RTK在工程测量中的应用.docx
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RTK在工程测量中的应用
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3
1、GPS应用于测量3
2、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6
1、GPS-RTK技术概述6
2、GPS测量特点6
3、GPS技术应用8
4、GPS-RTK技术在工程测量中应用的优点9
5、影响GPS-RTK精度的因素及应对措施9
三、RTK的定位原理、优点和缺点12
（一）RTK的定位原理12
1、RTK定位技术的原理12
2、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14
1、RTK技术的优点15
2、RTK技术的缺点15
3、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
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-TimeKinematic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。
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（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1～2s，精度就可以达到1～3cm，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，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。
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GPSRTK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（VirtualReferenceStation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1—2cm，并无需设立自己的基准站。
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（GlobalPositioningSystem-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、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：
①测量精度高。
GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10-6，在大于1000km的基线上可达1×10－8。
②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。
③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，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。
④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。
⑤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。
⑥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，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-timekinematic）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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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
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3～5 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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）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、影响GPS-RTK精度的因素及应对措施
在实际作业过程中，我们发现影响RTK精度的主要因素有：
（1）基准站坐标精度由RTK的工作原理可知，如果基准站的坐标精度较低，流动站得到的三维坐标都带有系统偏差，因此，基准站坐标具有较高的精度非常重要。
（2）坐标转换参数精度求解坐标转换参数至少需要三个已知公共点，其精度不仅与测区内选择的公共点的位置和数量有关，还与选用的已知公共点的坐标精度有密切关系。
（3）作业环境参考站的选择要合适，参考站要远离大功率无线电发射台、变电站、飞机场、高压线等无线电干扰源，远离大面积水域，防止GPS信号的多路径效应影响。
（4）人为因素测量员作业的熟练程度，在作业时，如果屏幕显示不是固定解就记录数据，会使测设点的精度很低，甚至出现错误；如果接收机天线未保持垂直，测设的成果就不可取，人为地降低了测设点坐标精度；如果电瓶电量不足，也会降低流动站测设的坐标的精度和可靠性。
为提高GPSRTK测设精度，需要采取必要的措施：
基准站尽量选在较高的位置，要适当提高基准站发射天线的高度；联测的控制点尽量采用已建成的国家高等级GPS点、三角点或在一个控制网内经过统一平差的GPS点，数量要尽量多；根据卫星星历预报，选择几何图形强度较小、卫星数量较多且分布较好的时间段进行测设；适当延长在每个测设点的观测时间，以确保测出的数据是固定解并且将流动站天线尽可能保持垂直；将流动站的作业半径控制在10公里以内，若想提高作业距离，可用定向天线，定向天线可以使信号集中在某一个方向上，这样当将天线指向正确的方向时能明显的提高作业距离，或者也可以选择电台中继站，即在适当的距离增设一台中继站电台，中继站电台一边接收来自基准站发射来的数据，一边发射这些数据，这样也能明显的提高作业距离，供电电瓶一定要有足够的电量；求取转换参数时，应严格检查各控制点的坐标，并仔细检查坐标转换栏的H残差和V残差值，看其数值是否在规定的允许范围内。
当然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依靠的是接收两万多公里高空的卫星发射来的无线电信号。
相对而言，这些信号频率高、信号弱，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不良影响。
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，GPSRTK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7到10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颗适当分布的卫星，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。
三、RTK的定位原理、优点和缺点
（一）RTK的定位原理
随着社会的发展，科技的进步RTK的广泛应用是必然的，充分的了解RTK的原理以及RTK的主要误差来源，学会减弱或者消除误差的影响，显的格外重要，本章主要是论述这方面的内容.。
1、RTK定位技术的原理
图2-1RTK定位原理
在RTK作业模式（图2-1）下，基准站接收机设在具有已知坐标的参考点位上，连续接收所有可视GPS卫星信号，通过数据链，将测站点坐标、载波相位观测值、伪距观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态等“载波相位测量校正值”一起发送给流动站。
流动站接收机先进行初始化，在完成整周未知数的搜索求解后，进入动态作业，其在接收来自基准站的DGPS数据时，同步观测采集GPS卫星载波相位数据，通过在系统内差分处理求解载波相位整周模糊度，依此改正移动站接收机所地坐标系坐标）。
基准站接收机和流动站接收机滞后载波测得的载波滞后相位，得到基准站和流动站之间的坐标差值△X、△Y、△Z，坐标差加上基准站坐标就可以得到流动站点的WGS84坐标，通过坐标转换参数转换得出流动站每个站点实用的三维位置（国家坐标系坐标或当相位具体表达公式见参考文献）
2、RTK的系统组成和工作原理
（1）基准站部分、接收GPS信号，包括：
导航信号、信号;提供差分坐标，星历等信息。
（2）差分传送部分，将基准站差分数据传输给移动站包括测站坐标、观测值、卫星跟踪状态等数据。
（3）移动站部分，接收GPS信号及基准站差分信号、并进行解算，得到实时的高精度定为结果
（4）手簿终端控制器
内置RTK测量软件，可设置基准站，移动站的工作参数，显示运动站实时坐标成果，技术测量参数，进行辅助线路设计等功能。
（5）RTK工作原理如图2-2
（6）RTK系统正常工作要具备一下三个条件：
（1）基准站和移动站要同时接受到五颗以上的GPS卫星信号；
（2）移动站要同时接受基站发出的差分信号和卫星信号；（3）基准站和移动站要保持开始同时接受卫星信号，移动站在移动的过程中也要接受基准站信号
（二）RTK技术的误差来源和测量精度
如果要想了解RTK的主要误差来源，需要先了解GPS的主要误差源具体类别如表2-1。
表2-1GPS误差来源
误差来源
对距离测量影响
卫星部分
①星历误差②钟误差③相对论效应
1.5~15
信号传播
①电离层②对流层③多路径效应
1.5~15
信号接收
①钟的误差②位置误差③天线相位中心变化
1.5~5
其他影响
①地球潮汐②负荷潮
1.0
表2-2RTK误差来源、测量精度及处理方法
R
T
K
定位误差
同
仪
器
干
扰
有
关
天线相位中心变化
天线的机械中心和电子相位中心不重合误差一般达到3-5cm,提高RTK精度方法天线检验校正
多路径误差
大小和周围的环境有关，一般误差1-10cm不等，提高精度的方法，选择不具反射面的点位，专业的天线，铺设吸电波材料等
信号干扰
周围有干扰源，无线电发射源，高压电线等。
提高精度的方法，远离干扰源。
气象因素
快速运动的气象锋面引起，一般1-2dm，气变化较快时，不进行观测象
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