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11湘潭大学毕业论文（参考）山区地形测量中GPS-RTK的应用学院：测绘学院专业：工程测量技术姓名：热天热天学号：指导教师：日期：2012-12-1412摘要随着国民经济的不断发展，一方面，对测绘产品提供的图文资料、文字资料无论从精度或信息盘上要求越来越高；另一方面，与测绘相关的仪器设备，计算工具，应用软件，也在不断地更新，科技含量较高的仪器设备被越来越多地应用到了测绘领域。测绘是了解自然，改造自然获取图文资料及相关信息的重要手段，是国民经济建设中的一项基础工作。现如今，GPS技术的发展越来越成熟，它的建立给导航系统和定位技术带来了巨大的变化，很大程度上解决了地球上人类导航和定位问题，该系统能满足不同用户的不同需要。RTK技术是以载波相位观测为根据的实时差分GPS测量，目前它仍在不断的完善中。概述了GPS的起源、发展、原理及应用，介绍了RTK技术的定义、原理、特点、优点等，并且主要通过实践对RTK技术在山区地形图测量应用进行研究，还利用CASS5.0数字化成图绘出一幅1：1000的地形图。对于特殊问题也进行了具体的研究，主要包括流动站与基准站的设置，基准站的选择，数据处理等问题研究并得出结论。关键词：山区地形测量GPSRTK13目录摘要..............................................2目录..............................................3一GPS的组成......................................4二RTK定义概述及其原理.............................4三RTK系统流程.....................................7四PTK系统在测量中具体应用.........................9五、总结与展望....................................20参考文献..........................................1914一、GPS系统的组成（一）GPS系统包括三大部分:空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。(二)GPS定位原理GPS卫星定位系统定位的基本原理是延时测距，通过测量四个已知位置上信号传播的延迟时间，确定四个已知位置至用户的距离，根据这四个量测距离解算出用户的三维位置和用户与已知位置的时间同步偏差。GPS定位方式大体有两类:单独GPS定位和差分GPS定位(DGPS)。单独GPS定位原理就采用的观测量而言，分为伪距法和载波相位法。差分GPS定位(DGPS)是在GPS的基础上利用差分技术使用户能够从GPS系统中获得更高的精度。DGPS实际上是把一台GPS接收机放在位置已精确测定的点上，组成基准台。基准台接收机通过接收GPS卫星信号，测得并计算出到卫星的伪距，将伪距和已知的精确距离相比较，求得该点在GPS系统中的伪距测量误差，再将这些误差作为修正值以标准数据格式通过播发台向周围空间播发。附近的DGPS用户接收到来自基准台的误差修正信息，以此来修正自身的GPS测量值，从而大大提高其定位精度。目前，实时动态测量系统，已在约20km的范围内，得到了成功的应用。相信。随着数据传输设备性能和可靠性的不断完善和提高，数据处理软件功能的增强，它的应用范围将会不断地扩广。15二、RTK定义概述及其原理（一）概述RTK(RealTimeKinematic)称实时动态载波相位差分。其设备是在两台静态型测量仪器间加上一套无线电数据通讯系统(也称数据链)，将相对独立的GPS信号接收系统连成一个有机整体。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，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，这在无线电上不难实现。（二）原理基准站把接收的所有卫星信号(包括伪距和载波相位测量值)和基准站的一些信息(如基准站的坐标，天线高等)都通过系统传送到流动站，流动站本身在接收卫星数据的同时，也接收基准站传送的卫星的数据。在流动站完成初始化后，把接收到的基准站信息传到控制器内(一般是微型计算机)，并将基准站的载波观测信号与本身接收到的载波观测信号进行差分处理，即可实时求解得出两站间的基线值，同时输入相应的坐标、转换参数和投影参数，即可实时求得实用的未知点坐标。RTK的工作原理图见2-1。图2-1RTK的工作原理图（三）RTK的系统组成GPS-RTK系统由一个基准站，若干个流动站及通讯系统三部分组成。基准站包括GPS接收机、GPS天线、无线电通讯发射设备使用的电源及基准站控制器等部分。在有的GPS-RTK系统中，基准站GPS接收机本身具有数据传输参数、测量参数及坐标系统等内容的设置功能，使控制器与数据调制GPS接收机发射电台基准站收讯机数据调解GPS接收机数据调解流动站16GPS接收机合二为一体。该系统的结构图见图2-2，RTK的系统组成图见图2-3。图2-2RTK系统结构图1.GPS接收机GPS接收机的功能是接收、处理和存储卫星信号。一个RTK系统至少需要两台GPs接收机，一台为基准站，一台流动站。2.电台RTK系统中基准站和流动站的GPS接收机通过电台进行通信联系。因此，基准站系统和流动站系统都包括电台部件。如前所述，基准站GPS接收机必须向流动站GPS接收机传输原始数据，流动站GPS接收机才能计算出基准站和流动站之间的基线向量。3.掌上电脑掌上电脑，是流动站系统的用户介面。RKT系统中的掌上电脑在功能上很像全站仪系统中的数据采集器。很多时候，RKT系统和全站仪系统会使用同样的数据采集器软件(即TDS)作介面。RTK系统中每个流动站只需用到一部掌上电脑(电子手簿)。图2-3RTK系统的组成图GPS接受机控制屏GPS接受机电源电源无线电接受系统无线电发射系统显示控制屏GPS天频反射天频GPS天频174.电源系统基准站和流动站都需要电源才能工作。在流动站中，GPS接收机和电台使用同一电源。在基准站中，GPS接收机和电台可使用同一或不同电源。无论如何，根据选用电台类型的不同，基准站系统的电源要求可能比流动站系统要高出很多。如果基准站电台必须要将数据传输到5公里以外的流动站系统，基准站电台的发射功率就要很高，耗电量也很大。（四）PTK技术的使用优点1.传统测量外业容易受地形、气候、季节、森林覆盖等诸多因素的影响，使测量精度、作业速度都受到很大限制，在能见度低、难通视的情况下，有些测量作业根本无法进行。而GPS实时动态测量（RTK）技术的出现，较圆满地解决了这个问题。2.GPS实时动态测量（RTK）技术的定位精度高，数据也安全可靠，测站间无需通视。在没有现成基准站控制点或基准点被破坏而造成的控制点不足的地区和由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区能进行快速的高精度定位计算。3.RTK的综合测绘能力强，作业集成度高，易实现自动化，可胜任各种测绘内、外业。4.操作简便，容易使用，对作业条件要求不高，数据输入、处理、存储能力强，与计算机、其它测量仪器通信方便。随着微电子技术的进步，RTKGPS接收机的性能不断改进，使用起来相当方便，在任何条件下都能操作。5.作业人员少，定位速度快，综合、效益高。6.能在现场实时求解流动站三维坐标，且能实时知道定位时的精度。不需要传统测量所需求的各控制点间通视，每次每个碎步点观测都需读L、a、S等，使观测时间大幅缩短。7.一个基准站可以支持多个流动站同时工作。8.输入转换参数后可以进行WGS84坐标与本地要求的坐标间的正确转换。9.用于放样精度高且异常便捷。RTK技术具有十分广阔的应用前景。在20～30km范围内，RTK实时定位精度可达cm级，目前正向5mm级迈进。在几百米或1～2km条件下，可以实现毫米级精度动态定位。18三、RTK系统流程（一）进行RTK定位时，基准站将观测值及其已知坐标通过数据链发送给流动站，流动站不仅采集GPS观测数据还要接受通过数据链电台送来的基准站数据，并在流动站上形成差分观测之后实时求出流动站坐标，其精度可达到厘米级。在GPSRTK测量中，要求有三点:一是能接收5颗以上的GPS卫星；二是迁站过程中不能关机、不能失锁；三是必须能同时接收到GPS卫星的信号和基准站播发的差分信号。RTK系统数据流程图如图3-1图3-1RTK系统数据流程图19RTK技术其关键和难点就在数据传输技术和数据处理技术上:1.数据传输技术RTK技术要求基准站实时向流动站发送信息，要求信息发送量大，数据可靠及误码率小。移动数据通信技术促成RTK数据传输技术的成熟，数据传输速度不低于9600baud，无中继站传输范围也可达到20km。实时GPS测量成功与否，与数据通讯系统是否能把基准站数据实时、准确传送给流动站有很重要的关系。有几种类型的传输方式可供考虑，一是利用实现波，但发射台要架高，传输距离有限；另一种是通过空中卫星传输，这种方式的缺点是造价高，数据经由卫星浪费了时间，还有一种就是目前国际上正在积极开始开展研究方法，即利用高频无线电波进行数据传输。2.数据处理技术实时厘米级定位精度GPS测量要求快速解出整周模糊度。因而需要实时处理相位搜索判断相位观测值的初始整周模糊度，常用搜索方法有：FARA法，OTF法。FARA法最早由Frei.E和Beulter.G提出用于快速静态作业方案上，以整体统计理论为依据，在某已知值的解空间内，搜索一组方差和最小的似然函数整周数的解集，判断最有显著性，观测时间减少到5分钟左右。随后，又出现组合波搜索技术和目前的Z跟踪技术以及共同跟踪技术。科技的发展，令人目眩，2000年Ashtech又推出采用instant-RTK的Zxtreme接收机。随着GPS在动态定位领域的发展，特别是RTK技术的发展，专家学者提出了各种求解动态测量中相位整周模糊度的OTF方法。总体上来讲。按其所用数学思想的不同，OTF方法可分为四类:双频伪距法，模糊度函数法，最小二乘搜索法和模糊度协方差阵法。RTK系统是有一个基准站和多个流动站组成的。基准站固定不动，负责发送数据。流动站到待测点上测量，接受基准站的数据，差分到要求的精度以后，就可以测量了。110四PTK系统在测量中具体应用1.测区概况为了很好地掌握实时动态技术RTK在山区大比例尺地形图测图中的应用，我们于2006年5月对焦作北面凤凰山进行了为期两天的1：500的地形测量。该测区位于焦作市西北面，距市区约1公里。南临老牛河村，东临焦作影视城，测区内交通便利，有公路、山路；地形复杂，有陡坎、沙场和峡谷；通视条件差并且山坡陡峭、道路崎岖；该区东西约0.2km，南北宽约0.2km。根据本次论文的需要，我们采用TOPCON双星双频接收机实时动态模式进行测量，测图方式为全数字化测图，使用南方CASS5.0软件成图。2．准备工作①.参加人员：GPS方向的学生九名，经验丰富的指导老师3名。②.仪器设备：本次数据采集共使用四台TOPCON双频双星接收机设备，一台作为基准站，三台作为流动站，还有笔记本电脑两台，通讯设备为每组一部对讲机。仪器使用前已做了相应的检验，包括：①.接收机内部噪音检验，零基线检验；②.天线相位中心稳定性检验；③.光学对点器的检验等。检验后仪器都调整到最佳状态。3.收集测区的资料进入测区之前要收集测区控制点资料，包括控制点的坐标、等次、中央子线、坐标系统，是常用控制网还是GPS控制网、控制点的点之记、控制点的地形和周围环境是否可作为RTK基准参考站。4．RTK基准站的设定为了保证RTK测量的精度和速度，选择一个环境良好的基准站是至关重要的，也是顺利实施RTK的关键，基准站的安置应满足下列条件：（1）基准站应有正确的已知坐标。（2）基准站应选在点位稳固、方便架设仪器的地方。（3）基准站应选在地势较高（也不必太高，还要交通方便），较为开阔周围无高度角超过10°的障碍物，有利于卫星信号的接收和数