1、 1 2011 级 工程测量专业函授毕业论文 RTK 技术在线路测量中的应用 学 院： 石家庄铁路职业技术学院 专 业：工程测量 学 号： 201108015002 姓 名： 指导老师： 学位级别：专 科 2014 年 5 月 23 日 2 目 录 摘 要 3 第一章 绪 论 4 第二章 RTK 技术分析 4 2.1 RTK 技术原理 4 2.2 RTK 技术的优点和缺点 6 2.3 RTK 的误差特性及其解决办法 7 2.4 RTK 测量成果的质量控制 10 2.5 RTK 的优化布测方法 11 第三章 线路测量应用实例及分析 11 3.1 工程概况 11 3.2 设备配置 12 3.3 作
2、业方法 12 3.4 测量精度统计及分析 13 第四章 结论与建议 14 4.1 结论 14 4.2 实际工作中应注意的问题及建议 15 3 摘 要 随着全球定位系统 ( GPS) 技术的快速发展 ,测绘行业正面临着一场意义深远的变革，而测绘领域也由此步入了一个崭新的时代。 RTK(Real Time Kinematic) 技术是 GPS 测量技术发展里程中的一个标志 , RTK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。由于 RTK 测量技术的精度高、实时性和高效性 ,使得其在测绘 领域 的应用越来越广。 RTK
3、技术应用于线路测量中，与航测方法相结合 , 可真正实现送电线路测量的一次性终勘定位 , 并可保证工程质量 , 大大提高 工作效率 , 减少青苗砍伐和环境破坏 , 降低工程成本 , 减少野外劳动强度，取得好的社会效率和经济效益。 关键词： RTK 技术 ； 精度 ； 线路测量 4 第一章 绪 论 随着全球定位系统 ( GPS) 技术的快速发展 ,测绘行业正面临着一场意义深远的变革，而测绘领域也由此步入了一个崭新的时代 ,RTK(Real Time Kinematic) 技术是 GPS 测量技术发展里程中的一个标志 .在 RTK 以前的定位技术如静态、快速静态、准动态、动态等定位方法都是测后进行事
4、后处理来求出结果 , 野外作业人员不能实时得到结果 , 这样就不能进行 质量控制 , 也就有可能在次日或几天后因质量问题而进行返测 , 从而使作业人员在野外实测时为了保证精度和质量而延长观测时间以获得大量的多余观测值 , 造成了人力、物力、财力上的浪费 , 影响了工期及经济效益。 RTK 系统不需要事后处理 , 就能够实时获得测量三维坐标值。采用 RTK 技术放样时 , 仅需把设计好的坐标输入到测量控制手簿中 , 背着流动站 , 它会提醒你走到要放样点的位置 , 既迅速又方便 , 且只需一个人操作 ; 由于 RTK 是通过坐标来直接放样的 , 而且精度达到厘米级 , 点位精度也很均匀 , 因而
5、在外业放样中效率得到了 极大的提高。 第二章 RTK 技术分析 2.1 RTK 技术原理 RTK（ Real - time kinematic）实时动态差分法。这是一种新的常用的 GPS 测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而 RTK 是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是 GPS 应用的重大里程5 碑，它的出现为工程放样、地形测图 、管线测量 ，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。 高精度的 GPS 测量必须采用载波 相位观测值， RTK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，
6、它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。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。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集 GPS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周 未知 数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。 RTK
7、技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术， 即能实时搜索并唯一地判断相位观测值的初始整周模糊度。 RTK 定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（伪距观测值，相位观测值）及已知数据传输给流动站接收机，数据量比较大，一般都要求 9600 的波特率 。随着移动数据通讯技术和数据处理技术的发展 , 特别是后者的发展 , 使初始化时间大大缩短。 随着科学技术的不断发展， RTK 技术已由传统的 1+1 或 1+2 发展到了广域差分系统 WADGPS，有些城市建立起 CORS 系统，这就大大提高了 RTK 的测量范围，当然在数据传输方面也有了长足的进展，由原先的电台传输发展到现在的 GPRS 和 GSM
8、 网络传输，大大提高了数据的传输效率和范围。在仪6 器方面，现在的仪器不仅精度高而且比传统的 RTK 更简洁、更容易操作 ！促成了 RTK 定位技术的日趋成熟和迅速推广应用。 2.2 RTK 技术 的 优点 和缺点 2.2.1 RTK 技术 的 优点 （ 1） RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。 RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装 式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。 （ 2） 降低了作业条件要求。 RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足 “ 电磁波通视 ” 和对天基本通视，因此，和传统测量相
9、比， RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足 RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。 （ 3） 定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。不同于全站仪等仪器，全站仪在多次搬站后，都 存在误差累积的状况，搬的越多，累积越大，而 RTK则没有，只要满足 RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。 （ 4） 作业效率高。在一般的地形地势下，高质量的 RTK设站一次即可测完 10km半径左右的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的 “
10、 搬站 ” 次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了测量效率。 （ 5） 操作简便、数据处理能力强。南方测绘 RTK的基准站无需任何设7 置，移动站就可以边走边获得测量 结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。 2.2.2 RTK 技术 的缺点 （ 1） RTK测量受接收卫星个数限制 , RTK接收天空卫星个数低于 4个时不能正常工作 。 （ 2）受一些地域限制， 城区楼群林立、山区山高林密 , 跨越沟岗、基准站与流动站距离过大时 , 流动站接收不到基准站发射的电台
11、信号 , 导致流动站只有浮动解 , 而无固定解。因此在这些地区作业时 RKT的高作业效率得不到体现。 （ 3） 温度过低时 , 天线电缆线变硬 , 给作业带来不便。 2.3 RTK 的 误差特性 及其解决办法 2.3.1 同仪器和干扰有关的误差 同仪器和干扰有关的误差包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。 （ 1） 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 定位精度，必须进行天线检验校正，检验方法分为实验室内的绝对
12、检验法和野外检验法。 （ 2） 多 路 径误差 8 多径误差是 RTK 定位测量中最严重的误差。多径误差取决于天线周围的环境。 多径误差一般为几厘米，高反射环境下可超过 10cm。 多径误差可通过下列措施予以削弱： A、选择合适的站址 ： 测站应远离大面积平静的水面。灌木丛、草和其他地面植被能较好地吸收微波信号的能量，是较为理想的设站地址。翻耕后的土地和其他粗糙不平的地面的反射能力也较差，也可以选站。 测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中。以避免反射信号从天线抑径板上方进入天线，产生多路径效应。 测站应离开高层建筑物。观测时，汽车也不要停放得离测站附近。 B、 在天线中设置抑径板。 接收天线对于极
13、化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用。 （ 3） 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 辐射 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。在基地站削弱天线电噪声最有效的方法是连续监测所有可见卫星的周跳和信噪比。 （ 4） 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。 2.3.2 同距离有关的误差 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 ，其 的主要部分可通过多
14、基准站技术来消除。但是，其残余部分也随着至基地站距9 离的增加而加大 。 （ 1） 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 1ppm，就短基线（ 10km）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。 （ 2） 电离层误差 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，太阳黑子活动最强时为最弱时的 4倍。利用下列方法使电离层误差 得到有效的消除和削弱：利用双频接收机将 L1和 L2的观测值进行线性组合来
15、消除电离层的影响；利用两个以上观测站同步观测量求差（短基线）；利用电离层模型加以改正。 实际上 RTK技术一般都考虑了上述因素和办法。但在太阳黑子爆发期内，不但 RTK测量无法进行，即使静态 GPS测量也会受到严重影响，太阳黑子平静期，小于 5ppm。 （ 3） 对流层误差 对流层是高度为 40km以下的大气层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复制。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低， GPS信号通过对流层时也使传播的路径 发生弯曲，从而使距离测量产生偏差，这种现象叫做对流层折射。 对流层的折射与地面气候、大气压力、温度和湿度变化密切相关，这10 也使得对流层折
16、射比电离层折射更复杂。对流层折射的影响与信号的高度角有关，当在天顶方向（高度角为 90 ），其影响达 2.3m；当在地面方向（高度角为 10 ），其影响可达 20m。 RTK模式时移动站和基准站有效作用半径相距不太远（一般小于 20km），由于信号通过对流层的路径相似，所以对同一卫星的同步观测值求差，可以明显地减弱对流层折射的影响。这一方法在精密测量相对定位中被广泛应用。 2.4 RTK 测量成果的质量控制 研究表明， RTK确定整周模糊度的可靠性最高为 99.9%， RTK比静态 GPS还多出一些误差因素如数据链传输误差等。因此，和 GPS静态测量相比， RTK测量更容易出错，必须进行质量控
17、制，另外尽量采用高精度的控制点，并且最好是统一精度等级的控制点。质量控制的主要方法 如下： （ 1） 已知点检核比较法 即在布测控制网时用静态 GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用 RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。 （ 2） 重测比较法 每次初始化成功后，先重测 1-2个已测过的 RTK点或高精度 控制点，确认无误后才进行 RTK测量。 （ 3） 双基站实时检测法 在测区内建立两个以上基准站，每个基准站采用不同的频道发送改正数据，流动站改变频道地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果，比较这些结果就可判断其质量高低。 以上方法中，最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果，双基
