学位论文gps rtk技术在道路勘测中的应用.docx

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学位论文gpsrtk技术在道路勘测中的应用

本科学生毕业论文

GPSRTK技术在道路勘测中的应用

TheGraduationThesisforBachelor'sDegree

ApplicationofGPSRTKTechnologyintheRoadSurvey

Candidate：

Specialty：

Surveying&MappingEngineering

ClassSuperviso

HeilongjiangInstituteofTechnology

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

目前，在道路勘测中，常规测量方法存在很多制约的条件，测量《规范》中对符合导线、闭合导线长及结点间导线长度等都有严格规定，在进行道路测量作业时，往往找不到导线的联测点，而且地面通视困难影响常规测量的实施。

伴随着GPS的发展，RTK技术的出现，使得野外实时测量精度达到cm级别，已经作为快速采集数据与定位的有效工具。

RTK所具有的实时性好、精度高、速度快等优点，是常规测量所无法比拟的。

本文分析和研究了RTK技术在测量中的工作模式、数据链的结构、技术特点、RTK作业步骤、RTK的误差来源和精度分析等方面内容，探讨了RTK技术在道路定测中应用有关问题，包括适用于RTK作业的道路中线任意点坐标的计算、坐标转换、高程计算等，提出了相应的数学模型及处理方法。

通过其在实际道路测量中的控制测量、线路勘测、中线测量、施工放样等方面的应用，认为GPSRTK技术应用于公路外业勘测应是一项重大技术革命，在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力。

关键词：

GPSRTK；公路勘测；精度分析；中线测量；控制测量；高程

ABSTRACT

Currently,Duringtheroadsinvestigation,Conventionalmethodsofmeasurementhavemanylimitationsandconstraints，Therearestrictrequirementstothelengthofconnectingtraverse、closedtraverseandlengthbetweenpointsoftraverseinsurveyspecifications.Duringlinemeasurement，sometimeswecouldnotfindthetiepointsoftraverseandthevisibilityofgroundsurfacewouldinfluencetheimplementationofconventionalmeasurementwiththedevelopmentofGPSandtheemergenceofRTKtechnique,theaccuracyoffieldsurveyhasbeenuptocm.ithasbecomeasufficienttoolinthefastdatacollectandpositioning.Ithastheadvantages:

ontimeability,highaccuracy,fastspeedetc,whichtheconventionalsurveydoesn’thave.InthispapertheworkmodelofRTKtechniqueinsurvey,thestructureofthedatachain,thecharacteroftechnique,theoperationmethodofRTK,theerrorsourceofRTK,precisionanalysisetcareanalysisedandstudied.Talkabouttherelativequestionsinroadcertainsurveybothwiththecoordinatecalculation,coordinatetransfer,elevationadjustetc,AtlastpointoutthecorrespondMathematicsmodelandtheprocessingmethod.ThroughtheapplicationGPSRTKincontrolsurvey、routesurvey、centerlinesurvey、layoutandotheraspects,weregardtheitasaimportanttechniquerevolution,itcontainsahugetechniquepotentialinhighwaysurvey.

Keywords:

GPSRTK；RoadInvestigation；PrecisionAnalysis；CenterlineSurvey；ControlSurvey；Elevation

目录

摘要I

AbstractII

第1章绪论1

第2章GPS简介3

2.1GPS卫星定位技术的发展3

2.2GPS系统的组成4

2.3GPS系统的特点4

2.4RTK定位技术5

2.5我国GPS发展7

2.6本章小结8

第3章GPSRTK仪器的操作方法及精度分析9

3.1概述9

3.2GPSRTK作业的基本原理和工作条件9

3.3GPSRTK测量作业方法10

3.4GPSRTK测量误差来源13

3.5GPSRTK测量中的一些注意事项14

3.6GPSRTK的技术优点16

3.7GPSRTK技术的应用16

3.8本章小结17

第4章道路勘测18

4.1概述18

4.2线路勘测的任务与内容18

4.3道路初测中的测量工作18

4.3.1初测的目的及任务18

4.3.2初测的准备工作19

4.3.3初测的内容及步骤19

4.4道路在定测中的测量工作20

4.4.1定测的任务20

4.4.2定测的内容和方法21

4.5道路纵横端面测绘21

4.6航空勘测简介22

4.7本章小节22

第5章GPSRTK在道路勘测中应用23

5.1概述23

5.2RTK基准站流动站作业要求23

5.2.1基准站位置的选择与作业方法23

5.2.2流动站作业模式及要求24

5.3大比例尺地形图测绘24

5.4公路选线26

5.4.1RTK用于路线中线选线26

5.4.2RTK用于路线中线选线优点27

5.5RTK技术在道路放样中应用28

5.5.1线路坐标系中中线点位坐标计算28

5.5.2坐标转换与高程计算30

5.5.3在定测中应用RTK技术32

5.5.4GPSRTK在公路放样中应有的功能33

5.5.6利用RTK进行放样及其精度分析35

5.6RTK技术展望40

5.7本章小结41

结论42

参考文献43

致谢44

第1章绪论

1957年10月4日，世界上第一颗人造地球卫星发射成功，标志着人类进入了空间技术的新时代，近40年来，由于卫星测量的发展，特别是GPS全球卫星定位系统的成功建立和应用，使测绘经历了一场深刻的技术革命。

GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统是以卫星为基础的无线电导航系统,可为航空、航天、陆地、海洋等用户提供三维导航、定位和定时服务。

该系统由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，任何时间都可接受4颗卫星运行定位，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、科学研究等方面得到了广泛的应用。

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技术已广泛的应用在测绘中，RTK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，RTK系统由基准站接收机、数据链、移动站接收机三大部分组成，是GPS测量技术发展里程的一个重要标志，是一种高效的定位技术。

主要应用与工程测量、地籍测量、碎部测量、路线测量和工程放样、航空摄影测量以及运动目标的精密导航等。

目前实时动态测量系统，已在20km的范围内，得到了成功的应用，随着科学技术的发展，数据传输性能的不断完善提高，RTK的应用范围将会不断地扩大。

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，历时仅需几秒钟。

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。

在整周末知数求解固定后，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。

随着时代的发展和科技的进步，注重效率成为各行业努力奋进的目标，对于我们测绘领域来说也是如此。

3S技术的发展使测绘领域发生了翻天覆地的变化，尤其是GPS-RTK技术，对我们在野外采集数据带来了很大的方便，使测绘工作更有效率。

本课题的目的在于熟练掌握GPS-RTK的理论和操作方法，及其在道路勘测设计中的具体应用、通过实例对其测量数据进行精度分析，证明GPSRTK技术应用于道路勘测过程中是完全可行的，比以往应用于道路测量中的常规测量有更多的优点：

方便、高效、精确、可靠。

GPSRTK的测量精度达到了cm级别，已经作为快速采集数据与定位的有效工具，由于其在精度、速度、实时性上达到了完满的结合，GPSRTK定位技术大大扩展了它的应用范围，尤其在道路勘测、设计和施工放样中有了广泛的应用，在进行初测道路选线，测带状地形图，定测过程中的施工放样，以及施工后期管理等方面都有了广泛的应用。

在进行道路勘测时，使用GPSRTK比使用传统测绘仪器（水准仪加经纬仪，全站仪）在作业效率上要高得多，同时在某些条件下，采用GPSRTK测量，具有全天候作业，两点间不需要通视等优点，高等级公路选线多是在大比例尺带状地形图上进行。

用传统方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图。

这种方法工作量大，速度慢，花费时间长。

用实时GPS动态测量可以完全克服这个缺点，只需在沿线每个碎部点上停留一两分钟，即可获得每点的坐标、高程。

运用GPSRTK技术在进行道路施工放样时，我们只要先输入各主控点桩号（ZH、HY、QZ、YH、HZ），然后输入起终点的方位角，直线段距离,缓和曲线长度，圆曲线半径R，这样就可以很轻松放样了，而且一切工作均由GPS电子手簿来完成。

这种方法简单实用，比起传统的极坐标法要快得多。

另外,如果需要在各直线段和曲线段间加桩，只需输入加桩点的桩号就行了，剩下工作由GPS来完成。

目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受通视和作业条件的限制，作业强度大,且效率低，大大延长了设计周期。

勘测技术的进步在于设备引进和技术改造，在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。

当前，用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵断面测量提供依据在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网，这仅仅GPS在公路勘测中应用的初级阶段，其实，公路测量的技术潜力蕴于RTK技术的应用之中，RTK技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景。

第2章GPS简介

2.1GPS卫星定位技术的发展

1973年12月，美国国防部批准它的陆海空三军联合研制新的卫星导航系统：

NAVSTAR/GPS。

它是英文“NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem”的缩写词。

其意为“卫星测时测距导航/全球定位系统”，简称GPS系统。

该系统是以卫星为基准的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能。

能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。

GLONASS全球导航卫星系统：

起步晚于GPS9年。

从前苏联于1982年10月12日发射第一颗GLONASS卫星开始，到1996年，13年时间内历经周折，虽然遭遇了苏联的解体，由俄罗斯接替部署，但始终没有终止或中断GLONASS卫星的发射。

1995年初只有16颗GLONASS卫星在轨工作，1995年进行了三次成功发射，将9颗卫星送入轨道，完成了24颗工作卫星加1颗备用卫星的布局。

经过数据加载、调整和检验，已于1996年1月18日，整个系统正常运行。

在系统组成和工作原理上与GPS类似，由空间卫星星座地面控制和用户设备三大部分组成。

伽俐略（Galileo）GNSS系统：

从1994年开始，欧盟进行了对伽俐略（Galileo）GNSS系统的方案论证。

2000年欧盟在世界无线电大会上获得了建立GNSS系统的L频段的频率资源。

2002年3月，欧盟15国交通部长一致同意伽俐略GNSS系统的建设。

伽俐略系统由30颗卫星（27颗工作卫星和3颗备用卫星）组成。

30颗卫星部署在3个中高度圆轨道面上，轨道高度23616km，倾角56°，星座对地面覆盖良好。

在欧洲建立两个控制中心。

计划2003年发射两颗实验卫星，2008年完成全系统部署并投入使用。

GNSS系统最主要的设计思想是：

与GPS/GLONASS不同，完全从民用出发，建立一个高精度的全开放型的新一代GNSS系统；与GPS/GLONASS有机地兼容，增强系统使用的安全性和完善性；建设资金（36亿欧元）由欧洲各国政府和私营企业共同投资。

双星导航定位系统（北斗一号）：

2000年底，我国发射了两颗“北斗导航实验卫星”，加上地面中心站和用户一起构成了双星导航定位系统（北斗一号）。

双星导航定位系统空间部分由三颗地球静止轨道卫星（其中一颗在轨备用）组成；地面中心站包括地面应用系统和测控系统，具有位置报告、双向报文通信及双向授时功能；用户部分即车辆、船舶、飞机以及各军兵种底动态及静态导航定位的用户。

服务区域在东经70～145度，北纬5～55度范围。

定位精度为：

平面±20m，高程±10m。

2.2GPS系统的组成

GPS系统包括三大部分：

空间部分——GPS卫星星座；地面部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接受机。

1、GPS卫星星座

由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成GPS卫星星座，记作（21+3）GPS星座。

24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，卫星高度为20200km，轨道倾角为55°，各个轨道平面之间相距60°，即轨道的升交点赤经各相差60°。

卫星运行周期为11小时58分（恒星时12小时），载波频率为1575.42MHz和1227.60MHz。

2、地面监控系统

GPS工作卫星的地面监测部分由一个主控站，三个注入站和五个监测站组成。

对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。

卫星的位置是依据卫星发射的星历—描述卫星运动及其轨道的参数算得的。

每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。

卫星上的各种设备是否正常工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。

地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准—GPS时间系统。

这就需要地面站监测各颗卫星的时间，求出钟差，然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。

3、GPS信号接受机

GPS信号接受机的任务是：

能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接受到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接受机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。

2.3GPS系统的特点

GPS定位技术的高度自动化和所达到的定位精度为其在测量工作中的应用，展现了广阔的前景。

GPS定位技术相对于经典的测量技术