载波相位动态实时差分RTK知识培训

1、RTK知识培训 一、GNSS理论部分二、传统RTK以及仪器的操作三、网络RTK以及仪器的操作四、点校正五、重置当地坐标六、RTK精度主要内容 一、GNSS理论部分1 GNSS的现状及未来2 GNSS的特点3 产业构成4 应用行业5 国内外GNSS产品6 卫星定位的发展。 1. GNSS的现状及未来GNSS的含义： GNSS(Global Navigation Satellite System)是全球导航卫星系统的英文缩写，它是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词，是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统。目前可供利用的全球卫星导航系统有美国的GPS和俄罗斯的GLON

2、ASS以及未来欧洲的Galileo。 1. GNSS的现状及未来美国的GPS： GPS是英文Global Positioning System或NAVigation Satellite Timing And Ranging Global Position System的缩写，即全球定位系统，是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成，分布在6个等间距的轨道平面上。采用码分多址体制，每颗卫星的信号频率和调制方式相同，不同卫星的信号靠不同的伪码区分，现有30多颗卫星。 GPS自1973年开始设计、研制，历时20年，于1993年全部建成，GPS系

3、统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成 1. GNSS的现状及未来俄罗斯的GLONASS：GLONASS: GLObal NAvigation Satellite System的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。拥有21颗工作卫星和3颗备用卫星，分布在 3个轨道平面上。因GLONASS 卫星一直处于降效运行状态，现只有8颗卫星能够正常工作。采用频分多址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。 目前有14颗卫星可用。2008年之前将有18颗卫星可用。 1. GNS

4、S的现状及未来欧盟的Galileo：Galileo(伽利略）: 从1994年欧盟已开始对伽利略系统方案实施论证。2000年欧盟已向世界无线电委员会申请并获准建立伽利略系统的L频段的频率资源。2002年3月欧盟15国交通部长一致同意伽利略系统的建设。 该系统由27颗工作卫星和3颗备份卫星组成，卫星采用中等地球轨道，分布在3个轨道面上。预计2012年可投入使用。 1. GNSS的现状及未来中国的北斗：北斗导航系统(COMPASS)，现有 3颗地球同步卫星 快速定位：北斗导航系统可为服务区域内用户提供全天候、高精度、快速实时定位服务 简短通信：北斗系统用户终端具有双向数字报文通信能力，可以一次传送超

5、过100个汉字的信息。 精密授时 ：未来中国的北斗空间段计划由五颗静止轨道卫星和三十颗非静止轨道卫星组成，提供两种服务方式，即开放服务和授权服务。 1. GNSS的现状及未来增强型系统 SBASSBAS ( Satellite Based Augmentation Systems)是利用地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统：EGNOS 欧航空局接收卫星导航系统WASS 美国雷声公司的广域增强系统 MSAS 日本的多功能卫星增强系统 2. GNSS的特点定位精度高观测时间短测站间无须通视 可提供三维坐标 操作简便 全天候作业 功能多、应用广 免费 3. GNSS产业构成 1、军事用途 G

6、PS本身就是军事竞赛的产物。精码保密，主要提供给本国和盟国的军事用户使用；粗码提供给本国民用和全世界使用。2、民用导航 占据了民用领域的绝大部分，一般精度要求不高，5-15米，飞机、轮船、车载定位等领域。3、测绘 要求精度高，早期主要在石油部门使用，现在已在测绘相关行业中广泛普及，成为一种新的测绘方式。4、GIS 现在处于起步阶段，随着数字地球、数字中国的进程，必将成为一个庞大的新兴产业。 4. GNSS的应用行业军事 测绘 林业 农业 地质 电力 水利 交通 环保 气象 地震 石油 通讯 海洋 城建 科研院所 院校 医疗 消防 国土 GPS的应用是受到人的想象力的限制，GPS无所不在 5.

7、国内外GNSS产品 GNSS集成 OEM板卡 Trimble （美国天宝） 天宝 Leica（瑞士莱卡） NovAtel Magellan( 美国麦哲伦） Ashtech TOPCON（日本拓普康） Javad SOKKIA(日本索佳) NavCOM 5. 国内外GNSS产品 苏一光 南方中海达光谱 中纬博飞华测 6. 卫星定位技术的发展 6. 卫星定位技术的发展传统的RTK技术 电台、GPRS/CDMA网络RTK技术 天宝的VRS、Leica的主辅站技术RTK的发展： 二、传统RTK以及仪器的操作1.传统RTK的含义2.RTK的定位原理3.RTK数据链4.电台模式及具体操作5.网络模式及具体

8、操作 1. 传统RTK的含义传统RTK的含义： 常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Real - time kinematic）方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。 2. 传统RTK的工作原理RTK的工作原理 RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收 机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位

9、置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。 2. 传统RTK的工作原理其中： 差分的数据类型有伪距差分、坐标差分（位置差分）和载波相位差分三类。前两类定位误差的相关性，会随基准站与流动站的空间距离的增加而迅速降低。故RTK采用第三类方法RTK的观测模型为 3. 传统RTK的数据链数据链通讯：1 电台模式：UHF(Ultra High Frequency)超高频率，频率300MHz-300KMHz（波长属微波： 波长1M-1MM，空间波，小容量微波中继通信 ）410-430M

10、Hz /450-470MHzVHF(Very High Frequency)甚高频（3MHz30MHz属短波： 波长100M-10M，空间波 ）220-240MHz2. 网络模式：GPRS（General Packet Radio Service）中文是通用分组无线业务，是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务 ；CDMA为码分多址数字无线技术 4. 电台模式及具体操作 电台模式载波相位基准站移动站 4. 电台模式及具体操作 电台模式具体操作三、查看基准站是否已经正常发射查看FDL电台的电台灯是否一秒闪烁一次；查看流动站电台灯是否闪烁，能否差分； 4. 电台模式及具体操作 电台

11、模式具体操作四、流动站的启动：移动站与手簿COM4口蓝牙进行连接；移动站电台灯如果一秒钟闪烁一次表示收到电台信号，在“单点定位”的情况下，直接点“测量” “启动移动站接收机”然后参照基准站的设置，并与其保持一致即可，大约十多秒后就可差分，达到固定解；固定后可进行其他测量了。注意： 在基准站正常发射时，但移动站没有信号，注意频率是否统一，差分格式是否一致 四、点校正1. 各种坐标系统2. 点校正3. 重设当地坐标4. RTK的精度5. 任意架站的优势 主要坐标系统常用的坐标系统WGS84北京54西安80 长半轴637813763782456378140扁率1/298.2572235631/298

12、.3 1/298.257 1各种坐标系统1、1980西安坐标系 开始定义为 “1980国家大地坐标系”。 1982 年，经天文大地网整体平差建立，全网共48433点。 属参心坐标系， IAG-75椭球（IAG国际大地测量学协会），长半轴 a=6378140m; 扁率 =1/298.257，原点在陕西省泾阳县。 椭球定位：1椭球短轴平行于地球地轴（由地球质心指向1968.0JYD方向）；2起始子午面平行于格林威治天文台平均子午面；3椭球面与似大地水准面在我国境内密合得最佳。 1各种坐标系统2、1954年北京坐标系 50年代从前苏联引入（1942年普尔科夫坐标系），未进行整体平差，属参心坐标系,

13、克拉索夫斯基椭球体，长半轴 a=6378245m; 扁率=1/298.3。原点在普尔科夫天文台。 主要缺点： 1长半轴约大了108m ； 2椭球定位西高东低，东部高程异常达67m； 3不同区域接边处大地点坐标差达12m。 1各种坐标系统3、WGS-84大地坐标系 美国国防部研制确定的大地坐标系，Z轴指向BIH（国际时间局）1984.0定义的协议地球极（CTP）方向，X轴指向零子午面与CTP赤道交点，Y轴与X、 Z轴构成右手坐标系。 长半轴 a=6378137m; 扁率 =1/298.257223563。 属地心坐标系，原点在地球质心。 1各种坐标系统4、新1954年北京坐标系（新54系） 属于

14、参心大地坐标系，椭球的几何参数同“54系”。 a=6378245m； =1/ 298.3 大地原点及椭球轴向同“80系”； 高程基准面为1956年黄海平均高程面； 点的坐标与“54系”接近，精度同“80系”。5、独立坐标系（地方坐标系） 为了减少投影变形或满足保密需要，也可使用独立（地方）坐标系，坐标原点一般在测区或城区中部，投影面多为当地平均高程面。 1各种坐标系统高程基准 1、1956年黄海高程系 水准原点设在观象山，采用19501956年7年的验潮结果 计算的黄海平均海水面，推得水准原点高程为72.289m。 2、1985国家高程基准 水准原点同 1956年黄海高程系，采用1952197

15、9年共28年的验潮结果，并顾及了海平面18.6年的周期变化及重力异常改正，计算的黄海平均海水面，推得水准原点高程为72.260m 1各种坐标系统 正常高系统是以似大地水准面为基准的高程系统。某点的正常高是该点到通过该点的铅垂线与似大地水准面的交点之间的距离，正常高用HY ，我国采用似大地水准面。高程系统 在测量中常用的高程系统有大地高系统、正高系统和正常高系统 。 大地高系统是以参考椭球面为基准面的高程系统。某点的大地高是该点到通过该点的参考椭球的法线与参考椭球面的交点间的距离。大地高也称为椭球高，大地高一般用符号H表示。大地高是一个纯几何量，不具有物理意义，同一个点，在不同的基准下，具有不同

16、的大地高。 正高系统是以大地水准面为基准面的高程系统。某点的正高是该点到通过该点的铅垂线与大地水准面的交点之间的距离，正高用符号H。 1各种坐标系大地水准面差距，即大地水准面到参考椭球面的距离，记为 hg hg= H Hg高程异常，即似大地水准面到参考椭球面的距离，记为 = H - HY 2点校正 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。点校正的含义 点校正就是求出WGS-84和当地平面直

17、角坐标系统之间的数学转换关系（转换参数）。 2点校正WGS-84平面坐标系GPS点校正把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 & 垂直平差注：此独立坐标系是以北京54椭球为参考椭球的坐标系统。 2点校正WGS84与当地坐标系(北京54椭球)的转换即参数转换的,具体过程： 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

18、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) 2点校正 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。当地平面坐标 WGS-84 2点校正2. 点校正直接求“四参数+高程拟合”；1. 利用现有参数，如：七参数、三参数 2点校正1. 利用现有参数WGS-84当地3 参数7 参数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

19、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30Km(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。 2点校正七参数1. 利用现有参数常州徐州 2点校正三参数全国北京 2点校正水平 & 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 2点校正水平平差至少2个水平控制点下面以5个点为例= GPS 观测值= 控制点 2点校正旋转 2点校正平移 2点校正比例系数 2点校正校正结果（水平残差）残差校正后的

20、结果包含了校正残差. 为了理解我们校正结果的好坏，我们需要理解这些残差的含义。残差： 校正执行后的格网平面坐标和GPS坐标的差值。 2点校正校正结果（水平残差）残差 残差越小，说明校正的参数越精确-GPS (WGS-84 co-ordinates)和当地平面坐标之间的相对关系越好。 理想的残差应该小于 20mm，残差将被均匀的分布在各个校正点之间。 因此，我们最终坐标的最小精度应该是： 标准RTK 测量的误差加上最大的校正残差。 2点校正垂直平差 = 高程异常 = H - HY HHYHYHYHYHYHHHH似大地水准面斜面或曲面地球表面H 2点校正坐标投影： 椭球参数(长半轴和扁率) 中央子

21、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 2点校正单点校正注意： 在不知道当地坐标系统的旋转，比例因子情况下：单点校正： 1. 精度无法保障 2. 控制范围更无法确定 建议：尽量不要用这种方式。 2点校正两点校正：可求出旋转，比例因子，各残差都为零。点校正水平平差直平差 2点校正两点校正注意： 1可求出选转，比例因子 -从而了解当地坐标系统的大体情况 2. 控制范围与两点的长度有关，注意避免短边控制长边。 3注意比例因子至少在0.9999*至1.0000*之间，超过此数 值，精度容易出问题或者已知点有问题。 4如果控制点高程的精度

22、可以全部参与校正。 5注意旋转的角度，一般都比较小，都在度以下，如果旋转 上百度，就要注意是不是已知点有问题 2点校正三点校正注意：注：三个点做点校正，有水平残参，无垂直残差 2点校正四点校正注意：注：四个点做点校正，即有水平残参，也有垂直残差。 2点校正 1. 尽量避免单点校正,因为坐标系统中存在旋转,如果一定要用单点校正,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，参与校正的高程点建议不要超过2个点（既在校正时，校正方法里不要超

23、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,要分区做校正,不要一个区域十几个点或更多的点全部参与校正； 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。 2点校正线路测量如何去做？ 分段测量，分段校正 2点校正进行-点校正： 点击“测量”“点校正”“增加”，在“网格点名称”里选择一个已知点的当地平面坐标，点击“确定”，然后在“GPS点名称”里选择同一个已知点的经纬度坐标，点击“确定”，最后在“校正方法”里根据需要选择只有水平的校正或者水平和垂直的校正都应用，再点

24、击“确定”即完成一个点的点校正，如果需要继续校正，重复这个步骤即可；所有的校正点都增加完毕以后，点击“计算”，再点击“确定”这样整个点校正的操作就完成了 。 3. 重设当地坐标 在每个测区进行测量和放样的工作有时需要几天甚至更长的时间，为了避免每天都重复进行点校正工作或者每次架在已知点上对中整平比较麻烦，而采取任意架设基准站或者自启动，可以在每天开始测量工作以前先做一下重设当地坐标的工作，进行整体平移 。 3. 重设当地坐标任意架设基准站或自启动时校正模型坐标差为了架设基准站更加方便快捷,或者选择更加合适的地方架站,而采用任意架设设基准站(点此处)或着自启动,就算在同一个位置,基准站坐标正好相

25、差单点定位离散度的差值,一般15米以内;所以重设时,重设此基准站下面的那一个控制点都可以 3. 重设当地坐标重设当地坐标的操作 在“文件”“元素管理器”“点管理器”里找到要被重设的点的名字，选重此点，并点击下方的“细节”，再点击下面的“重置当地坐标” ， 是点击“重置当地坐标”右面的按键，在点管理器里找到此点之前输入真实坐标的，选种并点击“确定”，最后再点一次确定即可 ，并注意检查坐标是否重设上或匹配上 注: 重设当地坐标,只是本基站下面的数据发生变化,其他基站或已知点下面的数据不变,如果同一基站下重设多次,以最后重设的为最终结果. 4. RTK精度 RTK标称精度： 水平为1cm+1ppmD

26、 高程为2cm+1ppmD，其中（D为基站与流动站的距离，单位为km)，随着距 离的增大精度会不断增大） 转换参数： 对于作点校正求出的是：四参数+高程拟合，对于校正点本身的精度，点的分布情 况，以及采用的拟合方式尤为重要，直接关系到成果的可靠性，而点的分布又是重中之重特别是对于高程的影响。 人为误差： 人为的扶杆，对中误差 仪器的稳定性： 接收机定位的稳定性，观测数据的置信度。 5. 任意架站的优势基准站架设方便，可根据情况任意架设，可选择更安全，更方便，更有利的地理位置；基准站可架设在控制点与测区中间，缩小基线距离，提高精度；不用严格对中整平，方便快捷，省时省力；不用量取仪器高，最大限度的

27、提高精度；不用手簿启动，开机即可发射，避免启动的繁琐；分工明确，基站和移动站可直接分开。 五、GPS组成空间部分：卫星星座：由天空的24颗卫星构成。 五、GPS组成美国用来控制卫星的运行。 地面监控部分： 五、GPS组成用户设备部分（接收机）： 用户接收GPS卫星的信号的设备。 美国天宝GPS接收机 国产苏一光SGS328 SGS828 六、GPS的工作原理必要条件GPS的工作原理是：后方交会原理“后方交会”意思是从一个未知点上分别观测几个已知点，然后根据测量出的几个距离计算出未知点坐标的测量方法。 六、GPS的工作原理必要条件1、 首先需要知道卫星的确切位置，卫星轨道位置通过地面控制站监测出

28、来后，以星历的形式发给GPS卫星，在由GPS卫星发送给接收机。 六、GPS的工作原理必要条件2 、其次需要知道GPS卫星到地面GPS接收机的距离。由GPS卫星以无线电广播的形式发出伪距码，接收机收通过接受到的伪距码计算出信号由从发射到接收的时间差。时间差和光速的乘积就是接收机到卫星距离。 六、GPS的工作原理必要条件3、通过对接收机得到3颗以上的卫星的位置和距离信息后，进行后方交会计算，得到接收机的定位位置。（第四颗卫星用于修正时间精度） 七、GPS定位主要误差来源及降低方式主要误差来源分为：时间计算的误差，传播途径的误差，政策导致编码本身的误差 七、GPS定位主要误差来源及降低方式1 消除时

29、间的误差是：通过GPS卫星的原子钟技术将时间计算到非常高的精度，并通过接收机接收第4颗卫星的冗余观测量改正了接收机因为时钟不准带来的时间误差。原子钟是利用放射性元素的原子运行周期非常稳定的特性制作出的时钟，我国通过与多个国家进行科技合作，成功研发出铯原子喷泉钟，使我国时间频率基准的精度从30万年不差1秒提高到600万年不差1秒，而世界上目前最先进的原子钟已经提高到1亿年误差1秒的精度，未来将研制出来的光学原子钟更是预期能达到1000亿年误差1秒的超高精度。 铯原子钟 铷原子钟 七、GPS定位主要误差来源及降低方式2 消除传播途径中带来的误差主要有：通过双频误差改正的方式将光在不同状态的大气层中

30、传播速度变化修正，通过接收机算法消除多路径效应误差。不同状态的大气层导致光传播速度误差。复杂的地面构造物导致传播信号多次反射带来多路径效应 七、GPS定位主要误差来源及降低方式3 美国的SA政策将卫星定位编码精度限制在单点定位精度100米，这个政策已经在2000年被美国总统克林顿取消。目前的单点定位精度在5米。 八、差分GPS的定位原理及单个GPS与差分GPS的精度对比1、差分GPS是指多台接收机在一个范围不大的区域内同时接收卫星信号，由于这些接收机相距不远，所以这些设备都能通过对相同的几颗卫星的同步观测定位，且处于相似的大气条件下，这样我们将这几台接收机的误差视为完全相同。 八、差分GPS的

31、定位原理及单个GPS与差分GPS的精度对比2、由于这些接收机的误差被视为等同，所以他们的相对位置通过计算相对可靠，如果有偏移误差，那么这些接收机就偏移相同的方向和距离，如果旋转，那么他们就都围绕同一个远点旋转相同的角度，不论怎么偏差，他们之间的相对位置关系非常可靠。 八、差分GPS的定位原理及单个GPS与差分GPS的精度对比3 、将这些接收机中的一台或者多台架设在已知点上作为固定点，那么其他的接收机的相对固定点位置和已知点的坐标位置进行差分计算后就能得到相对精确的定位位置，这样其他的接收机就通过差分定位得到了高精度的坐标位置。定位精度: 单点定位GPS（5米） DGPS（0.45米） RTK（

32、1厘米） 九、更先进的广域差分技术即使数据链的作用距离可以无限远，受到差分原理的约束，流动站离基准站越远，改正的效果越差，流动站也不能离基准站太远，否则大气条件和共同可视卫星将会有很大的不同，差分将失效。在一个大范围内得到稳定的改正数呢？人们发展了许多技术，在这里我们说两种，一种是“基于卫星的增强系统（SBAS）”，一种是“虚拟基准站（VRS）”。 九、更先进的广域差分技术 1、 基于卫星的增强系统 Satellite-Based Augmentation System (SBAS)。 这种系统一般由针对某个区域的静地卫星组成，这些卫星对GPS作补充，提高了GPS的精度和可靠性。目前有多个这种系统存在，比如：广域增强系(WAAS), 欧洲静地卫星导航重叠系统 (EGNOS), 日本的MSAS卫星增强系统 (MSAS)，中国的北斗系统。因为这类技术对定位精度提高有限（单点精度从5米提高到1米），但是不需要架设差分基准站，使得这种技术往往应用与导航型GPS的精度提高，常用于飞行器导航，野外考察导航。支持SBAS的天宝手持GIS设备 支持SBAS的麦哲伦手持GIS设备 九、更先进的广域差分技术 2、 VRS（VirtualReferenceStation 虚拟参考站）。 由于单独一个基站的种种不便（区域小、精度随着与基站距离的增加