GPS RTK 在數(shù)字地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用

1、gps rtk 在數(shù)字地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用gps rtk surveying and mapping in the digital topographic map of the application摘 要全球定位系統(tǒng)gps全面建成和發(fā)展，使導(dǎo)航和測(cè)繪行業(yè)發(fā)生了一場(chǎng)重大深刻技術(shù)革命。gps測(cè)量技術(shù)用于生產(chǎn)作業(yè)，其作業(yè)模式從靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)測(cè)量、后處理高精度動(dòng)態(tài)測(cè)量、發(fā)展到動(dòng)態(tài)初始化（otf）厘米級(jí)實(shí)時(shí)rtk測(cè)量作業(yè)。rtk技術(shù)是gps定位技術(shù)的一個(gè)新的里程碑，它不僅具有g(shù)ps技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn)，而且可以實(shí)時(shí)獲得觀測(cè)結(jié)果及精度，大大地提高了作業(yè)效率，并開拓了gps新的應(yīng)用領(lǐng)域，給測(cè)繪工作者帶來了極大

2、的方便。本文介紹了gps rtk的發(fā)展歷史、發(fā)展前景以及工作原理，并對(duì)徠卡gps rtk在測(cè)量中的工作模式、數(shù)據(jù)鏈的結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點(diǎn)、作業(yè)步驟、點(diǎn)校正方法以及影響rtk成果精度因素等方面進(jìn)行了討論,同時(shí)進(jìn)一步討論了gps rtk在數(shù)字地形圖測(cè)繪應(yīng)用中的控制測(cè)量、碎部測(cè)量等方面的應(yīng)用。用雙基站比較法進(jìn)行精度分析研究出減小誤差提高精度的方法.最后,通過具體工程實(shí)例證實(shí)了gps rtk技術(shù)能大大提高工作效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、成果質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞:gps rtk；圖根控制測(cè)量；數(shù)字測(cè)圖；原理；精度分析abstractthe global positioning system gps comprehe

3、nsively completes with thedevelopment, caused the navigation and the mapping profession has had a significant profound technological revolution. the gps survey technology uses in to produce the work, its work pattern from the static survey, the fast static survey, the post-processing high accuracy d

4、ynamic survey, develops to the dynamic initialization (otf) the centimeter level real-time rtk survey work. the rtk technology is a gps localization technology new milestone, it not only has the gps technology all merits, moreover may real-time obtain the observation result and the precision, greatl

5、y enhanced the work efficiency, and has developed the gps new application domain, for surveyed and drew the worker to bring enormous convenient. this article introduced gps rtk the development history, the prospects for development as well as the principle of work, and to leica frequency gps rtk in

6、the survey working pattern, the data chain structure, the technical characteristic, gps rtk the work step, and so on rtk achievement precision factor has carried on the discussion, simultaneously further discussed gps rtkin the application of digital terrain mapping of the control survey and so on t

7、he aspect application . compared with two-base precision analysis method developed to reduce the error to improve the accuracy of the method proved gps through the concrete project example rtk the technology to be able greatly to enhance the working efficiency, to reduce the labor intensity, the ach

8、ievement quality is reliable and so on the merit. key word: gps rtk; mapping control survey; lay out; digital mapping; principle; accuracy analysis 目 錄摘要iabstractii第1章 緒論11.1論文的目的和意義11.2論文相關(guān)的研究現(xiàn)狀21.3論文的主要內(nèi)容2第2章 rtk測(cè)圖原理32.1全球定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)32.1.1 gps全球定位系統(tǒng)32.1.2glonass全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)32.1.3伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)42.1.4北斗衛(wèi)星

9、導(dǎo)航定位系統(tǒng)52.1.5準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)qzss52.1.6量子定位系統(tǒng)qps52.2 gps測(cè)量原理62.2.1 gps衛(wèi)星定位的基本原理62.2.2載波相位測(cè)量62.2.3 rtk測(cè)量工作原理72.3 rtk測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成82.4 rtk點(diǎn)校正方法92.5本章小結(jié)11第3章 gps rtk在數(shù)字地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用133.1 gps rtk技術(shù)的作業(yè)流程及作業(yè)過程中應(yīng)注意的問題133.1.1gps rtk技術(shù)的作業(yè)流程133.1.2 gps rtk技術(shù)作業(yè)過程中應(yīng)注意的問題153.2gps rtk在數(shù)字化地形測(cè)量中的應(yīng)用163.2.1 gps rtk在圖根控制測(cè)量中的應(yīng)用173.2.2 gps

10、 rtk在地形測(cè)量碎部數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用183.3本章小結(jié)19第4章 gps rtk在數(shù)字地形圖測(cè)繪中的精度分析204.1雙基站數(shù)據(jù)精度分析204.2 gps rtk成果精度分析204.2.1影響gps rtk精度因素204.2.2提高gps rtk精度方法214.3 gps rtk技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)224.3.1 rtk技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)224.3.2 rtk技術(shù)的缺點(diǎn)234.4提高gps rtk作業(yè)效率的方法244.5本章小結(jié)24結(jié)論25參考文獻(xiàn)26致謝27附錄28第1章緒 論1.1論文的目的和意義我國(guó)有著廣闊的國(guó)土，蘊(yùn)藏著礦山、水利、農(nóng)業(yè)以及旅游等各種豐富的自然資源。所有的這些資源在規(guī)劃和開發(fā)以及利用的

11、各個(gè)過程中，都需要利用地形圖來進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工以及后期運(yùn)營(yíng)管理。而隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提高，城市建設(shè)步伐的加快，工業(yè)技術(shù)的發(fā)展、環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)、依法加強(qiáng)土地的合理利用等，也都需要利用地形圖來為之服務(wù)。各種比例尺的地形圖和專題地圖是測(cè)繪行業(yè)的主要產(chǎn)品。在一些專業(yè)的測(cè)繪隊(duì)伍中，地形測(cè)量的任務(wù)甚至可能占到每年的測(cè)量總?cè)蝿?wù)量的80%以上。因此，地形測(cè)量是測(cè)量工程中非常重要的一門學(xué)科。但是，利用傳統(tǒng)地形測(cè)量的手段和方法來測(cè)繪地形圖的效率往往難以滿足現(xiàn)在用戶的要求。不少測(cè)繪單位為加快進(jìn)度只好采用人海戰(zhàn)術(shù)，又造成了測(cè)圖成本的增加，使測(cè)繪單位的利潤(rùn)降低。近幾年，地理信息系統(tǒng)(geographic inf

12、ormation system，gis)作為集地球科學(xué)、信息科學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的高新技術(shù)，為有關(guān)空間數(shù)據(jù)管理、空間信息分析及傳播的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，己經(jīng)廣泛應(yīng)用在土地利用、資源管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市與區(qū)域規(guī)劃等眾多領(lǐng)域，成為社會(huì)可持續(xù)發(fā)展比較有效的輔助決策支持工具。隨著gis技術(shù)的不斷發(fā)展，在給測(cè)量行業(yè)提供了廣闊空間的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)量技術(shù)的要求也在不斷的加強(qiáng)，對(duì)測(cè)繪產(chǎn)品的質(zhì)量和效率的要求也在不斷如何提高。而地形測(cè)量為gis提供了空間位置信息，因此如何提高測(cè)圖的質(zhì)量和效率成了測(cè)量研究人員和測(cè)繪工作者的研究課題。在傳統(tǒng)的地形測(cè)量中，采用的主要方法有:大平板儀測(cè)圖法、經(jīng)緯儀配合小平板儀測(cè)圖法、航測(cè)成圖法等

13、。大平板儀測(cè)圖法和經(jīng)緯儀配合小平板儀測(cè)圖法又稱為白紙測(cè)圖，主要是利用相似圖形原理，將視線投影到平板上，然后在投影到平板上的視線上將距離按比例縮繪在圖紙上。在外業(yè)成圖后，內(nèi)業(yè)要進(jìn)行清繪、整飾、出版。這兩種方法比較直觀，但工序較多，且不能適應(yīng)現(xiàn)在數(shù)字化的要求。航測(cè)成圖在大面積地形測(cè)量中應(yīng)用比較廣泛，主要是利用航空攝影獲得的影像照片，在進(jìn)行外業(yè)像片控制和外業(yè)像片調(diào)繪后，在內(nèi)業(yè)利用調(diào)繪后的像片進(jìn)行繪圖。此種方法外業(yè)任務(wù)量相對(duì)較小，但作業(yè)周期較長(zhǎng)(經(jīng)常是第一年進(jìn)行航空攝影，第二年進(jìn)行野外控制測(cè)量，第三年進(jìn)行調(diào)繪成圖)、航攝時(shí)受季節(jié)和天氣的影響較大，且在大比例尺測(cè)量中由于遮擋等原因而使精度難以保證。因此此

14、法比較適合國(guó)家基本圖的繪制。gps( global positioning system 全球定位系統(tǒng))是美國(guó)建立的以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能。能為用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。gps rtk( rea1time kinematic實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài))測(cè)量技術(shù)，是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分gps測(cè)量技術(shù)。主要是利用在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)gps接收機(jī)，對(duì)所有可見gps衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)的觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)地發(fā)送給動(dòng)態(tài)站。在動(dòng)態(tài)站，接收機(jī)在接收到gps信號(hào)的同時(shí)，通過無線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸來的觀測(cè)改

15、正數(shù)據(jù)，再根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示出動(dòng)態(tài)站的三維坐標(biāo)10。rtk技術(shù)以其快捷、方便、靈活的特點(diǎn)，已廣泛地應(yīng)用在工程測(cè)量的各個(gè)方面。如:常規(guī)控制測(cè)量、工程規(guī)劃勘測(cè)、線路放樣等領(lǐng)域。如果利用rtk技術(shù)測(cè)量地形圖，甚至不需要控制測(cè)量，只需要一個(gè)人拿著接收機(jī)在待測(cè)碎部點(diǎn)上待上1硯秒鐘，利用有線或無線技術(shù)將該點(diǎn)的信息直接傳輸?shù)綆в芯庉嫻δ艿碾娮邮直』螂娮悠桨迳系?，利用編輯功能在野外直接將地形圖繪制出來。由于采用gps rtk技術(shù)，所以在測(cè)量點(diǎn)位時(shí)不要求點(diǎn)與點(diǎn)之間的通視，只需點(diǎn)的上空有一定角度的空間，一個(gè)人操作，就可完成測(cè)圖工作，并且能夠即測(cè)即顯，測(cè)量結(jié)束地形圖也就基本完成.因此此項(xiàng)技術(shù)可以極

16、大地提高測(cè)圖的工作效率。1.2論文相關(guān)的研究現(xiàn)狀目前,數(shù)字化測(cè)圖主要通過全站儀配合便攜計(jì)算機(jī)或電子手簿,野外采集數(shù)據(jù),最后利用專業(yè)測(cè)圖軟件編輯成圖。這種方法要求在測(cè)站上測(cè)定各個(gè)地物地貌的碎部點(diǎn),即要求碎部點(diǎn)必須與測(cè)站點(diǎn)通視。隨著gps技術(shù)的出現(xiàn)及其rtk定位技術(shù)的廣泛應(yīng)用,采用gps rtk定位技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化測(cè)圖可以很好地彌補(bǔ)測(cè)站點(diǎn)控制范圍的局限性，而且大大提高了測(cè)圖效率和精度,取得了良好效果。1.3論文的主要內(nèi)容1、按rtk技術(shù)在測(cè)量中的工作模式，數(shù)據(jù)鏈的結(jié)構(gòu)，技術(shù)特點(diǎn)，用雙基站比較法，對(duì)rtk成果精度影響因素等方面進(jìn)行精度分析。2、通過gps rtk 觀測(cè)獲取原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析

17、，研究減小誤差的方法。3、gps rtk在數(shù)字地形圖測(cè)繪中的應(yīng)用、坐標(biāo)換算及校正方法的研究。第2章rtk測(cè)圖原理2.1全球定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)2.1.1 gps全球定位系統(tǒng)gps全球定位系統(tǒng)是1973年美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)建立的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能。能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。整個(gè)gps系統(tǒng)包括三大部分:空間部分、地面控制部分和用戶設(shè)備部分。空間部分即gps衛(wèi)星星座部分由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成gps星座。衛(wèi)星軌道面?zhèn)€數(shù)為6個(gè)，衛(wèi)星高度為20200km，軌道傾角為55度，衛(wèi)

18、星運(yùn)行周期為11h58m，載波頻率為1575.4zmhz和1227.60mhz。衛(wèi)星通過天頂時(shí)，衛(wèi)星可見時(shí)間為5小時(shí)，在地球表面上任何地點(diǎn)任何時(shí)刻，在高度角15度以上，平均可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星，最多可達(dá)9顆衛(wèi)星。地面控制部分由一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。主控站的任務(wù)是收集、處理本站和監(jiān)測(cè)站收到的全部資料，編算出每顆衛(wèi)星的星歷和gps時(shí)間系統(tǒng)，將預(yù)測(cè)的衛(wèi)星星歷、鐘差、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及大氣傳播改正編制成導(dǎo)航電文傳送到注入站。還負(fù)責(zé)糾正衛(wèi)星的軌道偏離，必要時(shí)調(diào)度衛(wèi)星，讓備用衛(wèi)星取代失效的衛(wèi)星工作;監(jiān)測(cè)整個(gè)地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作;檢驗(yàn)注入站給衛(wèi)星的導(dǎo)航電文;監(jiān)測(cè)衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)送給了用戶。注入

19、站的任務(wù)是將主動(dòng)站發(fā)來的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器.監(jiān)測(cè)站主要是為主控站提供衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù)。用戶部分即gps信號(hào)接收機(jī)，通過捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的gps信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出gps信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出gps衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。2.1.2glonass全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)glonass全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)是前蘇聯(lián)從80年代初開始建設(shè)的與美國(guó)gps系統(tǒng)相類似的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，蘇聯(lián)解體后由俄羅斯負(fù)責(zé)管理。也由衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測(cè)控制站和用戶設(shè)備三部分組成。glon

20、ass系統(tǒng)的衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，均勻分布在3個(gè)近圓形的軌道平面上，每個(gè)軌道面8顆衛(wèi)星，軌道高度19100km，運(yùn)行周期11h15，軌道傾角64.8o。與美國(guó)的gps系統(tǒng)不同的是glonass系統(tǒng)采用頻分多址(fdma)方式，根據(jù)載波頻率來區(qū)分不同衛(wèi)星(gps是碼分多址(cdma)，根據(jù)調(diào)制碼來區(qū)分衛(wèi)星)。每顆glonass衛(wèi)星發(fā)播的兩種載波的頻率分別為l1=1.602+0.5625k(mhz)和l2=1.246+0.4375k(mhz)，其中k=1-24為每顆衛(wèi)星的頻率編號(hào).glonass衛(wèi)星的載波上也調(diào)制了兩種偽隨機(jī)噪聲碼:s碼和p碼。俄羅斯對(duì)glonass系統(tǒng)采用了軍民合用、不加密的

21、開放政策。glonass系統(tǒng)的主要用途是導(dǎo)航定位，與gps系統(tǒng)一樣，也可以廣泛應(yīng)用于各種等級(jí)和種類的測(cè)量應(yīng)用、gis應(yīng)用和時(shí)頻應(yīng)用等。2.1.3伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)系統(tǒng)由歐盟委員會(huì)(european colmmisino)和歐洲空間(ellropeanpsaceagency，esa)1999年初共同發(fā)起并組織實(shí)施的歐洲民用衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃，旨在建立歐洲自主、獨(dú)立的民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)預(yù)計(jì)將于2010年底建成。目前中國(guó)、以色列、印度、以色列、摩洛哥、沙特阿拉伯、烏克蘭等國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)在該項(xiàng)目上簽署了合作協(xié)議參與到了這個(gè)計(jì)劃中，還有多個(gè)國(guó)家正在與歐盟及歐洲航天局就加入該計(jì)劃進(jìn)行磋商。伽利

22、略系統(tǒng)由全球設(shè)施、區(qū)域設(shè)施、局域設(shè)施和用戶及服務(wù)中心5部分組成。全球設(shè)施部分由空間段和地面段組成。空間段的30顆衛(wèi)星均勻分布在3個(gè)中高度圓形地球軌道上，軌道高度為23616km，軌道傾角56，軌道升交點(diǎn)在赤道上相隔120，衛(wèi)星運(yùn)行周期為14h，每個(gè)軌道面上有1顆備用衛(wèi)星。地面段由完好性監(jiān)控系統(tǒng)、軌道測(cè)控系統(tǒng)、時(shí)間同步系統(tǒng)和系統(tǒng)管理中心組成。伽利略系統(tǒng)的地面段主要由2個(gè)位于歐洲的伽利略控制中心(gcc)和29個(gè)分布于全球的伽利略傳感器站(gss) 組成，另外還有分布于全球的5個(gè)s波段上行站和10個(gè)c波段上行站，用于控制中心與衛(wèi)星之間的數(shù)據(jù)交換?？刂浦行呐c傳感器站之間通過冗余通信網(wǎng)絡(luò)相連。全球地面

23、部分還提供與服務(wù)中心的接口、增值商業(yè)服務(wù)以及與“科斯帕斯-薩爾薩特”(cospas-sarsat)的地面部分一起提供搜救服務(wù)。區(qū)域設(shè)施由監(jiān)測(cè)臺(tái)提供區(qū)域完好性數(shù)據(jù)，由完好性上行數(shù)據(jù)鏈直接或經(jīng)全球設(shè)施地面部分，連同搜救服務(wù)商提供的數(shù)據(jù)，上行傳送到衛(wèi)星。全球最多可設(shè)8個(gè)區(qū)域性地面設(shè)施。歐洲靜地導(dǎo)航重疊業(yè)務(wù)(egnos)系統(tǒng)通過地球靜止衛(wèi)星播發(fā)gps和glonass的完好性信息與差分校正量。局域設(shè)施采用增強(qiáng)措施可以滿足這些要求。除了提供差分校正量與完好性報(bào)警外(1s)，局域設(shè)施還能提供下列各項(xiàng)服務(wù)：商業(yè)數(shù)據(jù)(差分校正量、地圖和數(shù)據(jù)庫(kù)):附加導(dǎo)航信息(偽衛(wèi)星);在接收gsm和umts基站計(jì)算位置信號(hào)不良

24、的地區(qū)(如地下停車場(chǎng)和車庫(kù))，增強(qiáng)定位數(shù)據(jù)信號(hào)；移動(dòng)通信信道。用戶部分即接收機(jī)是伽利略系統(tǒng)中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。根據(jù)市場(chǎng)的需求，有各種不同類型的接收機(jī)利用伽利略系統(tǒng)的各種信號(hào)實(shí)現(xiàn)不同的服務(wù)。伽利略接收機(jī)還應(yīng)有外部輔助系統(tǒng)(gps、glonass和羅蘭等)接口，可組成綜合服務(wù)。服務(wù)中心提供伽利略系統(tǒng)用戶與增值服務(wù)供應(yīng)商(包括局域增值服務(wù)商)之間的接口。根據(jù)各種導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)的需要，服務(wù)中心能提供下列信息:性能保證信息或數(shù)據(jù)登錄;保險(xiǎn)、債務(wù)、法律和訴訟業(yè)務(wù)管理;合格證和許可證信息管理;商貿(mào)中介;支持開發(fā)應(yīng)用與介紹研發(fā)方法。2.1.4北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)2000年,北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)兩穎衛(wèi)星成功發(fā)射，

25、標(biāo)志著我國(guó)擁有了自己的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。這對(duì)于滿足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)防建設(shè)的需要，促進(jìn)我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位事業(yè)的發(fā)展，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)采用主動(dòng)式定位原理，用戶設(shè)備既接收來自兩顆北斗衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)，又要向衛(wèi)星發(fā)送該信號(hào)，進(jìn)而由地面中心站解算出各個(gè)用戶的所在點(diǎn)位，并用通訊方式告知用戶所測(cè)得的坐標(biāo)值。北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)服務(wù)區(qū)域主要為中國(guó)及周邊國(guó)家和地區(qū)，它可以在服務(wù)區(qū)域內(nèi)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，為用戶確定其所在的地理經(jīng)緯度信息，并提供雙向短報(bào)文通信和精密授時(shí)服務(wù)。北斗系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于船舶運(yùn)輸、公路交通、鐵路運(yùn)輸、海上作業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)、水文測(cè)報(bào)、森林防火、環(huán)境監(jiān)測(cè)等眾多行業(yè)，以及

26、軍隊(duì)、公安、海關(guān)等其他有特殊指揮調(diào)度要求的單位。但目前由于該系統(tǒng)只有兩顆衛(wèi)星。因此精度不能滿足大地測(cè)量和工程測(cè)量等的需要，因此在測(cè)量界目前對(duì)此系統(tǒng)應(yīng)用很少。2007年2月3日。中國(guó)成功發(fā)射了第四顆北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星。在北斗導(dǎo)航試驗(yàn)衛(wèi)星的基礎(chǔ)上，中國(guó)將逐步對(duì)系統(tǒng)組網(wǎng)，逐步擴(kuò)展為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng).正在建設(shè)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)空間段由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。隨著系統(tǒng)的建立，將在測(cè)繪中得到廣闊的應(yīng)用。2.1.5準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)qzss 此系統(tǒng)是日本經(jīng)濟(jì)團(tuán)體聯(lián)合會(huì)、政府綜合科學(xué)技術(shù)會(huì)議準(zhǔn)備開發(fā)的“準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)”,為新一代移動(dòng)通信、廣播電視、衛(wèi)星定位

27、、信息服務(wù)提供支持，由3顆衛(wèi)星組成，和gps并用，運(yùn)行在距地面約3.6萬km的圓形軌道上。預(yù)計(jì)2008年建成并投入使用。3顆衛(wèi)星各自有不同的軌道，并且這3條軌道都與地球赤道所在平面成45o的夾角。2.1.6量子定位系統(tǒng)qps在上述的幾種傳統(tǒng)定位過程中使用的方法都是通過在空間傳遞電磁脈沖，從而確定抵達(dá)預(yù)定地點(diǎn)的時(shí)間以及返回信號(hào)的時(shí)間。由于光速是不變的，這種處理過程可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離不同預(yù)定地點(diǎn)在時(shí)間上的同步，進(jìn)而計(jì)算出相關(guān)目標(biāo)的精準(zhǔn)位置.但這種方法的局限在于其準(zhǔn)確性會(huì)因功率和帶寬的變化而受到一定程度的影響。目前正在研究的qps可以克服上述的局限。該系統(tǒng)利用量子力學(xué)中的“量子脈沖異象”，可以極大提高脈沖

28、到達(dá)時(shí)間的測(cè)定精確度。qps與gps相比具有下列的優(yōu)勢(shì):1、能夠提高定位精度;2、具備密碼保密措施，并可有效對(duì)付諸如竊聽之類的侵入行為;3、利用量子力學(xué)理論使系統(tǒng)比傳統(tǒng)通信系統(tǒng)更加敏感，從而最終使系統(tǒng)的功能得到加強(qiáng)。目前該系統(tǒng)的研究仍處在早期段,mit(massachusetts instituet of technology)的研究小組已完成了qps技術(shù)的初步演示。2.2 gps測(cè)量原理 2.2.1 gps衛(wèi)星定位的基本原理gps接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收三顆以上的gps衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量出測(cè)量點(diǎn)至三顆以上gps衛(wèi)星的距離并解算出該時(shí)刻gps衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會(huì)法解算出測(cè)站點(diǎn)的位置。利

29、用gps接收機(jī)接收到的測(cè)距碼進(jìn)行定位的方法稱為偽距測(cè)量定位:利用接收機(jī)接收到的載波相位進(jìn)行定位的方法稱為載波相位測(cè)量定位。由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于測(cè)距碼的波長(zhǎng)，若接收機(jī)對(duì)碼相位及載波相位的觀測(cè)精度均取至0.1周，則c/a碼及載波l1所相應(yīng)的距離誤差分別為2.93m和1.9mm。因此，利用碼相位的偽距測(cè)量進(jìn)行定位時(shí)精度較低，一般只是用在單點(diǎn)絕對(duì)定位測(cè)量中。而載波相位測(cè)量由于精度高，因此是目前大地型gps接收機(jī)測(cè)量中通常采用的測(cè)量方法。利用載波相位測(cè)量還能用于進(jìn)行相對(duì)定位。將兩臺(tái)gps接收機(jī)分別安置在兩個(gè)不同的點(diǎn)上，同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星載波信號(hào)，利用載波相位的差分觀測(cè)量，可以消除或削弱多種誤差的影響，獲得兩

30、點(diǎn)間的高精度的gps基線向量。但載波信號(hào)是一種周期性的正弦信號(hào)，而相位測(cè)量又只能測(cè)定其不足一個(gè)波長(zhǎng)的部分，因而存在著整周數(shù)不確定性的問題，使解算過程較為復(fù)雜。2.2.2載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量就是觀測(cè)gps接收機(jī)接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本地參考信號(hào)的相位差。以jk(tx)(在本文中，以上標(biāo)j表示衛(wèi)星的標(biāo)號(hào)，以下標(biāo)k表示gps接收機(jī)的標(biāo)號(hào))表示k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻tk時(shí)所接收到的j衛(wèi)星載波信號(hào)的相位值，jk(tx)表示k接收機(jī)在鐘面時(shí)刻tk時(shí)所產(chǎn)生的本地參考信號(hào)的相位值，則k接收機(jī)在接收機(jī)鐘面時(shí)刻tk時(shí)觀測(cè)j衛(wèi)星所取得的相位觀測(cè)量可寫為:jk(tx)= jk(tx)- k(tx) （2.1

31、）通常的相位或相位差測(cè)量只能準(zhǔn)確測(cè)出一周以內(nèi)的相位值。而整周數(shù)卻不能準(zhǔn)確確定。但只要接收機(jī)在接收到衛(wèi)星信號(hào)后不失鎖，則各歷元的整周數(shù)之差卻是正確的。因此在實(shí)際測(cè)量中，如果對(duì)整周進(jìn)行計(jì)數(shù)，則自某一初始取樣時(shí)刻(t0)以后就可以取得連續(xù)的相位測(cè)量值。設(shè)在初始時(shí)刻t0測(cè)得的小于一周的相位差為0，其整周數(shù)為叫n0j，此時(shí)包含整周數(shù)的相位觀測(cè)值為:jk(t0)= 0 + n0j=jk(t0) 一k(t0)十n0j （2.2）接收機(jī)繼續(xù)跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，不斷測(cè)定小于一周的相位差 (t)，并利用整波計(jì)數(shù)器記錄從to到ti時(shí)間內(nèi)的整周變化量int()，只要衛(wèi)星sj從to到ti之間衛(wèi)星信號(hào)沒有中斷，則初始時(shí)刻整周模

32、糊度n0j就為一常數(shù)，那么，任意時(shí)刻ti衛(wèi)星到k接收機(jī)的相位差為:jk(tt)= jk(tt)- k(tt)+n0j+ int() （2.3）設(shè)在gps標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間t時(shí)刻衛(wèi)星sj播發(fā)的載波相位為j(t)，經(jīng)過傳播延遲kj(t)后為k接收機(jī)接收。并考慮接收機(jī)鐘面時(shí)與gps標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的鐘差，則有: kj(tk)= (t) （2.4）t= tk+tk-kj(t) （2.5）式中 tk 是接收機(jī)鐘差。將 2.5 式代入2.4中，可得:kj(tk)= j(tk+tk-kj(t) （2.6）將2.6式代入2.1式，并考慮到tk時(shí)的整周數(shù)nkj，可得接收機(jī)k在其鐘面時(shí)刻tk時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星sj所取得的相位觀測(cè)量: jk(

33、tk) =j(tk+tk-kj(t)- k(tk)+nkj （2.7）式中,nkj可以認(rèn)為是第一次觀測(cè)時(shí)刻相位差的整周數(shù)。將2.7式中的參數(shù)t改化為統(tǒng)一的接收機(jī)鐘面時(shí)刻tk，由2.5式得: kj(t)=kj(tk+tk-kj(t)=（jk(tk+tk-kj(t)） （2.8）將kj(t)和j項(xiàng)在tk處展開，取至(1/c)2項(xiàng)，并考慮電離層和1(tk)和對(duì)流層和2(tk)的影響，且忽略對(duì)距離影響很小的項(xiàng)，則可得:jk(tk)=kj(tk)+ftk-(fjk(tk)-k(tk)+nkj+(f1(tk)+(f2tk) （2.9）上式即為側(cè)量載波相位的公式。2.2.3 rtk測(cè)量工作原理差分gps定位

34、技術(shù)是將一臺(tái)gps接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上，基準(zhǔn)站的點(diǎn)位坐標(biāo)己經(jīng)精密測(cè)定，基準(zhǔn)站的gps接收機(jī)通過接收gps信號(hào)計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將這一改正數(shù)發(fā)送到移動(dòng)站，移動(dòng)站在接收到gps衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站發(fā)送過來的改正數(shù)，利用該改正數(shù)對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高了定位的精度。該技術(shù)能在野外實(shí)時(shí)得到點(diǎn)位厘米級(jí)精度的三維坐標(biāo)，是gps應(yīng)用上的重大發(fā)展，極大的提高了各種控制測(cè)量、地形測(cè)量、地籍測(cè)量、施工放樣等測(cè)量工作的效率。單站差分按基準(zhǔn)站發(fā)送信息的方式分為位置差分、偽距差分和載波相位差分三種，工作原理基本相同。位置差分主要利用基準(zhǔn)站的己知坐標(biāo)和接收機(jī)測(cè)出的坐標(biāo)計(jì)算出坐

35、標(biāo)改正數(shù)，基準(zhǔn)站通過電臺(tái)將此改正數(shù)發(fā)送出去，移動(dòng)站接收機(jī)在接收到gps衛(wèi)星信號(hào)解算出的坐標(biāo)上加上基準(zhǔn)站發(fā)送過來的改正數(shù)，這樣就得到了消去基準(zhǔn)站與移動(dòng)站共同誤差的移動(dòng)站的坐標(biāo)。此種方法計(jì)算簡(jiǎn)單，但要求基準(zhǔn)站和移動(dòng)站必須是同一組衛(wèi)星。偽距差分定位是將在基準(zhǔn)站上測(cè)出的各衛(wèi)星的坐標(biāo)和基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)，計(jì)算出至每顆衛(wèi)星的真正距離，再根據(jù)測(cè)出的偽距，計(jì)算出真正距離和偽距的差值，將此差值發(fā)送給移動(dòng)站，移動(dòng)站在測(cè)出的偽距上根據(jù)基準(zhǔn)站發(fā)出的相應(yīng)的衛(wèi)星的偽距改正數(shù)進(jìn)行改正。位置差分和偽距差分通常只能滿足米級(jí)定位精度。要達(dá)到厘米級(jí)的定位精度，必須采用載波相位差分定位技術(shù)。rtk (real time kinemat

36、ic)也稱為載波相位差分技術(shù)，是建立在gps全球定位系統(tǒng)之上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)。使用差分定位技術(shù)，可以實(shí)時(shí)的得到移動(dòng)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)，定位精度達(dá)到厘米級(jí)。載波相位差分方法分為兩類:修正法、差分法。修正法是將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的載波相位，再解求出坐標(biāo)。修正法是一種準(zhǔn)rtk技術(shù)。差分法是將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。按下式進(jìn)行計(jì)算改正：r0j+(np0j-n0j)+(npj-nj)+ pj-0j=+d （2.10）其中, r0j為移動(dòng)站到衛(wèi)星的真正距離，np0j表示移動(dòng)站接收機(jī)起始相位模糊度, n0j 為基準(zhǔn)站接收機(jī)起始相位模糊度，npj為移動(dòng)站接

37、收機(jī)起始?xì)v元至觀測(cè)歷元相位整周數(shù)，nj為基準(zhǔn)站接收機(jī)起始?xì)v元至觀測(cè)歷元相位整周數(shù)。pj為移動(dòng)站接收機(jī)測(cè)量相位的小數(shù)部分，0j叫為基準(zhǔn)站接收機(jī)測(cè)量相位的小數(shù)部分，d為同一觀測(cè)歷元各項(xiàng)殘差。xj、yj、zj為衛(wèi)星的地心坐標(biāo)，xp、yp、zp為移動(dòng)站的點(diǎn)位坐標(biāo)。在差分定位中，最關(guān)鍵的是求起始相位模糊度。求解的主要方法有:刪除法、模糊度函數(shù)法、fara法(快速靜態(tài)定位法)、消去法等。利用差分定位技術(shù)，能完全消除接收機(jī)之間的公有的誤差，如:衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差，能消除部分的傳播延遲誤差，如:電離層誤差、對(duì)流層誤差等，從而提高了點(diǎn)位的定位精度。2.3 rtk測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成rtk測(cè)量系統(tǒng)主要由gps接收設(shè)備

38、、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)構(gòu)成,如圖2.1所示：圖2.1 gps rtk組成(1) gps 接收設(shè)備在基準(zhǔn)站和用戶站上，分別設(shè)置雙頻gps接收機(jī)。由于雙頻觀測(cè)值不僅精度高，而且有利于快速準(zhǔn)確地解算整周未知數(shù)。當(dāng)基準(zhǔn)站為多用戶服務(wù)時(shí)，其接收機(jī)的采樣率應(yīng)與用戶接收機(jī)采用率最高的相一致。(2)數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備也稱數(shù)據(jù)鏈，由基準(zhǔn)站的無線電發(fā)射臺(tái)與用戶站的接收機(jī)組成，其頻率和功率的選擇主要取決于用戶站與基準(zhǔn)站的距離、環(huán)境質(zhì)量、數(shù)據(jù)的傳輸速度。(3)軟件系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的軟件系統(tǒng)的質(zhì)量和功能，對(duì)于保障實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的可行 性、測(cè)量結(jié)果的可靠性和精確性，具有決定性意義。這種軟件系統(tǒng)突出的功能是 能夠

39、快速解算整周未知數(shù)，能選擇快速靜態(tài)、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)、和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)等作業(yè)模式,實(shí)時(shí)完成對(duì)解算結(jié)果的質(zhì)量分析和評(píng)價(jià)。2.4rtk點(diǎn)校正方法常規(guī)的gps測(cè)量方法，如靜態(tài)測(cè)量、快速靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量等，都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的定位精度，而gps rtk法由于采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度。在gps rtk作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，同時(shí)采集gps觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理給出定位結(jié)果，歷時(shí)不到一秒鐘。因此，gps rtk方法的應(yīng)用，極大地提高了工程放樣、地形(籍)測(cè)圖及

40、某些控制測(cè)量的作業(yè)效率。由于在實(shí)際測(cè)量工程中往往是采用地方(局部)坐標(biāo)系統(tǒng)，而gps定位是直接得到點(diǎn)位在wgs-84中的坐標(biāo)和高程，故進(jìn)行 gps rtk測(cè)量時(shí)需要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換或點(diǎn)位校正。對(duì)gps rtk的三種常規(guī)校正方法(單點(diǎn)校正，多點(diǎn)校正和參數(shù)校正)的精度進(jìn)行試驗(yàn)研究，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其校正精度進(jìn)行對(duì)比分析，并探討影響校正精度的主要因素。1、gps rtk點(diǎn)校正理論gps點(diǎn)校正是建立 gps接收機(jī)采集的wgs-84數(shù)據(jù)與地方控制位置之間的關(guān)系(表達(dá)為海平面上的地方地圖格網(wǎng))，采用一系列的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換定義此關(guān)系。gps點(diǎn)校正功能允許進(jìn)行g(shù)ps和校正所用地方控制點(diǎn)的匹配(gps坐標(biāo)必須從gps點(diǎn)和觀

41、測(cè)值得到，格網(wǎng)點(diǎn)必須從格網(wǎng)點(diǎn)和地面觀測(cè)值得到)。本次實(shí)驗(yàn)采用 徠卡軟件進(jìn)行計(jì)算，按最小二乘法進(jìn)行數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，并可在任何時(shí)間進(jìn)行重新校正。將wgs-84位置轉(zhuǎn)換到格網(wǎng)坐標(biāo)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換是:（1）基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換即從 wgs-84緯度、經(jīng)度和橢球高度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到相對(duì)于地方測(cè)圖格網(wǎng)橢球的緯度、經(jīng)度和橢球高度坐標(biāo)。（2）地圖投影地圖投影是從地方橢球緯度和經(jīng)度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到地方測(cè)圖格網(wǎng)的北向和東向坐標(biāo)(此過程中高度值改變)到wgs-84高度的大地水準(zhǔn)面模型，得到海水面上的近似高程。進(jìn)行轉(zhuǎn)換后的格網(wǎng)坐標(biāo)的平面平差，以符合地方控制數(shù)據(jù)。將地方橢球高或由大地水準(zhǔn)面得到的高程轉(zhuǎn)換為地方海水面控制高程的高度平差。數(shù)據(jù)庫(kù)中的所

42、有g(shù)ps點(diǎn)都用校正參數(shù)更新，產(chǎn)生更精確的地方格網(wǎng)坐標(biāo)值。將新的坐標(biāo)系統(tǒng)定義(包括校正參數(shù))保存為一個(gè)站點(diǎn)，供同一地區(qū)今后項(xiàng)目使用，確定項(xiàng)目區(qū)域被校正中使用的點(diǎn)封閉起來。如果工程坐標(biāo)系統(tǒng)定義使用大地水準(zhǔn)面模型獲得點(diǎn)高程則高程直接由內(nèi)插到大地水準(zhǔn)面模型格網(wǎng)wgs-84高度確定。但是，也可以將高度平差應(yīng)用到大地水準(zhǔn)面模型產(chǎn)生的高程頂端，允許大規(guī)模大地水準(zhǔn)面模型不能考慮到的小型局部變化。 gps向量的精度(實(shí)時(shí)或事后)受基準(zhǔn)站坐標(biāo)精度的影響?；鶞?zhǔn)站坐標(biāo)每 l0m的誤差產(chǎn)生的向量精度誤差可達(dá)百萬分之一(1ppm)。例如，當(dāng)基本wgs-84參考點(diǎn)誤差為 l00m、基線長(zhǎng)為2km時(shí)，產(chǎn)生的gps向量誤差可大

43、到2mm。本次實(shí)驗(yàn)所用的硬件設(shè)備主要是基準(zhǔn)站和動(dòng)站接收機(jī)，其中基準(zhǔn)站由三腳架，徠卡的gps天線和基座、接收主機(jī)、無線電發(fā)射臺(tái)、電臺(tái)天線、測(cè)量手簿、連接電纜以及各儀器的供電系統(tǒng)組成;流動(dòng)站由gps天線流動(dòng)站對(duì)中桿、gps接收機(jī)、接收電臺(tái)、電臺(tái)線、測(cè)量手簿、連接電纜等組成。數(shù)據(jù)處理采用軟件系統(tǒng)是與徠卡相配套的gps數(shù)處理軟件。2、點(diǎn)校正方法(1) 單點(diǎn)校正單點(diǎn)校正方法的高程校正精度要大大低于平面坐標(biāo)的校正精度，而兩個(gè)平面坐標(biāo)方向的校正精度也很不均勻，北坐標(biāo)的校正精度要大大低于東坐標(biāo)的校正精度。(2) 多點(diǎn)校正多點(diǎn)校正方法的高程校正精度也大大低于平面坐標(biāo)的校正精度，兩個(gè)平面坐標(biāo)方向的校正精度仍不均勻

44、，北坐標(biāo)的校正精度要大大低于東坐標(biāo)的校正精度。(3) 參數(shù)校正經(jīng)過參數(shù)校正的坐標(biāo)和高程的精度相對(duì)較高且其精度較均勻，多點(diǎn)校正的精度及其均勻性次之，單點(diǎn)校正的精度及其均勻性均較差。主要原因是單點(diǎn)校正過程中僅考慮平移的3個(gè)參數(shù)，不考慮旋轉(zhuǎn)參數(shù)及比例因子，而參數(shù)校正是通過7個(gè)參數(shù)進(jìn)行，其效果是所有點(diǎn)都進(jìn)行了校正，有其整體性，所以其校正的效果較好。3、結(jié)論gps rtk的三種常規(guī)校正方法(單點(diǎn)校正、多點(diǎn)校正、參數(shù)校正)的對(duì)比分析，可提出如下幾點(diǎn)看法，供實(shí)際工作參考。（1）參數(shù)校正的坐標(biāo)和高程的精度相對(duì)較高且其精度較均勻，多點(diǎn)校正的精度及其均勻性次之，單點(diǎn)校正的精度及其均勻性均較差。單點(diǎn)校正精度低的主要

45、原因是在校正過程中僅考慮平移的3個(gè)參數(shù)，不考慮旋轉(zhuǎn)參數(shù)及比例因子。（2）在單點(diǎn)校正過程中，檢校點(diǎn)離基準(zhǔn)站距離較近時(shí)，檢校結(jié)果(坐標(biāo)和高程)與其已知值的差值較小。隨著檢校點(diǎn)離基準(zhǔn)站距離拉大，檢校結(jié)果與已知值的差值較大。（3）由于參數(shù)校正方法的基礎(chǔ)是測(cè)區(qū)控制網(wǎng)，測(cè)區(qū)控制網(wǎng)的布設(shè)一般覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，因此，該校正方法具有很好的整體性，其校正精度優(yōu)于單點(diǎn)校正和多點(diǎn)校正方法。（4）三種常規(guī)校正方法的平面坐標(biāo)校正精度相對(duì)較高，而高程的校正精度較低。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果，平面坐標(biāo)的校正精度將近厘米級(jí)，高程的校正精度為分米級(jí)。2.5本章小結(jié)本章主要介紹了rtk測(cè)圖原理，全球定位技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)、gps測(cè)量原理包括

46、gps衛(wèi)星定位的基本原理即gps接收機(jī)在某一時(shí)刻同時(shí)接收三顆以上的gps衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量出測(cè)量點(diǎn)至三顆以上gps衛(wèi)星的距離并解算出該時(shí)刻gps衛(wèi)星的空間坐標(biāo)，據(jù)此利用距離交會(huì)法解算出測(cè)站點(diǎn)的位置。載波相位測(cè)量就是觀測(cè)gps接收機(jī)接收的衛(wèi)星載波信號(hào)與接收機(jī)本地參考信號(hào)的相位差。并且推倒出公式。還有rtk測(cè)量工作原理即利用差分定位技術(shù)，能完全消除接收機(jī)之間的公有的誤差，從而提高了點(diǎn)位的定位精度。從介紹儀器的發(fā)展過程中可以看出gps發(fā)展的速度是非?？斓?，在儀器的原理和使用方面可以了解到gps rtk的使用非常方便。綜上gps rtk為以后的測(cè)量工作提供了更加優(yōu)越的條件。第3章gps rtk在數(shù)字地形圖

47、測(cè)繪中的應(yīng)用3.1 gps rtk技術(shù)的作業(yè)流程及作業(yè)過程中應(yīng)注意的問題3.1.1gps rtk技術(shù)的作業(yè)流程1、內(nèi)業(yè)準(zhǔn)備在實(shí)施rtk外業(yè)測(cè)量前，應(yīng)事先收集測(cè)區(qū)的小比例尺地形圖，必要時(shí)進(jìn)行野外踏勘，根據(jù)城市測(cè)量的特點(diǎn)完成內(nèi)業(yè)的準(zhǔn)備工作。主要包括以下幾方面的內(nèi)容： 根據(jù)工程項(xiàng)目，設(shè)定工程名稱。 若已知坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，則輸入手簿（一般此參數(shù)未知）。 若無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，應(yīng)整理測(cè)區(qū)的已知控制點(diǎn)資料，控制點(diǎn)應(yīng)盡可能均勻分布在測(cè)區(qū)周圍，使得所測(cè)點(diǎn)均在已知點(diǎn)的包圍之內(nèi)，盡可能避免從一端向另一端無限制的外推。控制點(diǎn)所處的位置和周圍的條件應(yīng)符合gps 作業(yè)的要求。 實(shí)施工程放樣時(shí)，內(nèi)業(yè)輸入每個(gè)放樣點(diǎn)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)，以

48、便野外實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確放樣。2、求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)較為常用的坐標(biāo)系有wgs-84坐標(biāo)系、1954北京坐標(biāo)系、1980西安大地坐標(biāo)系、地方獨(dú)立坐標(biāo)系，但gps常規(guī)測(cè)量常用的是wgs-84坐標(biāo)系統(tǒng)，各個(gè)地方坐標(biāo)系統(tǒng)不同，這樣當(dāng)我們采用rtk進(jìn)行作業(yè)時(shí)，就產(chǎn)生了坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的問題。但求解坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換首先必須要求出測(cè)區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。在gps測(cè)量中，經(jīng)常要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。所謂坐標(biāo)轉(zhuǎn)換就是在不同的坐標(biāo)表示形式間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。gps rtk相對(duì)定位是在 wgs-84坐標(biāo)系中計(jì)算的,而我們通常采用的是國(guó)家坐標(biāo)或地方坐標(biāo)系,這就要求rtk測(cè)量的最終成果也是國(guó)家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系。求解平面轉(zhuǎn)換參數(shù)，至少要聯(lián)測(cè)2個(gè)平面坐標(biāo)點(diǎn)，求解

49、高程轉(zhuǎn)換參數(shù)則需要聯(lián)測(cè)3個(gè)高程點(diǎn)。為了提高地心坐標(biāo)系與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系數(shù)學(xué)模型的擬合程度,進(jìn)而提高待測(cè)點(diǎn)的精度,通常要聯(lián)測(cè)盡可能多的已知點(diǎn)。轉(zhuǎn)換參數(shù)的求得通常有2種方法:1) 充分利用已有的gps 控制網(wǎng)資料，將多個(gè)已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)與相應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)輸入電子手簿中,基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)上實(shí)地虛擬聯(lián)測(cè),解算出轉(zhuǎn)換參數(shù)；2) 基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)或未知點(diǎn)上，流動(dòng)站依次測(cè)量各已知點(diǎn)的地心坐標(biāo)，將各已知點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系的平面坐標(biāo)和高程輸入手簿中進(jìn)行點(diǎn)校正,淘汰校正殘差比較大的已知點(diǎn)，從而解算出兩坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。因此，為進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換需求解不同坐標(biāo)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。較為常用的方法有三種:1、七參數(shù)法

50、七參數(shù)法的轉(zhuǎn)換模型常采用布爾沙（bursa）模型： （3.1）式（3.1）中x0、y0、z0 為兩個(gè)坐標(biāo)的平移參數(shù)，x、y、z為兩坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)參數(shù) ,、為兩坐標(biāo)系統(tǒng)的尺度比。此方法也稱經(jīng)典的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法,用于不同空間直角坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換。這種方法一般要求具有三個(gè)公共點(diǎn)求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，利用參數(shù)把其它點(diǎn)位的wgs-84坐標(biāo)換為國(guó)家或地方坐標(biāo)。由于公共點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)都受到隨機(jī)誤差或其它系統(tǒng)誤差的影響，因此，取不同的公共點(diǎn)以及不同地區(qū)將會(huì)得到不同的參數(shù)，其精度水平也不一樣。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠保持gps測(cè)量的計(jì)算精度。只要地方坐標(biāo)足夠精密（包括平面與高程），公共點(diǎn)的分布合理，不管區(qū)域的大小都

51、能適用。缺點(diǎn)是用戶必須已知地方坐標(biāo)系的參考橢球和地圖投影參數(shù)，如地方坐標(biāo)的精度不精確、不相容、分布不均勻不合理，將嚴(yán)重影響新測(cè)量點(diǎn)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)精度。2、二維相似轉(zhuǎn)換方法 簡(jiǎn)單地說gps測(cè)得的wgs-84成果可通過一種合理的、均勻的彈性形變方式，納入地方坐標(biāo)系統(tǒng)。地方坐標(biāo)系統(tǒng)的格網(wǎng)是由輸入的矢量平面直角坐標(biāo)所定義的，并在轉(zhuǎn)換處理中作為不變的固定值，平面位置與高程在轉(zhuǎn)換中分別處理。這種方法又叫插值方法。其優(yōu)點(diǎn)有：不必要求公共點(diǎn)同時(shí)具備精確的點(diǎn)位與高程，在建立轉(zhuǎn)換模型和應(yīng)用模型轉(zhuǎn)換的過程中，高程的誤差不會(huì)傳播給平面位置，平面位置的誤差也不會(huì)影響高程的轉(zhuǎn)換精度，此外在計(jì)算中不需要知道地方坐標(biāo)的橢球和投

52、影參數(shù)。對(duì)于投影參數(shù)保密的情況是一種切實(shí)可行的方法。需注意的是為保證精度，轉(zhuǎn)換區(qū)域的直徑不宜超過10-15km且嚴(yán)格限制在已有重合控制點(diǎn)的內(nèi)部。3、一點(diǎn)法 一點(diǎn)法也是將點(diǎn)位與高程分開進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在平面點(diǎn)位轉(zhuǎn)換中，首先將wgs-84地心坐標(biāo)用橫軸墨卡托投影化成平面直角坐標(biāo)。然后與實(shí)際地方坐標(biāo)資料綜合計(jì)算兩者之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。高程則采用簡(jiǎn)單的一維高程擬合。需注意的是：參數(shù)的適用范圍僅局限于近距離作業(yè)，該方法未考慮坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)參數(shù)的影響，距離越大，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)誤差往往越大。3、基準(zhǔn)站的選定原則數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由基準(zhǔn)站發(fā)射電臺(tái)和流動(dòng)站接收電臺(tái)組成，它們是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備。穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)莿?dòng)態(tài)初始化的前提。保

53、持高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸，可以減少整周模糊度的解算時(shí)間，大大提高工作效率，所以基準(zhǔn)站的安置是順利實(shí)施rtk 作業(yè)的關(guān)鍵之一，基準(zhǔn)站安置應(yīng)滿足下列條件： 基準(zhǔn)站可設(shè)立在有精確坐標(biāo)的已知點(diǎn)上，也可設(shè)在未知點(diǎn)上（最好設(shè)在已知點(diǎn)上）。 基準(zhǔn)站安置應(yīng)選擇地勢(shì)較高、視空無遮擋、電臺(tái)有良好覆蓋域的地方，城市測(cè)量首選測(cè)區(qū)高大建筑物上。 為防止數(shù)據(jù)鏈的丟失和多路徑效應(yīng)，基準(zhǔn)站周圍應(yīng)無gps 信號(hào)反射物（大型停車場(chǎng)、大型建筑物、車輛擁擠的街區(qū)等）、200 米范圍內(nèi)無高壓電線、電視臺(tái)、無線電發(fā)射臺(tái)等干擾源。 考慮到南北極附近是衛(wèi)星的空洞區(qū)，電臺(tái)的天線應(yīng)架設(shè)在gps接收機(jī)的北方。4、rtk 施測(cè)步驟野外作業(yè)時(shí)，基準(zhǔn)站安置在

54、選定的控制點(diǎn)上，打開接收機(jī)輸入點(diǎn)號(hào)、天線高、wgs-84 的已知坐標(biāo)；設(shè)置完畢檢查接收的gps 衛(wèi)星數(shù)5顆。檢查電臺(tái)發(fā)射指示燈是否正常，基準(zhǔn)站設(shè)置完成。流動(dòng)站選擇與基準(zhǔn)站電臺(tái)相匹配的電臺(tái)頻率，檢查電臺(tái)接收指示燈是否正常，檢查接收衛(wèi)星顆數(shù)4顆，流動(dòng)站可開始測(cè)量任務(wù)。先聯(lián)測(cè)1-2個(gè)已知控制點(diǎn)，評(píng)定測(cè)量精度，滿足設(shè)計(jì)要求后開始測(cè)量任務(wù)。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)rtk數(shù)據(jù)處理相對(duì)簡(jiǎn)單，外業(yè)測(cè)量采集的實(shí)測(cè)坐標(biāo)通過手簿的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，直接下載到計(jì)算機(jī)內(nèi)。3.1.2 gps rtk技術(shù)作業(yè)過程中應(yīng)注意的問題3.1.2.1使用rtk時(shí)應(yīng)注意的問題（1）作業(yè)前應(yīng)將儀器進(jìn)行一次總復(fù)位,以確保儀器工作狀態(tài)最佳。（2）把基準(zhǔn)站布設(shè)在

55、rtk 有效測(cè)區(qū)中央最高的控制點(diǎn)上,增加基準(zhǔn)站和流動(dòng)站天線的架設(shè)高度, 以提高數(shù)據(jù)鏈的傳輸速度延長(zhǎng)傳輸距離,保證成果精度。（3）基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離不宜太遠(yuǎn),應(yīng)控制在能夠滿足“電磁波通視”的范圍內(nèi),在山區(qū)一般控制在5km以內(nèi),特別是在有信號(hào)干擾或有信號(hào)遮擋的情況下, 還應(yīng)適當(dāng)縮短基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離,或使用高增益天線及高靈敏度接收機(jī)。（4）基準(zhǔn)站的衛(wèi)星截止高度角應(yīng)設(shè)置在10以上，在必要的時(shí)候應(yīng)該增大截止高度角以提高初始化速度。（5）選定基準(zhǔn)站時(shí)應(yīng)避開強(qiáng)磁場(chǎng)的干擾。如:高壓線、微波塔、雷達(dá)和磁鐵礦等。（6）第一次設(shè)置基準(zhǔn)站或重新設(shè)置基準(zhǔn)站后,應(yīng)聯(lián)測(cè)一個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行檢核。3.1.2.2施測(cè)過

56、程中應(yīng)注意的問題（1）在整段線路中,必須保證基準(zhǔn)站wgs-84 坐標(biāo)系統(tǒng)和控制點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的wgs-84 坐標(biāo)系統(tǒng)相一致,每次測(cè)量前都應(yīng)認(rèn)真核對(duì)7參數(shù),以確保本測(cè)區(qū)參數(shù)的唯一性。（2）在點(diǎn)采集作業(yè)前,要檢查已知點(diǎn)的可靠性,準(zhǔn)確無誤后方可進(jìn)行施測(cè)。（3）在塔位和中繼站的定位測(cè)量時(shí),應(yīng)在天線對(duì)中桿的氣泡準(zhǔn)確居中時(shí)存儲(chǔ)點(diǎn)位坐標(biāo),并且要增加測(cè)回?cái)?shù),對(duì)兩組成果進(jìn)行比較,較差小于2cm的取中數(shù)使用,大于2cm的應(yīng)返工重測(cè),以保證點(diǎn)位的測(cè)量精度。（4）在定線測(cè)量時(shí),應(yīng)選擇可能架設(shè)直線塔的特征地物點(diǎn)進(jìn)行采集,同時(shí)要留好方向樁,以便于施工時(shí)復(fù)測(cè)和定位。當(dāng)改變耐張段時(shí),要在流動(dòng)站的手簿上重新輸入兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo),按照新

57、的定線引導(dǎo)進(jìn)行定線測(cè)量。（5）在斷面圖測(cè)量時(shí),要驗(yàn)證輸入的兩個(gè)端點(diǎn)坐標(biāo)是否正確,準(zhǔn)確無誤后方可采集中線點(diǎn)的坐標(biāo), 同時(shí)要注意在有效范圍內(nèi)的特征地物點(diǎn)、交差跨越點(diǎn)和危險(xiǎn)點(diǎn)的采集。對(duì)于采集的數(shù)據(jù)信息都要按數(shù)據(jù)編碼存儲(chǔ)到gps 的手簿中。3.2 gps rtk在數(shù)字化地形測(cè)量中的應(yīng)用1、概述本次使用黑龍江工程學(xué)院地形圖中一部分進(jìn)行rtk在數(shù)字地形圖中的應(yīng)用的研究，如圖3.1所示。采用gps rtk動(dòng)態(tài)定位技術(shù)測(cè)量數(shù)字化地形圖，首先要選擇合理的基準(zhǔn)站位置。原則上e級(jí)控制網(wǎng)上的控制點(diǎn)均可作為基準(zhǔn)站，但為了提高放樣精度與工作效率，要合理選擇基準(zhǔn)站，基準(zhǔn)站要選擇在地勢(shì)較高、對(duì)天通視良好的地段（rtk技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，但要求滿足“電磁波通視”），流動(dòng)站接收共同衛(wèi)星數(shù)不少于5顆，同時(shí)基準(zhǔn)站與流動(dòng)站的距離最好不超過4km。流動(dòng)站開始采集數(shù)據(jù)時(shí)，首先要到另一控制點(diǎn)進(jìn)行校核，精度達(dá)到要求后才進(jìn)行大規(guī)模采樣。在地形圖測(cè)