【《GPS-RTK技术在工程测量中的应用研究》6300字（论文）】

GPS-RTK技术在工程测量中的应用研究摘要本文利用相关理论知识进一步讨论了GPS-RTK观测系统的定位原理，对GPS-RTK定位的重点技术，即坐标参数的解析进行了具体介绍。同时，本文采用RTK测量技术应用到真实的工程案例当中，测量的工程是选取高海拔山地区域送电线路，探究了GPS-RTK观测技术在现实工程测量当中的应用环节，并按照平差学知识及其相关规范、要求对测量值实施了相应的对比与探究，概括并取得RTK测量的误差属性与部分有利的结果与理解。关键词：GPS—RTK技术；整周模糊度；坐标转换参数；GPS高程目录论文总页数：10页TOC\o"1-3"\h\u引言 1一、RTK测量的基本原理 1（一）RTK定位技术的作业原理 1（二）RTK定位技术的数学原理 2二、RTK测量信息处理的重要技术—转变参数的解析 4三、RTK线路测量应用实例及分析 6（一）工程概况 6（二）作业方式 6（三）测量精度统计及分析 7四、RTK的误差特征分析及经验归纳 8（一）GPS系统与仪器性能导致的误差 8（二）观测方案导致的误差 8（三）操作者引起的误差 9（四）经验归纳 9结论 9参考文献 10引言这些年中，随着国内网络信息与计算机技术的成熟与发展推动了测绘工程测量水平的提高，多种不同领先的工程测量方法被大规模使用在工程建设当中。GPS-RTK测量技术的产生远远增加了测量效果与信息整理标准,文中关键是对GPS-RTK测量技术加以简单的说明,希望能够加强其在工程方面的应用标准。一、RTK测量的基本原理（一）RTK定位技术的作业原理这项技术又可以称之为载波相位差分技术，是设置在及时整理两个观测站的载波相位的一类方式。其可以及时地给予测量点在固定坐标系中的三维坐标，并做到厘米级精度标准。RTK测量体系普遍由如下三组构成:(1)GPS吸纳信息设备。(2)数据信息传送设备:也就是信息数据链，是完成实时动态观测的重要性设备。(3)软件分析系统:关于保证实时动态观测结果的精准性和真实性，拥有确定性功能。RTK的工作过程是把基准站接受的全球定位系统卫星载波相位观测量经过调制解调器实施编译与调节，通过站台信息数据链传达出去。不过移动站台在对全球定位系统卫星实施观测并接受载波相位观测的过程中，也采集来源基准站的站点信息。在整周未知数解固定后，也就是对各个历元实施实时整理。仅需可以确保四颗往上卫星相位观测量的追踪与一定的卫星多样图形，移动站能够不按照特定的转化参数实施坐标系统的调换，进而实时测出厘米级的定位结果。GPS-RTK测量体系外业工作看图1-1所示。图1-1采取GPS-RTK实施测量工作示意图（二）RTK定位技术的数学原理采取RTK技术中的定位原理，其是在基准站测量i颗GPS卫星，获取伪距公式如下：(1-1)其中:——基准站抵达第i个卫星的实际长度，能够由基准站坐标与卫星的两行轨道数据获得；——基准站的钟表误差；——第i个卫星的时钟偏差；——第i个卫星的星历误差造成的假距误差；——电离层效应；——对流层效应；——多路径效应；——GPS接收机噪声。使用两行轨道数据系统运算得到卫星之间的区位与现知基准站的准确坐标运算得到卫星与基准站之间的真实距离，以此能够得到伪距改正数:（1-2）此时，客户端接收机收取到的伪距是:（1-3）若是用对用户伪距实施纠正，那么： （1-4）当基准站和用户站距离接近时(小于100km)，那么认为：，，因此，（1-5）若是基准站和客户端移动站一同测量一样的四颗卫星，那么将会有四个公式(5)的联立方程，于是能够计算出移动站的坐标系()与。而里包括相同测量历元的各种误差测量值:（1-6）关于载波相位观测量:（1-7）其中:——开始相位模糊度，也就是相位整周数的起始值；——从开始历元出发到观测历元间的相位整周数;——测量相位的小数部分；——载波波长，关于频段是19厘米。把式子(7)代进基准站与用户移动站的观测公式(5)中，并且思考到基准站的载波相位信息由信息链传播到移动站，接着在移动站上把二者实施差分，最终获得:（1-8）这里面，是基准站至卫星的实际长度，是由卫星两侧轨道数据和基准站的坐标计算出的。得出这个方程最重要的问题是怎样计算出开始相位模糊度。载波相位差分定位中一般经常使用的是FARA法:也就是整周未知数飞快靠近技术。其将整合理论作为根本，在某个预测值的解空间中检索一对方差与是极小的似然整周解集，并推断其好于别的解集的明显性。其计算步骤是:令为载波相位测量差值，为开始相位整周数差值，在全测量过程中保持卫星跟踪不简断，这时是常数。在相同历元中，式子(8)能够写成:（1-9）这里面:含有的未知数是，，，,还有，是基准站到达客户端移动站对第i颗卫星的初始相位整周模糊度差值，是整数模式。在观测中，若是维持卫星不失锁，除相位整周一直不变外，别的都是变量,也就是(，，)与在各个历元均不一样。而关于的变化程度的理论探究表明:在各个历元之间的基本维持不变，在算出数值过程中能够看做常数。所以唯有(，，)为移动目标，是我们得出结果的参数。由上述分析能够看出，在首个历元当中整个测量了四颗卫星，能够获得式子(1-9)的四个单差方程式，这当中涵盖八个未知数:，，，。第2个历元当中又获得式子(1-9)的四个单差方程式。整个有八个单差方程式，不过又新增添了三个未知数:，，。对此持续测量5个历元之后，能够获取(1-9)的二十个单差方程式，整个涵盖二十个未知数:，。如此便能够对其方程解析。通过若千历元后，便能够不解析出与。把此数值代进方程式(9)当中，这个过程式子中只有，，3个未知数。假如在1个历元当中整个测量到四颗卫星，便能够解析出客户端移动站的准确坐标，准确度接近厘米级。在动态跟踪定位时，若是某种因素卫星失锁，也能够采取这样的方式再次估算而接着精准定位。二、RTK测量信息处理的重要技术—转变参数的解析RTK测量事实上是在WGS-84坐标系当中实施的，而不同测量与定位作业均是在国家或当地坐标系中实施的，这便产生坐标转变问题。静态观测中，坐标转变是在之后处理实施，不过RTK测量大部分用来实时测量，要求可以实时地给予国家或当地坐标，所以，首先一定要解出测区的坐标转变参数，它是关系到测量结果精度程度的重要因素。完成结果从WGS-84坐标系中转变到国家或当地坐标系中,事实上是两个不一样椭球之间的结果转变。其转变思路见下图2-1(本图来源北京54坐标)。图2-1WGS-84坐标系到54北京坐标系坐标转化流程图当有三个如下已知点时，便能够解析出七参数。经常使用的参考模型是布尔莎模型，其公式表达是:（2-1）这里面:是三个平移参数，是三个旋转参数，是尺度变动。应该表示的是，在现实应用当中早有模型依旧产生部分问题:怎样清除GPS单点定位得到的地心坐标不确切问题，怎样避免水准高和大地高不相同的问题，怎样避开不同参数相互关联等。而这部分问题在解析中导入很大的误差，乃至有时产生病态矩阵的现象，很难求逆。对此,普遍我们能够用如下一种较为可行的方法解析转变参数。其数学模型公式为:设为现有点的WGS-84坐标，为现有点的国家或者当地坐标。由转变方程得:（2-2）由二个现有点对应的数值代进上式，解析出4参数。通过坐标转变后，这时的坐标依旧是在国家或当地坐标系中的几何区域，而这里面的高程依旧是大地的高，也就是点位顺着法线指向到参考椭球面的长度。而工程当中我们要求的是正常高，也就是点位顺着铅垂线到接近大地的水准面的长度H正。这二者的差值是高程异常ξ(ξ=H大-H正)。所以，要把大地高H转变成正常高H正，重要技术便是获得精准的高程异常ξ值。一般采取二次曲面函数对高程异常实施曲面整合。关于RTK联测的水准点，整合模型公式是:（2-3）其中:是水准点的平面坐标，也能够是大地坐标；是整合残差。由式子(13)能够看出，采取二次曲面拟合时，一定要有六个水准联测点。当低过六个时那么应去掉二次项拟合系数，也就是采取平面函数整合，整合模型是:（2-4）一般按最小二乘法运算能够得到拟合系数a。得到拟合系数a之后，能够反获得各待求点的高程异常ξ值，进而得到正常高H正。想要增强地心坐标系和地方坐标系数学模型的整合程度，从而增强待测点的准确性，一般需联系测量尽量多的十分准确的现知点。必须重视的是，随着加入计算转变参数的平高点不一致，所求出的参数也会不相同，所以转变点尽可能选在测量区域周围以及核心，平均分布，进而很好的控制测量区域，记住不可从一旁没有约束往另一侧外推。具体而言，平面通常选择2个点就能运算出4参数。不过为了增加精度，最好选择3个往上的点，采取最小二乘法解析参数。而要得出的精准的高程整合参数，那么最少需要联测三个往上的高程点。想要检验参数的真实性和精准性，建议保留几个点不代入运算而起校核之用。三、RTK线路测量应用实例及分析（一）工程概况本次工程选高海拔山地区域送电线路，线路周边道路崎岖、高山危耸，若是用传统的观测手段初始打通转角区域的直线，再进行放样到每个塔位，那么观测所需的操作量比终勘定位时要复杂的很，而且难以保障恢复后的直线和原直线相同。另外，因为此段位于亚热带雨林区域,植物发育十分的茂盛，可视化条件不好，需要利用人工打出一条道路，不仅要给予赔偿费用较多，而且施工时间还特别长，于是此项目确定采取RTK实施定位及其复测。（二）作业方式因为此线路工程原终勘定线过程是采取摄影测量与遥感技术的手段，引用GPS实施的，所有转角点均是由或全站仪具体实际测量获得的，线路两端联系测量了国家管控点，这部分均给采用测量的进行营造了便捷的条件。在进行测量之前，首先要将每个转角点与国家管控点及其有关管控点的坐标与高程输入测量管控器里。如下以J44到J48四个转角段介绍现场工作方式(如下图所示)。J44、J45、J46等各个转角和终勘定线过程的位置相同(也就是转角塔位并未移动)。一个流动站从J44向J45位置测，另一个流动站从J46反向朝J45位置测，把每个设计档距输入TSC1手册中，采取RTK的放线作用，在现场放样各塔位桩，此时每基塔位测定1到2个副桩(Z桩)，以助于测量塔基地形图与工测检测以及施工测量应用。放完线过后，按照航测断面图并归纳当场地貌状况，每个流动站还需校测中线点和边线点以及危险点与风偏断面，关于交叉跨越物与塔位周边的断面点的校测由工测完成。原J47由于设计环境较差需位移到J47，由于J47是在J48-原J47的延长线上，所以，台流动站依旧从J48朝原J47位置测定各塔位，而另一台流动站便需要先贯彻J47，接着再从J47朝J46位置测。（三）测量精度统计及分析（1）测量精度统计想要整理与查验测量成果的精准度状况，可以对部分耐张段或直线段采取全站仪实施了观测，然后把两套成果实施了对比，结果如下表:点号距离比较相对误差高差比较PTK距离(m)全站仪离(m)较差(m)PTK距离(m)全站仪离(m)较差(m)J43-Z31214691651470100-01351/4200-561464-561376-01088Z324-Z32816011701602138-01681/2400-081312-1081207-01105Z344-J472275178227510201761/300059163359134301290J49-J501806130180517201581/310091162791151401113J50-J514193120419316701471/8900-73141573109901316J57-J5840611404062115-01751/54002771500277139401106J58-J5920061002006113-0113128185401154J59-J60761120761135-01151/5100410003177501225J60-J6111891601189175-01151/79001315000131581-01081线路测量标准要求:距离观测的精准度标准是，高差观测的数值精确度标准是米。由此表明，从以上表格当中能够分析，运用放样塔位，重现检测断面图，其精准度整体可以达到送电线路观测数值的精准度标准。（2）RTK测量误差来源分析由表中查看显示，RTK测量还产生相应的误差，其产生原因关键体现在于流动站杆体并未对中、持平所引起的不良误差；基准站在其传播信息过程中出现的误差；观察测量基线的运算误差；所选用的椭球数据以及投影参考面所引起的误差；周边环境条件影响、信号干扰导致的误差；气象原因影响导致的误差。四、RTK的误差特征分析及经验归纳（一）GPS系统与仪器性能导致的误差相同仪器与干扰有关的误差:涵盖天线相位中心变动、多途径误差、信号干扰与气象原因。(1)天线相位中心变动:天线的内部中心与电子相位中心普遍不重合，并且电子中心是变动的，也就是它决定于收入信号的频率和方位角以及高度角。天线中心的变动，能够让点位坐标的误差普遍升到3至5厘米。所以，如果要提高RTK定位精度，一定要实施天线检验矫正，检验方式有实验室中的绝对与野外这两种检验法。(2)多途径误差:多途径误差是RTK定位观测量中最重大的误差。多途径误差决定于天线附近的环境。多途径误差普遍为几厘米，高反射环境下能够高过10厘米。多途径误差能够经过下列方法进行削弱:A、选用地形辽阔、选用没有反射环境的点位当做基准站点。B、使用扼流圈天线。C、采取拥有削弱多途径误差的不同技术的天线。D、基准站周边辅设接受电波的工具。(3)信号干扰:该干扰或许有很多因素，比如无线电发射源、雷达设备、高压线路等，干扰的程度决定于频率、发射站功率与到干扰源的长度。为了清除电磁波幅射副作用，一定要在选点时远离这部分干扰源，脱离无线电发射台应该高出200米，远离高压线应当高出50米。(4)气象原因:飞快运动中的空气流动，或许会造成观测坐标的变动升到10导20厘米。所以，在天气快速变化时不建议实施RTK测量。（二）观测方案导致的误差观测方案会对RTK测量结果的质量与真实性出现重大影响。测量方案的关键内容包含:基准站站点的选用，代入参数转变控制点的选用，坐标系统的确定，收集历元数，测量次数等。选用不一致的控制点解析出的转变参数会有较大的不同，对此所测结果或许与现有坐标有很大的差距。为了得到一个精确度高的转变参数，应当选用尽量多的精度高，可以很好控制全测区的控制点代入计算。保存的坐标不但能够测量一个历元的结果，也能够是多个历元的平均值。就控制测量与各种工程测量来讲，能够取多个历元的平均值来清除偶然噪声。关于全测量实施所有检查的唯一方式是进行独立的重复测量，也就是采取不一样的模糊值。当两次单独测量结果高出限差时，那么或许因为解算模糊值错误，进而造成观测值产生粗差。重复测量检核尽管浪费时间与经费，不过为了增强RTK测量的精准性与真实性，重复测量是必须的也是至关重要的。（三）操作者引起的误差在现实中有数据表明，操作者的标准与经历对结果的精准度与可靠性影响也较大，比如对中误差，观测天线高等所有误差均会影响结果的精度。因此，操作者一定要尽可能垂直拿住测杆，让其处在观测点的铅垂直线上，若是实施控制测量，我希望可以在移动站使用三脚架，基底座对中放平。（四）经验归纳(1)首个观测点应当是控制点或现有坐标点,以检查首个RTK测量值够不够精确。实践显示，起初RTK测量的首个成果检验十分关键，若是轻视了这一步，或许会导致全天的测量结果失败。它能够发现许多问题，比如输送的控制点坐标、坐标体系和设立参数有错，卫星情况不好，太阳黑子出现。(2)首个观测站点若是看不见现有坐标点，那么应当在基准站周围进行观测得出首个固定解结果，采取罗盘仪与距离反算法效验结果精度与可靠性。(3)处理盲点:若是盲点区域到盲的关键因素是信息数据链信号收