GPSRTK测量手册.docx

1、GPSRTK测量手册GPS RTK 测量技术规程Technical Specifications For GPS RTK Surveys1总则1.1为了 GPS RTK 技术在治黄测绘及其它相关领域内推广应用，统一 RTK 作业方法、仪器使用要求、数据处理方法，特制定本规程。1.2本标准参照与引用的标准1.2.1全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T18314-2001 );1.2.2全球定位系统城市测量技术规程 ( CJJ73-97 )；1.2.3公路全球定位系统(GPS)测量规范(JTJ/T066-98 );1.2.4 全 球 定 位 系 统 ( GPS ) 测 量 型 接 收 机 检

2、定 规 程 (CH8016-1995 )。1.3 本规程适用于四等平面以下、等外水准控制测量、放样测量、地 形测量(包括水下地形测量) 、断面测量，以及当采用 RTK 技术辅助 水文测验、河道冲淤监测时亦可参照本规程。2术语21 全球定位系统 (GPS ) Global Position SystemGPS 是由美国研制的导航、授时和定位系统。它由空中卫星、地面 跟踪监控站、和用户站三部分组成，具有在海、陆、空进行全方位实 时三维导航与定位能力。 GPS 系统的特点是高精度、全天候、高效 率、多功能、操作简便、应用广泛等。2.2实时动态测量 (RTK) Real Time KinematicR

3、TK 定位技术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。流动站可处于静止状态， 也可处于运动状态。 RTK 技术的关键 在于数据处理技术和数据传输技术。2 3 观测时段 Observation 测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间长度。2 4 同步观测 Simultaneous Observation 两站或两站以

4、上接收机同时对同一组卫星进行观测。2 5 天线高 Antenna Height 观测时接收机相位中心到测站中心标志面的高度。2 6 参考站 Reference Station 在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别在一个或几个测站上， 一直保持跟踪观测卫星， 其余接收机在这些测站的一定范围内流动作 业，这些固定测站就称为参考站。2 7 流动站 Roving Station 在参考站的一定范围内流动作业， 并实时提供三维坐标的接收机称为 流动接收机。（ WGS1984 ） World Geodetic System 1984由美国国防部在与 WGS72相关的精密星历NSWC TZ-2基础上，

5、采用 1980 大地参考数和 BIH1984.0 系统定向所建立的一种地心坐 标系。29 国际地球参考框架ITRF YY International Terrestrial Refference Frame 由国际地球自转服务局推荐的以国际参考子午面和国际参考极为定 向基准，以 IERS YY 天文常数为基础所定义的一种地球参考系和地心 （地球）坐标系。2 10 永久性跟踪站 Permanent Tracking Station 长期连续跟踪接收卫星信号的永久性地面观测站。211 广域增强差分系统（WAAS ） Wide Area Augmentation Differential GPS S

6、ystem WAAS 系统是将主控站所算得的广域差分信号改正信息，经过地面 站传输至地球同步卫星， 该卫星以 GPS 的 L1 频率为载波， 将上述差 分改正信息当作 GPS 导航电文转发给用户站， 从而形成广域 GPS 增 强系统。美国已计划将 WAAS发展成国际标准，是美国GPS现代化计 划的一部分。212 局域增强差分系统（LAAS ） Local Area Augmentation Differential GPS System 将基准站所算得的伪距差分和载波相位差分改正值、 C/A 码测距信 号，一起由地基播发站调制在 L1 频道上传输给用户站。2.13 在航初始化（ OTF） On

7、 The Flying 是整周模糊度的在航解算方法。2.14 截止高度角 Elevation Mask Angle 为了屏蔽遮挡物（如建筑物、树木等）及多路径效应的影响所设定的 角度阀值，低于此角度视野域内的卫星不予跟踪。3坐标系统和时间系统3 1 坐标系统3.1.1RTK测量采用 WGS84系统，当RTK测量要求提供其它坐标系 （北京坐标或 1980 西安坐标系等）时，应进行坐标转换。各坐标系的地球椭球和参考椭球基本参数， 应符合表 3.1.1 的规定 地球椭球和参考椭球的基本几何参数 表 3.1.1项目 地球椭球 参考椭球坐标系名参数名称 WGS-84 1980 西安坐标系 1954 北京

8、坐标系长半轴 a （m）短半轴 b（m） 6356752.3142 6356755.2882 6356863.0188扁率a 1/298.257223563 1/298.257 1/298.3第一偏心率平方e2 0.013 0.959 0.2966第二偏心率平方e2 0.2227 0.947 0.46833.1.2坐标转换求转换参数时应采用 3 点以上的两套坐标系成果，采 用 Bursa-Wolf 、 Molodenky 等 经 典 、 成 熟 的 模 型 ， 使 用 PowerADJ3.0 、SKIpro2.3 、TGO1.5 以上版本的通用 GPS 软件进行 求解，也可自行编制求参数软件，

9、经测试与鉴定后使用。转换参数时 应采用三参、 四参、五参、七参不同模型形式， 视具体工作情况而定， 但每次必须使用一组的全套参数进行转换。 坐标转换参数不准确可影 响到23cm左右RTK测量误差。3.1.3当要求提供 1985 国家高程基准或其它高程系高程时，转换参 数必须考虑高程要素。如果转换参数无法满足高程精度要求，可对RTK数据进行后处理，按高程拟合、大地水准面精化等方法求得这些 高程系统的高程。3.2时间系统321 RTK测量宜采用协调世界时 UTC。当采用北京标准时间时，应 考虑时区差加以换算。这在 RTK用作定时器时尤为重要。4RTK 测量技术设计4.1RTK技术当前的测量精度（R

10、MS）平面 10mm+2ppm ；高程 20mm+2ppm 。4 . 2 RTK测量可用于的测量工作4.2.1控制测量：RTK技术可用于四等以下控制测量、工程测量的工422地形测量：采用RTK，并配合一定的测图软件，可以测设各种 地形图，如普通测图；线路带状地形图的测设；配合测深仪可以用于 水下地形图；航海海洋测图等。RTK外业可进行属性编码。4.2.3放样测量 ：将设计方案放样到实地。在外业可直接设计线路， 增强了设计的应用范围。由于 RTK 在行进中不断计算测站位置、偏 移量及填 /挖方量，此时放样可以与设计很好的结合起来。从 RTK 硬件设备特性和观测精度、可靠性及可利用性综合考虑，现

11、阶段 RTK 的测量技术要求如下表：RTK测量技术设计要求 表4.2等级 精度要求 距离 (km) 测回数四等以下平面控制 最弱点位误差w 5cm最弱边相对中误差w 1/4.5万3等外水准 30w8 3图根控制(测图控制、像控测量、放样、中桩测量等) 最弱点位误差5cm最弱边相对中误差w 1/4000 2地形测量 平面: 图上 0.5mm高程 :1/3 等高距 w10 14.3RTK的测量距离4.3.1由于RTK数据链的传播限制和定位精度要求，RTK测量一般不 超过 10km 。各等级测量要求可按 4.1 的测量计算某个测区的最长流 动站距离。但在中小比例尺测图时， 在等高距大于 2 米时，可

12、将测距 放宽至不大于 15km 。当等高距小于 2 米时，应不大于 10 公里。但 要注意下列要求：(1)GPS 接收机的性能要高，且机内有先进的数学模型，能确保长 基线进行正确整周未知数的求解。(2)数据链的性能要好，传送距离要远，能正确无误的将参考站的 数据发送到流动站。(3)根据无线电传播的规律，参考站和流动站离地面要有一定的高 差。(4)参考站和流动站之间必须没有山体、楼群之类的遮挡，另外作 业区域内还不能存在强烈的电磁波等干扰。4.3.2发射距离与电台天线的高度也有关系。由于参考站电台天线发 射 UHF 波段差分信号电波，天线的高度对 RTK 测量距离影响很大， 天线高与作用距离服从

13、于下列公式：D=4.24 x( + ) (432 )式中 I1 和 I2 分别是基准站和流动站电台的天线高，单位为米； D 为数据链的覆盖范围的半径， 单位为公里。 上式是在无障碍物遮挡 和无电波干扰的理想条件下的覆盖范围，实际应用中将会有所出入。 根据测区大小，可设置不同的发射天线高度。4.4RTK 测量准备4.4.1测区内欲用作参考站的控制点应首先进行图上设计，分析 RTK 链的覆盖范围。如果某处距控制点过远，应加测高等级控制点，再进行 RTK 测量442 RTK测量时应视测量目的、要求精度、卫星状况、接收机类型、 测区已有控制点情况及作业效率等因素综合考虑， 按照优化设计原则 进行作业。

14、4.4.3当测区内有 GPS 永久性跟踪站、国家 A 或 B 级网点、 GPS 地 壳形变监测点时，应首先选用作参考站点。4.4.4为了检验当前站 RTK 作业的正确性， 必须检查一点以上的已知 控制点，或已知任意地物点、地形点，当检核在设计限差要求范围内 时，方可开始RTK测量。5参考站的设置要求5.1点位要求5.1.1参考站的选择必须严格。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。5.1.2周围应视野开阔，截止高度角应超过 15 o ；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。5.1.3参考站应尽

15、量设置于相对制高点上， 以方便播发差分改正信号。5.1.4参考站要远离微波塔、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。5.2参考站设置5.2.1参考站上仪器架设要严格对中、整平。5.2.2GPS 天线、信号发射天线、主机、电源等应连结正确无误。5.2.3严格量取参考站接收机天线高，量取二次以上，符合限差要求 后，记录均值。5.2.4参考站的定向指北线应指向正北，偏离不得超过左右 10 度。 对无标志线的天线，可预先设置标志位置，在同一测区内作业期间， 应每次标志指向做到基本一致。5.3参考站运行期间作业要求5.3.1当为了节省控制器电量或用于流动站时，

16、 参考站在工作期间可 关闭手持控制器后去掉。532尽管各RTK设备在设计时考虑到防水、防晒等因素，但作业时 应尽量避免烈日暴晒或雨水淋湿。5.3.3参考站工作期间，工作人员不能远离，要间隔一定时间检查设 备工作状态，对不正常情况及时作出处理。5.3.4由于参考站除了 GPS 设备耗电外，还要为 RTK 电台供电，可 采用双电源电池供电，或采用汽车电瓶供电。条件许可时，可采用 12V 直流调变压器直接同市电网路连接供电。6流动站的设置要求6.1流动站作业准备6.1.1在RTK作业前，应首先检查仪器内存或PC卡容量能否满足工 作需要。6.1.2由于RTK作业耗电量大，工作前，应备足电源。6.2流动

17、站作业要求6.2.1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。6.2.2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。6.2.3在穿越树林、灌木林时，应注意天线和电缆勿挂破、拉断，保 证仪器安全。6.3流动站内置软件的一般功能要求6.3.1三差模型求定近似坐标。6.3.2双频动态解求整周模糊度。6.3.3根据相对定位原理，实时解算 WGS-84 坐标。6.3.4根据给定的坐标转换参数，给出任务（项目）要求的坐标系内 坐标。6.3.5坐标精度的评定。6.3.6测量结果的实时显示

18、和绘图（示意） 。6.3.7失锁后的重新初始化。6.3.8数据 I/O 端口。6.4流动站用作 GIS 采集器时的技术要求641当RTK将功能扩展向GIS采集器时，要实时输入点位属性、文 件和定位有关信息，并且实时存储时间有关信息。不同的 RTK 类型 对属性输入要求不同，要根据不同的 GIS、 CAD 软件要求设置不同 的数据格式。642当RTK用于GIS采集器时(主要是GIS空间和属性数据)，应 有下列主要特征：(1)轻巧便携，尽量减少劳动强度； 精度适中，根据不同的测量地形图要求选用不同的 RTK设备；(3)操作简便，简约式操作，效率要高； 属性功能：采集点的类别、种类、高度、坡度、植被

19、覆盖情况、 设施使用情况、归属等文字或数字信息；(5)处理简单，与GIS数据库接口良好，支持国际、国内通用 GIS软 件格式。(6)数据字典，内容丰富，分类详细。7RTK作业7.1RTK作业基本条件要求7.1.1RTK作业的基本条件要求见表 7.1RTK观测的基本条件要求 表7.1观测窗口状态卫星数卫星高度角PD0P 值良好窗口520o以上5勉强可用的窗口415o以上8不能观测的窗口37.1.2 RTK作业应尽量在天气良好的状况下作业， 要尽量避免雷雨天气。夜间作业精度一般优于白天。72 卫星预报7.2.1RTK 作业前要进行严格的卫星预报， 选取 PDOP6 的时间窗口。编制预报表时应包括可

20、见卫星号、 卫星高度角和方位角、 最佳观测卫星组、最佳观测时间、点位图形几何图形强度因子等内容。7.2.2卫星预报表的有效期以 20 天为宜，当超过 20 天时，应重新 采集一组新的概略星历进行预报。7.2.3卫星预报时应采用测区中心的经纬度。当测区较大时，应分区 进行卫星预报。7. 3 RTK 测量初始化7.3.1RTK 测量必须在完成初始化后才能进行。 初始化可以采用静态、OTF 两种。初始化时间长短与距参考站的距离有关，两者距离越近， 初始化越快。7.3.2推荐静态初化化，只有在运动状态下才进行 OTF 初始化。 OTF 方式一般在测量船、汽车等运动载体上使用。7.4RTK 作业时设备启

21、动状况基本要求7.4.1开机后经检验有关指示灯与仪表显示正常后，方可进行自测试 并输入测站号（测点号） 、仪器高等信息。7.4.2接收机启动后，观测员可使用专用功能键盘和选择菜单，查看 测站信息接收卫星数、卫星号、卫星健康状况、各卫星信噪比、相位 测量残差实时定位的结果及收敛值、 存储介质记录和电源情况， 如发 现异常情况或未预料情况，并及时作出相应处理。7.5RTK 观测期间的作业要求7.5.1不得在天线附近 50 米内使用电台， 10 米内使用对讲机。7.5.2天气太冷时，接收机应适当保暖；天气太热时，接收机应避免 阳光直接照晒，确保接收机正常工作。7.5.3RTK 作业期间，参考站不允许

22、下列操作：(1)关机又重新启动。(2)进行自测试。(3)改变卫星截止高度角或仪器高度值、测站名等。(4)改变天线位置。(5)关闭文件或删除文件等。7.5.4RTK 工作时，参考站可记录静态观测数据，当 RTK 无法作业 时，流动站转化快速静态或后处理动态作业模式观测，以利后处理。7.5.5在流动站作业时，接收机天线姿态要尽量保持垂直(流动杆放 稳、放直)。一定的斜倾度，将会产生很大的点位偏移误差。如当天 线高 2m ， 倾斜 10 时，定位精度可影响 3.47cm 。zdS=20*si n10=3.47cm (7.10)7.5.6RTK 观测时要保持坐标收敛值小于 5cm 。7.6RTK 测量

23、放样7.6.1放样主要进行下列 RTK 工作：(1)测线设计(既可在计算机上设计，也可在手簿上设计) ；(2)基准站设置和参数输入；(3)流动站设置和参数输入；（4） 按设计测量和采点（线路放样时测线上按线路测量和采点） ；（5） 查看卫星可见状况显示，自动接受或用户自定义容差，均方根误 差（ RMS ）显示;（6） 图解式放样 ,通过前后、左右偏距控制，能快速完成放样工作。（7） 存储点名、点属性与坐标。7.7RTK 断面测量7.7.1RTK 断面测量的工作流程如下 :（ 1） 建立工作项目。（2） 进行 RTK 测量，记录点名、点位属性信息及三维坐标信息。（ 3） 将接收机控制器中的数据传

24、输到微机中。（4） 进行观测点的筛选，删除不必要的观测点。（5） 形成纵断面和横断面数据文件，根据设计需要，可进一步建 立断面测量资料数据库、 DEM 模型、制作 DLG 图。7.8RTK 水下地形测量7.8.1RTK 配合数字测深仪进行水下地形测量时，应保证 RTK 与测 深仪采集信息同步。 根据不同要求进行验潮或非验潮模式下的水深测 量。7.8.2RTK+ 测深仪进行水下地形测量时 ,系统主要由三部分组成 :（1） 基台分系统：基准控制中心 （一般设置于岸上 ）负责计算差分改 正数 ,记录载波相位等数据 ,传送基准台定位数据及改正数信息。（2） 流动台分系统：流动台负责位置、航向测量，接收

25、 GPS 定位 信号、 GPS 差分改正数，记录定位数据、载波相位数据等，利用航 向及距离数据推算目标上其它作业点的准确地理位置。(3)事后处理分系统：负责实时记录 GPS 接收机的定位数据 ,并事后 对记录数据进行处理，得到高精度位置。7.8.3由 RTK 与数字测深仪组成的自动控制水下测量系统的一般功 能：(1)驱使系统同步采集各观测数据；(2)导航图形和采集数据实时显示；(3)差分数据处理和坐标系转换；(4)数据编辑；(5)图形文件的生成和输出；(6)能够校核 RTK 与测深仪之间的数据延迟；(7)能够进行接口参数设置：接口号、传输率、数据位、记录速率及 文件格式的选择。784水下地形测

26、量的标准配置是：GPS接收机2套(最好基准站、 移动站可互换)、电台 2 套、水上测量 / 导航软件 1 套、测量控制手簿 2 套、后处理软件一套(动、静态解算和平差、坐标转换) 、笔记本 电脑一部。7.8.5在水下地形测量时， 如需进行验潮位测量， 可首先用 RTK 设置 于验潮船上， 实时测量水位后将改正值输入系统软件后， 再进行水下 地形测量工作。7.8.6在RTK测量水下地形时，为了保持数据链的连续，应尽量保持 测量船匀速，不出现显著的加速度。7.9RTK 测量误差源7.9.1RTK测量主要有仪器误差、软件解算误差、对中（对点）误差、 基站坐标传算误差、 不同时刻卫星状态和观测条件引起

27、的误差等。 在 观测过程中要注意采取一定的措施克服上述误差。7.10RTK测量过程中注意事项7.10.1参考站和流动站的项目（任务）设置参数应准确无误。根据 不同仪器类型而设置不同， 作业时要严格按各仪器配套操作手册要求 进行参数设置。7.10.2流动站接收机只有经过初始化完成后才能进行 RTK测量，初始化分静态初始化或 OTF 两种。控制测量、放样测量宜采用静态初 始化（快速静态或在已知点上 ），地形点测量可采用 OTF 初始化。7.10.3由于RTK测量有时会出现点位坐标漂移误差，当按设计要求 进行 RTK 作业时，在距离和测回数都按设计掌握时，仍有部分测点 超限时，只有通过减小测距和增加

28、测回数加以解决。8RTK 仪器设备的技术要求8.1RTK基本配置要求8.1.1参考站的基本配置要求双频 RTK GPS 接收机，双频天线和天线电缆， 基准站数据链电台套件， 基准站控制件（计算机控制、显示和参数设置等） ， 脚架、基 座和连接器，仪器运输箱等。8.1.2流动站的基本配置要求：RTKGPS接收机，双频GPS天线和天线电缆，流动站数据链电台套件，手持计算机控制或数据采集器 （含各种实用软件 ），手簿托架， 2 米流动杆，流动站背包，仪器运输箱等。8.1.3数据链的基本配置：由调制解调器和电台组成。数据链频率可 调，发射天线通常应分为鞭状天线与 1/2 波长天线两种。8.2RTK 接

29、收机的一般标称精度要求8.2.1RTK 的 定 位 精 度 一 般 为 平 面 10mm+2ppm ， 高 程20mm+2ppm ；822 RTK作用距离：标称：15Km ; 一般应为：6-10Km （与当地 环境有关 ） 。8.2.3在中国沿海有信标地区，实时 DGPS 定位精度 1m ， DGPS 作 业距离 50km 。& 3 RTK主要物理性能要求8.3.1标准 12V 电源（推荐），功耗低。8.3.2体积小，重量轻。8.3.3工作温度范围大，并防水、防尘、防晒、防震。8.3.4有功能强劲的处理软件。8.3.5冷启动 :60 秒，热启动 :10 秒，再捕获 :1 秒。8.3.6存储器容

30、量大 （最好是内存与 PC 卡都有）。8.3.7定位数据更新速率： 10 次/秒。8.3.8数据输出有 RTCM-SC104 、NMEA 0183 两种格式8.3.9参考站或流动站可以互换(建议) 。8310 24通道C/A码、P码及L1/L2载波相位接收机。8 4 建议的扩展功能和特点8.4.1具备 L2 上 C/A 码、第三个民用 GPS 频道 L5、 WAAS 、INMARSAT 等功能，并内置 WAAS 和 EGNOS 。8.4.2双频系统( GPS+GLONASS )。8.4.3操作方便、性能稳定可靠、 故障率低、可靠性高 (优于 99.99%)8.4.4数据链能同时支持多种数据通信

31、手段接收来自参考站的信息。如 UHF 、 GSM 信号方式或者任意通信方式的组合来建立数据链的系 统。8.4.5RTK 测量在 30km 范围内精度可达到 2cm 以下。8.4.6可连接其他外部测量设备，形成超站仪。8.5RTK 随机后处理软件性能要求8.5.1应有的主要功能模块：系统配置设置、作业计划、项目管理、 数据输入、数据处理、椭球设置、地图投影、地球模型、处理报告、 网的设计与最小二乘平差、 代码和属性清单、 调阅与编辑、 坐标转换、 GIS、 CAD 输出。8.5.2从软件工程设计角度要求(1) 软件应为多用户、多界面的操作系统。(2)输出数据格式可以用户定义，可兼容其它品牌 GPS 的数据，可 直接输出其它应用软件的数据格式，不需编制格式转换软件。(3)数据处理能以自动和人工两种方式进行。(4)能够对数据成果进行科学的整体评价。8.5.3有关操作手册、说明书齐全。8.6