工程测量毕业实践报告RTK在工程测量中的应用.doc
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1、毕 业 实 践 报 告RTK在工程测量中的应用专 业: 工程测量班 级: 2010级一班学生姓名: 学 号: 137637指导教师: 完成日期: 2013年 6 月10日 辽宁水利职业学院建筑与测绘工程系目录一、绪论3(一)什么是RTK 技术3(二)现阶段GPS主要应用范围31、GPS应用于测量32、GPS应用于交通4(三)RTK技术推广应用的主要方向4二、GPS-RTK在工程测量中的应用及影响6(一)GPS-RTK原理61、GPS-RTK技术概述62、GPS测量特点63、GPS技术应用84、GPS-RTK技术在工程测量中应用的优点95、影响GPS-RTK精度的因素及应对措施9三、 RTK的定
2、位原理、优点和缺点12(一)RTK的定位原理121、RTK定位技术的原理122、RTK的系统组成和工作原理13(二)RTK技术的误差来源和测量精度141、RTK技术的优点152、 RTK技术的缺点153、RTK技术以后的发展方向16四、心得与体会18五、参考文献19六、致 谢20- 19 - / 19文档可自由编辑打印一、绪论(一)什么是RTK 技术RTK定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS定位技术,实施动态测量。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
3、行实时处理,同时通过输入的相应的坐标转换参数和投影参数,实时得到流动站的三维坐标及精度。常规的GPS测量方法,如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度,而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它采用了载波相位动态实时差分(Real - Time Kinematic 实时动态差分)方法,是GPS应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地形测图,各种控制测量带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值,RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,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,并达到厘米级精度。
4、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,同时给出厘米级定位结果,历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则流动站可随时给出厘米级定位结果。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
5、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。RTK定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式,两种定位模式相结合,在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS前端数据采集。在地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作都采用了RTK作业,测量12s,精度就可以达到13 cm,且整个测量过程不需通视,有着常规测量仪器(如全站伪不可比拟的优点。(二)现阶段GPS主要应用范围1、GPS应用于测量GPS技术给测绘界带来了一场革命。利用载波相位差分技术(RTK),在实时处理两个观测站的载波相位的基础上,可
6、以达到厘米级的精度。与传统的手工测量手段相比,GPS技术有着巨大的优势: 测量精度高; 操作简便,仪器体积小,便于携带; 全天候操作;观测点之间无须通视;测量结果统一在WGS84坐标下,信息自动接收、存储,减少繁琐的中间处理环节。 当前,GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动、地籍测量等领域。2、GPS应用于交通 出租车、租车服务、物流配送等行业利用GPS技术对车辆进行跟踪、调度管理,合理分布车辆,以最快的速度响应用户的乘车或送请求,降低能源消耗,节省运行成本。 GPS在车辆导航方面发挥了重要的角色,在城市中建立数字化交通电台,实时发播城市交通信息,车载设备通过GPS进行精确定位,
7、结合电子地图以及实时的交通状况,自动匹配最优路径,并实行车辆的自主导航。 民航运输通过GPS接收设备,使驾驶员着陆时能准确对准跑道,同时还能使飞机紧凑排列,提高机场利用率,引导飞机安全进离场。3、GPS应用于救援 利用GPS定位技术,可对火警、救护、警察进行应急调遣,提高紧急事件处理部门对火灾、犯罪现场、交通事故、交通堵塞等紧急事件的响应效率。特种车辆(如运钞车)等,可对突发事件进行报警、定位,将损失降到最低。 有了GPS的帮助,救援人员就可在人迹罕至、条件恶劣的大海、山野、沙漠,对失踪人员实施有效的搜索、拯救。装有GPS装置的渔船,在发生险情时,可及时定位、报警,使之能更快更即使地获得救援。
8、4、GPS应用于农业 当前,发达国家已开始把GPS技术引入农业生产,即所谓的精准农业耕作。该方法利用GPS进行农田信息定位获取,包括产量监测、土样采集等,计算机系统通过对数据的分析处理,决策出农田地块的管理措施,把产量和土壤状态信息装入带有GPS设备的喷施器中,从而精确地给农田地块施肥、喷药。通过实施精准耕作,可在尽量不减产的情况下,降低农业生产成本,有效避免资源浪费,降低因施肥除虫对环境造成的污染。5、GPS应用于娱乐消遣 随着GPS接收机的小型化以及价格的降低,GPS逐渐走进了人们的日常生活,成为人们旅游、探险的好帮手。通过GPS,人们可以在陌生的城市里迅速地找到目的地,并且可以最优的路径
9、行驶;野营者携带GPS接收机,可快捷地找到合适的野营地点,不必担心迷路;甚至一些高档的电子游戏,也使用了GPS仿真技术。(三)RTK技术推广应用的主要方向1、双星系统(GPS+GLONASS双系统导航定位)是GPS RTK发展的热点,它可接收14-20颗卫星左右,是常规RTK所无法比较的,该技术使GPS设备具备最短时间达到厘米级精度的能力与最强的抗干扰遮挡能力。2、VRS(Virtual Reference Station虚拟参考站)正在改善着RTK定位的质量和距离,增强RTK的可靠性,并减少OTF初始化的时间。VRS技术,可以在50Km左右时使RTK定位平面位置精度为12cm,并无需设立自己
10、的基准站。其应用领域将逐渐涵盖陆地测量、地籍测量、航空摄影测量、GIS、设备控制、电子和煤气管道、变形监测、精准农业、水上测量、环境应用等诸多领域。二、GPS-RTK在工程测量中的应用及影响(一)GPS-RTK原理全球定位系统(Global Positioning System - GPS)是美国从本世纪70年代开始研制,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。经过10多年我国测绘等部门的使用表明,GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点,赢得广大测绘工作者的信赖,并成功地应用于大地测量、工程测量、
11、航空摄影测量、运载工具导航和管理、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科,从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。1、GPS-RTK技术概述实时动态(RTK)测量系统,是GPS测量技术与数据传输技术的结合,是GPS测量技术的一个新突破。RTK测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分。GPS测量技术,其基本思想是:在基准站上设置1台GPS接收机,对所有可见GPS卫星进行连续的观测,并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站。在用户站上,GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位原理,实时地解算整周模糊度未
12、知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度。通过实时计算的定位结果,便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况,实时地判定解算结果是否成功,从而减少冗余观测量,缩短观测时间。2、GPS测量特点GPS系统的特点,相对于常规测量来说,GPS测量主要有以下特点:测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量,在小于50 km的基线上,其相对定位精度可达110-6,在大于1 000 km的基线上可达1108。测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点位,使得选点工作更加灵活方便。观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善,软件的不断更新,在进行GPS测量时,静态相对
13、定位每站仅需20 min左右,动态相对定位仅需几秒钟。仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录。全天候作业。GPS卫星数目多,且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况的影响。提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标,其高程精度已可满足四等水准测量的要求。GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据,采用空间距离后方交会的方法,来确定待测点的位置。常规的GPS测量方法,如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得高精度的结果
14、而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法,它采用了载波相位动态实时差分(Real - time kinematic)方法,是GPS应用的重大里程碑,它的出现为工程放样、地形测图,各种控制测量带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值,RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,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,并达到厘米级精度。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,同时给
15、出厘米级定位结果,历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在固定整周未知数以后(得到固定解),只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形则流动站可随时给出厘米级定位结果。 RTK 系统可应用于两项主要测量任务,即测点定位和测设放样。在基准站和流动站协同工作的情况下,用户携带流动站系统,在测区往来行走,对特征点进行采点测量。任何性质的点都可做定位测量,如道路的中线、池塘的周边、路灯杆位和建筑物拐角等。测点可以是原有的境界标记,也可是需要首次定位的新标记。这一功能
16、使RTK 最适合于在测图和放样中应用。RTK 系统可用于地形测量、面积测量和建筑测量,也可以用于测量料场及土石方工程量计算。测设放样任务只能在 GPS 的 RTK 操作模式下完成。某一物体的放样包括对定义该物体所在位置的一点或多点的定位。取得某一点的坐标后,用户需要在地面上找到与该坐标对应的确切位置。传统的做法是,全站仪测定持杆员的当前位置,并指挥其行进一定的距离后最终到达正确的位置。而RTK 流动站操作员行进中则可观察掌上电脑屏幕来确定自己的当前位置。掌上电脑存有目标点的坐标。由于 RTK 系统已知其当前位置和要寻找的目标点位置,系统可给用户导向到正确位置。这一功能使得 RTK 成为非常有效
17、的放样工具。任何物体都可由RTK来测设放样,如道路、输电线路、油气管线、DTM及地下管线等等。在大多数这类测量中,RTK系统比传统全站仪系统的效率要高很多,而且只需单人操作。在博兴县地形测量中,运用了RTK技术进行图根控制测量,探索了一条进行大面积图根控制测量的新路子。3、GPS技术应用1控制测量为满足城市建成区和规划区测绘的需要,城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点,城市、级导线大多位于地面,随着城市建设的飞速发展,这些点常被破坏,影响了工程测量的进度,如何快速精确地提供控制点,直接影响工作的效率。常规控制测量如导线测量,要求点间通视,费工费时,且精度不均匀。GPS静态测量,点间
18、不需通视且精度高,但需事后进行数据处理,不能实时知道定位结果,如内业发现精度不符合要求则必须返工。应用RTK技术将无论是在作业精度,还是作业效率上都具有明显的优势。2.像控点测量像控点测量是航空摄影测量外业主要工作之一,传统的方法要布设大量的导线来测量部分平高点,内业再空三加密。采用RTK技术测量,只需在测区内或测区附近的高等级控制点架设基准站,(若测区内或测区附近无高等级控制点,可先加密),流动站直接测量各像控点的平面坐标和高程,对不易设站的像控点,可采用手簿提供的交会法等间接的方法测量。像控点的精度要求对于RTK测量来说是不难达到的。与传统作业相比较,它不需要逐级布设控制点;与静态GPS测
19、量相比,缩短了作业时间,因而大大提高了作业效率,功效至少提高35倍。3.线路中线定线RTK测量技术用于市政道路中线或电力线中线放样,放样工作一人也可完成。将线路参数如线路起终点坐标、曲线转角、半径等输入RTK的外业控制器,即可放样。放样方法灵活,即能按桩号也可按坐标放样,并可以随时互换。放样时屏幕上有箭头指示偏移量和偏移方位,便于前后左右移动,直到误差小于设定的为止。4.建筑物规划放线建筑物规划放线,放线点既要满足城市规划条件的要求,又要满足建筑物本身的几何关系,放样精度要求较高。使用RTK进行建筑物放样时需要注意检查建筑物本身的几何关系,对于短边,其相对关系较难满足。在放样的同时,需要注意的
20、是测量点位的收敛精度,如果点位收敛精度不高的情况下,强制测量则有可能带来较大的点位误差。在点位精度收敛高的情况下,用RTK进行规划放线一般能满足要求。5.用地测量在建设用地勘测定界测量中,RTK技术可实时地测定界址点坐标,确定土地使用界限范围,计算用地面积,在土地分类及权属调查时,应用RTK技术可实时测量权属界限、土地分类修测,提高了测量速度和精度。6.其他方面测量RTK技术还可用于地形测量、水域测量、管线测量、房产测量等方面。用RTK测图,可不用布设图根控制,仅依据少量的基准点,即可直接测定地形地物点坐标,如果用专业测图软件,通过电子手簿记录即可实现数字化测图。在水下地形测量是,RTK能自动
21、导航和按距离或时间间隔自动采点,只要将天线高量至水面,加水深改正后,即可高精度的实时测定水下地形点的三维坐标,由专业软件成图。4、GPS-RTK技术在工程测量中应用的优点(1)高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值,RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,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,并达到厘米级精度。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,同时给出厘米级定位结果,历时不足一秒钟。流动站可处于静止状态,也可处于运动
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