利用gpsrtk进行工程放样界址点测量及其精度分析二.docx

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利用gpsrtk进行工程放样界址点测量及其精度分析二

利用GPS（RTK）进行工程放样、界址点测量及其精度分析

（二）

2.1.3RTK的技术特点1、工作效率高：

在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数，移动站一人操作即可，劳动强度低，作业速度快，提高了工作效率。

2、定位精度高：

只要满足RTK的基木工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4km）RTK的平而精度和高程精度都能达到厘米级。

3、全天候作业：

RTK测量不要求基准站、移动站间光学通视，只要求满足“电磁波通视”，因此和传统测量相比，RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来难于开展作业的地区，只要满足RTK的基木工作条件，它也能进行快速的高精度定位，使测量工作变得史容易史轻松。

4、RTK测量自动化、集成化程度高，数据处理能力强：

RTK可进行多种测量内、外业工作。

移动站利用软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，减少了辅助测量工作和人为误差，保证了作业精度。

5、操作简单，易于使用：

现在的仪器一般都提供中文菜单，只要在设站时进行简单的设置，就可方便地获得二维坐标。

数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便地与计算机、其他测量仪器通信。

2.1.4RTK的局限性和精度保障当然RTK也有其局限性，会影响到执行上述测量任务的能力。

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。

在论述RTK技术的原理时，我们知道,RTK测量的关键是确定整周未知数，能否连续地、可靠地接收基准站播发的信号，是RTK能否成功的决定因素。

在实际应用中，来自各方面的干扰，降低了RTK的可靠性和精度。

研究表明，为了保证地物点的测量精度，我们在选点时要采取以下措施:

1、点位应设在易于安装接收机设备、视野开阔、视场内周围障碍物高度角应小于15°（如可以选在最高建筑物的顶楼）。

2、点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站、微波通道等），其距离不小于200m；远离高压电线，距离不小于50m。

3、点位附近不应有大面积的水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。

4、点位选择要充分考虑到与其它测量手段联测和扩展。

5、点位要选在交通方便的地方，以提高工作效率。

6）点位要选在地面地基坚硬的地方，易于点的保存。

除此之外，为了保证地物点的测量精度，我们还要对接收机天线进行校验，选择有削弱多路径误差的各种技术的天线。

同时，我们还要不断利用新的数据处理技术，以削弱各种误差带来的影响。

2.1.5RTK的作业过程1、启动基准站将基准站架设在上空开阔、没有强电磁干扰、多路径误差影响小的控制点上，正确连接好各仪器电缆，打开各仪器。

将基准站设置为动态测量模式。

2、建立新工程，定义坐标系统新建一个工程，即新建一个文件夹，并在这个文件夹里设置好测量参数[如椭球参数、投影参数等]。

这个文件夹中包括许多小文件，它们分别是测量的成果文件和各种参数设置文件，如*.dat、*.cot、*.rtk、*.ini等。

3、点校正CPS测量的为WCS一84系坐标，而我们通常需要的是在流动站上实时显示国家坐标系或地力独立坐标系下的坐标，这需要进行坐标系之间的转换，即点校正。

点校正可以通过两种方式进行。

（1）在已知转换参数的情况下。

如果有当地坐标系统与WCS84坐标系统的转换七参数，则可以在测量控制器中直接输入，建立坐标转换关系。

如果上作是在国家大地坐标系统下进行，而且知道椭球参数和投影方式以及基准点坐标，则可以直接定义坐标系统，建议在RTK测量中最好加入1-2个点校正，避免投影变形过大，提高数据可靠性。

（2）在不知道转换参数的情况下。

如果在局域坐标系统中工作或任何坐标系统进行测量和放样工作，可以直接采用点校正方式建立坐标转换方式，平面至少3个点，如果进行高程拟合则至少要有4个水准点参与点校正。

4、流动站开始测量

（1）单点测量：

在主菜单上选择“测量”图标打开，测量方式选择“RTK”,再选择“测量点”选项，即可进行单点测量。

注意要在“固定解”状态下，才开始测量。

单点测量观测时间的长短与跟踪的卫星数量、卫星图形精度、观测精度要求等有关。

当“存储”功能键出现时，若满足要求则按“存储”键保存观测值，否则按“取消”放弃观测。

（2）放样测量：

在进行放样之前，根据需要“键入”放样的点、直线、曲线、DTM道路等各项放样数据。

当初始化完成后，在主菜单上选择“测量”图标打开，测量方式选择“RTK”,再选择“放样”选项，即可进行放样测量作业。

在作业时，在手薄控制器上显示箭头及目前位置到放样点的方位和水平距离，观测值只需根据箭头的指示放样。

当流动站距离放样点就距离小于设定值时，手薄上显示同心圆和十字丝分别表示放样点位置和天线中心位置。

当流动站天线整平后，十字丝与同心圆圆心重合时，这时可以按“测量”键对该放样点进行实测，并保存观测值。

2.2本章小结通过本章的论述我们了解了RTK的基本原理、系统组成及工作条件。

RTK的误差来源有很多种，知道了它们的来源，对于我们采取一定的措施保证RTK的测量精度，提供了理论依据。

RTK的技术特点是RTK优于其他测量技术的概括。

虽然RTK的系统是现代测量的最新成果，但它应有不足之处。

了解了RTK的局限性，使我们知道了对于一些测量RTK也是受到限制的。

RTK的作业过程是使用RTK的基本步骤，也是今后使用RTK所必须进行的操作，通过对作业过程的叙述，使我们初步掌握了RTK的使用方法。

第3章利用RTK进行点放样和曲线放样

3.1利用RTK进行点放样建筑物的形状和大小是通过其特征点在实地上表示出来的。

如建筑物的中心、四个角点、转折点等。

因此点放样是建筑物和构筑物放样的基础。

用RTK进行点位放样同传统放样一样，需要两个以上的控制点，但不同的是传统的方法是通过距离或方向来放样定点，或用全站仪用两点定向后放样定点，而RTK是用2~3个控制点进行点校正，就可在无光学通视（电磁波通视）的条件下进行点位的放样，这是传统方法难以实现的。

3.1.1点放样工程实例1、测前准备：

获取2~3个控制点的坐标（如果没有已知数据可用静态GPS先进行控制测量），解算或用相关软件求出放样点的坐标，检查仪器是否能正常使用。

2、站的架设：

将基准站架设在较空旷的地方（附近无高大建筑物或高压电线等）架设完后安装电台，连接好仪器后开启基准站主机，打开电台并设置频率。

3、建立新工程：

开启移动站主机，待卫星信号稳定并达到5颗以上卫星时，先连接蓝牙，连接成功后设置相关参数：

工程名称、椭球系名称、投影参数设置、参数设置（未启用可以不填写），最后确定，工程新建完毕。

4、输入放样点：

打开坐标库，在此我们可以输入编辑放样点，也可以事先编辑好放样点文件，点击打开放样点文件，软件会提示我们是对坐标库进行覆盖或是追加。

5、测量校正：

测量校正有两种方法：

控制点坐标求校正参数和利用点校正。

第一中方法,利用控制点坐标库（即计算校正参数的一个工具）的做法大致是这样的:

假设我们利用A,B这两个已知点来求校正参数，那么我们必须记录下A,B这两个点的原始坐标（即移动站在Fixed的状态下记录的这两个点的坐标），先在控制点坐标库中输入A点的已知坐标之后软件会提示你输入A点的原始坐标，然后再输入B点的已知坐标和B点的原始坐标，这样就计算出了校正参数。

第二种方法，利用校正向导校正，此方法又分为基准站在已知点校正和基准站在未知点的校正。

我们这里只说明一下基准站架设在未知点的校正方法。

（1）利用一点进行校正：

步骤依次为工具校正向导基准站架设在未知点输入当前移动站的已知坐标待移动站对中整平后并出现固定解校正。

（2）利用两点校正：

步骤依次为工具校正向导基准站架设在未知点输入当前移动站的已知坐标待移动站对中整平后并出现固定解下一步将移动站移到下一个已知点输入当前移动站的已知坐标待移动站对中整平后并出现固定解校正。

（3）利用三点校正：

与利用两点校正相同，只是多增加了一个已知点，多重复了一遍。

6、放样点：

选择测量点放样，进入放样屏幕，点击打开按钮目，打开坐标管理库，在这里可以打开事先编辑好的放样文件，选择放样点，也可以点击“增加”输入放样点坐标。

本次工程点的设计坐标值见表3.1。

表3.1点放样设计坐标点号XY1207855.346300511.6432207859.553300520.7153207863.760300529.7874207867.967300538.8595207872.174300547.9306207876.381300557.0027207880.588300566.0748207884.796300575.1469207889.003300584.21810207893.210300593.2903.1.2点放样的精度分析放样完毕后，为了检验用RTK放样点的精度。

我们制定如下方案：

用莱卡TC405对放样点进行精确测量（由于测量的目的是检验RTK的点放样精度，所以依然使用RTK所用来校正的基准点作为控制点进行定向，这样可以减少误差的叠加，并将全站仪的测量误差忽略不计，即将全站仪的测量结果看作真值，与点的设计坐标值进行比较）。

点的设计坐标值用X，Y表示，全站仪实际测量值用X`，Y`表示，详细数据见表3.2。

表3.2点放样设计值与检验值比较点号X（m）Y（m）X`（m）Y`（m）△X（cm）△Y（cm）点位误差（cm）1207855.346300511.643207855.332300511.6731.4-33.32207859.553300520.715207859.561300520.693-0.82.22.33207863.760300529.787207863.742300529.8161.8-2.93.44207867.967300538.859207867.948300538.8851.9-2.63.25207872.174300547.930207872.184300547.940-1-11.46207876.381300557.002207876.379300557.0060.2-0.40.47207880.588300566.074207880.603300566.067-1.50.71.78207884.796300575.146207884.785300575.1561.1-11.59207889.003300584.218207889.018300584.218-1.501.510207893.210300593.290207893.195300593.3121.5-2.22.7

以全站仪所测定的坐标值为真值，那么2种方法所测得的坐标的差值即可认为是RTK测量的误差。

根据《工程测量规范》点位误差5cm,可得如下结论。

1、RTK测量结果与全站仪测量结果互差均在厘米级，其中互差最大为3.4cm,最小为0.4cm。

2、若以全站仪测定的点位坐标为准，RTK放样点点位误差均在±5cm以内，RTK放样点点位相对于全站仪测定点位误差按公式m=±计算，结果为2.3cm。

3、统计数据表明:

若以全站仪测量结果为准，可以认为RTK测量结果的点位精度达到厘米级，需要指出的是各点位之间不存在误差累计，克服了传统测量技术的弊端，完全能满足点的测设精度要求。

4、但本次检验的结果是在全站仪测量误差忽略不计的情况下进行对比分析的，如果考虑到全站仪的误差，放样点有可能出现误差大于5cm的情况，对于这样的点误差，误差的原因可能是RTK系统自身的误差，也可能是测量环境对RTK的影响产生的误差，或许也是我们自身操作的不正确造成的，但最有可能的原因就是放样时存在测量环境影响中的“多路径误差”或“信号干扰误差”。

5、对于上述误差超限的点，我们可以根据误差的原因，采取措施来消除或减小误差，如：

改变基准站的位置，选择地形开阔的地点，远离无线电发射源、雷达装置、高压电线等，或采用有削弱多路径误差的各种技术的天线等。

对于误差较大RTK又难以削弱其误差的点我们可以采用其他的测设方法，如用经纬仪和电子测距仪利用导线点对RTK放样的点进行测量，得出点的精确位置，再制作模板，标出点的正确位置。

3.2利用RTK进行曲线放样公路、铁路、渠道、输电线以及其他管道工程都属于线型工程，他们的中线通称为线路。

这些线路实际上是由空间的直线段和曲线段组合而成。

在线路方向发生变化的地段，连接转向处的曲线称为平曲线。

平曲线有圆曲线和缓和曲线两种。

圆曲线是有一定曲率半径的圆弧。

3.2.1一般曲线放样方法圆曲线放样时，首先放样曲线主要点，即ZY（直圆点）、QZ（曲中点）、YZ（圆直点）。

α为交点JD上实地测出的偏角，圆曲线半径由设计给出。

因而可以根据图3.1几何关系利用公式（3.1）、（3.2）、（3.3）、（3.4）计算出切线长，曲线长，外矢距及切曲差四项曲线要素：

图3.1曲线要素图

T=tanR（3.1）L=αR（3.2）E=R（sec-1）（3.3）q=2T-L（3.4）一般方法是根据曲线要素放样出曲线主点，再用已放样出的主点放样出其他点，由于放样时是依据已放样的主点，这样容易造成误差的累积。

常规仪器主点测设时，将经纬仪置于交点JD上，以线路方向定向，即自JD起沿两切线方向分别量出切线长T，即可定出曲线起点ZY和终点YZ，然后在交点上后视点ZY（或YZ），拨（180°-α）/2角，得分角线方向，沿此方向量出外矢距E，即得曲线中点QZ。

在将仪器架设在ZY（或YZ）用极坐标法或偏角法进行曲线的详细放样。

3.2.2曲线放样工程实例用RTK放样曲线的准备工作与RTK的点的放样一样，如果曲线各点的坐标是已知数据，则可按放样点的方法进行曲线放样。

但是如果不知道曲线坐标，也可以将曲线条件输入手簿，由手簿解算主点和细部点的坐标进行放样。

南方RTK所提供的解算软件是按一定的里程进行解算坐标的，待坐标解算完毕后就可按点的放样方法进行放样。

曲线要素如表3.3，曲线如图3.2。

表3.3曲线要素表JD偏角RTLEK100+000.00左偏右偏400.0052.66104.723.4515°00′00″

图3.2曲线放样图曲线主点及细部点坐标由计算得到，如表3.4。

表3.4曲线主点及细部点设计坐标表里程XYZY（K99+947.34）207849.407300507.275QZ（K99+999.70）207875.116300552.846YZ（K100+052.06）207894.657300601.382K99+950207850.856300509.507K99+960207856.168300517.980K99+970207861.256300526.583续表3.4曲线主点及细部点设计坐标表里程XYK99+980207866.147300535.310K99+990207870.808300544.157K100+0207875.247300553.117K100+10207879.460300562.186K100+20207883.446300571.357K100+30207887.201300580.625K100+40207890.723300589.984K100+50207894.0103005993.2.3曲线放样精度分析如前所述对该曲线进行放样，同样为了检验放样点的精度我们同样用全站仪对放样点进行测量，并将测量结果近似看作放样点的真值，曲线点的设计坐标值和全站仪测量的近似真值及两组坐标的误差如下表3.5。

表3.5曲线设计值与检验值的比较表点号里程X`（m）Y`（m）△X（cm）△Y（cm）点位误差（cm）1ZY（K99+947.34）207849.431300507.306-2.4-3.13.92QZ（K99+999.70）207875.123300552.825-0.72.12.23YZ（K100+052.06）207894.665300601.374-0.80.81.14K99+950207850.849300509.4940.71.31.55K99+960207856.162300517.9700.611.26K99+970207861.261300526.608-0.5-2.52.57K99+980207866.133300535.2891.42.12.58K99+990207870.798300544.1601-0.319K100+0207875.245300553.1140.20.30.410K100+10207879.462300562.190-0.2-0.40.411K100+20207883.456300571.365-1-0.81.312K100+30207887.201300580.61900.60.613K100+40207890.722300589.9760.10.80.814K100+50207894.009300599.4250.10.30.3