非静止卫星组成，提供开放服务和授权服务两种服务模式。随着该系统的

21、建立，它将在测绘领域得到广泛应用。2.1.5准天顶卫星系统这个系统是日本经济团体联合会和政府综合科学技术会议要开发的“准天顶卫星系统”。它为新一代移动通信、广播电视、卫星定位和信息服务提供支持。它由三颗卫星组成，与GPS一起工作在距地面约36000公里的圆形轨道上。预计2008年建成投入使用。三颗卫星的轨道不同，三个轨道都与地球赤道平面成45度角。2.1.6量子定位系统QPS上述传统定位过程中使用的方法是在空间发射电磁脉冲，以确定到达预定地点的时间和返回信号的时间。由于光速不变，这种处理可以实现远距离不同预定地点的时间同步，进而计算出相关目标的准确位置。但这种方法的局限性在于其精度会受到功率和

22、带宽变化的一定影响。目前正在研究的QPS可以克服上述局限性。该系统利用了量子力学中的量子脉冲异常，可以大大提高脉冲到达时间的测量精度。与GPS相比，QPS有以下优点:1 .可以提高定位精度；2、有密码措施，并能有效应对窃听等入侵；3.利用量子力学的理论，使系统比传统的通信系统更加灵敏，最终加强了系统的功能。目前该系统的研究还处于早期阶段，MIT(麻省理工学院)的研究团队已经完成了QPS技术的初步论证。2.2 GPS测量原理2.2.1 HYPERLINK ./新建文件夹1/利用GPSRTK技术建立等级控制点可行性的研究/Paper/pdf/y4924260007.pdf t mainFrame

23、GPS定位的基本原理GPS接收机在某一时刻接收三颗以上GPS卫星信号，测量测点与三颗以上GPS卫星之间的距离，并计算出该时刻GPS卫星的空间坐标，再利用距离交会法计算出测站的位置。利用GPS接收机接收到的测距码进行定位的方法称为伪距测量定位，利用接收机接收到的载波相位进行定位的方法称为载波相位测量定位。由于载波的波长远小于测距码的波长，如果接收机的码相位和载波相位的观测精度为0.1周，则C/A码和载波L1对应的距离误差将分别为2.93m和1.9mm。因此，码相位伪距测量定位的精度较低，一般只用于单点绝对定位测量。由于其高精度，载波相位测量是当前GPS接收机常用的测量方法。载波相位测量也可以用于

24、相对定位。两台GPS接收机分别放置在两个不同的点上，同时观测卫星载波信号。利用载波相位的差分观测，可以消除或减弱各种误差的影响，得到两点间的高精度GPS基线向量。而载波信号是周期性的正弦信号，相位测量只能测量小于一个波长的部分，因此存在整个周期数的不确定性，使得计算过程更加复杂。 HYPERLINK ./新建文件夹1/利用GPSRTK技术建立等级控制点可行性的研究/Paper/pdf/y4924260008.pdf t mainFrame 载波相位测量载波相位测量是观测GPS接收机接收到的卫星载波信号与接收机本地参考信号之间的相位差。JK(tx)(在本文中，上面的标记J表示卫星的标签，下面的标

25、记K表示GPS接收机的标签)表示K接收机在接收机的时钟时间tk接收的J卫星的载波信号的相位值，而JK(tx)表示K接收机在接收机的时钟时间tk产生的本地参考信号的相位值。由K接收机在接收机的时钟时间tk观测J卫星获得的相位观测值可以写成如下:JK(tx)=JK(tx)-K(tx)(2.1)通常，相位或相位差测量只能精确测量一周的相位值。但是，总周数无法准确确定。但是，只要接收机在接收到卫星信号后没有失锁，每个历元的全周期差就是正确的。因此，在实际测量中，如果计算整个周期，则在某个初始采样时间(t0)之后可以获得连续的相位测量值。设初始时刻t0测得的小于一周的相位差为0，整周数为N0j。此时，包

26、括整个周期数的相位观测值为:JK(t0)=0+N0j =JK(t0)-K(t0)ten N0j(2.2)接收器持续跟踪卫星信号，连续测量小于一周的相位差 (t ),并通过使用全波计数器记录从t0到ti的整周变化Int()。只要卫星Sj的卫星信号从t0到ti是不间断的，那么初始时刻整周的模糊度N0j就是一个常数，所以任意时刻ti卫星与K接收机的相位差为:JK(TT)= JK(TT)-k(TT)+N0J+Int()(2.3)设卫星Sj广播的载波相位为GPS标准时间T时的j(T)，经过传播延迟kj(T)后由K接收机接收。考虑到接收器钟面和GPS标准之间的时钟差异，有:KJ(tk)= (T) (2.4

27、)T= tk+tk-kj(T) (2.5)其中，tk是接收器时钟误差。将2.5代入2.4，可以得到:KJ(tk)=j(tk+tk-kj(T) (2.6)将等式2.6代入等式2.1，并且考虑tk处的整个周期数Nkj，可以获得接收器K在其时钟面时间tk处的时间视图。通过卫星Sj测量获得的相位观测值；JK(tk)=j(tk+tk-kj(T)-k(tk)+NkJ(2.7)其中NkJ可以被认为是在第一次观察时相位差的周期总数。将等式2.7中的参数T换成统一的接收机时钟时间tk，由等式2.5得到:kJ(T)=kJ(tk+tk-kJ(T)=JK(tk+tk-kJ(T)(2.8)kJ(T)和j项在tk处展开，

28、得到(1/c)2项。考虑到电离层和1 (TK)和对流层和2 (TK)的影响2 (TK) inJK(tk)=KJ(tk)+ftk-(fJK(tk)-K(tk)+Nkj+(f ?1(tk)+(f(f上面的公式就是矢量载波相位的公式。2 . 2 . 3 RTK测量的工作原理差分GPS定位技术是将GPS接收机放置在已经精确测量了点坐标的参考站上。参考站的GPS接收机通过接收GPS信号计算参考站和卫星之间距离的校正数，参考站将该校正数实时发送给移动站。移动站接收GPS卫星信号，也接收参考站发送的校正数，并使用该校正数校正其定位结果，从而提高定位精度。该技术可在野外实时获取厘米级精度的三维坐标，是GPS应

29、用的重大发展，大大提高了控制测量、地形测量、地籍测量、施工放样等各种测量工作的效率。单站差根据参考站发送信息的方式可分为位置差、伪距差和载波相位差。它们的工作原理基本相同。位置差主要是利用参考站的已知坐标和接收机测得的坐标来计算坐标改正数。参考站通过无线电台发送这个校正数，移动站的接收机将参考站发送的校正数加到通过接收GPS卫星信号计算的坐标上，从而获得消除了参考站和移动站之间的公共误差的移动站的坐标。这种方法计算简单，但要求参考站和移动站必须是同一组卫星。伪距差分定位是通过测量参考站上每颗卫星的坐标和参考站的已知坐标，计算出到每颗卫星的真距离，然后根据测得的伪距计算出真距离和伪距的差值，并将

30、差值发送给移动站，移动站将根据参考站发送的相应卫星的伪距修正数对测得的伪距进行修正。位置差和伪距差只能满足米级定位精度。要达到厘米级的定位精度，必须采用载波相位差分定位技术。RTK (Real Time Kinematic)又称载波相位差技术，是一种基于GPS全球定位系统的实时动态定位技术。利用差分定位技术，可以实时获得运动点的三维坐标，定位精度可以达到厘米级。载波相位差法有两种:校正法和差分法。校正方法是将参考站的载波相位校正值发送给用户，对用户接收到的载波相位进行校正，然后求解坐标。校正方法是一种准RTK技术。差分法是将参考站采集的载波相位发送给用户，通过差分计算坐标。根据以下公式进行计算

31、和校正:r0j+(Np0j-N0j)+(Npj-Nj)+pj-0j=+d(2.10)其中R0j是从移动站到卫星的实际距离，Np0j是移动站接收机的初始相位模糊度，N0j是参考站接收机的初始相位模糊度，Npj是从移动站接收机的初始时期到观测时期的相位总数，Nj是从参考站接收机的初始时期到观测时期的相位总数。是移动站接收机测量相位的小数部分，是参考站接收机测量相位的小数部分，而是同一观测时期的剩余。Xj、Yj、Zj为卫星的地心坐标，Xp、YP、ZP为移动台的点坐标。在差分定位中，最重要的是找到初始相位模糊度。主要解决方法有:删除法、模糊函数法、FARA法(快速静态定位法)、消去法等。利用差分定位技

32、术，可以完全消除接收机之间的常见误差，如卫星钟差和星历误差，还可以消除一些传播延迟误差，如电离层误差和对流层误差，从而提高该点的定位精度。2.3 RTK测量系统的组成RTK测量系统主要由GPS接收设备、数据传输系统和软件系统组成，如图2.1所示:图2.1 GPS RTK的组成(1) GPS接收设备双频GPS接收机分别设置在参考站和用户站。因为双频观测值不仅精度高，而且有利于快速准确地解算全周未知量。当参考站为多用户服务时，其接收机的采样率应与采用率最高的用户接收机的采样率一致。(2)数据传输设备数据传输设备，也称为数据链，由参考站的无线电发射机和用户站的接收机组成。其频率和功率的选择主要取决于

33、用户站和参考站之间的距离、环境质量和数据传输速度。(3)软件系统支持实时动态测量的软件系统的质量和功能对于保证实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性和准确性具有决定性的作用。该软件系统的突出功能是能快速求解全周期的未知数，并能选择快速静态、准动态和实时动态运行方式，实时完成求解结果的质量分析和评价。2.4RTK点校正方法常规的GPS测量方法，如静态测量、快速静态测量、动态测量等。，都需要事后求解才能获得厘米级的定位精度。而GPS RTK方法由于采用了载波相位动态实时差分技术，可以在野外实时获得厘米级的定位精度。在GPS RTK工作模式下，基准站通过数据链将其观测值和该站的坐标信息传送给流动站。

34、移动台通过数据接收参考站的数据，同时采集GPS观测数据，实时处理系统的差分观测值给出定位结果，时间不到一秒。因此，GPS RTK方法的应用大大提高了工程放样、地形测绘和一些控制测量的工作效率。由于实际测量工程中经常使用地方(地方)坐标系，而GPS定位直接获得WGS-84中该点的坐标和高程，因此在GPS RTK测量中需要进行坐标转换或点位改正。对GPS RTK的三种常规改正方法(单点改正、多点改正和参数改正)的精度进行了实验研究，利用实测数据对改正精度进行了对比分析，并讨论了影响改正精度的主要因素。1.GPS RTK点改正理论GPS点改正是建立GPS接收机采集的WGS-84数据与当地控制位置(表

35、示为海平面的当地地图格网)之间的关系，通过一系列数学变换来定义这种关系。GPS点改正功能允许GPS和用于改正的本地控制点之间的匹配(GPS坐标必须从GPS点和观测值获得，网格点必须从网格点和地面观测值获得)。本实验采用徕卡软件进行计算，用最小二乘法进行数学变换，并可随时重新校准。从WGS-84位置到格网坐标的数学变换为:(1)基准转换基准面由WGS-84纬度、经度和椭球体高度坐标转换为相对于当地测绘网格椭球体的纬度、经度和椭球体高度坐标。(2)地图投影地图投影是将当地椭球体的经纬度坐标转换为当地测图格网的南北坐标(此过程中高度值发生变化)到WGS-84高度的水准面模型，获得海面上的大概高程。对

36、转换后的网格坐标进行平面调整，以符合本地控制数据。当地椭球高的高程平差或从水准面获得的高程转换为当地海平面控制高程。数据库中的所有GPS点都用校正参数更新，以产生更精确的格网坐标值。将新坐标系定义(包括校准参数)保存为同一区域中未来项目的站点，并确保项目区域由校准中使用的点封闭。如果工程坐标系定义使用水准模型获取点高程，则高程直接由插入水准模型格网的WGS-84的高度确定。但是，高度调整也可以应用于由水准测量模型生成的高程的顶部，允许大比例水准测量模型无法考虑的小的局部变化。GPS矢量(实时或事后)的精度受参考站坐标精度的影响。每l0m参考站坐标误差引起的矢量精度误差可达百万分之一(1PPm)

37、。例如，当基本的WGS-84参考点误差为100米，基线长度为2公里时，产生的GPS矢量误差可能高达2毫米。本次实验使用的硬件设备主要包括参考站和移动站接收机，其中参考站由三脚架、徕卡的GPS天线和底座、接收主机、无线电发射机、无线电天线、测量笔记本、连接电缆和各仪器的电源系统组成。移动站由GPS天线移动站对中杆、GPS接收机、接收站、无线线路、测量笔记本、连接电缆等组成。数据处理软件系统是与徕卡配套的GPS数据处理软件。2.点校正方法(1)单点校正单点改正法的高程改正精度远低于平面坐标，两个平面坐标方向的改正精度也很不均匀，北坐标改正精度远低于东坐标改正精度。(2)多点校正多点改正法的高程改正

38、精度也远低于平面坐标，而且两个平面坐标的改正精度还参差不齐，北坐标的改正精度远低于东坐标。(3)参数修正参数改正后的坐标和高程精度相对较高且均匀，其次是多点改正的精度和均匀性，单点改正的精度和均匀性均较差。主要原因是在单点校正过程中，只考虑了平移的三个参数，而没有考虑旋转参数和比例因子。而参数修正是通过七个参数进行的，效果是所有点都修正了，有其整体性，所以修正效果不错。3.结论。GPS can三种常规改正方法(单点改正、多点改正和参数改正)的对比分析提出以下观点，供实际参考。(1)参数改正的坐标和高程精度较高且均匀，多点改正次之，单点改正较差。单点校正精度低的主要原因是校正过程中只考虑了平移的

39、三个参数，没有考虑旋转参数和比例因子。(2)在单点标定过程中，当标定点靠近参考站时，标定结果(坐标和高程)与其已知值相差较小。随着校准点和参考站之间的距离增加，校准结果和已知值之间的差异会变大。(3)由于参数改正方法以测区控制网为基础，测区控制网的布设一般覆盖整个测区，因此改正方法具有良好的完整性，其改正精度优于单点改正和多点改正方法。(4)三种常规改正方法的平面坐标改正精度较高，但高程改正精度较低。根据实验结果，平面坐标的改正精度接近厘米级，高程的改正精度达到分米级。2.5本章概述本章主要介绍RTK测图的原理，全球定位技术的发展现状和趋势，以及GPS测量的原理，包括 HYPERLINK ./

40、新建文件夹1/利用GPSRTK技术建立等级控制点可行性的研究/Paper/pdf/y4924260007.pdf t mainFrame GPS定位的基本原理即GPS接收机在某一时刻同时接收三个以上的GPS卫星信号，测量测点与三个以上GPS卫星之间的距离，计算出该时刻GPS卫星的空间坐标，然后利用距离交会法计算出测站的位置。载波相位测量是观测GPS接收机接收到的卫星载波信号与接收机本地参考信号之间的相位差。把公式敲出来。还有就是RTK测量的工作原理，就是利用差分定位技术，可以完全消除接收机之间的共同误差，从而提高该点的定位精度。从仪器的发展过程介绍可以看出，GPS的发展速度是非常快的。从仪器的

41、原理和使用可以知道，GPS RTK的使用非常方便。综上所述，GPS RTK为以后的测量工作提供了更加有利的条件。 HYPERLINK ./PS+RTK内外业一体化数字测图系统的应用研究/Paper/pdf/y12038410018.pdf t mainFrame 第三章GPS RTK在数字地形测图中的应用3.1 GPS RTK技术的作业流程及作业过程中应注意的问题3 . 1 . 1 GPS RTK技术的作业流程1.业务准备实施RTK外业测量前，应提前收集测区小比例尺地形图，必要时进行外业踏勘，并根据城市测量的特点完成准备工作。主要包括以下几个方面:根据项目，设置项目名称。如果坐标转换参数已知，

42、则进入手簿(一般此参数未知)。如果没有坐标转换参数，应对测区内已知控制点的数据进行整理，控制点尽量均匀分布在测区周围，使所有测点都被已知点包围，尽量避免从一端向另一端无限外推。控制点的位置和周围条件应满足GPS作业的要求。实施工程放样时，输入各放样点的设计坐标，以便在现场进行实时准确的放样。2.求被测面积的换算参数。常用的坐标系有WGS-84坐标系、1954坐标系、1980坐标系和地方独立坐标系。但是GPS常规测量中常用的是WGS-84坐标系，不同地方的坐标系是不一样的，所以当我们使用RTK工作时，就产生了坐标系转换的问题。但要解决坐标系转换，首先要确定测区的转换参数。在GPS测量中，经常需要

43、进行坐标转换。所谓坐标变换，就是不同坐标表示之间的变换。GPS RTK的相对定位是在WGS-84坐标系中计算的，但我们通常采用国家坐标系或地方坐标系，这就要求RTK测量的最终结果也是国家坐标系或地方坐标系。求解平面转换参数，至少应同时测量两个平面坐标点，求解高程转换参数，应同时测量三个高程点。为了提高地心坐标系与地方坐标系数学模型之间的拟合程度，进而提高待测点的精度，通常需要对尽可能多的已知点进行联合测量。转换参数的获取通常有两种方式:1)充分利用现有的GPS控制网数据，将几个已知点的地心坐标和对应的地方坐标输入电子笔记本，在已知点上架设参考站，现场进行虚拟联测，计算转换参数；2)参考站设置在

44、已知点或未知点上，流动站依次测量每个已知点的地心坐标。将每个已知点对应的局部坐标系的平面坐标和高程输入手簿进行点改正，剔除改正残差较大的已知点，从而计算出两个坐标系之间的转换参数。所以坐标系转换需要知道不同坐标系之间的转换参数。有三种常见的方法:1、七参数法七参数法的转换模型常采用BURSA模型:(3.1)式(3.1)中，X0，Y0，Z0为两个坐标的平移参数，x，y，z为两个坐标系的旋转参数，为两个坐标系的比例。这种方法又称经典坐标变换法，用于不同空间的直角坐标系变换。这种方法一般要求有三个公共点解算坐标转换参数，其他点的WGS-84坐标利用参数转换为国家或地方坐标。由于两个坐标系中公共点的坐

45、标受随机误差或其他系统误差的影响，不同区域取不同的公共点会得到不同的参数，其精度水平也不同。这种方法的优点是可以保持GPS测量的精度。只要局部坐标足够精确(包括平面和高程)，公共点分布合理，无论面积大小都可以适用。缺点是用户必须知道当地坐标系的参考椭球和地图投影参数，如当地坐标不准确、不兼容、不均匀、分布不合理等，转换后会严重影响新测点的坐标精度。2.二维相似变换方法简单来说，GPS测得的WGS-84结果可以通过合理均匀的弹性变形纳入当地坐标系。局部坐标系的格网由输入矢量平面的直角坐标定义，在转换过程中作为常数定值，转换过程中平面位置和高程分开处理。这种方法也叫插值法。其优点是:不需要要求公共

46、点同时具有准确的点位和高程。在建立转换模型和应用模型转换的过程中，高程的误差不会扩散到平面位置，平面位置的误差不会影响高程的转换精度。另外，在计算中不需要知道当地坐标的椭球和投影参数。对于投影参数的情况，这是一种实用的方法。需要注意的是，为了保证精度，转换区域的直径不能超过10-15km，并且严格限制在已有重合控制点的部分。3.一点法一点法也分别转换点的位置和高程。在平面点位转换中，WGS-84地心坐标通过横轴墨卡托投影到平面直角坐标中。然后，用实际的局部坐标数据综合计算它们之间的转换关系。然后采用简单的一维高程拟合。需要注意的是，参数的适用范围仅限于近距离操作，该方法不考虑坐标系旋转参数的影

47、响。距离越大，坐标转换的误差越大。3.参考站的选择原则数据传输系统由参考站发射站和移动站接收站组成，是实时动态测量的关键设备。可靠的数据链路是动态初始化的前提。保持高质量的数据传输可以减少解模糊时间，大大提高工作效率。因此，基准站的布设是RTK作业顺利实施的关键之一。参考站的布设应满足以下条件:参考站可设在坐标精确的已知点，也可设在未知点(最好设在已知点)。基站应放置在地势高、视野开阔、无线电覆盖好的地方，城市勘测首选在测区的高楼上。为防止数据链丢失和多径效应，不应有GPS信号反射体(大型停车场、大型建筑、拥挤街区等。)且无高压电力线、电视台、无线电发射机等干扰源。200米以内。考虑到南北极附

48、近有一个卫星的中空区域，电台的天线应架设在GPS接收机的北面。4.RTK测量步骤野外作业时，参考站放置在选定的控制点上，接收机输入点号、天线高度和WGS-84已知坐标开启；设置并检查接收的GPS卫星数量5。检查电台发射指示灯是否正常，参考站设置是否完成。流动站选择与参考站匹配的无线电频率，检查电台接收指示灯是否正常，检查接收卫星数4颗。流动站可以开始测量任务。先测量1-2个已知控制点，评估测量精度，满足设计要求后开始测量任务。实时RTK数据处理相对简单，外业测量采集的测量坐标通过手簿的数据传输系统直接下载到计算机中。3 . 1 . 2 GPS RTK技术作业中应注意的问题在3.1.2.1使用R

49、TK应注意的问题(1)操作前，仪器应复位一次，以确保仪器处于最佳工作状态。(2)在RTK有效测区中心的最高控制点设置参考站，增加参考站和流动站天线的架设高度，以提高数据链的传输速度，延长传输距离，保证成果的精度。(3)参考站与流动站的距离不能太远，应控制在能满足“电磁波通视”要求的范围内。一般情况下，参考站与流动站之间的距离在山区应控制在5km，特别是在信号干扰或信号屏蔽的情况下，应适当缩短参考站与流动站之间的距离，或使用高增益天线和高灵敏度接收机。(4)参考站的卫星截止高度角应设置在10以上，必要时应增大截止高度角，以提高初始化速度。(5)选择参考站时应避免强磁场的干扰。如:高压线、微波塔、

50、雷达和磁铁矿等。(6)第一次设置基准站或重新设置基准站后，应联合测量一个已知点进行验证。3.1.2.2测量过程中应注意的问题(1)全线参考站的WGS-84坐标系必须与控制点对应的WGS-84坐标系一致，每次测量前应仔细检查7个参数，确保本测区参数的唯一性。(2)点采集作业前，应检查已知点的可靠性，准确无误后方可进行测量。(3)铁塔和中继站定位测量时，应存储天线对中杆气泡准确对中时的点坐标，并增加测量返回次数。比较两组结果，应采用差值小于2cm的中值；差超过2cm的要返工重测，保证该点的测量精度。(4)定线测量时，应选择可能竖立直塔的特征点进行采集，同时预留定向桩，便于施工时复测定位。当改变耐久

51、段时，在流动站的手册中重新输入两个端点的坐标，并根据新的对准指南进行对准测量。(5)横断面测量时，需要验证两个端点的输入坐标是否正确，然后才能采集中线点的坐标。同时要注意有效区域内特征点、交叉点、危险点的收集。收集的数据信息应根据数据代码存储在GPS笔记本中。3.2 GPS RTK在数字地形测量中的应用1.概观利用工程学院的一部分地形图研究了RTK在数字地形图中的应用，如图3.1所示。利用GPS RTK动态定位技术测量数字地形图，首先要选择合理的基准站位置。E级控制网上的控制点原则上均可作为参考站，但为了提高放线精度和工作效率，应合理选择参考站，参考站应设在地势高、对天能见度好的地区(RTK技

52、术不要求两点间光学能见度，但要求“电磁波能见度”)，流动站接收的共用卫星数不应少于5颗，参考站与流动站的距离不应超过4km。流动站开始采集数据时，必须先在另一个控制点进行检查，精度符合要求后再进行大规模采样。在地形测绘中，实测点与现有点相差2-3cm，精度较好。在测量区域周围的测量点，每个断点只需要停留几秒钟就可以移动到下一个点，接收机自动记录该点的坐标高程数据。数据采集的运行点方案尽可能与传统的人工成图运行点习惯保持一致，加密的点比人工运行点多，以提高测量效率和数据采集质量。图3.1利用GPSRTK系统绘制地形图3 . 2 . 1 GPS RTK在图根控制测量中的应用在数字地形测量项目中，利

53、用动态GPS RTK技术直接覆盖已知控制点加密根控制点，可以加快项目进度，提高项目质量。GPS系统进行图根控制测量的可行性。GPS RTK测得的观测数据都是独立观测值，其精度无法通过数据计算来检验。为了验证其在图根控制测量中的准确性和可行性，在工程学院地形测量中对已知控制点和GPS RTK图根控制点进行了检测和反复观测。为了提高观测精度，减少定心误差，流动站观测数据时使用三脚架或定心杆，天线高度精确到mm，重复观测GPS RTK图根点、探测精度统计和重复观测数据见表3.1。根据试验和重复观测数据，在观测条件允许、计算精度较好的情况下，GPS RTK测量可以替代传统的图根控制测量。1.GPS R

54、TK测量图根控制点存在的问题。GPS测量可以替代传统的图根控制测量，其单点观测精度可以达到或超过图根控制点的精度要求。但由于其自身的工作原理、观测条件和各种外界因素，容易产生各种误差。在地形测量项目中，能够影响、改善或减小其影响的误差因素大致有:GPS全球定位系统由空间部分(GPS卫星)、地面监测部分和用户部分组成。如果不能接收GPS卫星发出的精确测距信号和导航电文进行导航定位，GPS精确定位无从谈起；GPS RTK系统基准站的载波相位观测值、伪距观测值和基准站信息都通过数据链传输到移动站。如果系统的无线电数据链路受到干扰或阻塞，系统将无法获得高精度的计算结果；根据GPS RTK技术的测量原理

55、，点位精度是相对于特定的参考站的，点位误差椭圆是随机的。虽然单点的点精度高，但点与点之间的相对精度可能低，移动台与参考台的距离越远，点精度越不可靠。2.GPS RTK测量图根控制点时采取的措施。为了提高GPS RTK系统观测结果的精度，在测量根控制点时，可采取以下措施减少或消除上述因素的影响:每个根点至少应有两个通视方向，通视方向之间的夹角应控制在60 120，点与点之间的距离应尽可能远。全站仪采集碎部数据时，观察根点之间的距离和角度来检测点位精度和点与点之间的相对精度，发现问题及时补救。地图根点应选择在视野开阔、交通便利、能长期保存的地方，以便于GPS卫星信号的接收、地图根点的利用和发现问题

56、后的复测；图形的根点应远离各种输电铁塔、高压线、通信线路、变压器等有电磁辐射的物体，并应尽可能远离大面积水域；参考站应尽可能设置在视野开阔、地势较高的地方，以保持参考站与移动站之间的数据链路畅通；要养成良好的工作习惯，GPS RTK系统要在观测前后对已知点进行检查，在观测过程中尽量多的试测或复测数据；GPS RTK测量根控制点。全站仪采集碎部数据时，碎部点的测距长度不宜过远，并应限制测站与定向点的距离，防止根点间的相对误差扩大。表3.1已知点检测和重复观测的精度统计已知GPS RTK点重复观测点项目最高的最小值中等误差最高的最小值中等误差x- 0104701004010280103501003

57、01019y- 010710100001039010590100101031h010670100101026- 0107601000010283 . 2 . 2 GPS RTK在地形测量数据采集中的应用在数字地形测量项目中，利用GPS RTK系统采集外业数据具有受天气因素影响小、成图精度高、无需考虑控制点之间通视等优点，但也存在无法观测居民地、树林、难以观测复杂地形(如冲沟)等缺陷。(1)在地形测量过程中，GPS RTK系统可以直接观测独立地物(如坟墓、出水口、高程点等。)和线性特征(各种道路、运河等。)在开阔地带，其精度可达1 3厘米。具体方法是在各类地物的定位点放置移动台，在仪器状态固定后

58、输入各类地物对应的属性编码保存，在行业整理时由程序根据属性编码对各类地物进行相应的表示。(2)在地形测量的开阔地带，也会出现一些独立的或较小的建筑物和树林，如居民区、厂房、废弃房屋、机井、农场等。根据工程效益最大化的原则，对上述地面特征进行分类，并采取不同的措施进行处理。GPS RTK系统对地形测量中遇到的建筑物处理如下:对于低矮建筑物，将中心杆抬高，将GPS RTK系统的卫星接收天线伸到屋顶直接观测；对于结构简单的高层建筑，采用GPS RTK系统通过观测辅助点进行观测，如图3.2所示。如果要观察房间角A、B、C、D，观察各自延长线上的辅助点1 8，然后画草图，记下要测量的点，辅助点的个数和连

59、接顺序。编辑时，将它们按顺序连接起来，就可以找出房角A、B、C、D；对于结构复杂的高层建筑和树林，应在其附近适当位置用GPS-RTK系统作为根控制点，再用全站仪进行补充测量。(3)地形测量项目多分布在城镇、厂矿等相对发达地区。这个地区的通信、电力系统比较发达，输电塔、高压杆、低压杆、通信杆比比皆是。在GPS RTK系统的数据采集中，高压电杆、低压电杆、通信电杆等。必须准确定位，各种电杆都有一定的粗细和高度。GPS卫星接收天线靠近电杆位置时，会遮挡部分卫星信号，电杆上的电力线、通信线有电磁干扰，会造成数据采集困难。如果用GPS RTK系统采集其他部分的数据，用全站仪测量各种电杆、通信杆，工作量会

60、增加一倍。根据GPS RTK技术原理，系统移动台接收到的部分卫星信号被暂时屏蔽，数据链无线电信号暂时中断后，系统固定解的锁定状态不会立即解锁，而是根据之前的经验值进行延伸计算。利用GPS RTK技术的这种设计理念，在野外采集各种杆位数据时，流动站的GPS卫星接收天线靠近杆位后，数据要快速保存(一般2 4 s)。如果速度太快，数据链发送的基站信息就不能被充分利用；如果速度太慢，由于部分卫星信号的屏蔽，电源线和通讯线的电磁干扰，会导致系统在固定解锁状态下失锁。图3.2 RTK辅助方法间接观测建筑物示意图3.4本章概述本章主要介绍GPS RTK技术的作业流程以及作业过程中应注意的问题，包括内业准备。