GPS测量定位技术 第8章 GPS实时动态定位

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,GPS,测量定位技术,第八章,GPS,实时动态定位,学习目标,第一节,RTK,概述,第二节,RTK,系统基准站的组成和作用,第三节,RTK,流动站的组成和作用,第四节,RTK,定位测量的外业准备工作,第五节,RTK,的作业方法,第六节,GPS,网络,RTK,技术,本章小结,思考题与习题,GPS,测量定位技术,第八章,GPS,实时动态定位,学习目标,了解,RTK,的作业速度和作业效率，观测数据的实时处理过程。,GPS,网络,RTK,技术的出现，弥补了,GPS,实时差分定位,RTK,技术的缺点，它代表了未来,GPS,发展的方向。目前应用于,GPS,网络,RTK,数据处理的虚拟参考站法（,Virtual Reference StationVRS）、,技术最为成熟。,理解,RTK,的工作原理,，,RTK,的初始化过程；实时动态定位的基本思想，相对于静态定位增加的仪器设备及应用。,掌握,RTK,系统基准站和流动站的组成和,RTK,定位测量的实施。,GPS,测量定位技术,第一节,RTK,概述,RTK,的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间相同,GPS,卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到,GPS,差分改正值。然后将这个改正值及时地通过,无线电数据链电台传递给共视卫星的流动站以精化其,GPS,观测值，得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。,一、,RTK,的工作原理,GPS,测量定位技术,一、,RTK,的工作原理,精密,GPS,定位都采用相对技术。无论是在几点间进行同步观测的后处理(,RTK)，,还是从基准站将,改正值及时地,传输给,流动站(,DGPS),都称为相对技术。以采用值的类型为依据可分为4类：,差分的数据类型有伪距差分、坐标差分和相位差分三类，前两类定位误差的相关性会随基准站与流动站的空间距离的增加其定位精度迅速降低。故,RTK,采用第三种方法。,GPS,测量定位技术,一、,RTK,的工作原理,RTK,的观测模型为：,（8-2）,其中：为相位测量值，单位为,m；,为星站间的几何距离；,为光速；,接收机钟差；,卫星钟差 为载波相位波长；,为整周未知数；,为对流层折射影响；,为电离层折射影响；为相对论效应；,为观测噪声。参数,GPS,测量定位技术,因轨道误差、钟差、电离层折射及对流层折射影响难于精确模型化，所以实际的数据处理中常用双差观测值方程来解算，在定位前需先确定整周未知数，这一过程称为动态定位的“初始化”（,On The Fly,即,OTF）。,实现,OTF,的方法有很多种，,美国天宝导航有限公司的做法是：采用伪距和相位相结合的方法。首先用伪距求出,整周未知数的搜索范围，再用,L1,和,L2,相位组合和后继观测历元解算和精化。利用伪距估计初始位置和搜索空间，快速定出精确的初始位置。,一、,RTK,的工作原理,GPS,测量定位技术,二、,RTK,的系统组成,下面以美国天宝导航有限公司生产的4800,GPS,双频接收机为例，说明,RTK,的系统组成，天宝,RTK,系统由下列两部分组成：,GPS,测量定位技术,第二节,RTK,系统基准站的组成和作用,如下图所示，,RTK,系统基准站由基准站,GPS,接收机及卫星接收天线、无线电数据链电台及发射天线、直流电源等组成。其作用是求出,GPS,实时相位差分改正值。然后将改正值及时地通过,数传电台传递给流动站以精化其,GPS,观测值，得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。,图8-1,Trimble4800GPSRTK,基准站配置图,GPS,测量定位技术,第二节,RTK,系统基准站的组成和作用,GPSRTK,作业能否顺利进行，关键的问题是无线电数据链的稳定性和作用距离是否满足要求。它和无线电数据链电台本身的性能，发射天线的类型，参考站的选址，设备的架设，环境无线电的干扰情况等有直接的关系。,由于数据链电台采用400480,MH,Z,高频载波发送数据，而高频无线电信号是沿直线传播的，这就要求参考站发射天线和流动站接收天线之间无遮挡信号的障碍物，这些障碍物在陆地上主要由地形、建筑物、无线电信号发射台等；在海上则主要是地球曲率的影响。,为了尽量避免参考站设备之间相互干扰，在作业时，大于25,W,的数据链电台发射天线距离,GPS,接收天线至少2,m，,最好6,m,以上；发射天线与电台的连接电缆必须展开，以免形成新的干扰源。,GPS,测量定位技术,第二节,RTK,系统基准站的组成和作用,RTK,数据链无线电发射机（,TRIMMRK）,的工作频率为,UHF,频段（400480,MH,Z,），,当功率一定时，发射距离随天线高度增加而增加，如下式所示：,式中：4.24为天宝经验值；,H,1,电台的天线高；,H,2,流动站的天线高；,（8-1）,GPS,测量定位技术,第二节,RTK,系统基准站的组成和作用,例：天宝4800,GPS,接收机使用的,TRIMMRK,无线电数据链电台发射功率为25,W，,电台天线高为9,m，,流动站的天线高为2,m，,试计算流动站工作的最远距离？,解：已知,H,1,=9 m，H,2,=2m，,根据公式可计算出流动站在开阔地带工作的最远距离为：,注：该距离是在无任何遮挡物的空旷地带的理论值，实际上要根据实地情况来确定，要留有余量，根据经验，在城市要将电台天线架设在高楼顶上，才可能达到10公里左右的距离。,由于无线电数据链电台发射功率为25,W，,耗电量大，故直流电源的电流选择应大一些，一般选择12,V60A,或12,V120A,为宜，这样，可保证一定的工作时间。,GPS,测量定位技术,第三节,RTK,流动站的组成和作用,如下图所示，从基准站接收到的信号由流动站的,UHF,电台接收，流动站同时也接收相同的卫星信号，用配备的,TSC1,控制器进行实时解算。,图8-2 数据链传输的波特率关系,GPS,测量定位技术,第三节,RTK,流动站的组成和作用,流动站数据链电台的功率为2,W，,其电源和卫星接收机共用，不需另配电池。,基准站,GPS,接收机与,TRIMMRK,电台之间的数据传输波特率为38400，,TRIMMRK,电台与流动站,GPS,接收机之间的数据传输波特率为4800，流动站中的,UHF,数据链电台与流动站,GPS,接收机之间的数据传输波特率为38400。,图8-3 天宝4800流动站配置,GPS,测量定位技术,第三节,RTK,流动站的组成和作用,为了保证流动站的测量精度和可靠性，应在整个测区选择高精度的控制点进行检测校对，选择的控制点应有代表性，均匀地分布在整个测区。,1.基准站可以安置在已知点上，也可以不安置在已知点上。若安置在已知点上，则输入已知点的坐标，进行坐标的转换（,WGS84,转换成,BJ54,或其它坐标系）。,2.基准站若安置在未知点上（在城市测量中，有时为了控制更远和更大的范围，根据,RTK,的特点，可将基准站架设在没有控制点的高楼顶上），在启动基准站时，则需输入该点的,WGS84,坐标，进行坐标的转换（,WGS84,转换成,BJ54,或其它坐标系）。求得,WGS84,坐标的方法是：开机后，在,TSC1,控制器上经过初始化操作后，显示一软键,here（,译成汉语为“这里”），直接按该键即可求得该点的,WGS84,坐标。,GPS,测量定位技术,第三节,RTK,流动站的组成和作用,3.虽然,RTK,定位测量的基准站可以不放在已知点上，但测区内还必须有已知控制点，而且定位测量的精度和已知控制点的等级和个数有关，在安置好基准站并启动流动站后，必须用流动站分别到已知点上进行定位测量，以求得该点坐标，然后与该点的原有坐标相比，求出其差值，若差值很小（根据工程性质定），则不需改正，否则，必须将该点的原有坐标输入到,TSC1,控制器中进行改正。,测区内仅有一个已知控制点的情况。定位测量时，仅已知点上的精度最高,以本点为圆心，离此点越远，精度越低，理论上讲，在半径为10,km,的范围内，可达到25,cm,左右精度。其坐标转换的方法是,WGS84,和,BJ54,的坐标相减而得,X、Y、Z。,GPS,测量定位技术,第三节,RTK,流动站的组成和作用,测区附近有二个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）。定位测量时，仅两已知控制点和两点的连线上的精度最高，远离此直线则精度越低。,测区附近有三个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）。如下图所示，定位测量时，仅三已知控制点和三角形内部的精度最高，远离此三角形则精度越低。,图8-4 三个已知点的工作范围,GPS,测量定位技术,第三节,RTK,流动站的组成和作用,当然还有多于四个已知控制点的情况,可根据以上内容进行分析。,测区附近有四个已知点的情况（必须为整体平差结果）。如右图所示，定位测量时，若四个已知点均匀分布在测区四周，仅四个已知控制点和四边形内部的精度最高,远离四边形则精度越低。,图8-5 四个已知点的工作范围,GPS,测量定位技术,第四节,RTK,定位测量的外业准备工作,RTK,定位测量外业准备的过程如下：,1.外业踏勘；,2.收集资料；,3.制定观测计划；,4.星历预报；,5.器材准备：经检定合格的,GPS,接收机（基准站+流动站（含,TSC1）,一套，12,V60A,电源（含充电器），数据链电台一套，手机或对讲机（每台,GPS,接收机上配一个），每台,GPS,接收机配观测记录手簿一本；,6.运输工具：自备汽车或租车。,GPS,测量定位技术,第五节,RTK,的作业方法,一、架设基准站,将基准站,GPS,接收机安置在开阔的地方，电台和天线架设好，连上电缆后开机，先启动基准站，在,TSC1,控制器中进行：,按,on/off,键，打开,TSC1,控制器，则自动调用主菜单，选择,Files(,文件)来建立新工程如下：,1.建立新工程：给工程起一个文件名，如当地的地名或工程名；,2.选择,工程管理（,Job management）,并确认；若测量手簿中已有的工程则显示其名称，若测量手簿中没有工程名，就选中,New（F1）,输入工程名后确认；,3.在选择坐标系统窗口中选用手工键入参数（,Key in parameter）,；,4.,在键入参数窗口中选,设置投影参数（,Projection）；,GPS,测量定位技术,一、架设基准站,5.在输入椭球参数窗口中选：,投影方式:,Transverce Mercator,(,横轴墨卡托投影),False,northing,（,北偏）:0.000,m(,北偏为0),False easting（,东偏）:500000.000,m(,东偏500,km),origin lat(,纬度):00000.0000,N,central meridian:1140000.0000E(,当地中央子午线经度),scale（,尺度比）：1.000000,semimajor axis:6378245.000m(BJ54,椭球长半轴),Flattening（,扁率分母）：298.300000,若在某一测区，椭球参数只需输入一次即可，如再进入其它测区，则需重新输入其它测区的椭球参数（主要是当地中央子午线的经度）。,GPS,测量定位技术,一、架设基准站,6.在键入参数窗口中再选输入转换参数，有三种情况：,No transformation（,没有转换参数）：若基准站没有,WGS84,或,BJ54,坐标，则选此项。,Three parameter（,三参数）：若基准站有,BJ54,坐标，则选此项，此时将测区的参数输入即可，也可输入0。,Seven parameter（,七参数）：一般不考虑。,到此，建立一个新工程项目的工作就完成了，需要说明的是，建立新工程项目也可单独在内业进行。,GPS,测量定位技术,二、启动基准站,在,TSC1,控制器中点击,Survey（,测量）图标，进入测量方式菜单。,在（,Survey Styles）,测量工作方