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1、武汉大学毕业论文 i 武汉大学成人高等教育毕业论文 设计 GPSGPS RTKRTK 技术在地籍测量中的应用研究技术在地籍测量中的应用研究 学 院 武汉测绘学院 专 业 工 程 测 量 学 号 200953103362 姓 名 李民胜 指导教师 魏二虎 2010 年 3 月 15 日 武汉大学毕业论文 ii 摘摘 要要 介绍了GPSRTK 的原理 测量方法 技术特点和系统的组成 以及地籍测量 的相关知识和GPSRTK 在地籍控制网中的布网原则和形式 研究了 GPSRTK 在地籍测量中基准站的点位选择 仪器部件的连接 设置和工作时的要 求以及流动站的设置和初始化 讲述了GPSRTK 技术在地籍控
2、制 碎步测量 和建设用地勘测定界中的应用 分析了GPSRTK 技术在地籍测量中测量误差 的来源 并对观测结果的精度给予分析 得出的系统解决方案 通过内 外业相联系 建立起基于控制网的布设与外业数据采集相结合的方式 关键词 GPS RTK 地籍测量 精度 应用 目 录 武汉大学毕业论文 iii 1 前言 6 2 GPSRTK 定位原理 6 2 1 GPSRTK 定位原理及测量方法 6 2 1 1 GPSRTK 定位原理 7 2 1 2 GPSRTK 测量方法及其特点 8 2 1 3 GPSRTK 系统的组成 9 3 地籍控制测量 11 3 1 地籍控制网的布网原则 11 3 1 1 地籍控制网的
3、基本要求 11 3 1 2 首级控制网的布设 12 3 1 3 加密控制网的布设 12 3 1 4 地籍图根控制网的布设 12 3 2 地籍控制网的形式及其选择 13 4 GPSRTK 地籍测量 13 4 1 基准站观测点位的选择和设置 13 4 1 1 点位的选择 13 4 1 2 基准站的设置 13 4 1 3 基准站运行时的要求 14 4 2 流动站的设置和初始化 14 4 2 1 流动站的设置 14 4 2 2 RTK 流动站的初始化 14 4 3 RTK 在地籍测量中的相关测量 15 4 3 1 地籍控制测量的应用 15 4 3 2 地籍碎步测量的应用 15 4 3 3 土地勘测定界
4、 放样 中的应用 15 5GPS RTK 在地籍测量中的测量误差来源及精度分析16 5 1 测量误差来源 16 5 1 1 同测站有关的误差 16 5 1 2 同距离有关的误差 16 5 2 精度的分析 16 6 结论 16 参考文献 17 致谢 18 武汉大学毕业论文 4 前前 言言 测绘是了解自然 改造自然并获取图文资料及相关信息的重要手 段 为国民经济基础建设提供重要的依据 随着国民经济的不断发展 一方面 对测绘产品提供的图像资料 文字资料无论从精度或信息量 的上要求也越来越高 另一方面 从测绘使用仪器设备 计算工具 数据处理软件 也不断地在更新 科技含量较高的仪器设备都越来越 多地应用
5、到了测绘领域 测绘作为边缘学科 传统的作业方法 数据 处理 内业成图等多个环节都发生了巨大的变革 甚至有些作业方法 正在被逐步地淘汰 呈现出测量仪器精度高 观测成果质量越好 数 据处理机械化 操作方面人性化 内外业的连接越来越紧密 精密仪 器的不断出现产生了新的作业方法 地籍测量传统测量方法是先采用全站仪做导线控制 在导线控制 点的基础上进行宗地界址点的碎部测量 导线测量精度经常受到起算 控制点的精度 测站之间通视差的影响 而且需要大量的人力 物力 和时间 GPSRTK Real Time Kinematic 实时动态 技术的出现 以及 GPS Global Positioning Syste
6、m 全球定位系统 接收 机空间定位精度的不断提高 GPS RTK 技术广泛地在控制测量 地 形测量 地籍测量 房产测量等等GPS RTK 在空间定位定位精度 高 观测时间短 测站间无需通视 操作简便以及全天候作业等优点 1 RTK 技术与传统地籍测量方法相比 具有明显的优势 GPS 观测不受天气 时间 通视的影响 GPS 测量的点位之间不存在误 差累积 避免了传统地籍测量中由于边长过长等原因带来的误差累积 提高了精度 由于RTK 技术能够实时处理所观测的数据 并能现场 检测出不合格的成果 提高了工作的效率 武汉大学毕业论文 5 1 G GP PS S R RT TK K 定定位位原原理理和和地
7、地籍籍测测量量 2 1 GPS RTK 定位原理及测量方法 2 1 1 GPS RTK 定位原理 20 世纪 90 年代以来 GPS 全球定位系统在应用领域的研究取 得 了迅速进展 测绘行业首先将GPS 应用于大地测量 并进 一 步将该 项技术推广到工程测量中 形成许多成熟的方法 如 静 态 测量 快速 静态测量 准动态测量以及动态测量等 静态测量是用 两台或两台以上 GPS 接收机同步观测 对观测数据进行处理 可得 到两测站间精密的 WGS84 基线向量 再经过平差 坐标传递 坐标 转换等工作 最终得到测点的坐标 其精度可达到厘米级 甚至是 毫米级 但观测时间长 需要在现场记录观测数据 然后
8、进行内业 处理 才能得到测点的坐标 野外测量的精度能否达到规定的要求 只有在数据处理完成后才能确定 故静态定位技术在实时定位方面 存在困难 不能直接应用于施工放样 目前 动态测量实时定位的 GPS 载波相位差分技术 简称 RKT 定位技术 已在施工放样的实践 中成功应用 该技术保留了GPS 测量的高精度 同时又具有实时性 2 RTK 定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术 他能够 实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位的结果 并能达到厘米 级精度 他是利用2 台以上的GPS 接收机同时接受卫星信号 其中 的一台安置在已知坐标点上作为基准站 另一台是用来测定未知点的 坐标 称为流动站
9、基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距 离改正数并将这一改正数发给流动站 流动站根据这一改正数来改正 其定位结果 从而大大提高定位精度 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 流动站可以处于静止状态 也可处于运动状态 RTK 技术的关键在于数据处理技术和数据传输 技术 3 RTK 技术采用差分GPS 三类 位置差分 伪距差分和相位差分 中 的相位差分 这三类差分方式都是由基准站发送改正数 由流动站接 收并对其观测的结果进行改正 以获得精确定位结
10、果 所不同的是发 送改正数的具体内容不一样 其差分定位的精度也不同 前两类定位 误差的相关性会随基准站和流动站的空间距离的增加其定位精度迅速 降低 故采用相位差分技术进行差分 RTK 技术是GPS 应用的重 大历程碑 它的出现为工程放样 地形地籍测量及各种控制测量带来 了新的曙光 极大地提高了外业作业效率 因此它一出现就受到了青 眛 4 城镇地籍测量是在1954 年北京坐标系或是本地坐标系上进行 因此 要快速完成测量工作 就必须实时进行坐标转换 坐标转换可采用至 少三个以上同时拥有WGS84 地心坐标系和1954 年北京坐标系或 武汉大学毕业论文 6 本地坐标的已知点 按Burasa 模型解求
11、七个转换参数 RTK 的关键技术主要是初始整周模糊度的快速解算 数据链的优质 完成 实现高波特率数据传输的高可靠性和强干扰性 其工 作 原理 如图 1 1 基准站观测数据 基准站接收机无线通讯设备无线通讯设备流动站接收机 实时解算两站间的基线 实时解算流动站的 WGS 84 坐标 转换为当地基准坐标 我国为国家大地坐标系 C80 或是北京坐标系 P54 图 2 1 GPS RTK 工作原理理图 基准站观测信号 基准站坐标 GPS 信号 基准站观测数据 基准站接收机无线通讯设备无线通讯设备流动站接收机 实时解算两站间的基线 实时解算流动站的 WGS 84 坐标 转换为当地基准坐标 流动站观测 信
12、号 转换为当地基准坐标 2 1 2 GPSRTK 测量方法及其特点 GPSRTK 测量方法 RTK测量技术又称载波相位差分技术 是GPS测量技术与数据传 输技术的结合 以WGS 84坐标为基础的全球通用的一种动态测量技 术 根据基准站的架设方法 GPSRTK技术的测量方法可分为两种 1 无投影 无转换 法 该种方法是直接用接收机在基准站和流 动站接收 WGS 84坐标 其后利用观测的已知点的WGS84坐标和相 应的地方坐标 根据一定的数学模型进行转换 这种方法基准站不一 定要安置在已知点上 但根据不同的转换方法 需要一定数量的已知 点 2 键入参数 法 把用静态观测求得的WGS84坐标和地方坐
13、标键 武汉大学毕业论文 7 入到手簿中 进行转换 也可以置入静态观测平差时求取的转换参数 该方法基准站须架设在已知点上 为了检核 需要观测一定量 的已知 点 6 GPSRTK技术特点 优点 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5km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 搬站 次数 仅需一人操作 每个放样点只需要停留1 2s 就 可以完成作业 定位精度高 没有误差积累 只要满足 RTK的基本工作条件 在一定的作业半径范围内 一般 为 5km RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级 且不存在误 差积累 全天候作业 RTK技术不要求两点间满足光学通
14、视 只需要满足 电磁波通视 和对空通视的要求 因此和传统测量相比 RTK技术作业受限因 素少 几乎可以全天候作业 RTK作业自动化 集成化程度高 RTK可胜任各种测绘外业 流动站配备高效手持操作手簿 内置专业软 件可自动实现多种测绘功能 减少人为误差 保证了作业精度 7 缺点及其解决方法 受卫星状况限制 GPS系统的总体设计方案是在1973年完成的 受当时的技术限制 总体设计方案自身存在很多不足 随着时间的推移和用户要求的日益 提高 GPS卫星的空间组成和卫星信号强度都不能满足当前的需要 当卫星系统位置对美国是最佳的时候 世界上有些国家在某一确定的 时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖 例如在中
15、低纬度地区每天总 有两次盲区 每次 20 30min 盲区时卫星几何图形结构强度低 RTK测量很难得到固定解 同时由于信号强度较弱 在对空遮挡比较严 重的地方 GPS无法正常应用 受电离层影响 白天中午 受电离层干扰大 共用卫星数少 因而初始化时间长甚至 不能初始化 也就无法进行测量 根据实际经验 每天中午 12 13点 RTK测量很难得到固定解 受数据链电台传输距离影响 数据链电台信号在传输过程中易受外界环境影响 如高大山体 建筑 物和各种高频信号源的干扰 在传输过程中衰减严重 严重影响外业 精度和作业半径 另外 当 RTK作业 半径超过一定距离时 测量结 果误差超限 所以RTK的实际作业有
16、效半径比其理论半径要小 工程 实践和专门研究都证明了这一点 受对空通视环境影响 在山区 林区 城镇密楼区等地作业时 GPS卫星信号被阻挡机会 较多 信号强度低 卫星空间结构差 容易造成失锁 重新初始化困 武汉大学毕业论文 8 难甚至无法完成初始化 影响正常作业 受高程异常问题影响 RTK作业模式要求高程的转换必须精确 但我国现有的高程异常分 布图在有些地区 尤其是山区存在较大误差 在有些地区 甚至 是 空白 这就使得将 GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得比较困 难 精度也不均匀 影响 RTK的高程测量精度 不能达到 100 的可靠度 RTK确定整周模糊度的可靠性为95 99 在稳定性方面不及全站 仪 这是由于RTK较容易受卫星状况 天气状况 数据链传输状况影 响的缘故 8 2 1 3 GPSRTK 系统的组成 GPSRTK系统由基准站 若干个流动站及无线电通讯系统三部分组成 基准站包括 GPS接收机 GPS天线 无线电通讯发射系统 供GPS 接收机和无线电台使用的电源 汽车用 12伏蓄电瓶 及基准站控制 器等部分 流动站由以下几个部分组成 GPS接收机 GPS天线 无线电通讯接听系
