建筑工程测量任务二GNSS接收机的认识及使用

1目录情境一GNSS接收机的认识情境二GNSS-RTK技术及应用实训一GNSS接收机的认识及操作使用实训二GNSSRTK测量任务二GNSS接收机的认识及使用2一、GNSS接收机的分类GNSS接收机可以根据用途、工作原理、接收频率等进行不同的分类。（一）按接收机的用途分类1．导航型接收机：主要用于运动载体的导航，可以实时给出载体的位置和速度。一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为10m左右。2．测地型接收机：主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。情境一GNSS接收机的认识33．授时型接收机：主要利用GNSS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台、无线通信及电力网络中时间同步。情境一GNSS接收机的认识4（二）按接收机的载波频率分类1．单频接收机：只接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线的精密定位。2．双频接收机：可以同时接收L1、L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不同可以消除电离层对电磁波信号的延迟影响，因此双频接收机可用于长达几千千米的精密定位。情境一GNSS接收机的认识5（三）按接收机通道数分类GNSS接收机能同时接收多颗GNSS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为：多通道接收机、序贯通道接收机、多路多用通道接收机。情境一GNSS接收机的认识6（四）按接收机工作原理分类1．码相关型接收机：是利用码相关技术得到伪距观测值。2．平方型接收机：利用载波信号的平方技术去掉调制信号，来恢复完整的载波信号。通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。3．混合型接收机：该种仪器综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。4.干涉型接收机：将GNSS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。情境一GNSS接收机的认识7二、GNSS用户设备的组成及原理GNSS用户设备用于接收GNSS卫星发射的无线电信号，获取必要的导航定位信息和观测信息，并经数据处理以完成各种导航、定位以及授时任务。以GPS为例，GPS用户设备主要包括：GPS接收机及其天线、微处理器及其终端设备、处理软件以及电源等。其中接收机和天线是用户设备的核心，习惯上统称为GPS接收机。情境一GNSS接收机的认识8接收机从结构上可分为天线单元和接收单元两大部分。一般将两个单元分别装配成两个独立的部件。天线单元置于信号通畅处，接收单元置于适当的地方。两者之间用电缆线连成一个整机。也有将天线单元和接收单元制成一个整体的。天线单元由接收天线和前置放大器两部分组成。接收天线大多采用全向天线，可接收来自任何方向的GPS信号，并将电磁波能量转化为变化规律相同的电流。前置放大器将极微弱的GPS信号电流放大。情境一GNSS接收机的认识9接收单元的核心部件由信号波道和微处理机构成。从目前的测地型接收机来看，主要有平方型和相关型两种信号波道，所具有的波道数目从1个至24个不等。利用多个波道同时对多个卫星进行观测，可以实现快速定位。微处理机具有各种数据处理软件，能选择合适的卫星进行测量，以获得最佳的几何图形；能根据观测值及卫星星历进行平差计算，求得所需的定位信息。情境一GNSS接收机的认识10接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防数据丢失。只要拥有一台能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收机，就可在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。情境一GNSS接收机的认识11其定位的具体方法是，接收机按一定卫星仰角要求捕获到待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。接收机通过捕获到的卫星信号，测量出接收天线至卫星的距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机按定位解算方法进行计算，计算出用户所在位置的地理经纬度、高度、速度、时间等信息。情境一GNSS接收机的认识12一、GNSS-RTK测量类型RTK（RealTimeKinematic）即实时动态测量，其测量定位技术是全球卫星导航定位技术与数据通信技术相结合的载波相位实时动态差分定位技术，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。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，还要采集导航卫星观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。情境二GNSS-RTK技术及应用13基准站（ReferenceStation），在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别在一个或几个固定测站上，一直保持跟踪观测卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动作业，这些固定测站就称为基准站。流动站（RovingStation），在基准站的一定范围内流动作业的接收机所设立的测站。GNSSRTK测量形式有三种（基准站与流动站之间的数据通信方式）：单基站RTK测量、连续运行参考站网络（CORS）和后处理动态测量（PPK）。情境二GNSS-RTK技术及应用141．单基站RTK测量（1）常规RTK测量常规RTK测量工作结构由一个基准站+电台+若干流动站组成，数据间的通信使用VHF、UHF、扩频或跳频。常规RTK测量的精度可达到：水平向为1～3cm；垂直向为2～5cm。工作距离小于10km。常规RTK测量技术的出现，实现了定位实时化从而提供了控制测量、测图、工程放样和工程监控的实时化技术。情境二GNSS-RTK技术及应用15（2）单基准站网络RTK（GPSBase）单基准站网络RTK（GPSBase）的工作流程：用户在流动站使用测量手簿通过手机卡GPRS或CDMA连接互联网，通过IP地址上传和下载差分信号，基准站的GPSBase连接互联网，访问该IP地址下载差分信号，进行数据改正，并上传和下载数据，流动站下载改正数据，实时获得定位结果。情境二GNSS-RTK技术及应用162．连续运行参考站网络（CORS）连续运行参考站网络（ContinuouslyOperatingReferenceStations）是基于网络的基础设施之一，可以动态、连续、快速、高精度地获取空间和地理特征的现代信息网络。CORS技术运用了网络、GNSS、现代大地测量、地球动力学等技术和方法。提供移动定位、动态连续的空间参考框架和地球动力学参考等服务。CORS系统由基准站（参考站）、系统中心、呼叫中心、数据通信、用户应用等子系统组成，用户无须设置基站。情境二GNSS-RTK技术及应用173．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。情境二GNSS-RTK技术及应用18二、GNSSRTK测量技术要求（一）GNSSRTK平面测量各精度等级的技术要求GNSSRTK平面测量按精度应划分为一级、二级、三级、图根和碎部。其要求应符合表6-2-1的规定。情境二GNSS-RTK技术及应用19情境二GNSS-RTK技术及应用20（二）GNSSRTK测量控制点选择点位的要求图根和碎部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，控制点的点位选择要求应与GNSS网点相同。情境二GNSS-RTK技术及应用21（三）GNSSRTK测量卫星的状况要求GNSSRTK测量精度很大程度上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（表6-2-2）。单基站RTK测量时，基准站要选择在空旷平地或者地势高处。情境二GNSS-RTK技术及应用22（四）GNSSRTK测量检核GNSSRTK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。情境二GNSS-RTK技术及应用23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。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。情境二GNSS-RTK技术及应用24（五）利用已有RTK测设控制点时，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，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。情境二GNSS-RTK技术及应用25三、GNSSRTK测量接收设备（一）GNSSRTK测量接收设备的相关规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。情境二GNSS-RTK技术及应用26（二）GNSSRTK测量接收设备的检验1．GNSS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—2004）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。情境二GNSS-RTK技术及应用27（三）测量接收设备的维护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。情境二GNSS-RTK技术及应用284．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。情境二GNSS-RTK技术及应用29四、GNSSRTK测量要求（一）单基站RTK测量1．基准站设置的要求（1）选点要求：①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。②点位应选择在交通便利，并有利于扩展和联测的地点。③视场内障碍物的高度角不宜大于15°。情境二GNSS-RTK技术及应用30④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。⑤点位选定后应现场作标记、画略图。情境二GNSS-RTK技术及应用31（2）测前准备：①用三脚架安置GNSS接收机天线时，对中误差应小于3mm。②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。③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。④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。情境二GNSS-RTK技术及应