测图控制测量GPSRTK概述doc

1、Principle and Methods of Digital MappingGPS-RTKGPS-RTK概述概述3 载波相位差分法载波相位差分法 差分法差分法:修正法修正法: 将基准站采集的载波相位发送将基准站采集的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标。给用户，进行求差解算坐标。 将基准站的载波相位修正值发将基准站的载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的送给用户，改正用户接收到的载波相位，再解求坐标。载波相位，再解求坐标。 RTK（Real-Time-Kinematic）：实时载波相位差分）：实时载波相位差分准准RTK 真正的真正的RTK技术技术 4在流动站通过无线电接收基准站发射的信

2、息，将载波相位观测值实时进行差分处理，得到基准站和流动站坐标差X，Y，Z；坐标差加上基准站坐标得到流动站每个点WGS84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个点的平面坐标x,y和海拔高h，称作GPS RTK定位过程。 、 ) 5精度：10mm + 1ppmD适用范围：开阔地区控制网加密、工程点定位、碎部测量、剖面测量、地籍测量、线路测量、地形点测量。测量边长不宜超过15公里（单基线）、或根据精度要求而定。 基准站电站 流动站 P1 RTKGPS准动态定位模式常称为常称为Kinematic或或Stop and Go6常规RTK动态定位技术只设置一个参考站，并通过数据通信技术接收广播星历改正数的

3、RTK测量技术。网络RTK(Network RTK)7参考站（一个）、数据通讯链和用户流动站流动站（用户）（用户）基准站基准站数据通讯链数据通讯链8参考站（Reference Station） 在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别在一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星，其它接收机在这些测站的一定范围内流动作业，这些固定测站称为参考站，也称基准站。参考站点位选择参考站点位选择1.视野开阔，周围无高度超过视野开阔，周围无高度超过10度的障碍物；度的障碍物； 2.周围无信号反射物，以减少多路径干扰；周围无信号反射物，以减少多路径干扰； 3.地面稳固，易于点的保存；地面稳固，易于点的保存；4.远

4、离微波塔、电视发射塔、雷达电视，手机信号发射天线等；远离微波塔、电视发射塔、雷达电视，手机信号发射天线等；大型电磁辐射源大型电磁辐射源200米外，要远离高压输电线路、通讯线路米外，要远离高压输电线路、通讯线路50米外。米外。9数据链 RTK系统中参考站和流动站的GPS接收机通过数据链进行通信联系。因此参考站与流动站系统都设有数据链。组成组成信号调制器信号调制器 信号发射器信号发射器 发射天线发射天线电源电源发射发射天线天线10流动站（Roving Station） 流动站是在参考站的一定范围内流动作业，并实时提供三维坐标的接收机。手薄托架手薄托架Viva手薄手薄Viva接收机接收机Viva接收

5、机接收机11内容内容配置要求配置要求参考站参考站1.双频RTK GPS接收机；2.双频天线和天线电缆；3.基准站数据链电台套件；4.基准站控制件（计算机控制、显示和参数设置等）；5.脚架、基座和连接器；6.仪器运输箱。流动站流动站1.RTK GPS接收机；2.双频GPS天线和天线电缆；3.流动站数据链电台套件；4.手持计算机控制或数据采集器；5.手簿托架；6.2米流动杆；流动站背包；7.仪器运输箱。数据链数据链1.调制解调器；2.电台；3.发射天线。12内容内容精度指标精度指标RTK定位精度定位精度平面精度：10mm+1ppm高程精度：20mm+1ppmRTK作用距离作用距离标称：30km一般

6、：20-30km信标地区实时DGPS定位精度1m，DGPS作业距离50km13内容内容物理性能物理性能电源电源标准12V，功耗低体积体积体积要求小，重量轻工作条件工作条件工作温度范围大、并防水、防尘、防晒、防震软件软件功能强大的处理软件冷启动冷启动60秒热启动热启动10秒再捕获再捕获1秒存储器容量存储器容量内存和PC卡都有，容量要求大定位数据更新速率定位数据更新速率10次/秒数据输出格式数据输出格式RTCM-SC104、NMEA0183两种格式14 三、三、RTK作业流程作业流程 作业流程作业流程:架设配置参考站架设配置参考站架设和配置流动站架设和配置流动站流动站初始化流动站初始化定义坐标系定

7、义坐标系RTK定位精度定位精度151.参考站系统设置参考站系统设置参考站的点位选取原则参考站的点位选取原则 参考站GPS接收机天线与卫星之间应无或少有遮挡物，也即截止高度角应超过15 参考站GPS接收机最好安置在开阔的地方 周围无信号反射物（大面积水域、大型建筑物等） 并要尽量避开交通要道、过往行人的干扰。16参考站的点位选取原则参考站的点位选取原则 用电台进行数据传输时，参考站宜选择在测区相对较高的位置，以方便播发差分改正信号 用移动通信进行数据传输时，参考站必须选择在测区有移动通信接收信号的位置 参考站要远离微波塔、电视发射塔、雷达电视，手机信号发射天线等大型电磁辐射源200米外 要远离高

8、压输电线路、通讯线路50米外 基准站做好选在地势相对高的地方以利于电台的作用距离 地面稳固，易于点的保存。17参考站不允许下列操作：(1) 关机又重新启动；(2) 进行自测试；(3) 改变卫星截止高度角或仪器高度值、测站名等；(4) 改变天线位置；(5) 关闭文件或删除文件等。182.RTK流动站初始化流动站初始化 初始化（OnTheFly）是接收机在定位前确定整周未知数的过程。这一初始化过程也被称做RTK初始化、整周模糊度解算、OTF（OnTheFly）初始化等。测量点的类型测量点的类型 ： 单点解（Single）、差分解（DGPS）、浮点解（Float）和固定解（Fixed） 比率比率 ：

9、 接收机确定每颗卫星与GPS天线相位中心之间的波长整数 RMS是均方根是均方根 ： 表示点的测量精度 19 定义坐标系就是求出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。定义坐标系的含义定义坐标系的含义3.定义坐标系定义坐标系20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点点坐标

10、系转换坐标系转换WGS-84平面坐标系平面坐标系注注：此独立坐标系是以北京54椭球为参考椭球的坐标系统。21 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：BursaWolf(布尔莎模型)七参数、简化三参数、 Molodensky 3 （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与当地坐标系与当地坐标系(北京北京54椭球椭球)

11、的转换即参数转换的的转换即参数转换的,具体过程：具体过程：22 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 232. 定义坐标系定义坐标系直接求直接求“七参数七参数”1. 利用现有参数，如：七参数、三参数利用现有参数，如：七参数、三参数 24WGS-84当地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30

12、Km(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.利用现有参数利用现有参数251.利用现有参数利用现有参数七参数七参数26坐标投影：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= 3n 6度带 L中 = 6n-3 当地自定义中央子午线27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 28一、水平平差一、水平平差至少2个水平控制点下面以5个点为例= GPS

13、 观测值观测值= 控制点控制点29旋转30平移31比例系数32转换后的结果包含了转换残差. 为了理解我们坐标转换结果的好坏，我们需要理解这些残差的含义。残差残差残差：残差： 转换执行后的格网平面坐标和GPS坐标的差值。转换结果（水平残差）33残差越小，说明转换的参数越精确残差越小，说明转换的参数越精确-GPS (WGS-84 co-ordinates)和和当地平面坐标之间的相对关系越好。当地平面坐标之间的相对关系越好。理想的残差应该小于理想的残差应该小于 20mm，残差将被均匀的分布在各个公共点之残差将被均匀的分布在各个公共点之间。间。因此，我们最终坐标的最小精度应该是：因此，我们最终坐标的最

14、小精度应该是： 标准标准RTK 测量的误差加上测量的误差加上最大的转换残差。最大的转换残差。残差残差转换结果（水平残差）34二、垂直平差二、垂直平差35二、垂直平差二、垂直平差椭球面椭球面似大地水准面似大地水准面地球表面地球表面HHY斜面或曲面斜面或曲面HHYHHYHHYHHY = H - HY = 高程异常高程异常36HYHH地球表面地球表面似大地水准面似大地水准面椭球面椭球面 = H - Hg HHYHY斜面或曲面斜面或曲面二、垂直平差二、垂直平差37二、垂直平差二、垂直平差 高程处理的介绍；高程处理的介绍； 从理论上而言，平面坐标从理论上而言，平面坐标XY使用四使用四参数是最精确的方法，

15、高程使用高程拟合是最精确的方法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。拟合的方法转换高程是精度最好的方法。 381、加权均值法、加权均值法2、多项式曲线拟合、多项式曲线拟合3、多项式曲面拟合、多项式曲面拟合4、多面函数曲面拟合、多面函数曲面拟合5、线性移动拟合法、线性移动拟合法6、神经网络法、神经网络法 高程拟合计算的方法：高程拟合计算的方法：其中其中GPS 水准利用水准利用多项式曲面拟合法多项式曲面拟合法应用最广。应用最广。391单点的高程异常与

16、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) = a 0 + a 1 x + a 2 y + a 3 x2 + a 4 xy + a 5 y2 + 对于每个已知点， 在最小二乘准则条件下，解出各a i , 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。= f ( x，y) + 40H 似大地水准面似大地水准面斜面或曲面

17、残差残差垂直平差（校正残差）垂直平差（校正残差）4142n 一步法一步法n 经典三维经典三维43这种转换方法的进行是通过将高程与点位分开进行转换。平面点位转换平面点位转换，先将WGS84地心坐标投影到临时的横轴墨卡托投影，然后通过平移，旋转和比例变换使之与计算的真正的投影相符合。高程转换高程转换则采用简单的一维高程拟合。44平面点的数量平面点的数量计算的转换参数计算的转换参数1只有X和Y平移量的经典 2D2有X和Y平移量，绕Z轴旋转量和比例因子的经典 2D2有X和Y平移量，绕Z轴旋转量，比例因子和残差的经典 2D 高程点的数量高程点的数量高程转换方式高程转换方式0无高程转换1高程按常数插值拟合

18、2由两个高程点推算的平均改正数进行拟合3通过三个高程点进行平面拟合3平均平面拟合具有平面点位的点的数量以及利用它们可计算的平面转换参数的组合如下：45优点优点:这种方法的优点是利用较少的信息即可计算出转换参数。不需要已知地方椭球和地图投影模型就可以利用最少的点计算出转换参数。值得注意的是当使用一个或两个地方点计算参数时，作为计算的转换参数仅对于点的附近区域是有效的。缺点缺点:这种转换方法的缺点与内插法一样，转换的区域限制在10km*10km以内(使用4个公共点)。46经典3D转换方法使用严格3D经典方法产生转换参数。该方法基本操作步骤是使用GPS测量点(WGS84 椭球)的直角坐标，并将这些坐

19、标与地方坐标的直角坐标相比较。通过这种方法，计算出用来将坐标从一个系统转换到另一个系统的7个转换参数(3个平移参数，3个旋转参数，和1个比例因子)。经典 3D 转换方法允许选择两个不同的转换模型: 布尔沙-沃尔夫 模型或 Molodensky-Badekas 模型。对于经典 3D 转换方法，至少有3个点已知地方坐标和WGS84坐标系统。可以仅用3个公共点来计算转换参数，但使用4个点可得到更多的多余观测值而且可以计算残差。47优点：优点：用这种方法计算转换参数的优点在于能够保持GPS测量的精度，只要地方坐标足够精密(包括高程)，能适用任何区域能适用任何区域。缺点：缺点：这种方法的缺点是地方格网坐

20、标，地方椭球和地图投影必须已知。另外如果地方坐标不精确，使用GPS测量的新点一旦经过转换，将与现有的地方坐标系统不附合。为了获得精确的椭球高，必须已知该测量点上的大地水准面差距。通过大地水准面模型可以确定这些因素，许多国家无法获得精确的大地水准面模型。请参考大地水准面模型。48转换点的选取转换点的选取 1. 尽量避免单点转换,因为坐标系统中存在旋转,如果一定要用单点转换,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，参与转换的高程点建议不要超过2个点（既在转换时，转换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,要分区做转换,不要一个区域十几个点或更多的点全部参与转换； 6注意所有残差，不要超过2厘米以上，否则检查控制点是否有误。49只有水平只有垂直水平和垂直线路测量如何去做？分段测量，分段转换50进行进行-转换转换： 点击“开始测量”“测量+”“定义坐标系”，在“地方坐标点项目”