測圖控制測量GPSRTK概述doc

1、Principle and Methods of Digital MappingGPS-RTKGPS-RTK概述概述3 載波相位差分法載波相位差分法 差分法差分法:修正法修正法: 將基準站采集的載波相位發(fā)送將基準站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進行求差解算坐標。給用戶，進行求差解算坐標。 將基準站的載波相位修正值發(fā)將基準站的載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的送給用戶，改正用戶接收到的載波相位，再解求坐標。載波相位，再解求坐標。 RTK（Real-Time-Kinematic）：實時載波相位差分）：實時載波相位差分準準RTK 真正的真正的RTK技術(shù)技術(shù) 4在流動站通過無線電接收基準站發(fā)射的信

2、息，將載波相位觀測值實時進行差分處理，得到基準站和流動站坐標差X，Y，Z；坐標差加上基準站坐標得到流動站每個點WGS84坐標，通過坐標轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個點的平面坐標x,y和海拔高h，稱作GPS RTK定位過程。 、 ) 5精度：10mm + 1ppmD適用范圍：開闊地區(qū)控制網(wǎng)加密、工程點定位、碎部測量、剖面測量、地籍測量、線路測量、地形點測量。測量邊長不宜超過15公里（單基線）、或根據(jù)精度要求而定。 基準站電站 流動站 P1 RTKGPS準動態(tài)定位模式常稱為常稱為Kinematic或或Stop and Go6常規(guī)RTK動態(tài)定位技術(shù)只設置一個參考站，并通過數(shù)據(jù)通信技術(shù)接收廣播星歷改正數(shù)的

3、RTK測量技術(shù)。網(wǎng)絡RTK(Network RTK)7參考站（一個）、數(shù)據(jù)通訊鏈和用戶流動站流動站（用戶）（用戶）基準站基準站數(shù)據(jù)通訊鏈數(shù)據(jù)通訊鏈8參考站（Reference Station） 在一定的觀測時間內(nèi)，一臺或幾臺接收機分別在一個或幾個測站上，一直保持跟蹤觀測衛(wèi)星，其它接收機在這些測站的一定范圍內(nèi)流動作業(yè)，這些固定測站稱為參考站，也稱基準站。參考站點位選擇參考站點位選擇1.視野開闊，周圍無高度超過視野開闊，周圍無高度超過10度的障礙物；度的障礙物； 2.周圍無信號反射物，以減少多路徑干擾；周圍無信號反射物，以減少多路徑干擾； 3.地面穩(wěn)固，易于點的保存；地面穩(wěn)固，易于點的保存；4.遠

4、離微波塔、電視發(fā)射塔、雷達電視，手機信號發(fā)射天線等；遠離微波塔、電視發(fā)射塔、雷達電視，手機信號發(fā)射天線等；大型電磁輻射源大型電磁輻射源200米外，要遠離高壓輸電線路、通訊線路米外，要遠離高壓輸電線路、通訊線路50米外。米外。9數(shù)據(jù)鏈 RTK系統(tǒng)中參考站和流動站的GPS接收機通過數(shù)據(jù)鏈進行通信聯(lián)系。因此參考站與流動站系統(tǒng)都設有數(shù)據(jù)鏈。組成組成信號調(diào)制器信號調(diào)制器 信號發(fā)射器信號發(fā)射器 發(fā)射天線發(fā)射天線電源電源發(fā)射發(fā)射天線天線10流動站（Roving Station） 流動站是在參考站的一定范圍內(nèi)流動作業(yè)，并實時提供三維坐標的接收機。手薄托架手薄托架Viva手薄手薄Viva接收機接收機Viva接收

5、機接收機11內(nèi)容內(nèi)容配置要求配置要求參考站參考站1.雙頻RTK GPS接收機；2.雙頻天線和天線電纜；3.基準站數(shù)據(jù)鏈電臺套件；4.基準站控制件（計算機控制、顯示和參數(shù)設置等）；5.腳架、基座和連接器；6.儀器運輸箱。流動站流動站1.RTK GPS接收機；2.雙頻GPS天線和天線電纜；3.流動站數(shù)據(jù)鏈電臺套件；4.手持計算機控制或數(shù)據(jù)采集器；5.手簿托架；6.2米流動桿；流動站背包；7.儀器運輸箱。數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)鏈1.調(diào)制解調(diào)器；2.電臺；3.發(fā)射天線。12內(nèi)容內(nèi)容精度指標精度指標RTK定位精度定位精度平面精度：10mm+1ppm高程精度：20mm+1ppmRTK作用距離作用距離標稱：30km一般

6、：20-30km信標地區(qū)實時DGPS定位精度1m，DGPS作業(yè)距離50km13內(nèi)容內(nèi)容物理性能物理性能電源電源標準12V，功耗低體積體積體積要求小，重量輕工作條件工作條件工作溫度范圍大、并防水、防塵、防曬、防震軟件軟件功能強大的處理軟件冷啟動冷啟動60秒熱啟動熱啟動10秒再捕獲再捕獲1秒存儲器容量存儲器容量內(nèi)存和PC卡都有，容量要求大定位數(shù)據(jù)更新速率定位數(shù)據(jù)更新速率10次/秒數(shù)據(jù)輸出格式數(shù)據(jù)輸出格式RTCM-SC104、NMEA0183兩種格式14 三、三、RTK作業(yè)流程作業(yè)流程 作業(yè)流程作業(yè)流程:架設配置參考站架設配置參考站架設和配置流動站架設和配置流動站流動站初始化流動站初始化定義坐標系定

7、義坐標系RTK定位精度定位精度151.參考站系統(tǒng)設置參考站系統(tǒng)設置參考站的點位選取原則參考站的點位選取原則 參考站GPS接收機天線與衛(wèi)星之間應無或少有遮擋物，也即截止高度角應超過15 參考站GPS接收機最好安置在開闊的地方 周圍無信號反射物（大面積水域、大型建筑物等） 并要盡量避開交通要道、過往行人的干擾。16參考站的點位選取原則參考站的點位選取原則 用電臺進行數(shù)據(jù)傳輸時，參考站宜選擇在測區(qū)相對較高的位置，以方便播發(fā)差分改正信號 用移動通信進行數(shù)據(jù)傳輸時，參考站必須選擇在測區(qū)有移動通信接收信號的位置 參考站要遠離微波塔、電視發(fā)射塔、雷達電視，手機信號發(fā)射天線等大型電磁輻射源200米外 要遠離高

8、壓輸電線路、通訊線路50米外 基準站做好選在地勢相對高的地方以利于電臺的作用距離 地面穩(wěn)固，易于點的保存。17參考站不允許下列操作：(1) 關機又重新啟動；(2) 進行自測試；(3) 改變衛(wèi)星截止高度角或儀器高度值、測站名等；(4) 改變天線位置；(5) 關閉文件或刪除文件等。182.RTK流動站初始化流動站初始化 初始化（OnTheFly）是接收機在定位前確定整周未知數(shù)的過程。這一初始化過程也被稱做RTK初始化、整周模糊度解算、OTF（OnTheFly）初始化等。測量點的類型測量點的類型 ： 單點解（Single）、差分解（DGPS）、浮點解（Float）和固定解（Fixed） 比率比率 ：

9、 接收機確定每顆衛(wèi)星與GPS天線相位中心之間的波長整數(shù) RMS是均方根是均方根 ： 表示點的測量精度 19 定義坐標系就是求出WGS-84和當?shù)仄矫嬷苯亲鴺讼到y(tǒng)之間的數(shù)學轉(zhuǎn)換關系（轉(zhuǎn)換參數(shù)）。 在工程應用中使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)是WGS-84坐標系數(shù)據(jù),而目前我們測量成果普遍使用的是以1954年北京坐標系或是地方（任意|當?shù)兀┆毩⒆鴺讼禐榛A的坐標數(shù)據(jù)。因此必須將WGS-84坐標轉(zhuǎn)換到BJ-54坐標系或地方(任意)獨立坐標系。定義坐標系的含義定義坐標系的含義3.定義坐標系定義坐標系20把GPS坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到我們的當?shù)仄矫孀鴺讼到y(tǒng)包括基準轉(zhuǎn)換、投影、 水平 & 垂直平差GPS

10、點點坐標系轉(zhuǎn)換坐標系轉(zhuǎn)換WGS-84平面坐標系平面坐標系注注：此獨立坐標系是以北京54橢球為參考橢球的坐標系統(tǒng)。21 1 （B、L）84（X、Y、Z）84，空間大地坐標到空間直角坐標的轉(zhuǎn)換。 2 （X、Y、Z）84（X、Y、Z）54，坐標基準的轉(zhuǎn)換，即Datum轉(zhuǎn)換。通 常有三種轉(zhuǎn)換方法：BursaWolf(布爾莎模型)七參數(shù)、簡化三參數(shù)、 Molodensky 3 （X、Y、Z）54（B、L）54，空間直角坐標到空間大地坐標的轉(zhuǎn)換。 4 （B、L）54（x、y）54， 高斯(Gauss)投影正算。 5 高斯坐標系轉(zhuǎn)換為當?shù)刈鴺讼?獨立坐標系)WGS84與當?shù)刈鴺讼蹬c當?shù)刈鴺讼?北京北京54橢

11、球橢球)的轉(zhuǎn)換即參數(shù)轉(zhuǎn)換的的轉(zhuǎn)換即參數(shù)轉(zhuǎn)換的,具體過程：具體過程：22 要使一個坐標系統(tǒng)和另一個坐標系統(tǒng)產(chǎn)生關系，需要一組具有這兩套坐標系統(tǒng)下坐標的地面點。因此，就需要一組WGS-84坐標和一組當?shù)仄矫孀鴺耍罕? 東和高程。WGS-84當?shù)仄矫孀鴺?232. 定義坐標系定義坐標系直接求直接求“七參數(shù)七參數(shù)”1. 利用現(xiàn)有參數(shù)，如：七參數(shù)、三參數(shù)利用現(xiàn)有參數(shù)，如：七參數(shù)、三參數(shù) 24WGS-84當?shù)貎蓚€橢球間的坐標轉(zhuǎn)換一般而言比較嚴密的是用七參數(shù)法，即X平移，Y平移，Z平移，X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K。要求得七 參數(shù)就需要在一個地區(qū)需要3個以上的已知點；如果區(qū)域范圍不大，最遠點間的距離不

12、大于30Km(經(jīng)驗值)，這可以用三參數(shù)，即X平移，Y平移，Z平移，而將X旋轉(zhuǎn)，Y旋轉(zhuǎn)，Z旋轉(zhuǎn)，尺度變化K視為0，所以三參數(shù)只是七參數(shù)的一種特例。七參數(shù)50平方公里以上，大到一個地區(qū)，一個市，如上海、北京等。3 參數(shù)7 參數(shù)1.利用現(xiàn)有參數(shù)利用現(xiàn)有參數(shù)251.利用現(xiàn)有參數(shù)利用現(xiàn)有參數(shù)七參數(shù)七參數(shù)26坐標投影：坐標投影： 橢球參數(shù)(長半軸和扁率) 中央子午線 投影面如何求解中央子午線？ 3度帶 L中= 3n 6度帶 L中 = 6n-3 當?shù)刈远x中央子午線27水平 & 垂直平差四參數(shù)高程擬合將高斯坐標系轉(zhuǎn)換成當?shù)刈鴺讼?，得到當?shù)刈鴺?28一、水平平差一、水平平差至少2個水平控制點下面以5個

13、點為例= GPS 觀測值觀測值= 控制點控制點29旋轉(zhuǎn)30平移31比例系數(shù)32轉(zhuǎn)換后的結(jié)果包含了轉(zhuǎn)換殘差. 為了理解我們坐標轉(zhuǎn)換結(jié)果的好壞，我們需要理解這些殘差的含義。殘差殘差殘差：殘差： 轉(zhuǎn)換執(zhí)行后的格網(wǎng)平面坐標和GPS坐標的差值。轉(zhuǎn)換結(jié)果（水平殘差）33殘差越小，說明轉(zhuǎn)換的參數(shù)越精確殘差越小，說明轉(zhuǎn)換的參數(shù)越精確-GPS (WGS-84 co-ordinates)和和當?shù)仄矫孀鴺酥g的相對關系越好。當?shù)仄矫孀鴺酥g的相對關系越好。理想的殘差應該小于理想的殘差應該小于 20mm，殘差將被均勻的分布在各個公共點之殘差將被均勻的分布在各個公共點之間。間。因此，我們最終坐標的最小精度應該是：因此，

14、我們最終坐標的最小精度應該是： 標準標準RTK 測量的誤差加上測量的誤差加上最大的轉(zhuǎn)換殘差。最大的轉(zhuǎn)換殘差。殘差殘差轉(zhuǎn)換結(jié)果（水平殘差）34二、垂直平差二、垂直平差35二、垂直平差二、垂直平差橢球面橢球面似大地水準面似大地水準面地球表面地球表面HHY斜面或曲面斜面或曲面HHYHHYHHYHHY = H - HY = 高程異常高程異常36HYHH地球表面地球表面似大地水準面似大地水準面橢球面橢球面 = 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 高程處理的介紹；高程處理的介紹； 從理論上而言，平面坐標從理論上而言，平面坐標XY使用四使用四參數(shù)

15、是最精確的方法，高程使用高程擬合是最精確的方法參數(shù)是最精確的方法，高程使用高程擬合是最精確的方法 。 所以，在參數(shù)轉(zhuǎn)換中，用四參數(shù)轉(zhuǎn)換平面坐標，用高程所以，在參數(shù)轉(zhuǎn)換中，用四參數(shù)轉(zhuǎn)換平面坐標，用高程擬合的方法轉(zhuǎn)換高程是精度最好的方法。擬合的方法轉(zhuǎn)換高程是精度最好的方法。 381、加權(quán)均值法、加權(quán)均值法2、多項式曲線擬合、多項式曲線擬合3、多項式曲面擬合、多項式曲面擬合4、多面函數(shù)曲面擬合、多面函數(shù)曲面擬合5、線性移動擬合法、線性移動擬合法6、神經(jīng)網(wǎng)絡法、神經(jīng)網(wǎng)絡法 高程擬合計算的方法：高程擬合計算的方法：其中其中GPS 水準利用水準利用多項式曲面擬合法多項式曲面擬合法應用最廣。應用最廣。391

16、單點的高程異常與坐標( x，y) 之間函數(shù)關系如下： = f ( x，y) + 其中, f ( x , y) 為中趨勢值，似大地水準面；為模型誤差2 當有多個點時， 寫成矩陣形式如下： = XB+ f ( x , y) = a 0 + a 1 x + a 2 y + a 3 x2 + a 4 xy + a 5 y2 + 對于每個已知點， 在最小二乘準則條件下，解出各a i , 求出測區(qū)范圍內(nèi)任何插值點的高程異常值，進而計算出GPS 點的正常高。 注：兩個已知點以下即為加權(quán)平均；三個已知點以上六個已知點以下為平面擬合；六個已知點以上為曲面擬合。= f ( x，y) + 40H 似大地水準面似大地

17、水準面斜面或曲面殘差殘差垂直平差（校正殘差）垂直平差（校正殘差）4142n 一步法一步法n 經(jīng)典三維經(jīng)典三維43這種轉(zhuǎn)換方法的進行是通過將高程與點位分開進行轉(zhuǎn)換。平面點位轉(zhuǎn)換平面點位轉(zhuǎn)換，先將WGS84地心坐標投影到臨時的橫軸墨卡托投影，然后通過平移，旋轉(zhuǎn)和比例變換使之與計算的真正的投影相符合。高程轉(zhuǎn)換高程轉(zhuǎn)換則采用簡單的一維高程擬合。44平面點的數(shù)量平面點的數(shù)量計算的轉(zhuǎn)換參數(shù)計算的轉(zhuǎn)換參數(shù)1只有X和Y平移量的經(jīng)典 2D2有X和Y平移量，繞Z軸旋轉(zhuǎn)量和比例因子的經(jīng)典 2D2有X和Y平移量，繞Z軸旋轉(zhuǎn)量，比例因子和殘差的經(jīng)典 2D 高程點的數(shù)量高程點的數(shù)量高程轉(zhuǎn)換方式高程轉(zhuǎn)換方式0無高程轉(zhuǎn)換1高

18、程按常數(shù)插值擬合2由兩個高程點推算的平均改正數(shù)進行擬合3通過三個高程點進行平面擬合3平均平面擬合具有平面點位的點的數(shù)量以及利用它們可計算的平面轉(zhuǎn)換參數(shù)的組合如下：45優(yōu)點優(yōu)點:這種方法的優(yōu)點是利用較少的信息即可計算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。不需要已知地方橢球和地圖投影模型就可以利用最少的點計算出轉(zhuǎn)換參數(shù)。值得注意的是當使用一個或兩個地方點計算參數(shù)時，作為計算的轉(zhuǎn)換參數(shù)僅對于點的附近區(qū)域是有效的。缺點缺點:這種轉(zhuǎn)換方法的缺點與內(nèi)插法一樣，轉(zhuǎn)換的區(qū)域限制在10km*10km以內(nèi)(使用4個公共點)。46經(jīng)典3D轉(zhuǎn)換方法使用嚴格3D經(jīng)典方法產(chǎn)生轉(zhuǎn)換參數(shù)。該方法基本操作步驟是使用GPS測量點(WGS84 橢球)的直角

19、坐標，并將這些坐標與地方坐標的直角坐標相比較。通過這種方法，計算出用來將坐標從一個系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到另一個系統(tǒng)的7個轉(zhuǎn)換參數(shù)(3個平移參數(shù)，3個旋轉(zhuǎn)參數(shù)，和1個比例因子)。經(jīng)典 3D 轉(zhuǎn)換方法允許選擇兩個不同的轉(zhuǎn)換模型: 布爾沙-沃爾夫 模型或 Molodensky-Badekas 模型。對于經(jīng)典 3D 轉(zhuǎn)換方法，至少有3個點已知地方坐標和WGS84坐標系統(tǒng)?？梢詢H用3個公共點來計算轉(zhuǎn)換參數(shù)，但使用4個點可得到更多的多余觀測值而且可以計算殘差。47優(yōu)點：優(yōu)點：用這種方法計算轉(zhuǎn)換參數(shù)的優(yōu)點在于能夠保持GPS測量的精度，只要地方坐標足夠精密(包括高程)，能適用任何區(qū)域能適用任何區(qū)域。缺點：缺點：這種方法的

20、缺點是地方格網(wǎng)坐標，地方橢球和地圖投影必須已知。另外如果地方坐標不精確，使用GPS測量的新點一旦經(jīng)過轉(zhuǎn)換，將與現(xiàn)有的地方坐標系統(tǒng)不附合。為了獲得精確的橢球高，必須已知該測量點上的大地水準面差距。通過大地水準面模型可以確定這些因素，許多國家無法獲得精確的大地水準面模型。請參考大地水準面模型。48轉(zhuǎn)換點的選取轉(zhuǎn)換點的選取 1. 盡量避免單點轉(zhuǎn)換,因為坐標系統(tǒng)中存在旋轉(zhuǎn),如果一定要用單點轉(zhuǎn)換,一定要注意旋轉(zhuǎn)大小,根據(jù)旋轉(zhuǎn)大小,控制作業(yè)范圍； 2. 注意控制范圍,在一個測區(qū)要有足夠的控制點,并避免短邊控制長邊； 3. 對于高程要特別注意控制點的線性分布(幾個控制點分布在一條線上),特別是做線路工程，參與轉(zhuǎn)換的高程點建議不要超過2個點（既在轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換方法里不要超過兩個點選垂直平差的）； 4. 注意坐標系統(tǒng),中央子午線,投影面(特別是海拔比較高的地方),控制點與放樣點是否是一個投影帶； 5. 如果一個區(qū)域比較大,控制點比較多,要分區(qū)做轉(zhuǎn)換,不要一個區(qū)域十幾個點或更多的點全部參與轉(zhuǎn)換； 6注意所有殘差，不要超過2厘米以上，否則檢查控制點是否有誤。49只有水平只有垂直水平和垂直線路測量如何去做？分段測量，分段轉(zhuǎn)換50進行進行-轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換： 點擊“開始測量”“測量+”“定義坐標系”，在“地方坐標點項目