深圳市高分辨率高精度似大地水準(zhǔn)面的計算

1、RTK技術(shù)在線路測量中的應(yīng)用摘要隨著全球定位系統(tǒng) ( GPS) 技術(shù)的快速發(fā)展 , 測繪行業(yè)正面臨著一場意義深遠(yuǎn)的變 革，而測繪領(lǐng)域也由此步入了一個嶄新的時代。 RTK(Real Time Kinematic) 技術(shù)是 GPS 測量技術(shù)發(fā)展里程中的一個標(biāo)志 , RTK 定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定 位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果， 并達(dá)到厘米級精度。 由于RTK測量技術(shù)的精度高、實時性和高效性,使得其在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。RTK 技術(shù)應(yīng)用于線路測量中， 與航測方法相結(jié)合 , 可真正實現(xiàn)送電線路測量的一次性終勘定 位, 并可保證工程質(zhì)量 , 大大提高

2、工作效率 , 減少青苗砍伐和環(huán)境破壞 , 降低工程成 本, 減少野外勞動強(qiáng)度，取得好的社會效率和經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：RTK技術(shù)；精度；線路測量1目錄摘要1一、緒論 3二、RTK技術(shù)分析4（一）RTK技術(shù)原理 4（二）RTK技術(shù)的優(yōu)點和缺點 3（三）RTK的誤差特性及其解決辦法 4（四）RTK測量成果的質(zhì)量控制 7（五）RTK的優(yōu)化布測方法 8三、線路測量應(yīng)用實例及分析 9（一）工程概況 9（二）設(shè)備配置 9（三）作業(yè)方法 10（四）測量精度統(tǒng)計及分析 11四、結(jié)論與建議 12（一）結(jié)論 12（二）實際工作中應(yīng)注意的問題及建議 12參考文獻(xiàn)143、緒 論隨著全球定位系統(tǒng) ( GPS) 技術(shù)的快速發(fā)

3、展 , 測繪行業(yè)正面臨著一場意 義深遠(yuǎn)的變革，而測繪領(lǐng)域也由此步入了一個嶄新的時代 ,RTK(Real Time Kinematic)技術(shù)是GPS測量技術(shù)發(fā)展里程中的一個標(biāo)志.在RTK以前的定 位技術(shù)如靜態(tài)、快速靜態(tài)、準(zhǔn)動態(tài)、動態(tài)等定位方法都是測后進(jìn)行事后處 理來求出結(jié)果 , 野外作業(yè)人員不能實時得到結(jié)果 , 這樣就不能進(jìn)行質(zhì)量控 制, 也就有可能在次日或幾天后因質(zhì)量問題而進(jìn)行返測 , 從而使作業(yè)人員 在野外實測時為了保證精度和質(zhì)量而延長觀測時間以獲得大量的多余觀測 值，造成了人力、物力、財力上的浪費，影響了工期及經(jīng)濟(jì)效益。RTK系統(tǒng) 不需要事后處理 , 就能夠?qū)崟r獲得測量三維坐標(biāo)值。 采用

4、RTK 技術(shù)放樣時 , 僅需把設(shè)計好的坐標(biāo)輸入到測量控制手簿中 , 背著流動站 , 它會提醒你走 到要放樣點的位置，既迅速又方便，且只需一個人操作；由于RTK是通過 坐標(biāo)來直接放樣的 , 而且精度達(dá)到厘米級 , 點位精度也很均勻 , 因而在外 業(yè)放樣中效率得到了極大的提高。二、RTK技術(shù)分析(一) RTK技術(shù)原理RTK( Real - time kinematic )實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用 的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算 才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的 測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是 GPS應(yīng)用的

5、重大里程 碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖、管線測量，各種控制測量帶來了新 曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載 波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo) 系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級精度。在 RTK乍業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通 過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過 數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集 GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成 差分觀測值進(jìn)行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不足一秒鐘。 流動站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上先進(jìn)行初始化 后再進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，也

6、可在動態(tài)條件下直接開機(jī)，并在動態(tài)環(huán)境下完成周 模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個歷元的實時處 理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流 動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)， 即能實時搜索并唯 一地判斷相位觀測值的初始整周模糊度。RTK定位時要求基準(zhǔn)站接收機(jī)實時 地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收 機(jī)，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求 9600的波特率。隨著移動數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和 數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展 , 特別是后者的發(fā)展 , 使初始化時間大大縮短。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)已由傳統(tǒng)的1

7、+ 1或1+2發(fā)展到了廣 域差分系統(tǒng)WADGPS有些城市建立起COR系統(tǒng)，這就大大提高了 RTK勺測 量范圍，當(dāng)然在數(shù)據(jù)傳輸方面也有了長足的進(jìn)展，由原先的電臺傳輸發(fā)展 到現(xiàn)在的GPR舔口 GSM網(wǎng)絡(luò)傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和范圍。在儀 器方面，現(xiàn)在的儀器不僅精度高而且比傳統(tǒng)的 RTK更簡潔、更容易操作！ 促成了 RTK 定位技術(shù)的日趨成熟和迅速推廣應(yīng)用。（二） RTK技術(shù)的優(yōu)點和缺點1. RTK技術(shù)的優(yōu)點（1） RTK乍業(yè)自動化、集成化程度高，測繪功能強(qiáng)大。RTK可勝任各種 測繪內(nèi)、外業(yè)。流動站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動 實現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人

8、為誤差，保證了作 業(yè)精度。（2）降低了作業(yè)條件要求。RT技術(shù)不要求兩點間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視”和對天基本通視，因此，和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測 量看來由于地形復(fù)雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK勺基本工作條件，它也能輕松地進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。（ 3）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。不同于全站儀等儀 器，全站儀在多次搬站后，都存在誤差累積的狀況，搬的越多，累積越大， 而RTKW沒有，只要滿足RTK勺基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)， RTK勺平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級。（4）作業(yè)效率

9、高。在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的 RT設(shè)站一次即可 測完10km半徑左右的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量 儀器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得 一點坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費用，提高了測量效率(5)操作簡便、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。南方測繪 RTK勺基準(zhǔn)站無需任何設(shè) 置，移動站就可以邊走邊獲得測量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)輸入、 存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計算機(jī)、其它測量儀器 通信。2. RTK技術(shù)的缺點(1) RTK量受接收衛(wèi)星個數(shù)限制，RTK接收天空衛(wèi)星個數(shù)低于4個時 不能正常工作。( 2)受一些地域限制，城區(qū)樓群林立

10、、山區(qū)山高林密 , 跨越溝崗、基 準(zhǔn)站與流動站距離過大時 , 流動站接收不到基準(zhǔn)站發(fā)射的電臺信號 , 導(dǎo)致 流動站只有浮動解，而無固定解。因此在這些地區(qū)作業(yè)時RK的高作業(yè)效率 得不到體現(xiàn)。( 3) 溫度過低時 , 天線電纜線變硬 , 給作業(yè)帶來不便。(三) RTK的誤差特性及其解決辦法1. 同儀器和干擾有關(guān)的誤差 同儀器和干擾有關(guān)的誤差包括天線相位中心變化、多徑誤差、信號干 擾和氣象因素。( 1 )天線相位中心變化 天線的機(jī)械中心和電子相位中心一般不重合。而且電子相位中心是變 化的，它取決于接收信號的頻率、方位角和高度角。天線相位中心的變化， 可使點位坐標(biāo)的誤差一般達(dá)到 3-5cm。因此，若要

11、提高RTK定位精度，必須進(jìn)行天線檢驗校正，檢驗方法分為實驗室內(nèi)的絕對檢驗法和野外檢驗法（2）多路徑誤差多徑誤差是RTK定位測量中最嚴(yán)重的誤差。多徑誤差取決于天線周圍 的環(huán)境。多徑誤差一般為幾厘米，高反射環(huán)境下可超過10cm。多徑誤差可通過下列措施予以削弱：A、選擇合適的站址：測站應(yīng)遠(yuǎn) 離大面積平靜的水面。灌木叢、草和其他地面植被能較好地吸收微波信號 的能量，是較為理想的設(shè)站地址。翻耕后的土地和其他粗糙不平的地面的 反射能力也較差，也可以選站。測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中。以避免反射信號從天線抑徑板上方進(jìn)入天線，產(chǎn)生多路徑效應(yīng)。測站應(yīng) 離開高層建筑物。觀測時，汽車也不要停放得離測站附近。B、

12、 在天線中設(shè)置抑徑板。接收天線對于極化特性不同的反射信號應(yīng)該有較強(qiáng)的抑 制作用。（3）信號干擾 信號干擾可能有多種原因，如無線電發(fā)射源、雷達(dá)裝置、高壓線等，干擾的強(qiáng)度取決于頻率、發(fā)射臺功率和至干擾源的距離。為了削弱電磁波輻射副作用，必須在選點時遠(yuǎn)離這些干擾源，離無線 電發(fā)射臺應(yīng)超過 200米，離高壓線應(yīng)超過 50米。在基地站削弱天線電噪聲最 有效的方法是連續(xù)監(jiān)測所有可見衛(wèi)星的周跳和信噪比。（4）氣象因素快速運動中的氣象峰面，可能導(dǎo)致觀測坐標(biāo)的變化達(dá)到1-2dm。因此,在天氣急劇變化時不宜進(jìn)行RTKW量。2. 同距離有關(guān)的誤差同距離有關(guān)的誤差包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差，其的主 要部分可

13、通過多基準(zhǔn)站技術(shù)來消除。但是，其殘余部分也隨著至基地站距 離的增加而加大。（1）軌道誤差目前，軌道誤差只有幾米，其殘余的相對誤差影響約為 ippm就短基 線（viokm而言，對結(jié)果的影響可忽略不計。但是，對 20-30km的基線則 可達(dá)到幾厘米。（ 2 ）電離層誤差電離層引起電磁波傳播延遲從而產(chǎn)生誤差，其延遲強(qiáng)度與電離層的電 子密度密切相關(guān)，電離層的電子密度隨太陽黑子活動狀況、地理位置、季 節(jié)變化、晝夜不同而變化，白天為夜間的 5倍，冬季為夏季的 5倍，太陽黑 子活動最強(qiáng)時為最弱時的 4倍。利用下列方法使電離層誤差得到有效的消除 和削弱：利用雙頻接收機(jī)將L1和L2的觀測值進(jìn)行線性組合來消除電離

14、層的 影響；利用兩個以上觀測站同步觀測量求差（短基線）；利用電離層模型 加以改正。實際上RTK技術(shù)一般都考慮了上述因素和辦法。但在太陽黑子爆發(fā)期 內(nèi)，不但RTK測量無法進(jìn)行，即使靜態(tài)GPSM量也會受到嚴(yán)重影響，太陽黑 子平靜期，小于 5ppm。（ 3）對流層誤差對流層是高度為40kni以下的大氣層，其大氣密度比電離層更大，大氣 狀態(tài)也更復(fù)制。對流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，其溫度隨高度 的上升而降低，GPS信號通過對流層時也使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使距 離測量產(chǎn)生偏差，這種現(xiàn)象叫做對流層折射。對流層的折射與地面氣候、大氣壓力、溫度和濕度變化密切相關(guān)，這 也使得對流層折射比電離層折射更復(fù)

15、雜。對流層折射的影響與信號的高度 角有關(guān)，當(dāng)在天頂方向（高度角為90°）,其影響達(dá)2.3m;當(dāng)在地面方向 （高度角為 10°），其影響可達(dá) 20m。RTI模式時移動站和基準(zhǔn)站有效作用半徑相距不太遠(yuǎn)（一般小于20km）， 由于信號通過對流層的路徑相似，所以對同一衛(wèi)星的同步觀測值求差，可 以明顯地減弱對流層折射的影響。這一方法在精密測量相對定位中被廣泛 應(yīng)用。（四）RTK測量成果的質(zhì)量控制研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性最高為99.9%, RTKt匕靜態(tài)GPS 還多出一些誤差因素如數(shù)據(jù)鏈傳輸誤差等。 因此，和GP靜態(tài)測量相比，RTK 測量更容易出錯,必須進(jìn)行質(zhì)量控制,另外

16、盡量采用高精度的控制點,并 且最好是統(tǒng)一精度等級的控制點。質(zhì)量控制的主要方法如下：1. 已知點檢核比較法一即在布測控制網(wǎng)時用靜態(tài) GP或全站儀多測出 一些控制點，然后用RTKW出這些控制點的坐標(biāo)進(jìn)行比較檢核，發(fā)現(xiàn)問題即 采取措施改正。2. 重測比較法一每次初始化成功后，先重測1-2個已測過的RTI點或高 精度控制點，確認(rèn)無誤后才進(jìn)行RTK測量。3. 雙基站實時檢測法在測區(qū)內(nèi)建立兩個以上基準(zhǔn)站,每個基準(zhǔn)站采 用不同的頻道發(fā)送改正數(shù)據(jù),流動站改變頻道地分別接收每個基準(zhǔn)站的改正數(shù)據(jù)從而得到兩個以上解算結(jié)果，比較這些結(jié)果就可判斷其質(zhì)量高低以上方法中，最可靠的是已知點檢核比較法，但控制點的數(shù)量總是有 限

17、的，所以沒有控制點的地方需要用重測比較法來檢驗測量成果，雙基站 實時檢測法的實時性好，但它需具備一定的儀器條件。（五）2.5 RTK 的優(yōu)化布測方法1. 摸清儀器特性。通過在各種條件下反復(fù)試驗，摸清儀器各種特性， 如能否達(dá)到標(biāo)稱精度，在各種條件下的測量誤差和作業(yè)半徑，摸清儀器的 穩(wěn)定性和各種條件下的初始化能力及所耗時間等等，以便應(yīng)用時得心應(yīng)手。布控制點?？刂泣c主要布置在制高點上用來設(shè)置基準(zhǔn)站，以利于接 收衛(wèi)星信號和數(shù)據(jù)鏈信號，控制點間距離應(yīng)小于 RTI有效作業(yè)半徑的2/3倍 為方便對RTK測量成果進(jìn)行控制檢核和避免出現(xiàn)作業(yè)盲點，應(yīng)在測區(qū)內(nèi)環(huán)境 不良地區(qū)增設(shè)一些控制點。控制點的選點還要避免無線電

18、干擾和多路徑效 應(yīng)。12三、線路測量應(yīng)用實例及分析本文引用云南省電力設(shè)計院于 1998年8月至9月間利用 Trimble 4000SSIGPS三臺套+實時動態(tài)（RTK）進(jìn)行500kV大昆南回東段送電線路工程80km的 定位工作為例。（ 一） 工程概況該工程為高海拔山區(qū)送電線路 , 沿線溝壑縱橫、山勢陡峭 , 如果用常 規(guī)測量方法先貫通轉(zhuǎn)角間的直線 , 再放樣各塔位 , 則測量工作量比終勘定 位時還要大 , 并且很難保證恢復(fù)后的直線與原直線一致。另一方面 , 由于 該段處于亞熱帶雨林地區(qū) , 植被發(fā)育完整 , 通視條件極差 , 要砍出通道 , 不但賠償費用高，而且工期長，于是該院決定用RTK進(jìn)行

19、定位及復(fù)測。（ 二 ） 設(shè)備配置1. 基準(zhǔn)站一臺包括400SSI基準(zhǔn)站主機(jī)，TRIMMARKH無線電調(diào)制解調(diào)器（25W）及配 件, 6Ah 電池, 電臺供電電瓶 （12V , 100Ah）。2. 流動站兩臺包括4000SSI基準(zhǔn)站主機(jī)，TRIMMARK無線電調(diào)制解調(diào)器（5W） , Pole 2madjustable 對中桿（ 含電池 ） , TSC1 測量控制器及連線等。3. 內(nèi)業(yè)處理軟件主要是 Trimble survey office soft2ware ,它在 WINDOW環(huán)境下運行，主要功能是數(shù)據(jù)傳輸、編輯、處理，可將GPS測量數(shù)據(jù)和常規(guī)測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理。（三）作業(yè)方法由于該線路工程原

20、終勘定線時是通過航測方法，用GPS進(jìn)行的，全部 轉(zhuǎn)角點都是由GPS或全站儀實測得到的，線路兩端聯(lián)測了國家控制點，這 些都給RTK的實施創(chuàng)造了有利的條件。測量前，我們把各轉(zhuǎn)角點和國家控 制點及相關(guān)GPS控制點的坐標(biāo)和高程輸入TSC1測量控制器內(nèi)。下面以J 44至J 48四個轉(zhuǎn)角段說明現(xiàn)場作業(yè)方法（如下圖1所示）。© （基準(zhǔn)臺）J+4J46J48 c圖1 J 44至J 48四個轉(zhuǎn)角說明J44、J45、J46三個轉(zhuǎn)角與終勘定線時的位置一致（即轉(zhuǎn)角塔位沒有移 動）。一個流動站從J44往J45方向測，另一個流動站從J46逆向（或J45同向） 往J45（J46）方向測，將各設(shè)計檔距輸入TSC1手

21、簿中，利用RTK勺放線功能， 在實地放樣各塔位樁，同時每基塔位測定1-2個副樁（Z樁）,以利于測量塔 基地形圖和工測檢測及施工測量使用。放完線后，根據(jù)航測斷面圖并結(jié)合 現(xiàn)場地形情況，各流動站尚需校測中線點、邊線點、危險點和風(fēng)偏斷面，對 于交叉跨越物和塔位附近的斷面點的校測由工測完成。原J47因設(shè)計條件較差需位移至J47 ,因J47是在J48-原J47的延長線上, 因此，一臺流動站仍從J48往原J47方向測定各塔位，而另一臺流動站則需 要先落實J47 ,然后再從J47往J46方向測。(四)3.4 測量精度統(tǒng)計及分析1.測量精度統(tǒng)計為了統(tǒng)計和檢驗RTK測量結(jié)果的精度情況，我們對某些耐張段或直線段用

22、TC1610全站儀進(jìn)行了測量，并將兩套成果進(jìn)行了比較，結(jié)果見下表：點號距碑比PTK EQ 島(in)較柑對謀差髙雄比RTK黑娛(m)較全站儀髙差(m)fit星全站儀角(in)較差J43 - Z3121 4691651. 470)00 01351/4 200 561464 561376-0106SZ324 - Z3281 <5011701(502133 01651/2 400-Q8L312-1OS1207亠 01103Z344 - J4?2 27517S2 2751U20P61/3 0OT591S33591343G129011 SO5R20I5S1/3 1009I1C279LI51J011

23、13J5O- J514 1931204 19316701471/8 90073141573L09901316J57-J5SJ 061J404 062115-01751/ 5 4002771500277139401106J5S J592 006J 002 006113 01131/15 OOO 2S170Q 2S1S5J01154J 旳 J60761J20761135-01151. 5 100410003177501225J6D J 611 1891601 1S9175 01151/ 7 900131500 0I315E1-010SI圖2結(jié)果比較表線路測量規(guī)范規(guī)定：距離測量的精度要求為1/ 20

24、00,高差測量的精度 要求為015m顯而易見，從上表中可以看出，應(yīng)用RT放樣塔位，復(fù)測斷面 圖，其精度完全能滿足送電線路測量的精度要求。2.RTK測量誤差來源分析從表中可知，RTK測量還存在一定誤差，其來源主要表現(xiàn)在于：流動站 標(biāo)桿沒有對中、置平所產(chǎn)生的誤差；基準(zhǔn)站傳遞過程中產(chǎn)生的誤差；觀測 基線的解算誤差；所選擇的橢球參數(shù)及投影參考面所帶來的誤差；周圍環(huán) 境影響、信號干擾造成的誤差；氣象因素影響造成的誤差。四、結(jié)論與建議（一）結(jié)論1. 利用RTK進(jìn)行線路測量，遵循了“從整體到局部”的測量原則，避免 了傳統(tǒng)測量方法中“從局部到局部”的誤差累積和傳播 , 保證了線路路徑 走向的準(zhǔn)確無誤。2. RTK與航測方法相結(jié)合，可真正實現(xiàn)送電線路測量的一次性終勘定位, 并可保證工程質(zhì)量 , 大大提高工作效率 , 減少青苗砍伐和環(huán)境破壞 , 降低工程成本，減少野外勞動