GPS_RTK技术在地籍测量中的应用研究

武汉大学毕业论文iGPSRTK技术在地籍测量中的应用研究目录1前言......................................62GPSRTK定位原理............................62.1GPSRTK定位原理及测量方法................62.1.1GPSRTK定位原理.....................72.1.2GPSRTK测量方法及其特点.............82.1.3GPSRTK系统的组成...................93地籍控制测量.............................113.1地籍控制网的布网原则..................113.1.1地籍控制网的基本要求...............113.1.2首级控制网的布设...................123.1.3加密控制网的布设...................123.1.4地籍图根控制网的布设...............123.2地籍控制网的形式及其选择..............134GPSRTK地籍测量...........................134.1基准站观测点位的选择和设置............134.1.1点位的选择........................134.1.2基准站的设置......................134.1.3基准站运行时的要求................144.2流动站的设置和初始化..................144.2.1流动站的设置......................144.2.2RTK流动站的初始化.................144.3RTK在地籍测量中的相关测量.............154.3.1地籍控制测量的应用................154.3.2地籍碎步测量的应用................154.3.3土地勘测定界（放样）中的应用......155GPS-RTK在地籍测量中的测量误差来源及精度分析165.1测量误差来源..........................165.1.1同测站有关的误差..................165.1.2同距离有关的误差..................165.2精度的分析............................166结论.....................................16参考文献.............................................................17致谢....................................................................18武汉大学毕业论文2前言测绘是了解自然、改造自然并获取图文资料及相关信息的重要手段，为国民经济基础建设提供重要的依据。随着国民经济的不断发展，一方面，对测绘产品提供的图像资料、文字资料无论从精度或信息量的上要求也越来越高；另一方面，从测绘使用仪器设备，计算工具，数据处理软件，也不断地在更新，科技含量较高的仪器设备都越来越多地应用到了测绘领域。测绘作为边缘学科，传统的作业方法、数据处理、内业成图等多个环节都发生了巨大的变革，甚至有些作业方法正在被逐步地淘汰。呈现出测量仪器精度高，观测成果质量越好，数据处理机械化，操作方面人性化，内外业的连接越来越紧密，精密仪器的不断出现产生了新的作业方法。地籍测量传统测量方法是先采用全站仪做导线控制，在导线控制点的基础上进行宗地界址点的碎部测量。导线测量精度经常受到起算控制点的精度、测站之间通视差的影响，而且需要大量的人力、物力和时间。GPSRTK（RealTimeKinematic，实时动态）技术的出现以及GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系统）接收机空间定位精度的不断提高，GPS-RTK技术广泛地在控制测量、地形测量、地籍测量、房产测量等等GPS-RTK在空间定位定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、操作简便以及全天候作业等优点。[1]RTK技术与传统地籍测量方法相比，具有明显的优势。GPS观测不受天气、时间、通视的影响。GPS测量的点位之间不存在误差累积，避免了传统地籍测量中由于边长过长等原因带来的误差累积，提高了精度。由于RTK技术能够实时处理所观测的数据，并能现场检测出不合格的成果，提高了工作的效率。武汉大学毕业论文31GPS-RTK定位原理和地籍测量2.1GPS-RTK定位原理及测量方法2.1.1GPS-RTK定位原理20世纪90年代以来，GPS全球定位系统在应用领域的研究取得了迅速进展。测绘行业首先将GPS应用于大地测量，并进一步将该项技术推广到工程测量中，形成许多成熟的方法，如静态测量、快速静态测量、准动态测量以及动态测量等。静态测量是用两台或两台以上GPS接收机同步观测，对观测数据进行处理，可得到两测站间精密的WGS84基线向量，再经过平差、坐标传递、坐标转换等工作，最终得到测点的坐标，其精度可达到厘米级，甚至是毫米级，但观测时间长，需要在现场记录观测数据，然后进行内业处理，才能得到测点的坐标，野外测量的精度能否达到规定的要求，只有在数据处理完成后才能确定，故静态定位技术在实时定位方面存在困难，不能直接应用于施工放样。目前，动态测量实时定位的GPS载波相位差分技术，简称RKT定位技术，已在施工放样的实践中成功应用。该技术保留了GPS测量的高精度，同时又具有实时性。[2]RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，他能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位的结果，并能达到厘米级精度。他是利用2台以上的GPS接收机同时接受卫星信号，其中的一台安置在已知坐标点上作为基准站。另一台是用来测定未知点的坐标（称为流动站），基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给流动站，流动站根据这一改正数来改正其定位结果，从而大大提高定位精度。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。流动站可以处于静止状态，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。[3]RTK技术采用差分GPS三类（位置差分、伪距差分和相位差分）中的相位差分。这三类差分方式都是由基准站发送改正数，由流动站接收并对其观测的结果进行改正，以获得精确定位结果，所不同的是发送改正数的具体内容不一样，其差分定位的精度也不同。前两类定位误差的相关性会随基准站和流动站的空间距离的增加其定位精度迅速降低，故采用相位差分技术进行差分。RTK技术是GPS应用的重大历程碑，它的出现为工程放样、地形地籍测量及各种控制测量带来了新的曙光，极大地提高了外业作业效率，因此它一出现就受到了青眛。[4]城镇地籍测量是在1954年北京坐标系或是本地坐标系上进行。因此，要快速完成测量工作，就必须实时进行坐标转换。坐标转换可采用至少三个以上同时拥有WGS84地心坐标系和1954年北武汉大学毕业论文4京坐标系或本地坐标的已知点，按Burasa模型解求七个转换参数。RTK的关键技术主要是初始整周模糊度的快速解算，数据链的优质完成——实现高波特率数据传输的高可靠性和强干扰性。其工作原理如图1-1：2.1.2GPSRTK测量方法及其特点⑴GPSRTK测量方法RTK测量技术又称载波相位差分技术，是GPS测量技术与数据传输技术的结合，以WGS-84坐标为基础的全球通用的一种动态测量技术。根据基准站的架设方法，GPSRTK技术的测量方法可分为两种：1)“无投影（无转换）”法。该种方法是直接用接收机在基准站和流动站接收WGS-84坐标，其后利用观测的已知点的WGS84坐标和相应的地方坐标，根据一定的数学模型进行转换。这种方法基准站不一定要安置在已知点上，但根据不同的转换方法，需要一定数量的已知点。基准站观测数据基准站接收机无线通讯设备无线通讯设备流动站接收机实时解算两站间的基线实时解算流动站的WGS-84坐标转换为当地基准坐标（我国为国家大地坐标系C80或是北京坐标系P54）图2-1GPS-RTK工作原理理图基准站观测信号基准站坐标GPS信号基准站观测数据基准站接收机无线通讯设备无线通讯设备流动站接收机实时解算两站间的基线实时解算流动站的WGS-84坐标转换为当地基准坐标流动站观测信号转换为当地基准坐标武汉大学毕业论文52)“键入参数”法。把用静态观测求得的WGS84坐标和地方坐标键入到手簿中，进行转换，也可以置入静态观测平差时求取的转换参数。该方法基准站须架设在已知点上，为了检核，需要观测一定量的已知点。[6]⑵GPSRTK技术特点优点：①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5km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“搬站”次数，仅需一人操作，每个放样点只需要停留1~2s，就可以完成作业。②定位精度高，没有误差积累只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内(一般为5km)，RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级,且不存在误差积累。③全天候作业RTK技术不要求两点间满足光学通视，只需要满足“电磁波通视和对空通视的要求”，因此和传统测量相比，RTK技术作业受限因素少，几乎可以全天候作业。④RTK作业自动化、集成化程度高RTK可胜任各种测绘外业。流动站配备高效手持操作手簿，内置专业软件可自动实现多种测绘功能，减少人为误差，保证了作业精度。[7]缺点及其解决方法：①受卫星状况限制GPS系统的总体设计方案是在1973年完成的，受当时的技术限制，总体设计方案自身存在很多不足。随着时间的推移和用户要求的日益提高，GPS卫星的空间组成和卫星信号强度都不能满足当前的需要，当卫星系统位置对美国是最佳的时候，世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好地被卫星所覆盖。例如在中、低纬度地区每天总有两次盲区,每次20~30min，盲区时卫星几何图形结构强度低，RTK测量很难得到固定解。同时由于信号强度较弱，在对空遮挡比较严重的地方GPS无法正常应用。②受电离层影响白天中午，受电离层干扰大，共用卫星数少，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行测量。根据实际经验，每天中午12~13点，RTK测量很难得到固定解。③受数据链电台传输距离影响数据链电台信号在传输过程中易受外界环境影响：如高大山体、建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响外业精度和作业半径。另外，当RTK作业半径超过一定距离时，测量结果误差超限，所以RTK的实际作业有效半径比其理论半径要小，工程实践和专门研究都证明了这一点。④受对空通视环境影响武汉大学毕业论文6在山区、林区、城镇密楼区等地作业时，GPS卫星信号被阻挡机会较多，信号强度低，卫星空间结构差，容易造成失锁，重新初始化困难甚至无法完成初始化，影响正常作业。⑤受高程异常问题影响RTK作业模式要求高程的转换必须精确，但我国现有的高程异常分布图在有些地区，尤其是山区存在较大误差，在有些地区甚至是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得比较困难，精度也不均匀，影响RTK的高程测量精度。⑥不能达到100%的可靠度RTK确定整周模糊度的可靠性为95%~99%，在稳定性方面不及全站仪，这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故。[8]2.1.3GPSRTK系统的组成GPSRTK系统由基准站、若干个流动站及无线电通讯系统三部分组成。基准站包括GPS接收机、GPS天线、无线电通讯发射系统、供GPS接收机和无线电台使用的电源(汽车用12伏蓄电瓶)及基准站控制器等部分。流动站由以下几个部分组成：GPS接收机、GPS天线、无线电通讯接听