GNSSRTK技术及应用

GNSS-RTK技术及应用北京市测绘设计研究院张凤录主要内容1、GNSSRTK测量技术概述2、GNSSRTK测量技术要求3、GNSSRTK测量设备4、GNSSRTK测量要求5、数据处理与检验6、成果提交1、GNSSRTK测量技术概述1、单基站RTK测量单基站RTK测量方式是临时架设1个（或多个）基准站，在小区域范围内采用电台或GPRS、CDMA等无线通讯方式向流动站用户发播差分改正数的一种测量方式。1、GNSSRTK测量技术概述1、GNSSRTK测量技术概述2、网络RTK测量网络RTK测量的用户需要在城市CORS系统服务中心经过申请、登记、注册。获得系统的授权后，方可登陆系统，得到系统提供的服务。网络RTK用户可以在CORS系统的有效服务区域内的任何进行网络RTK测量。1、GNSSRTK测量技术概述1、GNSSRTK测量技术概述3、后处理动态测量（PPK)。在实际作业过程中，有一些通信信号较弱或覆盖不到的困难地区，无法实时进行单基站RTK和网络RTK测量，现场可以采用后处理动态测量的模式进行RTK测量。后处理动态测量具体做法是：在测区选择一个基准点，安置接收机连续跟踪所有可见卫星；另一台或几台接收机先在任一开阔地带观测数分钟进行初始化测量，在保持对所测卫星连续跟踪而不失锁的情况下，移动接收机在观测点进行测量。1、GNSSRTK测量技术GNSS—RTK测量作业方式比较:1、单基站RTK与网络RTK测量比较，有以下几点不足：•单基站RTK的作业受距离制约，•定位精度不均匀、•可靠性差。2、GNSSRTK测量技术要求2.1GNSSRTK平面测量按精度应划分为一级、二级、三级、图根和碎部。各等级的技术要求应符合下表的规定。2、GNSSRTK测量技术要求对应于GNSS控制网的一、二、三级及地形测图的图根和碎部等级，并根据各等级的精度要求制定了最小边长，而不是平均边长。为了保证高等级控制测量的精度均匀性，本条对一级GNSS控制点布设强调了应采用网络RTK进行测量。对于表中的相邻点间距离和边长相对中误差的规定是总结了城市测量中布设等级导线的经验，结合满足常规测量对边长相对关系的要求后制定的。2、GNSSRTK测量技术要求《城市测量规范》CJJ8中对布设一、二、三级导线的测距精度优于15mm，边长最大限差放宽2倍。再根据GNSSRTK测量绝对定位精度可靠、点间相对精度较差的特点，相对于《城市测量规范》CJJ8对边长的要求进行了适当的放宽，在规范中规定了相应等级的相邻点间距离和边长相对中误差2、GNSSRTK测量技术要求2.2利用RTK测量方法布设控制点时，点位选择应符合规范的规定。图根和碎部RTK测量是布设最底层的控制点和测设地形、地物特征点，实测点位的选择受到很大限制，满足最低测量条件即可，以工作需要为主。一、二、三级RTK控制点测量要照顾到下一级控制布设的需要，精度要求较高。所以，本条控制点的点位选择要求应与GNSS网点相同。2、GNSSRTK测量技术要求2.3RTK测量时，GNSS卫星的状况应符合下表的规定。RTK测量精度很大程度受到卫星分布状况影响。这里的卫星为RTK流动站和基准站的共视卫星。为保证流动站和基准站收到足够多数目的卫星信号。单基站RTK测量时，基准站要选择在空旷平地或者地势高处。2、GNSSRTK测量技术要求2.4RTK测量时，开始作业或重新设置基准站后，应至少在一个已知点上进行检核，并应符合下列规定：1在控制点上检核，平面位置较差不应大于5cm；2在碎部点上检核，平面位置较差不应大于图上0.5mm。2、GNSSRTK测量技术要求静态GNSS控制网测量可以通过基线精度、重复基线差及环闭合差和平差等作业过程对成果进行检验；RTK测量每个测设点都是相互独立的，点与点之间没有直接关系，对于因意外产生的粗差无法发现。因此，为提高RTK测量的可靠性，保证仪器各种设置正确，测量过程中应选择一定数量的已知坐标点进行测量校核，以检查用户站设备的可靠性以及坐标转换参数的准确性。本条规定作业前应在测区内或周边至少校核一个已知点，并记录和计算校核结果。控制点校核较差，依据新布设的控制点相对于上一级控制点的点位误差不应超过5cm。碎部点校核较差，依据不同比例尺地形图的要求来制定。2、GNSSRTK测量技术要求2.5利用已有RTK测设的控制点时，应进行坐标或几何检核。对已有的RTK控制点，可以作为RTK测量时的校核点，也可以作为同等级布设的控制点。该校核点如果要作为控制点使用时，应与新布设的控制点统一。统一进行控制点间的边长、角度以及坐标检核，应达到精度要求。3、GNSSRTK测量设备3.1RTK测量接收设备应符合下列规定：1接收设备应包括双频接收机、天线和天线电缆、数据链设备、数据采集器等；2基准站设备应能发送RTCM标准格式差分数据；3流动站设备应能接收并处理标准差分数据；4宜选用固定误差不超过10mm、比例误差系数不超过2mm/km的RTK接收机。3、GNSSRTK测量设备单基站RTK和网络RTK使用的设备有些不些不一样。单基站RTK作业时一般需要单基站、流动站和两者之间的数据链，网络RTK作业时流动站可以直接使用基准站的网络差分信号。单基站RTK和网络RTK的流动站设备都具备通讯、接收卫星信号和差分数据处理的基本功能，只是进行数据通讯的方式不同。流动站设备的选用是根据国内外主要仪器生产厂家的精度指标制定的，一般均可满足RTK定位测量的要求。3、GNSSRTK测量设备3.2接收设备的检验：1GNSS接收设备应按现行行业标准《全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范》JJF1118的要求定期进行检定，检定周期宜为一年；2新购置的或经过维修的GNSS接收设备应进行检验，内容包括一般检验、常规检验、通电检验和实测检验。3基准站与流动站的数据链连通检验；4数据采集器与接收机的通信连通检验。3、GNSSRTK测量设备3.3接收设备的维护：1接收设备应有专人保管，运输期间应有专人押送，并应采取防震、防潮、防晒、防尘、防蚀和防辐射等防护措施；2接收设备的接头和连接器应保持清洁，电缆线不应扭折，不应在地面拖拉、碾砸。连接电源前，电池正负极连接应正确，观测前电压应正常；3当接收设备置于楼顶、高标或其他设施顶端作业时，应采取加固措施，在大风和雷雨天气作业时，应采取防风和防雷措施；3、GNSSRTK测量设备4作业结束后，应及时对接收设备进行擦拭，并放入有软垫的仪器箱内；仪器箱应置放于通风、干燥阴凉处，箱内应放置干燥剂并及时更换；5接收设备在室内存放时，电池应在充满状态下存放，并应每隔1～2个月充放电一次；6接收机发生故障后，应由专业人员维修。4、GNSSRTK测量要求4.1单基站RTK测量4.1.1基准站设置应符合下列规定：1选点应符合下列规定：点位附近不应有大型建筑物、玻璃幕墙及大面积水域等强烈干扰接收机接收卫星信号的物体；点位应选择在交通便利，并有利于扩展和联测的地点；视场内障碍物的高度角不宜大于15º；对符合要求的已有控制点，经检查点位稳定可靠的，可充分利用；点位选定后应现场作标记、画略图。4、GNSSRTK测量要求2测前准备应符合下列规定。用三脚架安置GNSS接收机天线时，对中误差应小于3mm；在高标基板上安置天线时，应将标志中心投影到基板上，投影示误三角形最长边或示误四边形对角线应小于5mm；天线高应量测至毫米，测前、测后应各量测一次，两次较差不应大于3mm，并应取平均值作为最终成果；较差超限时，应查明原因，并应记录在GNSS外业观测手簿备注栏内。4、GNSSRTK测量要求3仪器对中、天线高的量取应符合规范的规定。接收机中的天线类型、天线高量取方式以及天线高量取位置等项目设置应和天线高量测时的情况一致。天线高的记录格式应符合本规范附录J的规定。4基准站的卫星截止高度角设置不应低于10º。5选择无线电台通信方法时，数据传输工作频率应按约定的频率进行设置。6仪器类型、测量类型、电台类型、电台频率、天线类型、数据端口、蓝牙端口等设备参数应在随机软件中正确选择。7基准站坐标、数据单位、尺度因子、投影参数和坐标转换参数等计算参数应正确输入。4、GNSSRTK测量要求单基站RTK测量的基准站设置是关键性的第一步。基准站的选择直接影响到作业半径和效率。若基准站选择不当，基准站观测数据质量和无线通讯信号传播质量无法保证。该基准站支持的所有流动站都不能顺利作业，或者造成基准站频繁迁站，影响工作进程。基准站的设置要与当前作业方式匹配，还要与流动站的模式匹配。4、GNSSRTK测量要求4.1.2RTK观测准备应符合下列规定：1GNSS天线、通信接口、主机接口等设备连接应牢固可靠；连接电缆接口应无氧化脱落或松动；2数据采集器、电台、基准站和流动站接收机等设备的工作电源应充足；3数据采集器内存或贮存卡应有充足的存储空间；4接收机的内置参数应正确；5水准气泡、投点器和基座应符合作业要求；6天线高度设置与天线高的量取方式应一致。4、GNSSRTK测量要求4.1.3坐标系统转换应符合下列规定：1所用已知点的地心坐标框架应与计算转换参数时所用地心坐标框架一致；2已有转换参数时，可直接输入；3已有三个以上同时具有地心和参心坐标系的控制点成果时，可直接将坐标输入数据采集器，计算转换参数；4已有三个以上参心坐标系的控制点成果时，可采用直接输入参心坐标，并在控制点上采集地心坐标，计算转换参数；5计算转换参数的控制点应均匀分布在测区及周边；6平面坐标转换的残差绝对值不应超过2cm。4、GNSSRTK测量要求根据目前仪器设备使用的情况，主要提供三种转换参数的作业方式。•一种是已有该区域的坐标转换参数；•二是事先可以收集到足够数量的同时具有地心坐标和参心坐标成果的控制点；•三是事先只收集到足够数量的具有参心坐标成果的控制点，其地心坐标需要实地采集获取。从使用方便和精度考虑，应按上述三种方式顺序选择。4、GNSSRTK测量要求一般来讲，在城市测量中由于收集到的控制点来源、精度不一定统一。所以他们相互间的符合性很难一致。坐标系统转换参数是通过一定的数学模型利用重合点来拟合计算的。参与拟合控制点的分布对于参数计算、测量成果的精度都有很大影响。由于无法准确规定拟合的控制点分布，只能用均匀分布来限制拟合误差在作业过程中的扩大。同时，为了控制转换参数的精度，依据测设的RTK点的点位精度相对于基准站不超过5cm的要求。拟合控制点能控制作业区域前提下，转换参数残差应小于点位误差的1/3。对于高程转换，可根据实际资料和测量的目的进行设计。4、GNSSRTK测量要求4.1.4在未知点上设置基准站进行RTK测量时，应符合下列规定：1测区应至少有三个分布均匀的已知点；2基准站点的等级应低于已知点等级；3RTK测量成果最高等级应定为图根级。4、GNSSRTK测量要求基准站架设在未知点上，也是一种常用的作业方式。基准站经过各项设置启动后与流动站建立了通讯关系。通过流动站在已知点上采集地心坐标，然后求解坐标转换参数，再进行RTK作业。这种作业方式一般适用于小区域范围。通常在小区域内很难找到同时具有两个以上的高等级控制点。小区域内一般可以有若干个低等级的控制点。因此，求出来的坐标转换参数精度不高。所以，本条规定了采用这种作业方式的RTK测量成果等级最高为图根。4、GNSSRTK测量要求4.1.5RTK观测前设置的平面收敛阈值不应超过2cm，垂直收敛阈值不应超过3cm。RTK作业受到地形、地物和电磁波等诸多外界环境因素影响。有些因素是作业员现场可以识别的，还有很多因素是无法现场判定。对观测结果的影响很难通过判断来确定。为了保证成果数据的质量，可以通过观测前对仪器的精度指标，进行预先设置来获得可靠的结果。在实际RTK作业过程中，在周围观测情况不利于RTK作业的条件下，也可以获得RTK固定解，但获得的多次坐标成果相互间跳动大、不稳定，有存在粗差的可能性。如果在这样情况下进行RTK作业，那么RTK定位的精度、可靠性会很差。因此，根