1、 南阳师范学院 20XX 届毕业生 毕业论文（设计） 题 目： 利用 GPS（ RTK)进行界址点测量及其 精度分析 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 测绘工程 指导教师： 完成日期： 目录 摘 要 . （ 1） 0 引言 . （ 1） 1 GPS RTK 技术 . （ 2） 1.1 RTK 的基本原理 . （ 2） 1.2 RTK 的技术特点 . （ 3） 1.3RTK 的作业过程 . （ 3） 1.4RTK 的误差来源和测量精度 . （ 4） 2 界址点及其精度要求 . （ 6） 2.1 界址点 . （ 6） 2.2 界址点精度 . （ 6） 3 利用 GPS-RTK 进行界址点
2、测量 . （ 7） 3.1 界址点测量工程实例 . （ 7） 3.1.1 界址点的确定 . （ 7） 3.1.2 界址点测量 . （ 7） 3.1.3 宗地图的绘制 . （ 9） 3.2 精度分析 . （ 12） 4 结论及建议 . （ 13） 参考文献 . （ 134） Abstract . （ 14） 第 1 页 (共 14 页 ) 利用 GPS（ RTK)进行界址点测量及其精度分析 摘 要： 本文对 GPS-RTK 的测量原理及误差分析等进行简要阐述，并针对地籍测量的要求，探讨了影响 RTK 测量精度的制约因素，基于生产实践中存在的作业问题 ,找出提高 GPS RTK 界址点测量精度的有
3、效措施，提高其测量成果的精度，同时对 RTK 作业的基本流程进行阐述，并同全站仪测量数据进行对比。通过实验表明，采用 GPS RTK进行界址点测量能达到地籍测量的精度要求，具有可行性。 关键词 ： GPS(RTK)； 地籍测量；界址点；界址点测量；精度分析 0 引言 由于 RTK 技术受外界条件的影响和限制较小 ,定位精度高、效率快、不要求点位相互通视、自动化程度高、误差积累小、测绘成果统一、操作简单、全天候等优点故而被应用于大地测量、地形测量、地籍测量、航空摄影测量、 GIS、设备控制、变形监测、精准农业、水上测量、环境应用等领域使测量工作变得更轻松。由于用 RTK 技术进行外业勘测 ,可以
4、随时测量任意点的 3 维坐标，彻底摆脱后处理地负担 ,提高了效率 ,尤其在深山峡谷 ,用传统的测量方法难以进行的地区 ,更显示其实 时、快速、操作简单等优点所以 GPS RTK 是实时快速动态定位且目前精度最好的差分测量技术。在界址点测量中也常常使用 GPS RTK，所以本文针对 RTK 在界址点测量中的应用进行分析，探讨影响 RTK 在界址点测量精度的因素，并结合实例分析提高 RTK界址点测量精度的方法。 第 2 页 (共 14 页 ) 1 GPS RTK 技术 1.1 RTK 的基本原理 RTK（ Real Time Kinematic) 定位是将一台 GPS 接收机安装在已知点上对 GP
5、S 卫星进行观测 , 将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上 , 再通过基准站电台发射 出去 1 ;在 RTK 作业模式下 , 基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。而与此同时流动站则接收来自基准站的数据 , 并采集 GPS 观测数据 , 流动站的 GPS 接收机再利用 OTF（运动中求解整周模糊度）等技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度 , 最后求出流动站的位置。基准站和流动站必须保持 4 颗以上相同卫星相位的跟踪和必要的几何图形 , 流动站则随时给出厘米级定位精度。其流程，如图 1.1 所示 2 图 2.1 RTK 工作原理 图
6、1.1 RTK 定位基本流程 基准站 基准站信号发射天线 RTK 天线 传感器 控制器 调制解调器 移动站 基准站信号接收天线 显示坐标成果 RTK 天线 传感器 控制器 调制解调器 第 3 页 (共 14 页 ) RTK 系统正常工作要具备以下三个条件：第一，基准站和移动站同时接收到 5 颗以上 GPS 卫星信号；第二，基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发出的差分信号；第三，基准站和移动站要连续接收 GPS 卫星信号和基准站发出的差分信号。即移动站迁站过程中不能关机，不能失锁，否则 RTK 须重新初始化。 1.2 RTK 的技术特点 （ 1）工作效率高：在一般的地形地势下，高质量的 R
7、TK 设站一次即可测完 4km 半径的测区，大大减少了传统 测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数，移动站一人操作即可，劳动强度低，作业速度快，提高了工作效率。 （ 2）定位精度高：只要满足 RTK 的基木工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为 4km ） RTK 的平而精度和高程精度都能达到厘米级。 （ 3）全天候作业： RTK 测量不要求基准站、移动站间光学通视 ，只要求满足“电磁波通视”，因此和传统测量相比， RTK 测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要满足 RTK 的基木工作条件，它也能进行快速的高精度定位，使测量工作变得
8、史容易史轻松。 （ 4） RTK 测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强： RTK 可进行多种测量内、外业工作。移动站利用软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。 （ 5）操作简单，易于使用：现在的仪器一般都提供中文菜单，只要在设站时进行简单的设置，就可方便地获得二维坐标。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便地与计算机、其他测量仪器通信 3 。 1.3RTK的作业过程 （ 1）启动基准站 将基准站架设在上空开阔、没有强电磁干扰、多路径误差影响小的控制点上，正确连接好各仪器电缆，打开各仪器。将基准站设置为动态测量模式。 （ 2
9、）建立新工程，定义坐标系统 新建一个工程，即新建一个文件夹，并在这个文件夹里设置好测量参数 如椭球参数、投影参数等 。这个文件夹中包括许多小文件，它们分别第 4 页 (共 14 页 ) 是测量的成果文件和各种参数设置文件，如 *.dat、 *.cot、 *.rtk、 *.ini 等。 （ 3）点校正 CPS 测量的为 WCS-84 系坐标，而我们通常需要的是在流动站上实时显示国家坐标系或地力独立坐标系下的坐标，这需要进行坐标系之间的转换，即点校正。点校正可以通过两种方式进行。 在已知转换参数的情况下。如果有当地坐标系统与 WCS-84 坐标系统的转换七参数，则可以在测量控制器中直接输入，建立坐
10、标转换关系。 如果上作是在国家大地坐标系统下进行，而且知道椭球参数和投影方式以及基准点坐标，则可以直接定义坐标系统，建议在 RTK 测量中最好加入 1-2个点校正，避免投影变形过大，提高数据可靠性。 在不知道转换参数的情况下。如果在局域坐标系统中工作或任何坐标系统进行测量和放样 工作，可以直接采用点校正方式建立坐标转换方式，平面至少 3 个点，如果进行高程拟合则至少要有 4 个水准点参与点校正。 （ 4）流动站开始测量 单点测量：在主菜单上选择“测量”图标打开，测量方式选择“ RTK” ,再选择“测量点”选项，即可进行单点测量。注意要在“固定解”状态下，才开始测量。单点测量观测时间的长短与跟踪
11、的卫星数量、卫星图形精度、观测精度要求等有关。当“存储”功能键出现时，若满足要求则按“存储”键保存观测值，否则按“取消”放弃观测。 放样测量：在进行放样之前，根据需要“键入”放样的 点、直线、曲线、 DTM 道路等各项放样数据。当初始化完成后，在主菜单上选择“测量”图标打开，测量方式选择“ RTK” ,再选择“放样”选项，即可进行放样测量作业。 在作业时，在手薄控制器上显示箭头及目前位置到放样点的方位和水平距离，观测值只需根据箭头的指示放样。当流动站距离放样点就距离小于设定值时，手薄上显示同心圆和十字丝分别表示放样点位置和天线中心位置。当流动站天线整平后，十字丝与同心圆圆心重合时，这时可以按“
12、测量”键对该放样点进行实测，并保存观测值 3 。 1.4RTK的误差来源和测量精度 RTK 定位的误差，一般分为两类 :同仪器和干扰有关的误差。同仪器和第 5 页 (共 14 页 ) 干扰有关的误差 :包括天线相位中心变化、多路径误差、信号干扰和气象因素；同距离有关的误差 :包括轨道误差、电离层误差和对流层误差。对固定基准站而言，同仪器和干扰有关的误差可通过各种校正方法予以削弱，同距离有关的误差将随移动站至基准站的距离的增加而加大，所以 RTK的有效作业半径是有限制的（一般为几公里）。同距离有关的误差的主要部分可通过多基准站技术来消除。但是其残余部分也随着移动站至基准站距离的增加而加大。 (1
13、)同仪器和干扰有关的误差 天线相位中心变化：天线的机械中心和电子相位中心一般不重合，而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到 3-5cm。因此，若要提高 RTK 测量的定位精度，必须进行天线检验校正。 多路径误差：影响 RTK 作业的主要误差源实际上是多路径误差。多路径误差是由测站周围多路径反射面信号传播与卫星 GPS信号干涉时时延效应造成的误差。例如基准站或流动站附近大面积水面、高层建筑物反射、山谷、盆地中甚至无线电台站附近等都 会成为多路径误差源。通常在 CPS 大地测量当中，多路径误差所造成的后果比想象的小。这是由于
14、多路径信号规则的波动，连同 GPS 大地测量的长积分时间，把多路径误差减少到了可以忽视的程度。当进行长时间观测时，卫星星座几何分布有充分变化，可以通过平滑将多路径效应降低。 有数据表明，测站上观测 30 分钟，通常可以使多路径误差小到亚 mm级；观测 10 分钟，即使在困难条件下，一般也足以保持 lmm 的质量。但是在快速静态（ Rapidstatic)和动态 GPS（ RTK)定位中，要求在有环境反射下得出短期解，因此最易受到多路径延 迟的影响。也就是说，在短距离双差 GPS 观测中，如 RTK 测量，多路径延迟误差成为主要的误差源。 信号干扰：信号干扰可能有多种原因，如无线电发射源、雷达装
15、置、高压线等，干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。为了削弱电磁波幅射副作用，必须在选点时远离这些干扰源，离无线电发射台应超过 200 米，离高压线应超过 50 米。 气象因素：快速运动中的气象峰面，可能导致观测坐标的变化达到 1-2dm。因此，在天气急剧变化时不宜进行 RTK 测量。 第 6 页 (共 14 页 ) (2)同距离有关的误差 轨道误差：目前轨道误差只有几米， 其残余的相对误差影响约为 1106 ，就短基线 (lOkm)而言，对结果的影响可忽略不计，但是对 20-30km的基线则可达到几厘米。大气延迟误差 :由于电离层引起电磁波传播延迟从而产生 误差 ,其延迟强度与电
16、离层的电子密度密切相关，电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化，白天为夜间的 5 倍，冬季为夏季的 5 倍。与太阳黑子活动的强度成正比对流层误差：对流层误差同点间距离和点间高差密切相关，一般可达 3 106 。 RTK 测量采用求差分法降低了载波相位测量改正后的残余误差及接受机钟差和卫星改正后的残余误差等因素的影响，使测量精度达到厘米级，一般系统标称精度为 10mm+2 106 。工程实践和研究证明 RTK 测量能达到厘米级精度。有研究表明， RTK 测量的平面精度在数据链信号接收半径小于 4km 时可保持较高精度，用全站仪检查其中误差在 5cm 以内 )，大于
17、4km 时测量误差明显增大。另外作业时接收到的卫星数目越少， RTK 测量结果误差越大，但只要能接收到 5 颗以上卫星，得出 的固定解就能达到仪器标称精度 3 。 2 界址点及其精度要求 2.1 界址点 土地权属界址包括界址线、界址点和界址标。所谓土地权属界址线是指相邻宗地的边界线。有的界址线与明显地物重合，如以围墙、墙壁、道路、沟渠等。界址点是指界址线或边界线的空间或属性的转折点。 界址点是指宗地权属界线的转折点，即拐点，它是标定宗地权属界线的重要标志。一块土地周围的界址点确定了，则其位置、形状、面积和权属界线也就确定了。在进行宗地权属调查时，界址点应由宗地相邻双方指界人在现场 共同认定。确
18、认的界址点上要设置界标，进行编号，并精确测定其位置，以防止日后界标被破坏时，能用测量方法准确地在实地恢复权属界址 4 。 2.2 界址点精度 界址点坐标的精度，可根据测区土地经济价值和界址点的重要程度来加以选择。在我国，考虑到地域之广大和经济发展不平衡，对界址点精度第 7 页 (共 14 页 ) 的要求也应有不同的等级。具体规定见下表 2.1。 表 2.1 地籍测量规范中对界址点的规定 档次 界址点相对于邻近控制点的点位中误差 /m 适用范围 A1 0.05 大 、中城市的的繁华地区街道外（街坊）内的明显界址点 A2 0.10 中、小城市（城镇）一般地区或大型工矿区、新型住宅区。街道（街坊）内
19、部的隐蔽界址点。 A3 0.25 其他地区 A4 0.50 农村地区 3 利用 GPS-RTK 进行界址点测量 3.1 界址点测量工程实例 3.1.1界址点的确定 界址点的确定：一般是在进行权属调查时进行的。地籍调查表中详细说明了宗地界址点实地位置的情况，并丈量了界址点的边长，草编了宗地号，详细地绘有宗地草图。这些资料都是进行界址点测量所必需的 4 。 3.1.2界址点测量 界址点位置野外踏勘：踏勘时应有参加地籍调查的工作人员引导，实地查找界址点位置，了解各宗地的用地范围，并在蓝图上（最好是现势性强的大比例尺图件）用红笔清晰地标记出界址点的位置和宗地的用地范围。如无参考图件，则要详细画好踏勘草
20、图，对于面积较小的宗地，最好能在一张纸上连续画上若干个相邻宗地的用地情况，并充分注意界址点的公用情况。对于面积较大的宗地要认真地注记好四至关系和功用界址点的情况。在画好的草图上标记权属主的姓名和草编宗地号。在未定界限附近则 可选择若干固定的地物点或埋设参考标志。测定时按界址点坐标的精度要求测定这些点的坐标值，待权属界限确定后，可据此来补测确认后的界址点坐标。这些辅助点也要在草图上标注。 踏勘后的资料整理：这里主要是指草编界址点号和制作界址点观测及计算草图。进行地籍调查时一般不知道各地籍调查区内的界址点数量，只知道每宗地有多少界址点，其界址点编号只在本宗地进行。因此，在地籍第 8 页 (共 14
21、 页 ) 调查区内统一编制野外界址点观测草图，并统一编上草编界址点号，在草图上注记出与地籍调查表中相一致量边长及草编宗地号和权属主姓名 1 。详细情况见表 3.1 和表 3.2。 表 3.1 权属调查表 表 3.2 界址点标示表 界址标示 界址点 号 界标种类 界址 间距 （米） 界址线类别 界址线位置 钢 钉 水泥柱 石灰柱 喷油漆 路 牙 墙 壁 围 墙 内 中 外 1 5.52 土地使用者 名称 南阳市社旗县狮子庄村 性质 全民 上级主管部门 河南省南阳市 土地坐落 法人代表或户主 代理人 姓名 身份证号 姓名 身份证号 电话号码 土地权属性质 国有土地使用权 预编地籍号 地籍号 所在图幅号 宗地四至 详件见宗地草图 批准用途 实际用途 使用期限 村有 村委会 共有使用权情况 说明
