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1、GPS RTK实时动态测量实验报告姓名：班级：2004 班专业：地理信息系统组号：3 组郑州大学环境与水利学院2007年7月7日实验名称GPS RTK实时动态测量实验一、实验概述本次实验是在原有传统控制测量的数据点上进行GPS RTK实时动态测量，选 取的是郑州大学新校区环保馆前空地。二、实验目的1. 了解GPS RTK测量系统的组成，理解其基本原理；2. 学会正确设置GPS RTK测量系统的基准站和流动站并在点位上进行实时 动态测量；三、实验原理介绍GPS RTK实时动态测量技术的基本原理也即载波相位差分定位技术，主 要介绍求差法即可。要有数学公式。GPS RTK实时动态测量技术其基本原理是
2、采用了载波相位差分定位技术。该 定位技术具体而言又可分为两种方法，第一种方法，基准站实时将载波相位的改 正量发送给用户站，以对流动站的载波相位进行改正实现定位。该方法称之为改 正法，另一种为求差法，这种方法则是将基准站的载波相位发送给流动站，在用 户站对载波相位观测值求差，获得诸如静态相对定位的公式（1）、（2）、（3）的单 差、双差、三差求解模型，并采用与静态相对定位类似的求解方程进行求解。公式（1）单差观测方程：A（0 = （0-（0=x2 tf） - （o+ /（攪2 -孫诡亿）-我 -皿仇）_ N,化Q ） c十亿-摞打花）十禹巩-勒律）公式（2）双差观测方程：曲_人事的一人/ （f）
3、= 比co -国 -才+川）-、/禺 -站（幼尿%）-代如-时-代?0）,）= kf （D -眉 $）-才+认（“-（丛* 一 aV ）公式（3）三差观测方程：趴也F = /孑（為）用（勺）-用+ p2（A）与静态相对定位不同的是，动态相对定位求解的是用户的位置，因此其定位 的程序为：并由流动站将观测值求差进行坐标解算此处给出求差法的定位程序：（1）基准站站在保持不动的情况下，静态观测若干历元，并将基准站上的载波 相位观测值通过数据链传送给流动站，在流动站对载波相位观测值求差， 获得静态相对定位的单差、双差和三差模型，然后按照静态相对定位法求 出整周未知数，这一过程称为初始化阶段。(2) 将求
4、出的整周未知数代入双差模型，此时双差只包括 X.AY.AZ三个 坐标位置分量，所以只要有4颗以上的卫星的一个历元的观测值，就可实 时地求解出三个位置分量。(3) 将求出的坐标增量AX、AY、AZ加入已知的基准站的WGS-84地心坐标 Xk、Yk、Zk即可得到流动站的地心坐标，即乙=A +然后利用已经获得的坐标转换参数，将流动站的坐标转换到当地的空间直 角坐标系中。四、实验设备GPS RTK测量系统主要由GPS接收机、数据传输系统、软件系统三部分组成。(1) GPS接收机GPS RTK测量系统中至少包含两台GPS接收机，其中一台安置于基准站上， 另一台安置在测站上。基准站一般都设在测区较高位置，
5、且观测条件良好的已知 点上。在作业中，基准站的接收机应连续跟踪全部可见GPS卫星，并将观测数据 传输系统实时地发送给流动站，GPS接收机可以是单频或双频，但一般多是双频, 基准站和流动站的接收机采样本应相同。(2) GPS接收机基准站同流动站之间的联系是靠数据传输系统(简称数据链)来实现的。数 据传输设备是完成实时动态测量的关键设备之一，由调制解调器和无线电台组 成。在基准站上，利用调制解调器将有关数据进行编码调制，然后由无线电发射 台发射出去。在流动站上利用无线电接收机将其接受下来，再由解调器将数据还 原，并发送给流动站上的GPS接收机。(3) RTK测量的软件系统其软件系统的主要功能如下：
6、1. 整周未知数的快速解算。2. 根据相对定位原理，实时解算流动站在WGS-84坐标系中的三维坐标。3. 根据已知转换参数，进行坐标系统的转换。4. 求解坐标系之间的转换参数。5. 解算结果的质量分析与评价。6. 作业模式(静态、准静态、动态)的选择与转换。7. 作业内容(放样、道路中线测量等)的选择。8. 测量结果的显示与绘图。五、实验步骤本次实验采用拓扑康GPS RTK测量系统，该系统包含了至少两台接收机，一 台接收机作基准站；另一台接收机作流动站，与其相连的天线在待测点上对中整 平。在测区中央选择一个有一定高度且视野开阔的未知点，并将基准站接收机架 设在上面，对中整平。作业步骤如下： 运
7、行TopSURV软件，选择三点的坐标系统，设置投影参数。 输入三点的点名20 、21、22和地方坐标并作为控制点。 将基准站接收机架设在任一未知点（不妨假设为J1）上，对中整平。 接收机、手簿都开机，将手簿连到基准站接收机上。运行TopSURV软件，并 新建作业，选择正确的RTK参数集。在TopSURV中输入点名（建议为J1-84 , 以与作为地方坐标数据输入的 J1 点区别）、基准站天线高及测高方式，查看卫 星数，如果超过4 颗，在观测至少60 秒以后，点击【设置基准站】。如果设置 基准站成功，将会弹出对话框报告设置正确。 将流动站接收机安装到2 米对中杆上，架设在20 点上。并输入点名（建
8、议 为20-84 ，以与作为地方坐标数据输入的20 点区别），天线高和测高方式接收 机开机，将手簿连到流动站上，进入已建好的作业中，在 TopSURV 软件中如果 能得到固定解，且定位精度符合要求，则完成了该点流动站的测量。 同理,流动站架设在21.22点上，进行点测量，分别采集得到21.22的WGS-84 坐标21-84、 22-84 。 坐标转换，在TopSURV主界面中，将三个控制点的地方坐标和WGS-84坐标 一一对应起来而后实施坐标转换。 点测量，将流动站接收机安装到2 米对中杆上，架设在待测点上。接收机开 机，将手簿连到流动站上，进入已建好的作业中，在TopSURV主界面下点击【测
9、 量/点测量】，输入该点点名19、天线高及测高方式，当解的类型显示为“Fixed”, 点击【开始】按钮，观测510个历元，并当与指示位置精度符合要求时，点 击【采用】完成该点数据采集。此时该点的坐标系统与三个控制点的坐标系统已 经一致。为了确保测量的质量，应先在已知点23进行点测量，若观测值与已知 值在2cm误差内，则可在其他待测点上进行点测量。六、实验结果此次GPS RTK测量利用郑州大学新校区校园导线控制网中的三个已知点实施 坐标转换，一个已知点进行数据检查，其已知坐标见下表：JH 口 点号X坐标Y坐标202135.4202592.998212135.5502728.576222135.5
10、542826.858232135.5452949.931实施完坐标转换后，坐标转换残差见下表：jh a 点号H残差V残差200.004210.010220.006利用23点进行数据检查。其点位误差为 0.85 cm，而后经测量得到 的其他待测点坐标见下表：点位测量成果表jh a 点号X坐标Y坐标是否控制点232135.5392949.937否192105.7042588.710否七、实验体会实践是检验真理的唯一标准，所以在一个学期的理论学习之后，进行一次实 际的操作是很有必要的。这次实验让我认识了高科技的测量仪器，接触专业的软 件，明白现代科技所代来的工作效率以及精度。通过测量实习，我了解GP
11、SRTK 测量系统的组成，理解其基本原理，怎么样去实际的操作，在实际操作的过程中 所要注意的问题。八、实验思考1、在选择控制点进行坐标转换时，需要考虑哪些问题？答:转换参数的求解必须有三个或三个以上的点既有地方坐标，又有WGS84坐标。 这些点称为控制点，控制点选择的原则：.选定三个或三个以上具有精确地方 坐标的点作为控制点，要求这三个点均匀分布，并能很好控制测区。.基准站 可以架设在控制点上，也可以架设在测区中央有一定高度视野开阔的未知点上， 比如楼顶。相比之下，后一种方案更值得推荐。这是因为基准站架的越高，电台 信号的传输距离越远，信号质量也越好；视野开阔保证能接收到更多且信号更好 的卫星
12、；同时基准站架在测区中央能更好地覆盖整个测区，减少基站架设次数。2、GPS RTK测量的注意事项有哪些?怎样才能尽可能提高GPS RTK的测量精度？ 答：注意的事项主要在以下几个方面，同时提高的精度的方法也在于这几点。基准站的架设：基准站架的越高，电台信号的传输距离越远，信号质量也越 好；视野开阔保证能接收到更多且信号更好的卫星；基准站架在测区中央能更好 地覆盖整个测区，减少基站架设次数；流动站对中整平：流动站往往是在2米高的对中杆上，所以有一定的偏角之 后由于半径较长会产生一个大幅度的误差；手薄的纪录：当解的类型显示为“ Fixed”之后点击开始按钮，这样采集 的数据才更准确；坐标转换：坐标转换时需要三个或三个以上具有精确地方坐标的控制点，并 且点的分布是均匀比较好；选择观测时间：应该提前察看星历预报，提前知道最佳的观测时间，尽量避 开气候因素的影响；
