GPS-RTK实时动态测量

GPSRTK实时动态测量实验报告姓名：汪涛班级：2004一班专业：地理信息系统组号：3组郑州大学环境与水利学院2007年7月7日实验名称GPSRTK实时动态测量实验一、实验概述本次实验是在原有传统控制测量的数据点上进行GPSRTK实时动态测量，选取的是郑州大学新校区环保馆前空地。二、实验目的1.了解GPSRTK测量系统的组成，理解其基本原理；2.学会正确设置GPSRTK测量系统的基准站和流动站并在点位上进行实时动态测量；三、实验原理介绍GPSRTK实时动态测量技术的基本原理也即载波相位差分定位技术，主要介绍求差法即可。要有数学公式。GPSRTK实时动态测量技术其基本原理是采用了载波相位差分定位技术。该定位技术具体而言又可分为两种方法，第一种方法，基准站实时将载波相位的改正量发送给用户站，以对流动站的载波相位进行改正实现定位。该方法称之为改正法，另一种为求差法，这种方法则是将基准站的载波相位发送给流动站，在用户站对载波相位观测值求差，获得诸如静态相对定位的公式(1)、(2)、(3)的单差、双差、三差求解模型，并采用与静态相对定位类似的求解方程进行求解。公式（1）单差观测方程：公式（2）双差观测方程：公式（3）三差观测方程：与静态相对定位不同的是，动态相对定位求解的是用户的位置，因此其定位的程序为：并由流动站将观测值求差进行坐标解算此处给出求差法的定位程序：（1）基准站站在保持不动的情况下，静态观测若干历元，并将基准站上的载波相位观测值通过数据链传送给流动站，在流动站对载波相位观测值求差，获得静态相对定位的单差、双差和三差模型，然后按照静态相对定位法求出整周未知数，这一过程称为初始化阶段。（2）将求出的整周未知数代入双差模型，此时双差只包括ΔX、ΔY、ΔZ三个坐标位置分量，所以只要有4颗以上的卫星的一个历元的观测值，就可实时地求解出三个位置分量。（3）将求出的坐标增量ΔX、ΔY、ΔZ加入已知的基准站的WGS-84地心坐标Xk’、Yk’、Zk’即可得到流动站的地心坐标，即然后利用已经获得的坐标转换参数，将流动站的坐标转换到当地的空间直角坐标系中。四、实验设备GPSRTK测量系统主要由GPS接收机、数据传输系统、软件系统三部分组成。（1）GPS接收机GPSRTK测量系统中至少包含两台GPS接收机，其中一台安置于基准站上，另一台安置在测站上。基准站一般都设在测区较高位置，且观测条件良好的已知点上。在作业中，基准站的接收机应连续跟踪全部可见GPS卫星，并将观测数据传输系统实时地发送给流动站，GPS接收机可以是单频或双频，但一般多是双频，基准站和流动站的接收机采样本应相同。（2）GPS接收机基准站同流动站之间的联系是靠数据传输系统（简称数据链）来实现的。数据传输设备是完成实时动态测量的关键设备之一，由调制解调器和无线电台组成。在基准站上，利用调制解调器将有关数据进行编码调制，然后由无线电发射台发射出去。在流动站上利用无线电接收机将其接受下来，再由解调器将数据还原，并发送给流动站上的GPS接收机。（3）RTK测量的软件系统其软件系统的主要功能如下：1.整周未知数的快速解算。2.根据相对定位原理，实时解算流动站在WGS－84坐标系中的三维坐标。3.根据已知转换参数，进行坐标系统的转换。4.求解坐标系之间的转换参数。5.解算结果的质量分析与评价。6.作业模式（静态、准静态、动态）的选择与转换。7.作业内容（放样、道路中线测量等）的选择。8.测量结果的显示与绘图。五、实验步骤本次实验采用拓扑康GPSRTK测量系统，该系统包含了至少两台接收机，一台接收机作基准站；另一台接收机作流动站，与其相连的天线在待测点上对中整平。在测区中央选择一个有一定高度且视野开阔的未知点，并将基准站接收机架设在上面，对中整平。作业步骤如下：①运行TopSURV软件，选择三点的坐标系统，设置投影参数。②输入三点的点名20、21、22和地方坐标并作为控制点。③将基准站接收机架设在任一未知点（不妨假设为J1）上，对中整平。④接收机、手簿都开机，将手簿连到基准站接收机上。运行TopSURV软件，并新建作业，选择正确的RTK参数集。在TopSURV中输入点名（建议为J1-84，以与作为地方坐标数据输入的J1点区别）、基准站天线高及测高方式，查看卫星数，如果超过4颗，在观测至少60秒以后，点击【设置基准站】。如果设置基准站成功，将会弹出对话框报告设置正确。⑤将流动站接收机安装到2米对中杆上，架设在20点上。并输入点名（建议为20-84，以与作为地方坐标数据输入的20点区别），天线高和测高方式接收机开机，将手簿连到流动站上，进入已建好的作业中，在TopSURV软件中如果能得到固定解，且定位精度符合要求，则完成了该点流动站的测量。⑥同理，流动站架设在21、22点上，进行点测量，分别采集得到21、22的WGS-84坐标21-84、22-84。⑦坐标转换，在TopSURV主界面中，将三个控制点的地方坐标和WGS－84坐标一一对应起来而后实施坐标转换。⑧点测量，将流动站接收机安装到2米对中杆上，架设在待测点上。接收机开机，将手簿连到流动站上，进入已建好的作业中，在TopSURV主界面下点击【测量/点测量】，输入该点点名19、天线高及测高方式，当解的类型显示为“Fixed”，点击【开始】按钮，观测5～10个历元，并当与指示位置精度符合要求时，点击【采用】完成该点数据采集。此时该点的坐标系统与三个控制点的坐标系统已经一致。为了确保测量的质量，应先在已知点23进行点测量，若观测值与已知值在2cm误差内,则可在其他待测点上进行点测量。六、实验结果此次GPSRTK测量利用郑州大学新校区校园导线控制网中的三个已知点实施坐标转换，一个已知点进行数据检查，其已知坐标见下表：点号X坐标Y坐标202135.4202592.998212135.5502728.576222135.5542826.858232135.5452949.931实施完坐标转换后，坐标转换残差见下表：点号H残差V残差200.004210.010220.006利用23点进行数据检查。其点位误差为0.85cm，而后经测量得到的其他待测点坐标见下表：点位测量成果表点号X坐标Y坐标是否控制点232135.5392949.937否192105.7042588.710否七、实验体会实践是检验真理的唯一标准，所以在一个学期的理论学习之后，进行一次实际的操作是很有必要的。这次实验让我认识了高科技的测量仪器，接触专业的软件，明白现代科技所代来的工作效率以及精度。通过测量实习，我了解GPSRTK测量系统的组成，理解其基本原理，怎么样去实际的操作，在实际操作的过程中所要注意的问题。八、实验思考1、在选择控制点进行坐标转换时，需要考虑哪些问题？答：转换参数的求解必须有三个或三个以上的点既有地方坐标，又有WGS84坐标。这些点称为控制点，控制点选择的原则：①．选定三个或三个以上具有精确地方坐标的点作为控制点，要求这三个点均匀分布，并能很好控制测区。②．基准站可以架设在控制点上，也可以架设在测区中央有一定高度视野开阔的未知点上，比如楼顶。相比之下，后一种方案更值得推荐。这是因为基准站架的越高，电台信号的传输距离越远，信号质量也越好；视野开阔保证能接收到更多且信号更好的卫星；同时基准站架在测区中央能更好地覆盖整个测区，减少基站架设次数。2、GPSRTK测量的注意事项有哪些?怎样才能尽可能提高GPSRTK的测量精度？答：注意的事项主要在以下几个方面，同时提高的精度的方法也在于这几点。基准站的架设：基准站架的越高，电台信号的传输距离越远，信号质量也越好；视野开阔保证能接收到更多且信号更好的卫星；基准站架在测区中央能更好地覆盖整个测区，减少基站架设次数；流动站对中整平：流动站往往是在2米高的对中杆上，所以有一定的偏角之后由于半径较长会产生一个大幅度的误差；手薄的纪录：当解的类型显示为“Fixed”之后点击[开始]按钮，这样采集的数据才更准确；坐标转换：坐标转换时需要三个或三个以上具有精确地方坐标的控制点，并且点的分布是均匀比较好；选择观测时间：应该提前察看星历预报，提前知道最佳的观测时间，尽量避开气候因素的影响；