测量与放样资料

测量与放样资料第1页/共41页2023/4/162项目2学习型任务该项目反映了GPS-RTK技术在控制测量、地形测量及工程放样中的应用。它涉及的工作任务直接体现在测绘企业中的重要岗位和部门。本教学项目由5个学习任务组成。任务5GPS-RTK参考站与流动站架设任务6GPS-RTK作业准备任务7GPS-RTK控制测量任务8GPS-RTK地形测量任务9GPS-RTK工程放样第2页/共41页2023/4/163项目2

GPS-RTK测量与放样1差分GPS2RTK的定位原理【重点】

3RTK的类型4RTK系统的基本配置【重点】

5RTK定位的精度与可靠性【难点】6RTK测量的质量控制【难点】1差分GPS第3页/共41页2023/4/1641差分GPS差分GPS：DifferenceGlobalPo-sitioningSystem，缩写为DGPS。差分GPS技术可以完全消除用户接收机共有的卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差，部分消除用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差，定位精度大大提高。成为RTK技术产生的祭奠。差分GPS是在正常的GPS信号外附加修正信号，此修正信号即为差分信号。第4页/共41页2023/4/1651差分GPS根据时效性可将差分GPS定位分为实时差分和事后差分。根据观测值类型分为伪距差分和载波相位差分。根据工作原理和差分模型分为局域差分和广域差分。根据差分GPS参考站发送的信息方式将分为位置差分、伪距差分和载波相位差分。第5页/共41页2023/4/1661差分GPS（1）位置差分原理位置差分是由参考站利用数据链将其坐标差作为改正数发送出去，由用户接收，并且对其解算的用户坐标进行改正。经改正后的用户坐标能消去参考站和用户的共同误差。位置差分的计算方法简单，适用于各种型号的接收机。但位置差分要求用户和参考站接收机同时观测同一组卫星，只适用于100km以内。第6页/共41页2023/4/1671差分GPS（2）伪距差分原理伪距差分是目前用途最广的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。伪距差分利用参考站的伪距改正数，传送给用户来修正伪距观测量，从而消减公共误差的影响，以求得比较精确的用户位置坐标。伪距差分时，只需要参考站提供所有卫星的伪距改正数，而用户接收机观测任意4颗卫星就可以完成定位。但伪距差分的基线长度也不宜过长。第7页/共41页2023/4/1681差分GPS（3）载波相位差分原理载波相位差分又称RTK技术，通过对两测站的载波相位观测值进行实时处理，可以实时提供厘米级精度的三维坐标。载波相位差分是由参考站通过数据链实时地将其载波相位观测量及参考站坐标信息一同发送到用户，并与用户的载波相位观测量进行差分处理，适时地给出用户的精确坐标。第8页/共41页2023/4/169项目2

GPS-RTK测量与放样1差分GPS2RTK的定位原理【重点】

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5RTK定位的精度与可靠性【难点】6RTK测量的质量控制【难点】2

RTK的定位原理【重点】第9页/共41页2023/4/16102RTK的定位原理【重点】RTK（RealTimeKinematic）即GPS实时载波相位差分，是一种将GPS与数传技术相结合，实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法，经实时解算进行数据处理，在1~2秒的时间里得到高精度位置信息的技术。载波相位差分GPS的方法分为两类：修正法和差分法。第10页/共41页2023/4/16112RTK的定位原理【重点】

RTK是这样定位的：在参考站上安置一台GPS接收机，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站或移动站）上，参考站和流动站同时接收同一时间相同GPS卫星发射的信号。参考站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值，将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传递给共视卫星的流动站。流动站通过无线电接收参考站发射的信息，将载波相位观测值实时进行差分处理。第11页/共41页2023/4/16122RTK的定位原理【重点】RTK常用的定位方式是准动态定位。故称为Kinematic或StopandGo。RTK的观测模型为：参考站发给流动站的信息主要有：参考站的WGS-84坐标、利用L1或L2载波通过载波相位测量得出的伪距ρ′、载波相位观测值中的整周计数INT（φ）和不足一周的相位Fr（φ）。第12页/共41页2023/4/1613项目2

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5RTK定位的精度与可靠性【难点】6RTK测量的质量控制【难点】3RTK的类型第13页/共41页2023/4/16143RTK的类型3.1单参考站RTK单参考站RTK又称为单基站RTK。只设置一个参考站，通过数据通信技术接收广播星历改正数的RTK测量技术。单参考站RTK所用的数据通信核心是数据链发射电台及其配件。有时GPS生产厂商又将这种类型的RTK称为电台模式的RTK。第14页/共41页2023/4/16153.1单参考站RTK单参考站RTK技术是目前广泛使用的测量技术之一，但它的应用受到电离层延迟和对流层延迟的影响，使原始数据产生了系统误差并导致以下缺点：用户需要架设本地参考站，设备复杂。定位误差随距离的增长而增加。流动站和参考站的工作距离受到限制。可靠性随距离增大而降低。电台信号容易受干扰电源供给以电瓶为主，携带不便。第15页/共41页2023/4/16163RTK的类型3.2多参考站RTK多参考站RTK技术也称网络RTK技术。在一定区域内建立多个参考站，对该地区构成网状覆盖，并进行连续跟踪观测，通过这些站点组成卫星定位观测值的网络解算，获取覆盖该地区和该时间段的RTK改正参数，用于该区域内RTK测量用户进行实时RTK改正的定位方式。目前国际上网络RTK的应用代表有VRS技术、FKP技术、MAC技术和CBI技术。第16页/共41页2023/4/16173.2多参考站RTK（1）VRS技术VRS技术是德国Terrasat公司于1999年推出，经过几年的提高完善已形成实用化、商品化的技术和软件系统，后为美国天宝（Trimble）公司所用。VRS技术分别估计电离层、对流层模型，并对观测值进行修正，每邻近的3个参考站产生一组区域改正参数，结合用户站反馈的定位信息生成一个虚拟参考站，作业模式为双向数据通信，用户无需添加额外设备。第17页/共41页2023/4/16183.2多参考站RTK（2）FKP技术FKP技术由德国Geo++公司推出。该技术采用整体的网络解，对数据用卡尔曼滤波进行非差处理。整个网络仅生成一组区域改正参数，并通过扩展协议发给流动站。FKP技术只需要单向数据传输链路，但用户需要增加相关设备以进行扩展协议的变换。第18页/共41页2023/4/16193.2多参考站RTK（3）MAC技术

MAC技术是由徕卡测量系统公司与Geo++公司一起推出。它的基本要求就是将参考站的相位距离化为一个公共的整周未知数水平。如果相对于某一卫星与接收机而言，相位距离的整周未知数就被消除了。此时，就可以说两个参考站具有一个公共的整周未知数水平。网络处理软件的主要任务就是将网络中所有参考站相位距离的整周未知数归算到一个公共的水平。主辅站技术既能进行双向数据通讯，又能进行单向数据通讯。第19页/共41页2023/4/16203.2多参考站RTK（4）CBI技术

CBI由武汉大学GPS中心于2002年推出该技术利用卫星定位误差的相关性计算参考站上的综合误差，并内插出用户站的综合误差。在电离层变化较大的时间段和区域内，应用此项技术较有优势。CBI技术也是既能进行双向数据通讯，又能进行单向数据通讯。第20页/共41页2023/4/1621项目2

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5RTK定位的精度与可靠性【难点】6RTK测量的质量控制【难点】4

RTK系统的基本配置【重点】第21页/共41页2023/4/16224RTK系统的基本配置【重点】RTK系统的基本配置包括参考站、流动站和数据链三个部分。参考站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自参考站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。GPS-RTK作业能否顺利，关键问题是数据链的稳定性和作用距离是否满足要求。它和电数据链本身的性能、发射天线的类型、参考站的选址、设备的架设、周围环境中无线电的干扰情况等有直接关系。第22页/共41页2023/4/16234.1参考站（ReferenceStation）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GPS接收机：能够接收并通过串口发射参考站观测的伪距和载波相位观测值。电源系统：GPS接收机和数据链可使用同一电源，或采用双电源电池供电。参考站数据链及天线：将参考站观测的伪距和载波相位观测值发射出去。第23页/共41页2023/4/16项目2基础知识24Trimble4800GPS—RTK参考站配置图4.1参考站（ReferenceStation）第24页/共41页2023/4/16项目2基础知识254.1参考站（ReferenceStation）华测X-90GPS—RTK参考站配置图第25页/共41页2023/4/16264.1参考站（ReferenceStation）参考站数据链及天线单参考站RTK的参考站电台一般为外置的独立电台，其设置要求如下：功率要求：有5瓦、25瓦、35瓦几种可供选择的频率。电池供电要足，电瓶选择12V/60A或12V/120A为宜，可保证一定的工作时间。先安装、连接天线，天线尽可能升高。电台频率设置为本地比较少用的一种，要向本地无线电管理委员会咨询或申请。第26页/共41页2023/4/16274.2流动站（RovingStation）流动站GPS接收机（RoverStation）能够观测伪距和载波相位观测值；通过串口接收参考站的坐标、伪距、载波相位观测值；能够差分处理参考站和流动站的载波相位观测值。流动站数据链及天线能够接收参考站观测的伪距和载波相位观测值、参考站坐标。手持数据采集器或称为测量手簿，含各种实用软件。第27页/共41页2023/4/16284.3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。数据链由调制解调器和电台组成。调制解调器将改正数进行编码和调制，然后输入到电台上发射出去。用户台将其接收下来，将数据解调后，送入GPS接收机进行改正。电台是将参考站调制后的数据变成强大的电磁波辐射出去，能在作用范围内提供足够的信号强度，使流动站接收机能可靠地接收。第28页/共41页2023/4/1629项目2

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5RTK定位的精度与可靠性【难点】6RTK测量的质量控制【难点】5RTK定位的精度与可靠性【难点】第29页/共41页2023/4/16305RTK定位的精度与可靠性【难点】不同类型的GPS接收机RTK定位都有各自的出厂精度，可据此估算RTK定位的精度。如华测X90的GPS-RTK定位的水平精度为10mm+1·D，垂直精度为20mm+1·D，其中D为参考站GPS接收机至流动站GPS接收机的水平距离，以km为单位。为保证流动站的测量精度和可靠性，应在整个测区选择高精度的控制点进行坐标转换。RTK定位测量的精度与测区内已知控制点的等级、个数和分布情况有关。第30页/共41页2023/4/16315RTK定位的精度与可靠性【难点】（1）测区内仅有一个已知控制点的情况定位测量时，仅已知点上的精度最高，以本点为圆心，离此点越远，精度越低。理论上讲，在半径为10km的范围内，可达到2~5cm左右精度。坐标转换的方法是WGS-84和其它坐标相减而得ΔX、ΔY、ΔZ坐标平移量，再利用此平移量实现坐标转换。第31页/共41页2023/4/16325RTK定位的精度与可靠性【难点】（2）测区附近有两个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）定位测量时，仅两已知控制点和两点的连线上的精度最高，越远离此直线则精度越低。（3）测区附近有三个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）定位测量时，仅三已知控制点和三角形内部的精度最高，越远离此三角形则精度越低。（4）测区附近有四个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）定位测量时，若四个已知点均匀分布在测区四周，仅四个已知控制点和四边形内部的精度最高，越远离四边形则精度越低。工作区工作区第32页/共41页2023/4/1633项目2

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5RTK定位的精度与可靠性【难点】6RTK测量的质量控制【难点】6

RTK测量的质量控制【难点】第33页/共41页2023/4/16346RTK测量的质量控制【难点】6.1影响RTK测量的因素（1）GPS系统的局限性RTK的作业需要避免一些不利因素的影响，而造成这些影响的主要原因是源于整个GPS系统的局限性。（2）RTK数据链的局限性RTK作业的另一个不利因素来源于RTK传输数据链本身。RTK数据链的工作与周围的电磁环境以及作用距离都有较大关系。第34页/共41页2023/4/1635在参考站架设时应当选择较好的已知点点位，用户注意使观测站位置具有以下条件：在10度截止高度角以上的空间不应有障碍物。邻近不应有强电磁辐射源。参考站最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。6RTK测量的质量控制【难点】第35页/共41页2023/4/16366.2导致RTK测量发生粗差的原因（1）初始化错误发生原因：未能正确确定模糊度。产生后果：导致所有观测结果发生较大偏差。（2）模糊度未保持错误发生原因：未正确探测或修复参考站及流动站载波相位数据中的周跳。产生后果：导致保持失败后的所有观测成果发生较大偏差。第36页/共41页2023/4/16376.3RTK质量控制的方法（1）快速静态比较法这种方法是在进行RTK观测的同时，对某些RTK点再做一次快速静态观测，事后对这些点的RTK成果和快速静态成果进行比较分析，从而检查RTK成果是否有质量问题。采用这种方法作快速静态时，需要流动站和参考站约定好同