RTK测量技术原理分析及应用_论文发表__墨水学术,论文发表,发表论

所属栏目：智能科学技术论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:281

副标题#e#
　　RTK测量技术原理分析及应用
　　史一海
　　贵州有色地质三总队贵州遵义563000
　　摘要:RTK测量的精度完全能满足图根控制测量的要求,在一定情况下采取一些保证测量精度的措施,一、二级控制点也完全可以用RTK方法施测。RTK技术极大地提高了作业速度和生产效率,缩短了测绘产品的更新周期,提高了测绘产品的精度、可靠性和科技含量,进一步也提高了测绘产品的使用价值。
　　关键词:RTK测量;技术应用；探讨
　　0引言
　　传统的图根控制测量主要以布设导线和极坐标辐射点的方法施测,耗工费时,且受地形条件限制较大。而实时动态测量技术(RealTimeKinematic,简称RTK)有实时、高效、不受通视条件限制等优点,用其进行图根控制点的施测,可取得事半功倍的效果。
　　1RTK概论
　　1.1RTK的原理
　　RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的厘米级精度的三维定位结果。根据GPS的相对定位理论,基准站和流动站同步采集相同卫星的信号,基准站在接收GPS信号并进行载波相位测量的同时,通过数据链将测量的载波相位观测值、基准站坐标等传送给移动站;移动站通过数据链接收来自基准站的数据,然后利用GPS控制器内置的随机实时数据处理软件与本机采集的GPS观测数据组成差分观测值进行实时处理,得到基准站和流动站的基线向量(ΔX,ΔY,ΔZ);基线向量加上基准站坐标得到流动站的WGS-84坐标;通过坐标转换即得到测点在地方坐标系的平面坐标和高程。
　　1.2RTK的特点
　　1)RTK的误差:RTK测量的误差同GPS静态定位的误差类似,一般可分为两类,即同测站有关的误差和同距离有关的误差。这些误差可通过各种校正方法和限制RTK测量的作业半径等措施予以削弱。
　　2)初始化:初始化(确定整周模糊值)的时间和可靠性,是RTK测量的关键。初始化的时间和可靠性取决于接收机类型(单频或双频)、所观测卫星的颗数、移动站至基准站的距离及RTK软件质量等。
　　3)数据链:RTK测量时,移动站需要实时地接收基准站播发的差分信号(观测值及相关数据),才能求定待定点的位置。RTK系统的数据传输采用超高频电台播发差分信号,它的传输属于一种视距传输,其最大的传输距离由接收天线的高度、地球曲率半径以及大气折射等因素决定,数据传输距离和测站高度的关系式为:
　　传输距离(km)=4.24×(m+m)
　　4)坐标转换:RTK与GPS静态测量一样,首先获得的是WGS-84坐标,必须通过坐标转换,才能得出当地坐标系中的平面坐标和高程。坐标转换参数通过3个以上的已知控制点的当地坐标和WGS-84坐标求解。当已知控制点无WGS-84坐标时,可在RTK作业时用快速静态定位方法测取。
　　1.3RTK测量系统的组成
　　RTK测量系统通常由3部分组成,即GPS信号接收部分(GPS接收机及天线)、实时数据传输部分(数据链、俗称电台)和实时数据处理部分(GPS控制器及其随机实时数据处理软件)。其基本组成至少需要一个基准站和一个流动站。
　　2RTK测量实例
　　2.1测区概况
　　1)自然地理概况
　　某市位于我省高原中部。整个测区以某镇为中心,南北长约10.8km,东西宽约10.0km,总面积37km2。测区地理位置为东经:101°30.7′～101°37.0′,北纬:24°56.8′～25°02.9′之间,平均纬度为:24°59.8′。最高海拨约1940m,最低海拨约1770m,平均海拨为1850m。测区地形主要为居民地、平地、丘陵地、少部分为山地。气侯属亚热带高原季风气侯,年平均气温16.3°C。盛产水稻、玉米、烤烟、核桃,有煤、铜等矿藏。测区内城区至各乡镇、行政村公路互通,交通便利。
　　2)已有成果资料的利用
　　测区范围内有地矿测绘院有限公司2001年和2004年在该地区所作的三、四等GPS点和一、二级导线点,覆盖整个测区(坐标系统为2000年某市城建坐标系);所有的三、四等GPS点和一、二级导线点都联测过四等水准(高程系统为1985年国#p#副标题#e#家高程基准),且分布均匀,可作为图根控制点的起算数据。
　　3)作业依据和设备
　　作业依据:国家建设部颁发的行业标准CJJ8299《城市测量规范》;国家建设部颁发的行业标准CJJ73297《全球定位系统城市测量技术规程》。
　　采用的仪器设备有:美国天宝仪器公司生产的Trimble5700RTK基准站双频接收机1台套,Trimble5700RTK流动站双频接收机2台套,联想便携式笔记本电脑1台及相关通讯设备。
　　2.2RTK测量的具体步骤
　　1)基准站设置
　　基准站观测点位选择:本测区分别设置了3个基准站进行作业,这3个基准站均为任意设置,为保证卫星信号接收、无线电信号传播的质量,3个基准站的选择均符合下列要求:
　　①基准站上空视野开阔,让基准站尽可能跟踪和观测到所有在视野中的卫星,基准站天线高度角在5°～15°内,且无成片障碍物。
　　②基准站周围约200m的范围内无强电磁波干扰源,如大功率无线电发射设施、高压输电线等。
　　③基准站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物,如高层建筑、成片水域等。
　　④基准站应选择在地势较高且交通便利的地方。基准站的系统设置:在任意选定的点位上架设好仪器后,用TSC1手簿启动基准站接收机。设置基准站各项配置参数,如测量类型为RTK,卫星高度角为13°,天线类型为ZephytGeodetic,无线电类型、频率、功率等。由于基准站是未知点,手簿中建立的坐标系为WGS-84坐标系统,无投影、无转换,并输入基准站的天线高,将基准站的坐标通过单点定位测量出来后存储于所建立的任务中,再进行无线电台的连接,当无线电连接上后,即可将手簿从基站接收机上分离,至此基站设置启动完成。
　　2)流动站设置
　　1个流动站只需1名测量员通过TSC1手簿进行测量操作。连接好流动站接收机、天线、测杆后,用TSC手簿开启接收机,先进行测量类型,电台的配置,使其与基站无线电连接,输入流动站的天线高,输入观测时间、次数,设置机内精度,机内精度指标预设为点位中误差±1.5cm,高程中误差±2.0cm,PDOP<6。
　　3)校正测量
　　由于基准站设置于未知点上,因此必须对已知点进行校正测量,才能在手簿上求解出WGS-84坐标与当地坐标系之间的转换参数。校正点的数量视测区的大小而定,一般取3～6点为宜。在手簿中输入校正点的当地坐标,流动站置于校正点上测量出该点的WGS-84坐标,将所选的校正点逐一测量后,通过手簿上的点校正计算即可求解出转换参数。点校正测量结束后,先在已知点上测量,检查转换参数无误时才能进行新的测量。
　　4)图根控制点测量
　　只需在测站上输入点名、按提示测量存储,正常情况下,5s即可结束一个点的观测。本测区的控制点测量根据基站的设置分3片进行,两台流动站同时观测,两名测量员历时一周共观测897个图根点。
　　2.3精度分析
　　进行图根点观测的同时,对55个已知点进行了观测,将观测成果与三、四等,一、二级控制点进行比较,得出点位误差最大为6.2cm,最小为0.1cm,中误差为2.57cm,高程误差最大为-12.4cm,最小为0,中误差为4.01cm。作业结束后,又用徕卡TC702全站仪按极坐标测量图根点的方法随机采集了30个RTK测量点的坐标数据,通过观测结果的比较,点位误差最大为8.0cm,最小为0.3cm,中误差为3.52cm,高程误差最大为-8.8cm,最小为0.2cm,中误差为2.95cm。由此可知,RTK测量的成果是可靠的,精度也是较高的。
　　214作业中出现的问题
　　1)在V型谷地、树木茂密及其居民地密集的地区,流动站接收到的卫星信号和无线电信号较弱且容易失锁,点位精度也较差。若接收卫星数少于5颗或无线电连接丢失,则RTK就不能作业。
　　2)在中午(北京时间12点～15点间)时段,初始化的时间会比较长。虽然在某些点上能观测到的卫星数可达七八颗,卫星的分布、无线电的连接也较好,但仍然需要十多分钟才能完成初始化。
　　3结论
　　RTK测量与传统测量相比具有以下优点:#p#副标题#e#
　　1)测站之间无需通视。使得选点更加灵活方便,大大减少了搬站次数,提高了劳动效率。
　　2)定位精度高,测量精度可达到厘米级,测点间相互独立,误差不宜积累、不传递。
　　3)观测时间短。正常情况下,流动站上每个点的观测时间仅为5s左右。
　　4)直接提供三维坐标。
　　5)测量的自动化程度较高、操作简便,大大节省人力物力。
　　6)全天候作业,一般不受气候的影响。
　　根据作业中出现的问题,为了保证RTK测量的精度、速度和可靠性,在RTK测量中应注意以下几点:
　　1)作业前首先要了解作业区域的地理环境并作星历预报。在受卫星情况和电台无线电传输制约的地方,应采用常规方法进行测量。
　　2)基准站的点位必须严格按规范要求选定,以保证观测卫星的图形强度和数据链传输。观测的卫星数越多,分布越均匀,则PDOP值越小,RTK的精确性和可靠性越高。若测站上空半边天被遮挡和有多路径效应,则初始化时间将大大延迟,坐标差也较大,甚至无法工作。
　　3)在求解坐标转换参数时,所采用的控制点要精度高、分布均匀,RTK作业区域应位于控制点连线所封闭的几何图形内。
　　4)观测成果要注意复核。初始化(整周模糊值)的置信度通常为95%～99%,且作业中缺乏检核条件,有些点可能会出现粗差,在作业过程中必须随机进行已知点检测,或在同一点上进行重复观测。
　　5)作业员对一些简单细节必须加以重视并严格按规程操作。接收机的对中、整平、天线高的量取及输入已知点坐标、坐标转换参数及天线高等数据的任何误差都将会影响RTK测量的精度。