GPS-RTK測量與放樣復(fù)習(xí)課程

GPS定位測量—項目2GPS-RTK測量與放樣項目基礎(chǔ)知識主講：李永川2024/9/261項目2學(xué)習(xí)型任務(wù)該項目反映了GPS-RTK技術(shù)在控制測量、地形測量及工程放樣中的應(yīng)用。它涉及的工作任務(wù)直接體現(xiàn)在測繪企業(yè)中的重要崗位和部門。本教學(xué)項目由5個學(xué)習(xí)任務(wù)組成。任務(wù)5GPS-RTK參考站與流動站架設(shè)任務(wù)6GPS-RTK作業(yè)準(zhǔn)備任務(wù)7GPS-RTK控制測量任務(wù)8GPS-RTK地形測量任務(wù)9GPS-RTK工程放樣2024/9/2621差分GPS差分GPS：DifferenceGlobalPo-sitioningSystem，縮寫為DGPS。差分GPS技術(shù)可以完全消除用戶接收機共有的衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差、電離層誤差、對流層誤差，部分消除用戶測量或由校正模型來計算的傳播延遲誤差，定位精度大大提高。成為RTK技術(shù)產(chǎn)生的祭奠。差分GPS是在正常的GPS信號外附加修正信號，此修正信號即為差分信號。2024/9/2641差分GPS根據(jù)時效性可將差分GPS定位分為實時差分和事后差分。根據(jù)觀測值類型分為偽距差分和載波相位差分。根據(jù)工作原理和差分模型分為局域差分和廣域差分。根據(jù)差分GPS參考站發(fā)送的信息方式將分為位置差分、偽距差分和載波相位差分。2024/9/2651差分GPS（1）位置差分原理位置差分是由參考站利用數(shù)據(jù)鏈將其坐標(biāo)差作為改正數(shù)發(fā)送出去，由用戶接收，并且對其解算的用戶坐標(biāo)進行改正。經(jīng)改正后的用戶坐標(biāo)能消去參考站和用戶的共同誤差。位置差分的計算方法簡單，適用于各種型號的接收機。但位置差分要求用戶和參考站接收機同時觀測同一組衛(wèi)星，只適用于100km以內(nèi)。2024/9/2661差分GPS（2）偽距差分原理偽距差分是目前用途最廣的一種技術(shù)。幾乎所有的商用差分GPS接收機均采用這種技術(shù)。偽距差分利用參考站的偽距改正數(shù)，傳送給用戶來修正偽距觀測量，從而消減公共誤差的影響，以求得比較精確的用戶位置坐標(biāo)。偽距差分時，只需要參考站提供所有衛(wèi)星的偽距改正數(shù)，而用戶接收機觀測任意4顆衛(wèi)星就可以完成定位。但偽距差分的基線長度也不宜過長。2024/9/2671差分GPS（3）載波相位差分原理載波相位差分又稱RTK技術(shù)，通過對兩測站的載波相位觀測值進行實時處理，可以實時提供厘米級精度的三維坐標(biāo)。載波相位差分是由參考站通過數(shù)據(jù)鏈實時地將其載波相位觀測量及參考站坐標(biāo)信息一同發(fā)送到用戶，并與用戶的載波相位觀測量進行差分處理，適時地給出用戶的精確坐標(biāo)。2024/9/268項目2GPS-RTK測量與放樣1差分GPS2RTK的定位原理【重點】3RTK的類型4RTK系統(tǒng)的基本配置【重點】5RTK定位的精度與可靠性【難點】6RTK測量的質(zhì)量控制【難點】2RTK的定位原理【重點】2024/9/2692RTK的定位原理【重點】RTK（RealTimeKinematic）即GPS實時載波相位差分，是一種將GPS與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合，實時處理兩個測站載波相位觀測量的差分方法，經(jīng)實時解算進行數(shù)據(jù)處理，在1~2秒的時間里得到高精度位置信息的技術(shù)。載波相位差分GPS的方法分為兩類：修正法和差分法。2024/9/26102RTK的定位原理【重點】

RTK是這樣定位的：在參考站上安置一臺GPS接收機，另一臺或幾臺接收機置于載體（稱為流動站或移動站）上，參考站和流動站同時接收同一時間相同GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號。參考站所獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得到GPS差分改正值，將這個改正值及時地通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺傳遞給共視衛(wèi)星的流動站。流動站通過無線電接收參考站發(fā)射的信息，將載波相位觀測值實時進行差分處理。2024/9/26112RTK的定位原理【重點】RTK常用的定位方式是準(zhǔn)動態(tài)定位。故稱為Kinematic或StopandGo。RTK的觀測模型為：參考站發(fā)給流動站的信息主要有：參考站的WGS-84坐標(biāo)、利用L1或L2載波通過載波相位測量得出的偽距ρ′、載波相位觀測值中的整周計數(shù)INT（φ）和不足一周的相位Fr（φ）。2024/9/2612項目2GPS-RTK測量與放樣1差分GPS2RTK的定位原理【重點】3RTK的類型4RTK系統(tǒng)的基本配置【重點】5RTK定位的精度與可靠性【難點】6RTK測量的質(zhì)量控制【難點】3RTK的類型2024/9/26133RTK的類型3.1單參考站RTK單參考站RTK又稱為單基站RTK。只設(shè)置一個參考站，通過數(shù)據(jù)通信技術(shù)接收廣播星歷改正數(shù)的RTK測量技術(shù)。單參考站RTK所用的數(shù)據(jù)通信核心是數(shù)據(jù)鏈發(fā)射電臺及其配件。有時GPS生產(chǎn)廠商又將這種類型的RTK稱為電臺模式的RTK。2024/9/26143.1單參考站RTK

單參考站RTK技術(shù)是目前廣泛使用的測量技術(shù)之一，但它的應(yīng)用受到電離層延遲和對流層延遲的影響，使原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生了系統(tǒng)誤差并導(dǎo)致以下缺點：用戶需要架設(shè)本地參考站，設(shè)備復(fù)雜。定位誤差隨距離的增長而增加。流動站和參考站的工作距離受到限制?？煽啃噪S距離增大而降低。電臺信號容易受干擾電源供給以電瓶為主，攜帶不便。2024/9/26153RTK的類型3.2多參考站RTK多參考站RTK技術(shù)也稱網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)。在一定區(qū)域內(nèi)建立多個參考站，對該地區(qū)構(gòu)成網(wǎng)狀覆蓋，并進行連續(xù)跟蹤觀測，通過這些站點組成衛(wèi)星定位觀測值的網(wǎng)絡(luò)解算，獲取覆蓋該地區(qū)和該時間段的RTK改正參數(shù)，用于該區(qū)域內(nèi)RTK測量用戶進行實時RTK改正的定位方式。目前國際上網(wǎng)絡(luò)RTK的應(yīng)用代表有VRS技術(shù)、FKP技術(shù)、MAC技術(shù)和CBI技術(shù)。2024/9/26163.2多參考站RTK（1）VRS技術(shù)VRS技術(shù)是德國Terrasat公司于1999年推出，經(jīng)過幾年的提高完善已形成實用化、商品化的技術(shù)和軟件系統(tǒng)，后為美國天寶（Trimble）公司所用。VRS技術(shù)分別估計電離層、對流層模型，并對觀測值進行修正，每鄰近的3個參考站產(chǎn)生一組區(qū)域改正參數(shù)，結(jié)合用戶站反饋的定位信息生成一個虛擬參考站，作業(yè)模式為雙向數(shù)據(jù)通信，用戶無需添加額外設(shè)備。2024/9/26173.2多參考站RTK（2）FKP技術(shù)FKP技術(shù)由德國Geo++公司推出。該技術(shù)采用整體的網(wǎng)絡(luò)解，對數(shù)據(jù)用卡爾曼濾波進行非差處理。整個網(wǎng)絡(luò)僅生成一組區(qū)域改正參數(shù)，并通過擴展協(xié)議發(fā)給流動站。FKP技術(shù)只需要單向數(shù)據(jù)傳輸鏈路，但用戶需要增加相關(guān)設(shè)備以進行擴展協(xié)議的變換。2024/9/26183.2多參考站RTK（3）MAC技術(shù)

MAC技術(shù)是由徠卡測量系統(tǒng)公司與Geo++公司一起推出。它的基本要求就是將參考站的相位距離化為一個公共的整周未知數(shù)水平。如果相對于某一衛(wèi)星與接收機而言，相位距離的整周未知數(shù)就被消除了。此時，就可以說兩個參考站具有一個公共的整周未知數(shù)水平。網(wǎng)絡(luò)處理軟件的主要任務(wù)就是將網(wǎng)絡(luò)中所有參考站相位距離的整周未知數(shù)歸算到一個公共的水平。主輔站技術(shù)既能進行雙向數(shù)據(jù)通訊，又能進行單向數(shù)據(jù)通訊。2024/9/26193.2多參考站RTK（4）CBI技術(shù)

CBI由武漢大學(xué)GPS中心于2002年推出該技術(shù)利用衛(wèi)星定位誤差的相關(guān)性計算參考站上的綜合誤差，并內(nèi)插出用戶站的綜合誤差。在電離層變化較大的時間段和區(qū)域內(nèi)，應(yīng)用此項技術(shù)較有優(yōu)勢。CBI技術(shù)也是既能進行雙向數(shù)據(jù)通訊，又能進行單向數(shù)據(jù)通訊。2024/9/2620項目2GPS-RTK測量與放樣1差分GPS2RTK的定位原理【重點】3RTK的類型4RTK系統(tǒng)的基本配置【重點】5RTK定位的精度與可靠性【難點】6RTK測量的質(zhì)量控制【難點】4RTK系統(tǒng)的基本配置【重點】2024/9/26214RTK系統(tǒng)的基本配置【重點】RTK系統(tǒng)的基本配置包括參考站、流動站和數(shù)據(jù)鏈三個部分。參考站通過數(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)鏈接收來自參考站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理。GPS-RTK作業(yè)能否順利，關(guān)鍵問題是數(shù)據(jù)鏈的穩(wěn)定性和作用距離是否滿足要求。它和電數(shù)據(jù)鏈本身的性能、發(fā)射天線的類型、參考站的選址、設(shè)備的架設(shè)、周圍環(huán)境中無線電的干擾情況等有直接關(guān)系。2024/9/26224.1參考站（ReferenceStation）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(zhǔn)站。參考站GPS接收機：能夠接收并通過串口發(fā)射參考站觀測的偽距和載波相位觀測值。電源系統(tǒng)：GPS接收機和數(shù)據(jù)鏈可使用同一電源，或采用雙電源電池供電。參考站數(shù)據(jù)鏈及天線：將參考站觀測的偽距和載波相位觀測值發(fā)射出去。2024/9/2623Trimble4800GPS—RTK參考站配置圖4.1參考站（ReferenceStation）2024/9/2624項目2基礎(chǔ)知識4.1參考站（ReferenceStation）華測X-90GPS—RTK參考站配置圖2024/9/2625項目2基礎(chǔ)知識4.1參考站（ReferenceStation）參考站數(shù)據(jù)鏈及天線單參考站RTK的參考站電臺一般為外置的獨立電臺，其設(shè)置要求如下：功率要求：有5瓦、25瓦、35瓦幾種可供選擇的頻率。電池供電要足，電瓶選擇12V/60A或12V/120A為宜，可保證一定的工作時間。先安裝、連接天線，天線盡可能升高。電臺頻率設(shè)置為本地比較少用的一種，要向本地?zé)o線電管理委員會咨詢或申請。2024/9/26264.2流動站（RovingStation）流動站GPS接收機（RoverStation）能夠觀測偽距和載波相位觀測值；通過串口接收參考站的坐標(biāo)、偽距、載波相位觀測值；能夠差分處理參考站和流動站的載波相位觀測值。流動站數(shù)據(jù)鏈及天線能夠接收參考站觀測的偽距和載波相位觀測值、參考站坐標(biāo)。手持?jǐn)?shù)據(jù)采集器或稱為測量手簿，含各種實用軟件。2024/9/26274.3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(shè)有數(shù)據(jù)鏈。數(shù)據(jù)鏈由調(diào)制解調(diào)器和電臺組成。調(diào)制解調(diào)器將改正數(shù)進行編碼和調(diào)制，然后輸入到電臺上發(fā)射出去。用戶臺將其接收下來，將數(shù)據(jù)解調(diào)后，送入GPS接收機進行改正。電臺是將參考站調(diào)制后的數(shù)據(jù)變成強大的電磁波輻射出去，能在作用范圍內(nèi)提供足夠的信號強度，使流動站接收機能可靠地接收。2024/9/2628項目2GPS-RTK測量與放樣1差分GPS2RTK的定位原理【重點】3RTK的類型4RTK系統(tǒng)的基本配置【重點】5RTK定位的精度與可靠性【難點】6RTK測量的質(zhì)量控制【難點】5RTK定位的精度與可靠性【難點】2024/9/26295RTK定位的精度與可靠性【難點】不同類型的GPS接收機RTK定位都有各自的出廠精度，可據(jù)此估算RTK定位的精度。如華測X90的GPS-RTK定位的水平精度為10mm+1·D，垂直精度為20mm+1·D，其中D為參考站GPS接收機至流動站GPS接收機的水平距離，以km為單位。為保證流動站的測量精度和可靠性，應(yīng)在整個測區(qū)選擇高精度的控制點進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。RTK定位測量的精度與測區(qū)內(nèi)已知控制點的等級、個數(shù)和分布情況有關(guān)。2024/9/26305RTK定位的精度與可靠性【難點】（1）測區(qū)內(nèi)僅有一個已知控制點的情況定位測量時，僅已知點上的精度最高，以本點為圓心，離此點越遠，精度越低。理論上講，在半徑為10km的范圍內(nèi)，可達到2~5cm左右精度。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法是WGS-84和其它坐標(biāo)相減而得ΔX、ΔY、ΔZ坐標(biāo)平移量，再利用此平移量實現(xiàn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。2024/9/26315RTK定位的精度與可靠性【難點】（2）測區(qū)附近有兩個已知控制點的情況（必須為整體平差結(jié)果）定位測量時，僅兩已知控制點和兩點的連線上的精度最高，越遠離此直線則精度越低。（3）測區(qū)附近有三個已知控制點的情況（必須為整體平差結(jié)果）定位測量時，僅三已知控制點和三角形內(nèi)部的精度最高，越遠離此三角形則精度越低。（4）測區(qū)附近有四個已知控制點的情況（必須為整體平差結(jié)果）定位測量時，若四個已知點均勻分布在測區(qū)四周，僅四個已知控制點和四邊形內(nèi)部的精度最高，越遠離四邊形則精度越低。工作區(qū)工作區(qū)2024/9/2632項目2GPS-RTK測量與放樣1差分GPS2RTK的定位原理【重點】3RTK的類型4RTK系統(tǒng)的基本配置【重點】5RTK定位的精度與可靠性【難點】6RTK測量的質(zhì)量控制【難點】6

RTK測量的質(zhì)量控制【難點】2024/9/26336RTK測量的質(zhì)量控制【難點】6.1影響RTK測量的因素（1）GPS系統(tǒng)的局限性RTK的作業(yè)需要避免一些不利因素的影響，而造成這些影響的主要原因是源于整個GPS系統(tǒng)的局限性。（2）RTK數(shù)據(jù)鏈的局限性RTK作業(yè)的另一個不利因素來源于RTK傳輸數(shù)據(jù)鏈本身。RTK數(shù)據(jù)鏈的工作與周圍的電磁環(huán)境以及作用距離都有較大關(guān)系。2024/9/2634在參考站架設(shè)時應(yīng)當(dāng)選擇較好的已知點點位，用戶注意使觀測站位置具有以下條件：在10度截止高度角以上的空間不應(yīng)有障礙物。鄰近不應(yīng)有強電磁輻射源。參考站最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。6RTK測量的質(zhì)量控制【難點】2024/9/26356.2導(dǎo)致RTK測量發(fā)生粗差的原因（1）初始化錯誤發(fā)生原因：未能正確確定模糊度。產(chǎn)生后果：導(dǎo)致所有觀測結(jié)果發(fā)生較大偏差。（2）模糊度未保持錯誤發(fā)生原因：未正確探測或修復(fù)參考站及流動站載波相位數(shù)據(jù)中的周跳。產(chǎn)生后果：導(dǎo)致保持失敗后的所有觀測成果發(fā)生較大偏差。2024/9/26366.3RTK質(zhì)量控制的方法（1）快速靜態(tài)比較法這種方法是在進行RTK觀測的同時，對某些RTK點再做一次快速靜態(tài)觀測，事后對這些點的RTK成果和快速靜態(tài)成果進行比較分析，從而檢查RTK成果是否有質(zhì)量問題。采用這種方法作快速靜態(tài)時，需要流動站和參考站約定好同時記錄原始觀測數(shù)