1、本科毕业论文（20 届）GPS RTK 在地形测量中的应用所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期GPS RTK 在地形测量中的应用【摘要】伴随着日新月异的科技发展，在测量方面 GPS RTK的简易与实用性得到大家的认可，而实际测量工作中RTK也在扮演越来越重要的角色。本文旨在分析 GPS RTK技术的基本原理、系统组成、测量方法、误差分析以及GPS RTK技术在测量时有哪些优势。本文以三明市地形测绘为例分析 GPS RTK技术在地形测量中的应用.最后讨论下 GPS RTK技术目前存在问题以及发展前景。【关键词】GPS RTK 地形测量 实例分析 发展前景目录1. 引言2. GPS
2、RTK 技术 12.1 GPS RTK 的基本原理 12.2 GPS RTK 的系统组成 12.3 GRS RTK 的测量方法 12.4 GRS RTK 的误差分析 12.5 GPS RTK 在测量工作中的优势. 23. GPS RTK 技术在地形测量中的实例 23.1 测区概况 23.2 已有数据 23.3 具体方案方法 23.4 控制测量中的应用 33.5 碎部测量中的应用 43.6 内业处理 64. GPS RTK 存在问题的以及发展前景 84.1 GPS RTK 存在的问题 84.2 GPS RTK 发展前景 95. 结束语 9致谢参考资料11.引言GPS RTK 技术是目前最为先进测
3、量技术。随着近几年 GPS 系统发展和完善，以及软、硬件质量的提高。以 GPS 系统为基础的 RTK 测量技术已经越来越被大家所熟知，并且广泛的应用在诸多的实际测量工作中。地形测量得出结果所绘制的地形图是土地开发与建设的一个重要依据，为了满足及国家的经济建设，地形测量准确度以及工作效率是十分重要的。GPS RTK 技术拥有传统的测量所不能比的全天候，精度高，操作简单等优点，因此在目前在经济发展速度迅猛的今天 RTK 技术也就越来越多的被应用在地形测量工作中。2. GPS RTK 的基本原理和测量方法2.1 GPS RTK 的基本原理GPS RTK（Real time kinematic）也就是
4、实时动态控制系统。与以往的传统测量后要通过进行解算才能获得厘米单位的精度相比，RTK 是能够在野外实时得到厘米单位定位精度的新型测量方法，是 GPS 应用的伟大的一步。 它的出现为工程测量带来新的可能性。“ GPS 有三类差分方法分别是位置差分、伪距差分和相位差分。 1”这三类差分方式都是首先由基准站发送改正数，然后由流动站接收并对其测量得结果进行改正，以获得精确的定位结果，三者不同的是发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。 位置差分和伪距差分定位误差的相关性会随基准站与流动站的空间距离的增加其定位精度降低 ,所 GPS RTK 采用相位差分。GPS RTK 的工作原理主要是将一台
5、接收机置于基准站上,另一台或者几台接收机置于流动站上,基准站和流动站接收同一时间相同 GPS 卫星发射的信号,之后基准站将所获得的观测值与已知位置进行对比，得到 GPS 差分改正值。然后将这个改正值通过无线电数据链电台传给流动站以达到精化其 GPS 观测值目的,这样就可以得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。2.2 GPS RTK 的系统组成RTK 系统是由三个部分组成的。分别是 GPS 接收机、数据传输设备、软件系统。（1）GPS 接收机在基准站和流动站上都有，它们都有各自的接收天线。 基准站主要的作用是连续接收 GPS 卫星信号,然后将测站的坐标和观测值还有卫星跟踪状态，通过数据链发送出
6、去,流动站接收机是在跟踪 GPS 卫星信号的同时接收来自基准站的数据。 （2）数据传输设备由基准站的发射台还有流动站的接收台组成的 。 （3）软件系统就是具有能够实时的解算出流动站的三维坐标的功能的系统。2.3 GRS RTK 的测量方法首先设置一台 GPS 接收机作为基准站，架设在已知点上。然后将已知的位置参数包括基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入控制手簿，然后一台或几台 GPS 接收机设置为流动站。 “基准站和流动站同时接收卫星信号,基准站将接收到的卫星信号通过基准站的发射电台发送到流动站。 ”流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号共同传到控制手簿上进行实时的差分及平差处理，这样就
7、可以实时的得到本站的坐标和高程及精度指标等，并随时将实测精度和预设精度指标进行比较,要是实测精度达到了预设精度指标的要求,手簿就可以记录下来这次测量的结果了。2.4 GPS RTK 的误差分析GPS RTK 的误差来源于两个方面：首先与外业测量有关的测量误差，其次与数据处理有关的处理误差。与外业测量有关的测量误差分为四种：（1）与卫星有关的误差，例如卫星星历误差和卫星钟误差。（2）与卫星信号传播有关的误差，例如电离层折射误差、对流层折射误差还有就是多路径传播误差（3）与接收机有关的误差，例如接收机钟误差和接收机位置误差（4）与基准站有关的误差，例如基准站已知坐标误差和基准站载波相位误差。与数据
8、处理有关的处理误差分成下面几类：（1）坐标参数转化误差（2）数据计算的数学模2型误差（3）拟合内插误差（4）模糊度解算误差（5）动态基线解算误差（6）差分信号调制解调误差(7)流动站内存软件模型误差。2.5 GPS RTK 在测量工作中的优势GPS RTK 在测量工作中的优势分为以下四点：一、作业效率高：“在一般的地形地势下, 高质量的 RTK 测量设站一次就可以可测完大概半径为 5千米的测区，比起传统测量需要多个控制点和经常需要进行的搬站测量而言大大提高了工作效率。 6”只需要一个人的操作,在每个放样点只需要停留几秒，就可以完成作业。二、定位精度高：基本没有误差积累。在一定的作业半径范围内，
9、而又满足 RTK 的基本工作条件下，因为 RTK 测量过程中是不需要多次的搬站测量，所以 RTK 测量的结果都不会存在较大的误差累加并且精度都能达到厘米级。三、全天候作业：RTK 技术不比传统测量方法不需要观测者与目标间满足通视只需要满足能够接受到 GPS 信号这个基本条件。四、RTK 作业自动化：相比传统测量而言集成化程度高 RTK 几乎可胜任各种测绘外业。流动站配备的手簿内置有专业软件可自动实现多种测绘功能这样就减少人为操作计算的误差保证了测量结果精度。3.GPS RTK 技术在地形测量中的实例3.1 测区概况实例验证采取位于三明市南口乡温坊村第二大队，该地区属于在农村乡镇地区，村庄建筑物
10、分布中等密集，并且比较集中，并且田地以及将要开垦的区域交通便利，通视性好，整个测区地势较为平缓，没有什么高大的植被，田地多。3.2 已有数据2010 年将乐县南口乡 1:1000 地形图，可供作业过程中核查使用；测量范围和控制点点号坐标数据一份，可作为测量原始数据。3.3 具体方案方法(1) 测前准备在外业测量开始之前，先将甲方提供的相关数据资料在电脑上进行整理。根据实际勘测的需要，将整理好的数据传输到外业测量的手簿里，方便外业调用，提高外业数据采集的效率。（2）测量精度要求及坐标系统根据工程项目的需要，要求平面点位中误差3cm,高程中误差5cm。本次测区采用“西安80 坐标系统，高程系统采用
11、 1985 国家高程基准” 。（3）仪器配备及人员安排仪器准备：中海达 RTK 基准站 1 台， 中海达 RTK 移动站 2 台， 全站仪一台，棱镜两个，三脚架两个，钢尺一把。人员安排：测量员 4 人，绘图员 1 人，检查员 1 人（4）外业施测将基站架设在楼顶，用移动站在测区范围内采集分布均匀的 2 个或 2 个以上控制点的 84 坐标，然3后再输入三明将乐的当地坐标，进行点校正，然后进行拟合，解算出转换参数，点校正完成后为了保证精度，通常要采集其他控制点的坐标，然后将采集的坐标与该控制点的原坐标进行对比，在精度范围之内，即可进行外业操作（反之要重新点校正） 。在进行外业的时候，首先将提供的
12、曲线要素做成相关文件传输到手簿里，一般只要通过在手簿上调用文件，在可进行地形测量，点的放样也可以进行。（5）内业数据处理在测量过程开始时，一般以当天日期+字母为文件名，待当天外业工作完成后，立即导出数据，并用“ dat”格式保存，传输成功后要是当天有错误数据应立即处理，以免绘图时出错，否则成图以后在进行处理会很麻烦，也会导致图形整体不美观。画图时切记要按设计书要求去做，以免造成不必要的麻烦，当天的内业尽量在当天完成，防止隔天或者更长时间在绘图时忘记，从而使成图出现错误。成图后对整体图形稍加修改，保持整体的美观（植被被符号和高程成梅花状、图框、归层等等）。3.4 控制测量中的应用本次测量的图根控
13、制点采用 GPS-RTK 进行采点，采用 RTK 里面的平滑功能进行采集，成果分两次采集，提前一天采集后第二天在进行采集一次，两次均采用平滑 20 次，成果取两次平均值。图根控制点的密度根据地形条件而定，平坦地区每平方公里不宜小于 64 点,一般地区每平方公里不小于 120点，居民地密集地区每平方公里不小于 250 点。点位的分部要均匀，并保持两个以上相邻方向通视。图根点相对于图根起算点位中误差不得大于 0.05m，高程中误差不得大于 0.1m。测区内的图根控制成果如下表 3-1 所示：表 3-1 测区内的图根控制成果表图序号 点 名 等 级 标石类型 X（N）坐标 Y（E）坐标 高程（H）1
14、 LY01 图根 不埋石 2962490.421 535812.600 208.4222 LY02 图根 不埋石 2962388.133 535868.658 211.7473 B1 图根 不埋石 2962199.659 537896.965 208.6434 B2 图根 不埋石 2962192.091 537938.114 208.5345 B3 图根 不埋石 2962155.144 538019.350 207.8556 B4 图根 不埋石 2962100.180 538098.451 207.1577 B5 图根 不埋石 2962055.473 538184.145 207.1188 B
15、6 图根 不埋石 2961995.824 538271.380 206.5319 B7 图根 不埋石 2961954.609 538321.277 207.93810 B8 图根 不埋石 2961875.335 538397.582 209.66811 B9 图根 不埋石 2961831.419 538430.179 210.39112 B10 图根 不埋石 2961764.055 538458.996 211.36513 B11 图根 不埋石 2961689.497 538473.776 210.99114 B12 图根 不埋石 2961619.179 538520.428 212.3981
16、5 B13 图根 不埋石 2961580.037 538556.539 213.82016 B14 图根 不埋石 2961504.303 538582.840 214.68517 B15 图根 不埋石 2961427.416 538619.398 216.67118 B16 图根 不埋石 2961373.187 538663.543 217.809419 B17 图根 不埋石 2961308.795 538726.434 220.56920 B18 图根 不埋石 2961264.782 538783.353 221.41821 B19 图根 不埋石 2961199.634 538882.216
17、 222.21422 B20 图根 不埋石 2961135.978 538957.804 223.36723 B21 图根 不埋石 2960956.302 538035.024 223.91524 B22 图根 不埋石 2960861.579 538032.869 222.35125 B23 图根 不埋石 2960814.799 538266.796 220.47326 B24 图根 不埋石 2960731.596 538311.576 219.37427 B25 图根 不埋石 2960621.999 538270.505 218.91928 B26 图根 不埋石 2960537.172 53
18、8258.611 214.75329 B27 图根 不埋石 2960453.458 538215.028 213.99830 B28 图根 不埋石 2960358.831 539177.328 212.65231 B29 图根 不埋石 2960296.560 539171.263 211.54232 B30 图根 不埋石 2960262.602 539074.715 209.34133 B31 图根 不埋石 2960237.059 538943.196 209.23234 B32 图根 不埋石 2960214.386 538840.279 210.2223.5 碎部测量在测区范围内找一个相对集
19、中，且无遮挡物的楼房，把基站架在该楼顶，并安置好仪器并开机。之后打开手簿，进入主界面。首先点击【项目】【新建任务】 输入项目名（20131014）【】,如图 3-2 所示:图 3-2 任务的新建打开【GPS】在接收机信息里找到基准站设置【位置】 （根据实际情况添加数据，如：天线高）【数据链】 （根据实际情况添加数据，如：小组号【运用】【其他】根据设计书选择或添加【确定】,如图 3-3 所示:5图 3-3 GPS 设置基站打开【参数】在坐标系统中点击点较验【文件】找到该点坐标【】【平滑】【】【计算】【应用】【】, 如图 3-4 所示:然后点击【测量】【F2】输入点号、仪器高和编码OK 或【】 ，
20、点采集后在屏幕上可以显示出点及路线，然后测一个已知控制点，核对坐标是否正确，若不正确，重新进行点校验和核对另一个已知点。如图 3-5 所示:图 3-5 碎步点采集一切准备工作就绪以后，对地物、地貌的特征点采用代码的形式进行野外碎部点采集。为了方便内业处理，观测时需输入相应的地物的简码，测量线状地物须在线状地物的第二个特征点输入简码 “+”或者“” ，可将其连接起来，同时对于其他的特征点亦是采取如此方法。图 3-4 点校验63.6 内业处理在处理数据之前，将“dat”格式的文件用记事本的方式打开，可以查看数据，错误的要删除，为成图的质量做准备。如图 3-6 所示：图 3-6 部分数据然后，打开C
21、ASS7.0软件，下拉菜单【绘图处理】【展野外测点点号】 ，出现野外测点点号。展野外测点点号也是在同一个下拉菜单绘图处理里面。如图4-7所示:7图3-7 数据处理步骤之后再下拉【绘图处理】【简码识别】对所得的数据进行分析识别，同时进行图形的绘制。对数据中特殊地形地貌的标记，以及特殊的地物和分界点都要清楚的注明。与此同时把点的高程可以展在另外一个图层，这个操作可以先关闭之前的点号图层，便于分析图形。经过一系列的操作处理，得到当天所测的图形。通常在使用CASS7.0软件时，将当天的测量成果进行简码识别以后，部分的测量编码在这一过程中，识别不出来，同时在测量的时候，可能会遇到一些测不到的点，这就需要白天在做外业的时候的印象和当时所画的草图进行简单的绘图处理。隔天测量的时候，如果前一天图形中有漏测或者测量错误的地方，一定要进行重测。回去后，将当天的成果和前一天的图形进行综合，从而完善测量成果图。如果，测区较大，就需要待成果图出来以后进行打印，然后拿着成果图去现场进行作比较，若有不对的地方，要进行补测，反之，则可以出最终成果。如图4-8所示：
