浅谈RTK测量系统在道路测量中的应用.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除浅论RTK测量系统在道路施工测量中的应用作者 毛佩（中国五冶集团路桥工程分公司）摘要本文通过对RTK测量系统的原理及操作中注意事项的介绍，为该测量系统的使用者提供参考。关键词RTK 基站 移动站 求参 应用一、引言RTK(Real Time Kinematic）是载波相位实时动态差分GPS测量技术的简称,它能够实时提供测点在相应坐标系中的三维坐标，并达到厘米级的精度。随着科技的发展及国产测绘仪器公司的崛起，国产RTK打破了国外厂商的市场垄断，价格的下降大大加快了RTK在道路施工测量中的普及。在传统的控制测量及施工放样中，用全站仪进行导线测量及施工

2、放样，要求控制点位之间必须通视，外业观测工作量大，效率低下。RTK测量系统的应用，克服了以上缺点，静态布设控制网时观测站之间无需通视，使控制的点位的选择更加灵活、合理；在施工放样中大大减少了传统测量所需的控制点数量及测量仪器的“搬站”次数，可轻松完成高精度的施工放样作业。二、RTK测量系统的构成及原理1.RTK系统的构成RTK测量系统由基准站、数据发射系统（外置电台、内置电台、成熟网络数据传输）、移动站和手簿（手持PDA）构成。基准站和移动站之间可通过手簿或者机身按键相互切换，移动站可根据实际需要配置多台。2.RTK系统的原理基准站和移动站同步接收GPS卫星信号，基准站通过数据链，将基准站的W

3、GS84坐标和接收到的载波相位信号（或载波相位差分信号）发射出去，移动站接手卫星信号的同时接受基准站发射的信号，再通过移动站手簿对两路信号进行计算, 精确的计算出基准站和移动站的空间位置关系，移动站实时得到高精度的相对于基准站的WGS84三维坐标，然后通过坐标转换和高程拟合，计算出移动站测点的三维坐标。RTK测量技术的关键在于数据的实时传输。早期基站与移动站之间数据传输通过数据传输电台（内置和外置）来实现，随着无线网络的兴起，GPS技术应用日益广泛和不断发展，数据传输由原先的电台，发展到成熟数据网络传输技术（GPRS/CDMA），GPRS/CDMA数据传输不受作业距离限制，特别适合城区、山区等

4、传统电台型号阻挡严重的复杂区域作业，抗干扰能力强。三、坐标参数转换RTK初次使用或者换区域、换坐标系使用，都需求取坐标参数。RTK测量精度与坐标转换参数、高程拟合参数的计算和控制点的选用有密切的关系。1.平面坐标参数四参数是同一椭球不同坐标系之间的转换参数，表示为X、Y、A（旋转角）、K（尺度比）。七参数是两个不同椭球之间的转换参数，表示为X、Y、Z、K，三个平移、三个旋转和一个尺度参数。需要至少知道3个及以上公共点的空间直角坐标（X,Y,Z）。RTK 直接测量的坐标是属于 WGS84 坐标系，施工中我们通常采用国家标准坐标系统(如 1954 年北京坐标系，1980年西安坐标系、1956年黄海

5、高程系、1985国家高程基准)；或采用独立的施工坐标系统和高程系统(地方坐标系)。坐标系统投影面并不是同一个椭球，那么需要七参数才可以实现两个椭球的转换。如果地面两点的距离小于10km，我们几乎可以忽略因采用不同椭球参数对转换精度的影响，采用四参数便可完成两种坐标系的转换。如果地面上两点的距离超过了15km，那么我们就必须考虑两种不同坐标系所采用的椭球参数，避免因椭球参数的差异，导致点位换算后的精度过低，所以必须采用七参数来完成两种坐标系的转换。2.四参数的求解方法A.利用成果点校正即在未到现场的情况下，在点校正菜单中，选取数据库中的控制点，并且输入对应的 WGS84 坐标（以上数据可向相关测

6、绘单位购买），软件就会自动计算出四参数并给出点位精度；B.利用现场点校正即在指定的控制点进行坐标联测，一般联测两个以上点就可以求出四参数。3.七参数的求解方法RTK直接测量获得的其实就是WGS84椭球下的大地坐标，在工程测量中使用的已知控制点成果为西安80或北京54椭球下高斯投影后的平面直角坐标，使用3个及以上控制点的WGS84空间直角坐标和西安80或北京54空间直角坐标，通过间接平差的方法就可以求解得到7参数。四、高程拟合参数在需要高精度的正常高高程值时，用 RTK 测量必须合理地求解高程拟合面，这样才能满足作业要求。GPS直接测得的是在WGS84坐标系下的大地高高程 ，而一般所用的高程数据

7、是正常高高程 ，两者之间存在高程异常，可以通过拟合的方式进行高程异常的计算，从而用正常高取代大地高进行使用。高程拟合分加权平均拟合、平面拟合和曲面拟合三种，高程拟合时，使用3个点的高程进行计算时，控制点坐标库进行加权平均的高程拟合时；使用4-6个点的高程时，控制点坐标库进行平面高程拟合；使用7个以上点位高程时，控制点坐标库进行曲面拟合。五、求参过程注意事项在RTK在道路测量的应用过程中，会发现同样的坐标控制系统，求参后在正常使用过程中，三维坐标值跟真实值误差较大，且放样点位距离求参控制点越远，坐标误差越大。主要原因如下：1、控制点的选用和平面、高程拟合有着密切的关系:求参选用的控制点的分布不均

8、匀、求参选用控制点过近、求参选用控制点过少，都会影响参数计算的精度，从而影响测量成果的精度。2、仪器使用人员操作不当：在采集已知控制点WGS-84坐标时，对中气泡不居中，数据采集时间过短，都会导致所采集的WGS-84坐标误差较大，从而影响求参精度。通常参加求参计算的已知控制点，以能够覆盖整个工作区域为佳，参加求参计算的控制点连线后可以将整个测区包含在内。当基准站离基准站距离较近时（10-15公里之间），可利用1个或数个卫星历元的观测数据获得厘米级精度的定位成果。随着基准站与移动站之间距离的增加，移动站于基准站之间误差相关性越来越差，定位精度也迅速下降。因此为了获得精确的测量成果，让RTK系统在

9、道路测量中发挥出最大效用，正确的掌握求参原理及误差相关性原理至关重要，求取精确的参数是用RTK测量作业的第一步。六、RTK基站架设基准站的主要作用是将测得的WGS-84坐标及基站架设点施工用坐标（真实坐标或假设坐标）解算出差分数据（RTCM）用数据传输系统播发出去，移动站通过数据链接收修正参数，移动站接收机将修正参数与自己获取的WGS-84坐标进行修正解算，从而实现准确测取坐标的目的。1.基站架设应满足条件A.基准站假设在已知点上时，移动站直接可以使用；基准站假设在未知点上时，必须将移动站架设在已知控制点上求取该点WGS-84坐标后重设当地坐标系才能进行使用。在测量过程中，因基站电力耗尽中途更

10、换电池后再次开机，基站会自动默认上次参数设置基准站，移动站与基准站建立单向通讯后，移动站无需重新校点。B.基准站应设置在地势较高处，视空应开扩；为防止数据链丢失和多路径效应（接收机天线接收来自卫星的信号外，还可能接收到天线周围物体一次或者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），基站200m范围内应无高压输变线路、信号发射塔、开阔水域、高大建筑物。七、移动站的使用移动站的作用是通过接受基站发射的差分信号实时解算出测量的坐标，可用于施工放样及数据采集。移动站在使用过程中，由于基站与基站公用卫星较少、基站传播信号收到屏蔽遮挡、电离层活动影响（一般12点至14点之间电力

11、层活动最为强烈）导致移动站手簿显示数据为单点接、浮动。此时，移动站测取的坐标误差较大，应待数据接收稳定后手簿显示为固定解时再进行测量作业。1.施工放样通过移动站配套手簿的自带程序，作业前事先将线路参数输入，手簿计算出的放样点数据经复核无误后，便可在现场进行实地放样。放样过程中可根据手薄内人机交互系统显示的道路里程、偏距或需放样单点距离移动站相对位置关系，快速完成道路线形放样及单点点位放样。2.数据采集在测绘地形图及道路施工前期障碍物测绘时，RTK克服了全站仪需视线通视的弊端，可以通过1人操作高效的获取测点坐标，并可进行编码后储存到手簿内。在内业处理过程中，可通过自带软件或者南方CASS测图系统快速的将点导出，根据采集数据绘制地形图或完成障碍物上图。参考文献：1刘宝恒，马祚利.RTK技术在测量中的应用2索效荣，马学武，裴亮.GPS-RTK在线路测量中的应用研究3李刚.浅论GPS（RTK）测量在工程测量中的应用【j】.甘肃科技，2011（23）.【精品文档】第 7 页