GPSRTK技术及其在地形测图中的应用研究3

河 南 建 筑 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文GPS-RTK技术及其在地形测图中的应用研究摘 要GPS RTK（GPS Real Time Kinematic）技术作为一种先进的测量定位技术，由于具有精度高、效率高、方便、经济效益高等诸多优势，随着相关设备成本的不断降低和稳定性的不断增强，目前已经被广泛地应用于实时定位，动态监测等领域。本文对GPS RTK的工作原理做了详细的阐述，论述了GPS RTK目前存在的缺陷和出现的新技术，对影响定位精度的因素进行了分析，并对其应对措施加以阐述；文中着重对GPS RTK技术在数字化地形图测绘中的应用加以详细的分析和研究，对RTK测图的工作过程做了详细的分析和论述，并对工作过程中的注意事项加以归纳、分析。还对数字化测图中的外业操作的相关问题进行了分析和论述。关键词：GPS RTK 定位 精度GPS-RTK technology and its topographic mapping in the application ofAbstractGPS RTK(Real Time Kinematic)technology, As a kind of advanced positioning technology, because so many advantages such as high precision, high efficiency, convenient, high economic benefit, with constant reducing of the cost of relevant equipment and Enhancement in stability, already been widely applied to the field of real time positioning, monitoring dynamically etc. at present.In the article, detailed exposition on operation principle of the GPS RTK have been done, the fact that the defect that GPS RTK exists at present and new technology appearing have been described, the factor which influenced the precision of positioning have been analyzed, and its counter-measure is explained correctly. Focus on the detailed analysis of application in the digitized topographic map and study to GPS RTK technology in the article, have made detailed analysis and described to the thing that RTK working course, and sum up, analyze the precautions in the working course. Have also analyzed and described some relevant problems about operated in field.Keywords：GPS RTK positioning precise231 引言全球定位系统（Global Positioning System）是由美国国防部联合美国海、陆、空三军为满足其军事导航定位而建立的无线电导航定位系统。该系统从1973年开始研究，到1993年完成全部工作卫星组网工作。GPS系统由24颗卫星组成，卫星分布在相隔60的6个轨道面上，轨道倾角55，卫星高度20200km，卫星运行周期11h58m，这样在地球上任何地点、任何时间都可接收至少4颗卫星进行定位，从而可以实现全天候三维导航定位。由于GPS具有实时提供三维坐标的能力，因此，在民用、商业、科学研究上也得到了广泛应用。它不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。从静态定位到快速定位、动态定位，GPS技术已广泛应用于测绘工作中。2 文献综述在论文的准备和撰写过程中，参阅了一些相关书籍和论文资料，通过对搜集材料的整理和分析，加深了对GPS RTK技术原理的理解和掌握，对其中的关键技术和最新动向有了一定的了解。GPS可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息，可以提供各个领域的精密导航，还可用于情报收集、核爆检测、应急通讯和卫星定位等一些军事目的。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）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巨大的变革，极大地提高了外业作业效率。GPS技术是一项涉及面广的技术，涉及航天学，动力学，电力学等多门学科。自创建之今得到了巨大的发展，不论是信号传播的质量还是其稳定性都有了很大的改善。随着其使用成本的不断降低，它的应用范围必将越来越广，为我们的生活带来更多的便利。本文论述和分析了GPS RTK技术的原理和特点，着重对在数字化地形测图中的应用加以分析。3 GPS RTK技术概述RTK（Real Time Kinematic）技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术，是GPS测量技术发展里程中的一个标志，是一种高效的定位技术。3.1 GPS RTK系统的工作原理 GPS测量定位的原理是：利用GPS接收机接收来自卫星的信号，测得接收机与卫星之间的距离进行空间后方交会，从而得到接收机的位置。RTK（Real Time Kinematic）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。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。因此，要求GPS接收机要具备很强的运算能力。3.1.1 GPS系统的时间系统和坐标系统 GPS为了满足精密定位与导航的要求，在系统设计与试验之初就建立了自己专用的时间系统，该系统简写为GPST，它由GPS主控站的高精度原子钟守时与授时。GPST属于原子时系统，它的秒长即为原子时秒长，GPST的原点与国际原子时的原点IAT相差19s。有关系式： IATGPST=19（s） （31）GPST与协调时UTC之间的关系式为： GPST=UTC+1n19（s） （32）规定于1980年1月6日零时时刻调整参数为：n=19；此时GPST和UTC时刻一致。其后，随着时间的积累，两者之间的差别将表现为秒的整数倍，至1987年，调整参数n=23，两时间系统之差为4s；至1992年，调整参数n=26，两时间系统之差为7s1。目前GPS所采用的坐标系统是WGS-84坐标系，GPS所发布的星历参数就是基于此坐标系统的。WGS-84坐标系统的全称是World Geodical System-84（世界大地坐标系-84），它是一个地心坐标系统。WGS-84坐标系的坐标原点位于地球的质心，Z轴指向BIH（国际时间局）1984.0定义的协议地球极方向，X轴指向BIH1984.0的起始子午面和赤道的交点，Y轴与X轴和Z轴构成右手系。参照于WGS-84椭球的任何地面点的大地经、纬度（l,j）和大地高度（h）与三维直角坐标表达式（x，y，z）T是可以互相转换的。其关系式为： x=（n+h）cosjsinl （33） y =（n+h）sinj cosl （34） z=n（1e2）+hsinj （35）3.1.2 GPS差分定位原理 差分技术很早就被人们所应用，是在一个测站对两个目标的观测量，两个测站对一个目标的观测量或一个测站对一个目标的两次观测量之间进行求差。其目的在于消除公共项，包括公共误差和公共参数。在以前的无线电定位系统中已被广泛地应用。为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术，即DGPS，其原理是将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。差分GPS分为三大类：位置差分、伪距差分和载波相位差分。伪距差分原理是应用最广的一种差分。在基准站上，观测所有卫星，根据基准站已知坐标和各卫星的坐标，求出每颗卫星每一时刻到基准站的真实距离。再与测得的伪距比较，得出伪距改正数，将其传输至用户接收机，提高定位精度。这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。3.2 GPS RTK系统的组成 一个完整的RTK系统由GPS接收机、电台、掌上电脑或电子手簿、电源系统、中继站电台组成，如图36所示：图36 RTK系统组成示意图3.2.1 GPS接收机 能够测量到载波相位的GPS接收机都能够进行RTK定位，但是为了能够快速、准确地求解整周模糊度，双频接收机比较理想。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。基准站发射电台一般为外置的独立电台；流动站接收电台可以内置在GPS接收机内部，也有外置的独立电台。外业测量作业时，可以使用多台流动站同时作业，每一套流动站的结构为：一套流动作业的GPS接收机及天线、流动站接收信号的电台（有的厂家可以将其内置于GPS接收机）及天线、设置和显示使用的电子手簿。如图37为华测X90接收机面板接口：图37华测X90接收机面板接口示意图3.2.2 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。通过电台，基准站系统发送数据，流动站系统接收数据。基准站电台因为有发射功能，所以体积较大，耗电量也较大。流动站接收机只需接收信号，因此，功耗较少，耗电量也小得多。在某些RTK系统中，流动站电台尺寸小到可以嵌入流动站GPS接收机之中。如果RTK测量时基准站和流动站系统的距离超过2km，建议使用UHF（超高频）或VHF（特高频）频率下工作的电台。其优点是，在UHF或VHF频率下工作的电台可合法地使用高功率发射机来传输数据。虽然UHF和VHF电台会受基准站和流动站系统之间直线视距内障碍物的影响，加功放的发射功率能使传输可以穿越更多障碍，比高频率的扩频电台要好。鉴于这类型电台的工作频率和功率水平，必须取得电台许可证才能使用它们。基准站和流动站距离不超过2km的小RTK测量项目，可采用扩频电台。扩频电台的优点是无需许可证即可使用。扩频电台的功率输出不到1W，因此，不需要FCC许可证。而且，在UHF或VHF无线电通信繁忙的地方，如果多个电台使用接近的频率，RTK测量将难以进行。扩频电台在很高的频率下工作，并使用跳频技术，所以不受通信量影响。如下图38和图38为华测基站电台前面板和后面电台接口：图38华测电台前面板图39华测后面电台接口3.2.3 掌上电脑（电子手簿） 掌上电脑，是流动站系统的用户介面。RTK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。RTK系统中每个流动站只需用到一部掌上电脑（电子手簿）。3.2.4 电源系统 基准站和流动站都需要电源才能工作。在基动站中，GPS接收机和电台使用同一电源。如果基准站电台必须要将数据传输到5km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。3.2.5 中继站电台 为了扩展GPS RTK作业范围和距离，必要时可以在基准站和流动站之间设立中继站电台。中继站电台可以转发接收站信号，既接收基准站发送的信号又将接收信号发送出去，一般是外置的独立电台。3.3 GPS RTK测量技术的特点 GPS定位技术的高度自动化和所达到的定位精度极具潜力，使广大测量工作者产生了极大的兴趣。尤其从1982年第一代大地型无码GPS接收机投入市场以来，在应用基础的研究、应用领域的开拓、硬件和软件的开发等方面都得到蓬勃发展。相对于经典的测量学来说，这一技术有如下主要特点。 观测站之间无需通视即要保持良好的通视条件，又要保障三角网的良好图形，这一直是经典大地测量在实践方面的困难之一。GPS测量不要求观测站之间相互通视因而不需要建造觇标，这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间（一般造标费用约占总经费30%50%），同时也使点位的选择变得甚为灵活。不过也应指出，GPS测量虽然不要求测站之间相互通视，但必须保持观测站以上空间开阔，以使接收GPS卫星的信号不受干扰。 定位精度高现已完成的大量实验表明，GPS RTK的精度已经可以满足大比例尺地形图测绘的要求。 观测时间短，效率高目前，完成一条基线的精密相对定位所需要的观测时间，根据要求的精度不同，一般约为13h，为了进一步缩短观测时间，提高作业速度，对于快速定位方法的应用正受到广泛的重视。近年来发展的短基线（例如不超过20km）快速相对定位法，其观测时间仅需数分钟。 提供三维坐标GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。GPS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探航空摄影以及导航中的应用提供了重要的高程数据。 操作简便，自动化程度高GPS测量的自动化程度很高，在观测中测量员的主要任务只是安装并开关仪器，量取仪器高和监视仪器的工作状态。而其它观测工作如卫星的捕获跟踪、观测等均由仪器自动完成。另外，GPS用户接收机一般重量较轻，体积较小，携带和搬运更方便。 成本低、经济效益高由国内外大地测量实测资料表明：用GPS定位技术建立控制网，比常规大地测量技术节省70%80%的外业费用，这主要是节省了造标的费用及工作效率的提高，从而使工期大大缩短。随着GPS接收机性能和价格比的不断提高，经济效益将更加显著。 全天候作业GPS观测工作可以在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。3.4 GPS RTK技术存在的局限 GPS RTK也有其局限性，了解其局限性可确保RTK测量成功。最主要的局限性其实不在于RTK本身，而是源于整个GPS系统。如前所述，GPS依靠的是接收从地面以上约两万公里的卫星发射来的无线电信号。相对而言，这些信号频率高、功率低，不易穿透可能阻挡卫星和GPS接收机之间视线的障碍物。事实上，存在于GPS接收机和卫星之间路径上的任何物体都会对系统的操作产生有害影响。有些物体如房屋，会完全屏蔽卫星信号。因此，GPS不能在室内使用。同样原因，GPS也不能在隧道内或水下使用。有些物体如树木会部分阻挡、反射或折射信号。GPS信号的接收在树林茂密的地区会很差。树林中有时会有足够的信号来计算概略位置，但信号清晰度难以达到厘米水平的精确定位。因此，RTK在林区作业有一定的局限性。这并不是说，GPS RTK只适用于四周对空开阔的地区。RTK测量在部分障碍的地区也可以是有效而精确的。其奥秘是能观测到足够的卫星来精确可靠地实现定位。在任何时间、任何地区，都可能会有710颗GPS卫星可用于RTK测量。RTK系统的工作并不需要这么多颗卫星。如果天空中有5颗分布恰当的卫星，就可作精确可靠的定位。有部分障碍的地点只要可以观测到至少5颗卫星，就有可能做RTK测量。在树林或大楼四周作测量时，只要该地留有足够的开放空间，使RTK系统可观测到至少5颗卫星，RTK测量就有成功的条件。RTK技术在应用中遇到的最大问题就是参考站校正数据的有效作用距离。GPS误差的空间相关性随参考站和移动站距离的增加而逐渐失去线性，因此，在较长距离下（单频10km，双频30km），经过差分处理后的用户数据仍然含有很大的观测误差，从而导致定位精度的降低和无法解算载波相位的整周模糊度。所以，为了保证得到满意的定位精度，传统的单机的RTK作业距离都非常有限。高精度的GPS实时差分定位是目前最广泛使用的测量技术之一。但是，它的应用受到了电离层和对流层影响的限制，这些影响在原始数据中产生了系统性的误差。实践中，这意味着流动站（移动站）接收机和参考站之间的距离不得不减小许多，以保证系统有效地工作。3.5 虚拟参考站（VRS）技术的出现Virtual Reference Station（虚拟参考站）的概念提供了新的契机。在使用时，参考站数据中的系统误差被减少或消除，这样，不仅意味着用户可以增加流动站和基准站间的距离，也增强了系统的可靠性，并减少了初始化的时间。此概念不仅仅用于新建网络，同时也可以改善已有的、已建网络的性能。所有参考站与控制中心相连接。控制中心的计算机运行GPS Network的软件， 它也是整个概念的神经中枢。GPS NETWORK连接到网络中所有的接收机它将执行几个重要的任务，包括：原始数据和并进行质量检查；存储RlNEX和压缩RINEX数据；改正天线相位中心；系统误差的模型化及估算；产生数据为流动站接收机创建虚拟基站位置；产生流动站所在位置上的RTK改正数据流；发送RTK改正数据到野外的流动站。GPS流动站向运行GPS Network的控制中心发送它的概略位置，具体的方式是用移动电话链路（如GSM等）发送标准的位置信息。控制中心接收此位置信息并进行误差计算重新向流动站发送改正过的RTCM信息。这种为一个虚拟的，没有实际架设过的参考站创建原始参考数据的技术，我们称之为“虚拟参考站概念”。这项技术可以大大改善整个网络中RTK定位的质量。网络由4个相距大约70km的基准站组成。第5个站（流动站）与最近的基准站相距32km，为测试系统，在此站上安置了RTK系统，可从GPS-NETWORK软件连续接受虚拟的RTCM数据。为了分析标准RTK与采用了虚拟参考站数据的RTK系统的性能，我们建立了两套RTK系统，在流动站使用一台GPS接收机。此方式是保证两个RTK处理器接收的是相同的GPS接收机数据，和来自参考站的不同的RTCM数据，一种是带有改正的虚拟数据，另一类是带有原始未改正的数据。测试在中午前后进行，持续数小时。由于采用了虚拟改正数据后，系统得到了显著的改善，所有固定的时间都小于150s，而采用原始未改正的数据的固定时间可以达到300s。由GPS网络实现的虚拟参考站概念，使得许多应用得以更有效地实现，同时，在距参考站相当远的情况下无需设立自己的基准站。其应用领域可以涵盖陆地测量、地籍测量、航空测量、GIS、设备控制、电力和煤气管道、变形监测、精准农业、水上测量、环境应用领域。4 GPS RTK技术的测量误差高精度的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，并可达到厘米级精度。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。在整周未知数解固定后，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平面精度厘米级，高程23cm的定位结果6。其中，影响精度的因素有很多，造成了各种各样的误差，大致有与卫星有关的误差、与信号有关的误差，与接收机有关的误差。现简述如下：4.1 与卫星有关的误差 SA政策误差美国政府从其国家利益出发，通过对导航电文采用技术，对GPS卫星基准频率加入高频抖动（技术），对P码采用译密技术（P码经过译密技术处理成Y码反电子欺骗AS政策），人为降低普通用户利用GPS进行导航定位时的精度。单机定位误差达100m。现已取消SA政策，单机误差约15m（2000年5月1日已经取消该政策）。 卫星钟差GPS的观侧量均以精密的测时为依据，在GPS定位中，观测量要求卫星钟与接收机钟保持严格的同步。而实际上卫星钟是有漂移的，这种漂移称为卫星钟差。为了消除这种偏差，在GPS播放的导航电文中包含有描述卫星钟差的二阶多项式系数，修正以后，各卫星钟之间的同步差可以保持在20ns以内，经改正后的残余误差可以利用接收机间的一次差消除。 卫星星历误差卫星星历所给出的卫星空间的位置与实际位置之差被称为卫星星历误差。卫星在运动中要受到多种摄动力的影响，而通过地面监测站又很难充分可靠地掌握它们作用的规律，因此，星历预报会产生卫星位置误差。它将严重影响单点定位精度，对精密相对定位也有一定的影响。 地球自转的影响GPS定位采用的坐标是协议地球坐标系，地面接收到卫星信号时与协议坐标系相对于卫星发射瞬间的位置已产生了旋转（绕z轴旋转），这样接收到的卫星信号会有时间延迟。（卫星发送信号瞬间坐标与接收机接收的瞬间坐标产生位置上的旋转）。 发射天线相位中心偏差发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之间的差异。为了消除与卫星有关的主要误差卫星钟差和卫星星历误差，可以采用多种处理方法，其中同步观测求差法就是一种较好的方法。4.2 卫星信号的传播误差与卫星信号传播有关的误差，主要包括电离层传播误差、对流层传播误差和多路径效应。 电离层传播误差GPS卫星信号在通过电离层时，受到这一介质弥散特性的影响，使得信号传播路径发生变化，因而产生观测误差。电离层对信号传播的影响，主要取决于电子总量和信号的频率。为了减弱电离层的影响，可以利用双频观测法、电离层模型和同步观测求差法进行修正。 对流层传播误差对流层折射对观测值的影响，可以分为干分量和湿分量两部分。干分量主要与大气的湿度和压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度和高度有关，这种影响可以利用地面的大气资料计算，湿分量影响虽然不大，但是很难用物理参数进行描述。为了消除和减弱对流层折射的影响，可以采用类似消除电离层影响的方法。 多路径误差GPS接收机天线除了接收直接来自卫星的信号外，还可能接收到天线周围地物一次或多次反射的卫星信号，这些信号会相互叠加，从而使观测值偏离真值产生误差，这种误差被称为多路径误差。多路径效应对测相伪距的影响可达厘米级，有时甚至造成卫星信号的失锁，使得载波观测量产生周跳。由于多路径效应产生的机理，与各自接收机所处的环境有关，因此，不可能采用同步观测求差法进行消除。4.3 与接收机有关的误差与接收机有关的误差主要有接收机钟误差、观测误差和天线相位中心位置误差等。 接收机钟误差GPS接收机一般采用高精度石英钟，如果接收机钟与卫星钟相差ls，则由此引起的等效距离误差为300m。为了消除接收机钟差，通常把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数来处理，同时也可以利用观测数据的双差处理消除接收机的钟差。 观测误差观测误差除了包含观测分辨误差之外，还包括接收机天线相对观测点的安置误差。这类误差属于偶然性误差，只有通过增加观测时间，才会将它明显的减弱。 天线相位中心位置误差GPS接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。在GPS定位中，无论是测码伪距还是测相伪距，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准，而天线的相位中心与其几何中心，在理论上是一致的。但是，实际上天线的相位中心位置，随着信号输入的强度和方向的不同而有所变化，即观测时相位中心的瞬时相位与理论上的相位中心位置将有所不同。天线相位中心的偏差对相对定位结果有影响，对于相对精密定位而言，这种影响是不可忽略的。5 GPS RTK在地形图测绘中的应用5.1工程中常用GPS接收机的精度指标在实际工程应用中会使用到各个厂家生产的接受机产品，对于它们的精度也有一些差别，下面就其中比较常用的一些典型接收机的典型型号的精度、工作距离、使用特点作以比较（见表51），从中我们可以看到他们各自的优势所在，在具体的工程中，可以根据它们的价格、性能等方面去选择适用的设备。表51 常用GPS接收机的精度指标品牌/型号静态精度/RTK精度（平面）RTK工作距离特点阿斯泰克/Z-X5mm+1ppm/l0mm+2ppm10/(最大40)用“快速RTK”技术，初始化快，树木遮挡情况下仍能进行RTK测量佳瓦特/LegcyE3mm+1ppm/l0mm+1.5ppm20/(35W)精度高，可升级为双星系统，信号跟踪、抗干扰能力强徕卡/5303mm+0.5ppm/l0mm+2ppm30/(35W)精度高，初始化快，抗环境干扰能力强，可用手机进行数据链通信诺瓦泰/RT25mm+1ppm/l0mm+1ppm30/(35W)抗恶劣环境，防潮防沙抗冲击，具有不需要扼流圈的零相位天线塞赛尔/50025mm+1ppm/l0mm+0.5ppm40/(4W)专用于海上，信号跟踪能力稍差，有时需降低精度来保证有效工作时间天宝/57003mm+0.5ppm/l0mm+1ppm30/(25W)精度高，防水，抗震，插件可靠，后处理软件中文显示华测X912.5mm+1ppm/10mm+1ppm28/(28W)精度高，抗震，防水，右旋极化测量型天线，多馈点天线技术南方灵锐S863mm+1ppm/10mm+1ppm25/35W外壳采用金属外壳，主要特点是内置电台发射（2瓦）中海达V8/V92.5mm+1ppm/10mm+1ppm25/(10W/25W可调)V9曾经用过V8外壳，现用以前HD6000/5800的外壳，主要做内置电台发射用的主机5.2 RTK地形测图的工作流程RTK地形测图工程的总体流程大致如图52所示：GPS RTK测量实测过程一般包括：基准站选择和设置、流动站设置、中继站的设立等。成果资料和图纸打印GPS控制点的选点和埋设GPS控制网的成果计算和资料整理控制点的高程检测RTK测区地形图碎部测量内业整理并编辑成图图52 RTK地形测图的流程5.2.1 基准站的观测点位选择和基准站系统设置A基准站的观测点位选择GPS RTK定位的数据处理过程是基准站和流动站之间的单基线处理过程，基准站和流动站的观测数据质量好坏、无线电的信号传播质量好坏对定位结果的影响很大。野外工作时，测站位置的选择对观测数据质量、无线电传播影响很大。但是，流动站作业点只能由工作任务决定观测地点，所以，基准站位置的有利选择非常重要。为了观测到更好的观测数据应采取如下措施：为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求基准站上空应尽可能开阔，让基准站尽可能跟踪和观测到所有在视野中的卫星；在基准站GPS天线的515高度角以上不能有成片的障碍物。为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在基准站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施，高压输电线等。为避免或减少多路径效应的发生，基准站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑，成片水域等。为了提高GPS RTK作业效率，基准站应选在交通便利、上点方便的地方。基准站应选择在易于保存的地方，以便日后的应用。为了数据链电台传输数据应采取如下措施：由于电台信号传播属于直线传播，所以为了基准站和流动站数据传输距离更远，基站应该选择在地势比较高的测点上。数据传输距离和基站高度的关系式为： 传输距离（km）=4.24（） （53）式中：，分别是基准站和流动站的GPS天线高度比工作地区地面高出的部分，单位是米。基准站电台的功率越大越好：常用功率为10W、15W等。电台频率应该选择本地区无线电使用较少的频率，并且要求使用频率和本地区常用频率差值较大，所以要到工作区域的无线电管理委员会作调查。基准站的位置应选择在：确认基准站坐标正确无误；视野开阔，周围无高度角超过10的障碍物，以保证GPS观测顺利进行；周围无GPS信号反射物，以减少多路径误差；能方便发播传送差分改正信号。B基准站的系统设置基准站的设置包括：建立项目和坐标系统管理、基准站电台频率的选择、GPS RTK工作方式的选择、基准站坐标的输入、基准站工作启动等。 建立项目和坐标系统管理 建立工作项目的名称、坐标系统的选择等。如图54：图54 华测手簿新建项目操作界面-1图54 华测手簿新建项目操作界面-2 坐标系统管理参考椭球的选择或椭球参数的输入。投影方式和度带选择或建立。如图55为北京-54椭球参数：图55坐标系统设置界面值得注意的是：由于带的划分不同，各地参数不尽相同，主要体现在中央子午线经度上，可以参照当地坐标系的中央子午线经度值输入，其它参数缺省。大地水准面资料的选择。平面转换参数的输入。高程转换参数的输入等。 基准站电台频率的选择报据对本地区无线电频率的了解，选择一种理想的频率，流动站和基准站必须使用同一个频率。基准站电台频率可以在基准站电台显示面板上设置和选择，也可以通过手簿设置，如图56 为华测RTK手簿基准站电台频率选择界面：图56 基准站电台频率选择界面同时还可以设置无线电工作模式，基准站无线电模式。无线电工作模式一般选择基站模式，基准站无线电模式一般采用9600 bps模式。 GPS RTK工作方式的选择用电子手簿选择GPS RTK工作方式为GPS RTK作业方式。如图57所示：图57 选择测量形式界面 基准站坐标的输入设置本站为基准站，一般将基准站置于坐标已知的控制点上，所以可以输入已知点的点名，平面坐标和海拔高。如图58为设置界面：图58基准站坐标设置界面基准站必须有坐标值，这样流动站接收机才能接收到基准站的无线电信息（包括了基准站坐标）继而计算出流动站坐标。 基准站RTK工作启动以上设置完成后，可以启动GPS RTK准站，开始测量并传送数据。操作过程为：进入测量菜单，选择启动基准站接收机即可。5.2.2 流动站的设置 流动站GPS RTK接受电台的设置包括：建立项目和坐标系统管理、流动站电台频率的选择、有关坐标的输入、GPS RTK工作方式的选择、流动站RTK工作启动、使用RTK流动站测量地形点等。建立项目和坐标系统管理：建立工作项目的名称、单位的选择等；坐标系统管理；从带有绘图软件的PC计算机中将存有各种图形要素代码的属性库文件传入电子手簿。流动站电台频率的选择：根据对本地区无线电频率的了解，选择一种理想的频率，流动站和基准站必须使用同一个频率。流动站电台频率可以在计算机上设置和选择，也可以通过电子手簿设置。有关坐标的输入：在电子手簿中输入地区中其他控制点的坐标，以供求解坐标转换参数或作为地形测量过程中的检查点使用。GPS RTK工作方式的选择：用电子手簿选择GPS RTK作方式为GPS RTK作业方式。5.2.3 中继站电台的设立 由于工作环境的复杂性，基准站和流动站之间往往无法避免障碍物对电台通讯的影响，这时中继站电台可以起到比较好的补救作用：一是因为它可以接收来自基准站的信号，又可以将其发送出去供流动站使用；二是因为中继站电台只转发信号，所以不必安排在已加点上，完全可以按需要随时任意安排位置。 中继站电台点位选择一般将中继站电台设置在基准站和流动站之间地势较高，尽可能覆盖工作的地区。中继站电台所处位置应保证其既能收到基准站发射的信号，同时其发出的信号也能被流动站接收到。 中继站电台设置用计算机设置，选择中继站选项。信号传输过程中会因为损耗而使信号强度变弱，所以，在基准站和流动站之间使用的中继站电台个数一般不超过两台。5.2.4 使RTK流动站测量地形点 地形点测量一般有以下两种方式： 连续测量地形点一般用于测量等高线点或测量连续虚线点（如湖、水库、围墙等的边线）的坐标，这些测点的图形属性一样。测量时设置测点的精度限差要求；设置测点按时间间隔或距离间隔测量的间隔时间或间隔距离，输入起点点号、图形属性后开始测量。等到观测精度满足精度限差时，电子手簿按时间间隔或距离间隔记录坐标数据和测点图形属性。 非连续地形点测量一般用于图形属性不同、精度要求不同、无法连续测量的测点（如电线杆、下水井或上水井等）。测量时，一般设置测点的精度限差要求、观测时间、记录测量坐标的次数（用于平均计算最终坐标），然后开始测量，等到测量次数满足时，将坐标的均值、精度及图形属性记录在电子手簿中。采用以上两种方式可以完成所有地形点的测量工作。5.2.5 数据内业处理 GPS RTK将地形点测量完成后，可以将观测的点位坐标、属性传入计算机中，利用绘图软件根据各个点的坐标、图形属性及代码，绘制成各种专业的地形图，以便为教学、研究、工程建设、物探、导航、旅游等行业提供服务。5.3 RTK测图中手簿操作简介本节以华测电子手簿为例对其使用方法进行简要介绍。5.3.1 测量点 在主菜单选择测量，再选择测量点：在（点名称）输入待测点的名称，我们以ab13为例，如图59所示：图59 电子手簿测量点输入界面在“方法”选择“地形点”，“天线高”已经自动填入2（认为采用标准测杆进行测量）。点击“测量”按钮，图示显示了倒计时状态，“已用时间”、“还要测的时间”，地形点一般是5s，控制点一般默认是180s，快速点一般默认是1s。5.3.2 查看已测点的坐标 返回菜单，点击文件，如图510所示：图510文件菜单选择第六项元素管理器-点管理器，如图511所示：图511 检查当前任务界面选中要看的点，如基准站1。点击细节按钮，如图512所示：图512已测点查看界面6 结论在大比例尺地形测图中应用GPS RTK技术方法，能快速、准确地测定图根点、碎部点的坐标和高程，实时提供精度可达厘米级经检核的三维坐标。与传统的测图方法相比，人员少，费用省，效率高。可以替代全站仪进行图根导线测量，所测范围内在不通视的条件下测定无累积误差的图根点，使测图所需图根点的数量在满足要求时，可多可少，机动灵活；而且移动点至基准点的距离可以很长（最好不要超过10km），RTK技术平面精度比较稳定，但高程方面应多加检查7。随着新型RTK技术（如VRS虚拟参考站）的出现和应用，城市参考基站网的建立和更新，GPS RTK技术更具有良好的应用前景，可以大幅度提高精度，加快定位速度，为工程应用提供了更多方便。GPS定位系统为民用导航、测速、时间对比和大地测量、工程勘查、地壳检测等众多领域，展现了极其广阔的应用前景。GPS RTK技术作为一种不断完善的新技术将在未来测绘领域中发挥越来越大的作用。参考文献1 王惠南GPS导航原理与应用北京：科学出版社，20032 刘大杰、施一民、过静郡全球定位系统原理与数据处理上海：同济大学出版社，20033 魏二虎，黄劲松GPS测量操作与数据处理湖北：武汉大学出版社，20044 熊志昂， 李红瑞， 赖顺香GPS技术与工程应用北京：国防工业出版社，20055 胡伍生，高成发GPS测量原理及其应用北京：人民交通出版社，20026 徐绍铨，张华海，杨志强等GPS测量原理及应用湖北：武汉大学出版社，20037 周忠漠，易杰荤，周琪GPS卫星测量原理与应用北京：测绘出版社，19978 米鸿燕，蒋兴华GPS RTK技术在测绘大比例尺地形图的应用探讨昆明冶金高等专科学校学报，2005（5）9 朱庆利，刘新英，赵曰瑕GPS RTK技术应用初探山东水利，2002（4）10 赵军RTK实时动态测量技术在运用中几点体会城市勘测，2002（2）11 聂上海，殷立琼GPS RTK技术在数字化地形测量上的应用实验测绘通报，2005（3）12 潘宝玉，张西恩，李宏伟提高RTK测量成果精度的技术关键地矿测绘，2003（19）致 谢感谢我的老师张敬伟、张文明，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导给了我无尽的启迪。从开始进入课题到论文的顺利完成，有很多可敬的老师、同事、朋友给了我很大的帮助，在论文即将完成之际，对他们致以诚挚的谢意。