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rtk在工程测量中的应用设计大学论文
毕业论文
题目：
RTK在工程测量中的应用
专业：
工程测量
班级：
学号：
姓名：
指导老师：
起止日期：
20..－20..
目录
摘要
第1章绪论
第二章RTK技术
2.1RTK工作、技术原理
2.2RTK技术的优点、缺点及相对于传统测量技术的特点
2.3RTK的误差来源及其解决办法
2.4RTK测量成果的质量控制
2.5RTK的测量步骤及其注意事项
2.6RTK的系统组成
第三章线路测量应用实例及分析
3.1工程概况
3.2设备配置
3.3作业方法
3.4测量精度统计及分析
第四章结论与建议
4.1结论
4.2实际工作中应注意的问题及建议
参考文献
摘要
本世纪随着科学技术的不断发展，传统的测量技术走向数字化，工程测量的服务领域也不断拓宽，与其他学科的互相渗透和交叉不断加强，新技术、新理论的引进和应用不断深入，可以很直观的看出未来的测量学科应该是数据采集和处理向一体化、实时化、数字化方向发展；仪器也向精密化、自动化、信息化、智能化方向发展。
全球定位系统（GPS）技术的快速发展,测绘行业正面临着一场意义深远的变革，而测绘领域也由此步入了一个崭新的时代。
RTK（RealTimeKinematic）技术是GPS测量技术发展里程中的一个标志,由于RTK测量技术的精度高、实时性和高效性,使得其在测绘领域的应用越来越广。
RTK技术应用于测量是外业勘测的一项重大技术革命,其应用及开发的前景十分广阔。
RTK技术应用于工程测量中，与航测方法相结合,可真正实现公路测量的一次性终勘定位,并可保证工程质量,大大提高工作效率,减少青苗砍伐和环境破坏,降低工程成本,减少野外劳动强度，取得好的社会效率和经济效益。
关键词：
测量技术数字化RTK技术精度质量工程测量
第一章绪论
随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展,测绘行业正面临着一场意义深远的变革，而测绘领域也由此步入了一个崭新的时代,RTK（RealTimeKinematic）技术是GPS测量技术发展里程中的一个标志.在RTK以前的定位技术如静态、快速静态、准动态、动态等定位方法都是测后进行事后处理来求出结果,野外作业人员不能实时得到结果,这样就不能进行质量控制,也就有可能在次日或几天后因质量问题而进行返测,从而使作业人员在野外实测时为了保证精度和质量而延长观测时间以获得大量的多余观测值,造成了人力、物力、财力上的浪费,影响了工期及经济效益。
RTK系统不需要事后处理,就能够实时获得测量三维坐标值。
采用RTK技术放样时,仅需把设计好的坐标输入到测量控制手簿中,背着流动站,它会提醒你走到要放样点的位置,既迅速又方便,且只需一个人操作;由于RTK是通过坐标来直接放样的,而且精度达到厘米级,点位精度也很均匀,因而在外业放样中效率得到了极大的提高。
第二章RTK技术
2.1RTK工作、技术原理
2.1.1RTK工作原理
基准站上安置的接收机，对所有可见GPS卫星进行连续观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备（也称数据链），实时地发送给用户观测站（流动站）；在用户观测站上，
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，实时地解算并显示用户站的三维坐标及其精度，其定位精度可达1cm~2cm。
2.1.2RTK技术原理
RTK（Real-timekinematic）实时动态差分法。
这是一种新的常用的HYPERLINK\l"_内容摘要"GPS测量方法，以前的静态、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、管线测量，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，即能实时搜索并唯一地判断相位观测值的初始整周模糊度。
RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据（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。
随着移动数据通讯技术和数据处理技术的发展,特别是后者的发展,使初始化时间大大缩短。
随着科学技术的不断发展，RTK技术已由传统的1+1或1+2发展到了广域差分系统WADGPS，有些城市建立起CORS系统，这就大大提高了RTK的测量范围，当然在数据传输方面也有了长足的进展，由原先的电台传输发展到现在的GPRS和GSM网络传输，大大提高了数据的传输效率和范围。
在仪器方面，现在的仪器不仅精度高而且比传统的RTK更简洁、更容易操作！
促成了RTK定位技术的日趋成熟和迅速推广应用。
2.2RTK技术的优点和缺点
2.2.1RTK技术的优点
（1）RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。
RTK可胜任各种测绘内、外业。
流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。
（2）降低了作业条件要求。
RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”和对天基本通视，因此，和传统测量相比，RTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。
（3）定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。
不同于全站仪等仪器，全站仪在多次搬站后，都存在误差累积的状况，搬的越多，累积越大，而RTK则没有，只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。
（4）作业效率高。
在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完10km半径左右的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了测量效率。
（5）操作简便、数据处理能力强。
南方测绘RTK的基准站无需任何设置，移动站就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。
数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其它测量仪器通信。
2.2.2RTK技术的缺点
（1）RTK测量受接收卫星个数限制,RTK接收天空卫星个数低于4个时不能正常工作。
（2）受一些地域限制，城区楼群林立、山区山高林密,跨越沟岗、基准站与流动站距离过大时,流动站接收不到基准站发射的电台信号,导致流动站只有浮动解,而无固定解。
因此在这些地区作业时RKT的高作业效率得不到体现。
（3）温度过低时,天线电缆线变硬,给作业带来不便。
2.2.3GPS定位技术相对于传统测量技术的特点
1、观测站之间无需通视。
传统的测量方法必须保持观测站之间有良好的通视条件，而GPS测量不要求观测站之间通视。
2、定位精度高。
我们采用实时动态相位差分技术（RTK技术），其定位精度可达1cm~2cm
测深仪精度为：
5cm+0.4%。
3、操作简便、全程监控。
只需GPS与电脑联接，开机即可，无须架仪器和后视，能实时监控定位的全过程。
4、全天候作业。
GPS测量不受天气状况的影响，可以全天候作业（夜间、雨天都可以工作）。
2.3RTK的误差特性及其解决办法
2.3.1同仪器和干扰有关的误差
同仪器和干扰有关的误差包括天线相位中心变化、多径误差、信号干扰和气象因素。
（1）天线相位中心变化
天线的机械中心和电子相位中心一般不重合。
而且电子相位中心是变化的，它取决于接收信号的频率、方位角和高度角。
天线相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到3-5cm。
因此，若要提高RTK定位精度，必须进行天线检验校正，检验方法分为实验室内的绝对检验法和野外检验法。
（2）多路径误差
多径误差是RTK定位测量中最严重的误差。
多径误差取决于天线周围的环境。
多径误差一般为几厘米，高反射环境下可超过10cm。
多径误差可通过下列措施予以削弱：
A、选择合适的站址：
①测站应远离大面积平静的水面。
灌木丛、草和其他地面植被能较好地吸收微波信号的能量，是较为理想的设站地址。
翻耕后的土地和其他粗糙不平的地面的反射能力也较差，也可以选站。
②测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中。
以避免反射信号从天线抑径板上方进入天线，产生多路径效应。
③测站应离开高层建筑物。
观测时，汽车也不要停放得离测站附近。
B、①在天线中设置抑径板。
②接收天线对于极化特性不同的反射信号应该有较强的抑制作用。
（3）信号干扰
信号干扰可能有多种原因，如无线电发射源、雷达装置、高压线等，干扰的强度取决于频率、发射台功率和至干扰源的距离。
为了削弱电磁波辐射副作用，必须在选点时远离这些干扰源，离无线电发射台应超过200米，离高压线应超过50米。
在基地站削弱天线电噪声最有效的方法是连续监测所有可见卫星的周跳和信噪比。
（4）气象因素
快速运动中的气象峰面，可能导致观测坐标的变化达到1-2dm。
因此，在天气急剧变化时不宜进行RTK测量。
2.3.2同距离有关的误差
同距离有关的误差包括轨道误差、电离层误差和对流层误差，其的主要部分可通过多基准站技术来消除。
但是，其残余部分也随着至基地站距离的增加而加大。
（1）轨道误差
目前，轨道误差只有几米，其残余的相对误差影响约为1ppm，就短基线（<10km）而言，对结果的影响可忽略不计。
但是，对20-30km的基线则可达到几厘米。
（2）电离层误差
电离层引起电磁波传播延迟从而产生误差，其延迟强度与电离层的电子密度密切相关，电离层的电子密度随太阳黑子活动状况、地理位置、季节变化、昼夜不同而变化，白天为夜间的5倍，冬季为夏季的5倍，太阳黑子活动最强时为最弱时的4倍。
利用下列方法使电离层误差得到有效的消除和削弱：
利用双频接收机将L1和L2的观测值进行线性组合来消除电离层的影响；利用两个以上观测站同步观测量求差（短基线）；利用电离层模型加以改正。
实际上RTK技术一般都考虑了上述因素和办法。
但在太阳黑子爆发期内，不但RTK测量无法进行，即使静态GPS测量也会受到严重影响，太阳黑子平静期，小于5ppm。
（3）对流层误差
对流层是高度为40km以下的大气层，其大气密度比电离层更大，大气状态也更复制。
对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的上升而降低，GPS信号通过对流层时也使传播的路径发生弯曲，从而使距离测量产生偏差，这种现象叫做对流层折射。
对流层的折射与地面气候、大气压力、温度和湿度变化密切相关，这也使得对流层折射比电离层折射更复杂。
对流层折射的影响与信号的高度角有关，当在天顶方向（高度角为90°），其影响达2.3m；当在地面方向（高度角为10°），其影响可达20m。
RTK模式时移动站和基准站有效作用半径相距不太远（一般小于20km），由于信号通过对流层的路径相似，所以对同一卫星的同步观测值求差，可以明显地减弱对流层折射的影响。
这一方法在精密测量相对定位中被广泛应用。
2.4RTK测量成果的质量控制
研究表明，RTK确定整周模糊度的可靠性最高为99.9%，RTK比静态GPS还多出一些误差因素如数据链传输误差等。
因此，和GPS静态测量相比，RTK测量更容易出错，必须进行质量控制，另外尽量采用高精度的控制点，并且最好是统一精度等级的控制点。
质量控制的主要方法如下：
（1）已知点检核比较法—即在布测控制网时用静态GPS或全站仪多测出一些控制点，然后用RTK测出这些控制点的坐标进行比较检核，发现问题即采取措施改正。
（2）重测比较法—每次初始化成功后，先重测1-2个已测过的RTK点或高精度控制点，确认无误后才进行RTK测量。
（3）双基站实时检测法—在测区内建立两个以上基准站，每个基准站采用不同的频道发送改正数据，流动站改变频道地分别接收每个基准站的改正数据从而得到两个以上解算结果，比较这些结果就可判断其质量高低。
以上方法中，最可靠的是已知点检核比较法，但控制点的数量总是有限的，所以没有控制点的地方需要用重测比较法来检验测量成果，双基站实时检测法的实时性好，但它需具备一定的仪器条件。
2.5RTK的测量步骤
RTK测量的前期步骤：
第一步：
架设基准站，把基准站的机头架设在三脚架上，然后把发射天线、电台和电瓶连接好，打开主机电源，机头的基准站状态是红灯在中间的灯上，然后看电台的发射信号灯是否正常，查看电台的电台通道（手簿上的电台通道必须要和电台的电台通道一直才可以接收到信号达到固定解），若电台正常发射电台信号表明基准站架设完成。
第二步：
手簿要和移动站连接，打开移动站和手簿，点开手簿蓝牙，收索移动站串号与移动站配对（记清楚配对的com口是多少），然后打开工程之星，配置里面的com口设置和蓝牙里面的必须一样，点连接或确定连接到移动站，看是否收到电台信号（在电台信号一致的情况下），若移动站达到固定解表明移动站设置完毕。
第三步：
新建工程文件（若还是用上次的工程这不必新建，只需打开以前的工程即可，看软件的左上方的工程名字），选择正确的坐标系（必须和设计单位的坐标系要一致），填好正确的当地工作地点的中央子午线，然后点击确定工程建立完毕。
第四步：
做转换参数，在移动站固定解的状态下采集多个控制点坐标，然后点”配置”里面的求转换参数，把控制点的已知坐标输入和刚刚采集的点的坐标一一对应输入手簿里面，在精度都可以的情况下，点击计算——保存——应用，找一个控制点检验一下没有问题即可开始工作。
以后在同一地点工作即可打开相应的参数文件，做一个点校正即可（注意：
基准站每关机一次就必须做一次点校正）。
检查无误即可进行后续工作。
需要特别注意的是参予计算的控制点原则上至少要用两个或两个以上的点，控制点等级的高低和分布直接决定了四参数的控制范围。
经验上四参数理想的控制范围一般都在5－7公里以内。
四参数的四个基本项分别是：
X平移、Y平移、旋转角和比例。
，校正参数的使用通常都是在已经使用了四参数或者七参数的基础上才使用的。
（主界面——输入——求转换参数——增加——输入控制点已知坐标点名，XY高程——确定——从坐标管理库选点——坐标库中找对应采集过的控制点，选中——确定——确认，如上增加个个控制点，最后点击保存——输入文件名——Ok——应用——是）
后续的点校核（点校正或矫正向导），把移动站立在已知的控制点上，把控制点的坐标和移动站的杆高输入后点击矫正按钮——确定即可。
1、作业流程
2、流程细则
（1）基站架设
架设仪器之前首先考虑测区的范围大小，周围环境情况：
是否有高压线、大面积水域或者高层建筑。
尽量减少多路径效应对接收机的影响。
如果在已知点架设，基准站必须严格对中整平。
未知点也需整平，保证测量数据的准确度和精度。
架设好基站后就可以打开主机设置为基准站模式，再据实际情况设置模块。
若使用外接模块，就要把主机和电台连接起来，确保所有的连接线都连接正确后打开电台电源。
（2）手簿连接
手簿的链接可分为：
蓝牙连接和电缆连接。
蓝牙连接：
注意端口的，一般为
COM7，但也有例外。
电缆连接：
打开工程之星，“设置”→“连接仪器”，在“连接仪器”对话框中，“选择模式”选择“电缆”，“电缆连接波特率”选择合适的波特率，单击“连接”，如果连接成功，状态栏中将显示相关数据。
如果连不通，退出工程之星重
新连接。
完成手簿连接后，就要设置移动站模式，保持跟基准站工作模式一致。
（也可在开机时手动设置）。
完成设置后观察各指示灯的闪烁情况，正常情况如下：
基准站：
STA灯间隔一秒闪烁一次、外置电源灯常亮、卫星灯有规律的闪烁（表示接收到的卫星的数量）。
3 电台：
RX灯间隔一秒有规律的闪烁（信号正常发出）、电源指示灯常亮、AMP PWR指示灯常亮（本机处于低频工作模式）
移动站：
STA和DL灯同时间隔一秒闪烁一次（接收数据正常）、蓝牙灯常亮、卫星灯有规律的闪烁（表示接收到的卫星数量）、内置电池灯常亮
（3）新建工程
注意中央子午线的设定，如果有四参数或七参数就可以直接套用参数，然后找到
一个已知点进行单点校正。
如果没有参数，就可以用一下方法求解转换参数：
开工程之星，“设置”—“转换参数”，根据向导采集两个已知点的坐标，求解四参数。
求解四参数之后不用单点校正，如果下次继续启用此参数就可以用单点校正将其纠正到此坐标系中继续进行以前未完成的工程。
（4）采集坐标点
完成以上所有的设置及转换参数后，就可以进行采点了，单击“A”记录数
据，双击“B”查看记录数据。
3、注意事项
（1）基准站外接模块，移动站为内置电台
（2）网络模块时需测试网络，查看网络情况
（3）指示灯闪烁不正常（略）
（4）必须进行求解转换参数，同一个工程第二次开机（基准站）时必须进行单点校正
坐标测量：
在以上工作做好以后，点击工程之星里面的“测量”——“点测量”即可进行碎部点的测量工作（键盘上的a键是测量的快捷键）
坐标放样：
在基准站架设好，移动站接收到固定信号，求得当地的转换参数，
做好点校正的情况下，点击工程之星里面的“测量”——“点放样”即可进行坐标放样。
打开放样点库把需要放的点输入里面，然后选中要放的某个点即可进行坐标放样。
道路放样：
在没有确定好道路或者渠道的中心线的情况下，没有更好的办法测绘横断线，如果是在已知渠道或道路的基本要素的情况下，可以在手簿里面的“设置”——道路设计——输入道路或是公路的条件要素，生成道路文件——保存。
然后点测量——“放样”——道路放样（选择要放的线路文件），然后可根据道路的里程和偏距进行横断面的测量。
测量→直线放样。
点击“目标，打开线放样坐标库，放样坐标的库文件为*.lnb，选择要放样的线即可（如果有已经编辑好的放样线文件）。
如果线放样坐标库中没有线放样文件，点击“增加”，输入线的起点和终点坐标就以在线放样坐标库中生成线文件。
在线放样界面中，当前点偏离直线的距离、起点距、终点距和当前点的里程（里程指的是从当前点向直线作垂线，垂足点的里程）等信息（显示内容可以点击显示按钮，会出现很多可以显示的选项，选择需要显示的选项即可），其中偏离距中的左、右方向依据是当人沿着从起点到终点的方向走时在前进方向的左边还是右边，偏离距的距离则是当前点到线上垂足的距离。
起点距和终点距有两种显示方式，一种是当前点的垂足到起点或终点的距离，另一种是指的是当前点到起点或终点的距离。
当前点的垂足不在线段上时，显示当前点在直线外。
道路设计，“道路设计”功能是道路图形设计的简单工具，根据需要输入线路设计所需要的设计要素，软件会按要求计算出线路点坐标和图形。
道路设计菜单包括两种道路设计模式：
元素模式和交点模式。
转换参数的求算由于GPS 接收机直接输出来的数据是WGS-84的经纬度坐标，
因此为了满足不同用户的测量需要，需要把WGS-84的经纬度坐标转化到施工测量坐标，这就需要软件对参数进行设置。
这里涉及到的参数主要是四参数和校正向导。
RTK测量注意事项
一. 参考站要求
参考站的点位选择必须严格。
因为参考站接收机每次卫星信号失锁将会影响网络内所有流动站的正常工作。
1周围应视野开阔，截止高度角应超过15度,周围无信号反射物（大面积水域、大型建筑物等），以减少多路径干扰。
并要尽量避开交通要道、过往行人的干扰。
2．参考站应尽量设置于相对制高点上，以方便播发差分改正信
号。
3．参考站要远离微波塔、通信塔等大型电磁发射源200米外，要远离高压输电线路、通讯线路50米外。
４．RTK作业期间，参考站不允许移动或关机又重新启动，若重启动后
必须重新校正。
５．参考站名接口连结必须正确，注意虚电池的正负极（红正黑负）。
６．参考站主机开机后，需等到差分信号正常发射方可离开参考站，
二．流动站要求
１．在RTK作业前，应首先检查仪器内存容量能否满足工作需要，并备足电源
２．在打开工程之星之后，首先要确保手簿与主机蓝牙已配置好端口。
３．为了保证RTK的高精度,最好有三个以上平面坐标已知点进行校正，而且点精度要均等，并要均匀分布于测区周围,要利用坐标转换中误差对转换参数的精度进行评定.如果利用两点校正,一定要注意尺度比是否接近于1.
４．由于流动站一般采用缺省2m流动杆作业，当高度不同时，应修正
此值。
５．在信号受影响的点位，为提高效率，可将仪器移到开阔处或升高天线，待数据链锁定达到固定后，再小心无倾斜地移回待定点或放低天线，一般
可以初始化成功。
2.6RTK的系统组成
RTK系统主要由基准站接收机、数据链及移动接收机三部分组成。
它是利2台以上GPS接收机同时接收卫星信号，其中一台安置在已知坐标点上作为基准站，另一台用来测定未知点的坐标（移动站）。
基准站根据该点的准确坐标求出其他卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站，移动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。
它能够实时地提供测站点指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。
RTK技术根据差分方法的不同分为修正法和差分法。
修正法是将基准站的载波相位修正值发送给移动站，改正移动站的接收载波相位，再求解坐标;差分法是将基准站采集到的载波相位发送给移动站，进行求差解算坐标。
第三章线路测量应用实例及分析
本文引用云南省电力设计院于1998年8月至9月间利用Trimble4000SSIGPS三台套+实时动态（RTK）进行500kV大昆南回东段送电线路工程80km的定位工作为例。
3.1工程概况
该工程为高海拔山区送电线路,沿线沟壑纵横、山势陡峭,如果用常规测量方法先贯通转角间的直线,再放样各塔位,则测量工作量比终勘定位时还要大,并且很难保证恢复后的直线与原直线一致。
另一方面,由于该段处于亚热带雨林地区,植被发育完整,通视条件极差,要砍出通道,不但赔偿费用高,而且工期长,于是该院决定用RTK进行定位及复测。
3.2设备配置
（1）.基准站一台
包括400SSI基准站主机,TRIMMARKⅡ无线电调制解调器（25W）及配件,6Ah电池,电台供电电瓶（12V,100Ah）。
（2）.流动站两台
包括4000SSI基准站主机,TRIMMARKⅡ无线电调制解调器（5W）,Pole2madjustable对中杆（含电池）,TSC1测量控制器及连线等。
（3）.内业处理软件
主要是Trimblesurveyofficesoft2ware,
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