1、本科毕业论文（20 届）GPS 动态测量技术的应用及发展所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期GPS 动态测量技术的应用及发展【摘要】随着科技的迅速发展，如今已经进入了全新的信息时代，传统的测量方法渐渐满足不了一些特定的需求，GPS 技术的横空出世给测绘界带来了曙光。通过不断完善，GPS 的应用范围越来越广，GPS-RTK 的出现，给 GPS 技术带来的是里程碑的意义，它的方便快捷大大缩短了作业时间，在各种控制测量、土石方测算等领域被广泛应用。但是，RTK 技术还是有一些瑕疵，经过科学发展，近几年，后处理动态测量技术（PPK）应运而生，很好地弥补了 RTK 的一些缺点，而其本身也具
2、有很高的精度。这两种测量技术的诞生与使用大大促进了测绘产业的发展。【关键词】GPS,RTK;RTK 技术的应用;后处理动态测量技术 PPK目录绪论.11 GPS 动态测量技术的发展及应用现状.11.1 GPS 的发展.11.2 GPS-RTK 的优势及应用.12GPS 动态测量的基本理.13GPS 动态测量技术的用.23.1 RTK 技术的应用.23.1.1 RTK 技术在地形测图中的应用.23.1.2 RTK 在土石方计算测量中的应用.43.1.3 RTK 技术在控制测量中的应用.73.1.4 RTK 技术在工程放样中的应用.74RTK 技术与 PPK 技术的比较.75GPS 动态测量技术的
3、发展趋势.86.结语.9致谢.9参考文献.91绪论全球定位系统 GPS 的英文全称是“global positioning system”，起初建立的目地主要用于军事方面的导航和情报收集。通过 20 几年的研究实验，到 1994 年 3 月，布设了 24 颗 GPS 卫星星座覆盖了地球的 98%的地区，随着科技的发展和系统的完善，已经达到全球覆盖，使得地球上的每一个地点任何需要观测的时刻都至少有 4 颗卫星可以提供同时观测，获取并处理用户所需数据，为用户提供定位服务。1. GPS 动态测量技术的发展及应用现状1.1 GPS 的发展卫星定位技术是人造地球卫星的点测量技术的使用。随着 1973 年
4、 12 月新一代的卫星导航系统全球定位系统的建立，五年后成功发射一颗卫星，该卫星为试验性的第一颗卫星，事隔十一年又成功发射一颗卫星，这是第一颗应用于工作性质的。全球定位系统也随着时间的推移进行更新换代，逐步推出第二代，第三代，逐步完善了 GPS 功能，使得其定位精度更高、定位速度更快、抗干扰性能更好，保密性更强。目前 GPS 技术已经发展的相对比较成熟，涉及许多领域其中包括：城市规划、军事、导航、定位等多个领域。近年来，我国成功研制了北斗导航定位系统。该系统包含的系统分为试验及定位，当前已发射的卫星用于试验的有四颗，用于定位的为十六颗，其原理，精度，范围上渐渐和其他导航定位系统接轨。北斗系统定
5、位服务已覆盖亚洲及太平洋地区，预计将于五年后完全建成，届时将提供全球定位服务。1.2 GPS-RTK 的优势及应用RTK 快速而稳定完成测量工作主要应该具备稳定的无线电数据链和符合精度要求的测量距离。在这两点的保障下，RTK 技术比传统方法更具优越性：（1）RTK 测量技术不同于传统测量技术，其不会受通视条件的限制和影响，在通视困难的地区该优势更为明显。在某些地形地势复杂、障碍物多的测区，传统测量技术要求两点间的光学通视，这就导致测量作业遭受众多困难，而 RTK 技术只要能够接受到电磁波和上方无遮挡等基本条件，就可以进行正常作业，提高了测量效率。（2）RTK 设备操作简单，使用方便快捷，生产组
6、织灵活，能够全天候实时进行高效的测量作业。首先对移动站进行参数设置，就可以轻松测量采集所需数据，进行碎部点观测等各种测量作业，并且高效的处理获取的数据，通过基线解算、平差等处理方法，高效快速地处理数据。（3）RTK 的现场测量能力比较高，自动化高，接收机小型化。RTK 可以自动完成多种测量步骤，减少了人工操作量，降低了成本，缩短了工期，将人为误差大幅度降低，使测量精度得到保障。（4）在基线不长于十五千米时，RTK 能够快速定位获取厘米级精度的数据，快捷方便地完成作业任务。2.GPS 动态测量的基本原理卫星是在空间轨道上距离地球很遥远的，RTK 测量时有一个基准站和一个移动站，基准站一般都摆设在
7、已知点上是不动的，而移动站是用来采集野外数据用的。当二者接收到卫星发送的信号时，实际上由于受大气影响会产生很多误差（由于电磁波在真空的中的传播速度是固定的，然后它在空气中传播速度会受到温度、密度等因素的影响而比实际要慢些），而这些误差无法精确测定（因为温度和2大气压强都是实时变化的），因此实际上基准站和移动站的实际准确位置都无法测定。但是由于卫星离地球的距离相对于基准站和移动站之间的距离是非常大的，所以可以认为信号从卫星传到基准站跟从卫星传到移动站的路径相同，误差也相同，所以把卫星到基准站的距离向量与卫星到移动站的距离向量作差进而抵消该误差常数，便可得到移动站到基准站的一个距离向量（可当作三维
8、坐标差）。而基准站坐标已知，那么移动站的坐标就是基准站坐标加上这个坐标差。这种方法就是差分。而基准站和移动站之间通过电台信号或 GPRS 等数据链进行数据传输，实时解算这个坐标差值，这就是 RTK 测量的基本原理。3.GPS 动态测量技术的应用3.1 RTK 技术的应用相对于各种传统测量，RTK 技术表现出了很大的优势性，并且在很多测量领域都得到应用。比如与全站仪对比，GPS 测量不需要棱镜，可以一个人进行测点；全天候作业,比较不受天气和温度的影响；也不需要和棱镜实现通视，而且效率高，大大缩短了测量的时间；对技术要求较低，通过测量的手簿直接把数据传输到电脑中。再者 GPS 测量的精度较高，不会
9、因为测区所在范围、测距距离的增大出现误差增加的现象。对测绘人员要求低，会基本操作即可。用 GPS 测量也比传统测量方式方便快捷，测量人员只需手持 GPS 测量设备就行，不必用传统经纬仪、全站仪测量反复调整观测点，越是作业量大的工程越能显示 GPS 测量的优越性。以下仅通过 RTK 技术在地形测图、土石方计算、控制测量、工程放样等方面的应用，说明 RTK 在测量工作中的优势。3.1.1 RTK 技术在地形测图中的应用传统测量方法测地形图都是先在测区建立一些图根控制点，接下来测地形图只要将全站仪或经纬仪等仪器安置在图根控制点上，观测该控制点视野内的地形地貌碎部点。像这种传统测量方法对人员的需求量较
10、多，通常需 2-3 人合作才能完成工作。而且当到内业处理时，一旦拼图时发现精度不符合要求，那还要返工重测。RTK 技术的出现恰恰解决了这些棘手的问题。RTK 技术测地形图只要依据一定数量的基准控制点，不需要再布设各级控制点，其就能够在短暂的时间内精确地测定地形地物点的坐标。而且 RTK 技术对测量人员的需求也大幅度减少，只要一个测量员移动仪器在各碎部点停留几秒钟，并同时输入特征编码，就可以完成各碎部点的测量。值得一提的是，通过手簿还可以实时了解每个测点的精度。待到将整片测区测量完成后导出数据，进行内业数据处理，就可以得到所测得的地形图了。纵观整个测量流程，RTK 技术相比于传统测量技术更加快捷
11、简便，测量精度实时得到保障，减短了作业时间，减轻了测量员的工作量，深得众多测量人员的认可。RTK 在地形测量中的主要技术指标如表 3-1 所示。表 3-1 RTK 在地形测量中的主要技术指标等级 图上点位中误 差/ 高程中误差 与基准站的 距离/ 观测次数 起算点等级图根点 0.1 1/10 基本等高距 7 2 平面三级以上、 高程等外以上碎部点 0.5 符合相应比例 尺成图要求 10 1 平面图根、高程图根 以上注：点位中误差指控制点相对于最近基准站的误差。通过使用 RTK 对龙岩学院东区田径场的碎部测量，得到地形测图数据，以下图 3-1 是地形测图的部分数据截图，图 3-2 是经过“南方
12、CASS”绘图软件处理的结果成图截图：3图 3-1 地形测图部分数据截图4图 3-2 地形成图截图通过以上数据截图和成图截图，我们可以发现，利用 RTK 技术进行地形测图作业，由于 RTK 技术本身精度较高，在保障了精度这一要求下，RTK 相对于全站仪测量技术等传统测量方法来说，测量方法简单得多，设备操作也更为简便，而且所需的作业人员只要一人，这大大缩短了测量所需时间和人力物力，测得的数据经过绘图软件处理，所得的成图也能满足需求。RTK 这些优越性使其在地形测图中得到普遍使用。3.1.2 RTK 在土石方计算测量中的应用在 RTK 系统中建立工程，进行参数设置及在已知点进行坐标参数校正，使工程
13、系统为本地坐标系统或所需坐标系统。必须保证该测区无干扰源等因素影响测量，对设备进行初始化，达到固定解则可开始测量。利用 RTK 记录手簿的自动采集和记录功能对测区进行测量，在地形平坦测区按方格网法进行数据采集，在地形复杂的测区加密测量点，应注意的是，需在现场绘制测量草图，使内业数据处理更加清晰了然。数据采集完成后，将设备接连计算机输出数据，利用南方 CASS 绘图软件进行土石方计算。在软件中计算土石方使用较多的是 DTM 法。该方法处理获取的数据必须先建立 DTM，分别由数据文件和图面高程点这两种方法都可以生成三角网显示在图面上，然后利用 DTM 计算土石方这一软件功能算得挖填量。5通过 RTK 技术对龙岩学院五组团学生宿舍楼空地的数据采集计算土石方，得到该测区的土石方挖填总量。以下图 3-3 是部分数据截图，图 3-4 及图 3-5 是数据处理过程及结果截图：图 3-3 土石方测量部分数据截图6图 3-4 建立 DTM 所生成的三角网图 3-5 土石方坐标计算结果RTK 技术的定位精度可达到厘米级，在这方面已经满足了土石方计算的精度要求，而在数据处理阶段，通过建立三角网计算土石方方便快捷，从各方面计算显示出了测区的情况，不仅计算出挖填方
