gpsrtk在數字地形圖測繪中的應用畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 參數)保存為一個站點，供同一地區今后項目使用，確定項目區域被校正中使用的點封閉起來。如果工程坐標系統定義使用大地水準面模型獲得點高程則高程直接由內插到大地水準面模型格網WGS84高度確定。但是，也可以將高度平差應用到大地水準面模型產生的高程頂端，允許大規模大地水準面模型不能考慮到的小型局部變化。 GPS向量的精度(實時或事后)受基準站坐標精度的影響。基準站坐標每 l0m的誤差產生的向量精度誤差可達百萬分之一(1PPm)。例如，當基本WGS84參考點誤差為 l00m、基線長為2km時，產生的GPS向量誤差可大到2mm。本次實驗所用的硬件設備主要是基準站和動站接收機，其中基準站由三腳架，徠卡的GPS天線和基座、接收主機、無線電發射臺、電臺天線、測量手簿、連接電纜以及各儀器的供電系統組成。流動站由GPS天線流動站對中桿、GPS接收機、接收電臺、電臺線、測量手簿、連接電纜等組成。數據處理采用軟件系統是與徠卡相配套的GPS數處理軟件。點校正方法(1) 單點校正單點校正方法的高程校正精度要大大低于平面坐標的校正精度，而兩個平面坐標方向的校正精度也很不均勻，北坐標的校正精度要大大低于東坐標的校正精度。(2) 多點校正多點校正方法的高程校正精度也大大低于平面坐標的校正精度，兩個平面坐標方向的校正精度仍不均勻，北坐標的校正精度要大大低于東坐標的校正精度。(3) 參數校正經過參數校正的坐標和高程的精度相對較高且其精度較均勻，多點校正的精度及其均勻性次之，單點校正的精度及其均勻性均較差。主要原因是單點校正過程中僅考慮平移的3個參數，不考慮旋轉參數及比例因子，而參數校正是通過7個參數進行，其效果是所有點都進行了校正，有其整體性，所以其校正的效果較好。結論GPS RTK的三種常規校正方法(單點校正、多點校正、參數校正)的對比分析，可提出如下幾點看法，供實際工作參考。（1）參數校正的坐標和高程的精度相對較高且其精度較均勻，多點校正的精度及其均勻性次之，單點校正的精度及其均勻性均較差。單點校正精度低的主要原因是在校正過程中僅考慮平移的3個參數，不考慮旋轉參數及比例因子。（2）在單點校正過程中，檢校點離基準站距離較近時，檢校結果(坐標和高程)與其已知值的差值較小。隨著檢校點離基準站距離拉大，檢校結果與已知值的差值較大。（3）由于參數校正方法的基礎是測區控制網，測區控制網的布設一般覆蓋整個測區，因此，該校正方法具有很好的整體性，其校正精度優于單點校正和多點校正方法。（4）三種常規校正方法的平面坐標校正精度相對較高，而高程的校正精度較低。根據本次實驗結果，平面坐標的校正精度將近厘米級，高程的校正精度為分米級。本章主要介紹了RTK測圖原理，全球定位技術的發展現狀和趨勢、GPS測量原理包括GPS衛星定位的基本原理即GPS接收機在某一時刻同時接收三顆以上的GPS衛星信號，測量出測量點至三顆以上GPS衛星的距離并解算出該時刻GPS衛星的空間坐標，據此利用距離交會法解算出測站點的位置。載波相位測量就是觀測GPS接收機接收的衛星載波信號與接收機本地參考信號的相位差。并且推倒出公式。還有RTK測量工作原理即利用差分定位技術，能完全消除接收機之間的公有的誤差，從而提高了點位的定位精度。從介紹儀器的發展過程中可以看出GPS發展的速度是非常快的，在儀器的原理和使用方面可以了解到GPS RTK的使用非常方便。綜上GPS RTK為以后的測量工作提供了更加優越的條件。第3章GPS RTK在數字地形圖測繪中的應用 GPS RTK技術的作業流程及作業過程中應注意的問題 RTK技術的作業流程內業準備在實施RTK外業測量前，應事先收集測區的小比例尺地形圖，必要時進行野外踏勘，根據城市測量的特點完成內業的準備工作。主要包括以下幾方面的內容：① 根據工程項目，設定工程名稱。② 若已知坐標轉換參數，則輸入手簿（一般此參數未知）。③ 若無坐標轉換參數，應整理測區的已知控制點資料，控制點應盡可能均勻分布在測區周圍，使得所測點均在已知點的包圍之內，盡可能避免從一端向另一端無限制的外推。控制點所處的位置和周圍的條件應符合GPS 作業的要求。④ 實施工程放樣時，內業輸入每個放樣點的設計坐標，以便野外實時、準確放樣。求定測區轉換參數較為常用的坐標系有WGS84坐標系、1954北京坐標系、1980西安大地坐標系、地方獨立坐標系，但GPS常規測量常用的是WGS84坐標系統，各個地方坐標系統不同，這樣當我們采用RTK進行作業時，就產生了坐標系統轉換的問題。但求解坐標系統轉換首先必須要求出測區的轉換參數。在GPS測量中，經常要進行坐標轉換。所謂坐標轉換就是在不同的坐標表示形式間進行轉換。GPS RTK相對定位是在 WGS84坐標系中計算的,而我們通常采用的是國家坐標或地方坐標系,這就要求RTK測量的最終成果也是國家坐標系或地方坐標系。求解平面轉換參數，至少要聯測2個平面坐標點，求解高程轉換參數則需要聯測3個高程點。為了提高地心坐標系與當地坐標系數學模型的擬合程度,進而提高待測點的精度,通常要聯測盡可能多的已知點。轉換參數的求得通常有2種方法:1) 充分利用已有的GPS 控制網資料，將多個已知點的地心坐標與相應的當地坐標輸入電子手簿中,基準站架設在已知點上實地虛擬聯測,解算出轉換參數；2) 基準站架設在已知點或未知點上，流動站依次測量各已知點的地心坐標，將各已知點所對應的當地坐標系的平面坐標和高程輸入手簿中進行點校正,淘汰校正殘差比較大的已知點，從而解算出兩坐標系之間的轉換參數。因此，為進行坐標系統轉換需求解不同坐標系統之間的轉換參數。較為常用的方法有三種:七參數法 七參數法的轉換模型常采用布爾沙（BURSA）模型： （）式（）中[X0、Y0、Z0] 為兩個坐標的平移參數，[εx、εy、εz]為兩坐標系的旋轉參數 ,ε、μ為兩坐標系統的尺度比。此方法也稱經典的坐標轉換方法,用于不同空間直角坐標系間的轉換。這種方法一般要求具有三個公共點求解坐標轉換參數，利用參數把其它點位的WGS84坐標換為國家或地方坐標。由于公共點在兩個坐標系中的坐標都受到隨機誤差或其它系統誤差的影響，因此，取不同的公共點以及不同地區將會得到不同的參數，其精度水平也不一樣。這種方法的優點在于能夠保持GPS測量的計算精度。只要地方坐標足夠精密（包括平面與高程），公共點的分布合理，不管區域的大小都能適用。缺點是用戶必須已知地方坐標系的參考橢球和地圖投影參數，如地方坐標的精度不精確、不相容、分布不均勻不合理，將嚴重影響新測量點轉換后的坐標精度。二維相似轉換方法 簡單地說GPS測得的WGS84成果可通過一種合理的、均勻的彈性形變方式，納入地方坐標系統。地方坐標系統的格網是由輸入的矢量平面直角坐標所定義的，并在轉換處理中作為不變的固定值，平面位置與高程在轉換中分別處理。這種方法又叫插值方法。其優點有：不必要求公共點同時具備精確的點位與高程，在建立轉換模型和應用模型轉換的過程中，高程的誤差不會傳播給平面位置，平面位置的誤差也不會影響高程的轉換精度，此外在計算中不需要知道地方坐標的橢球和投影參數。對于投影參數保密的情況是一種切實可行的方法。需注意的是為保證精度，轉換區域的直徑不宜超過1015km且嚴格限制在已有重合控制點的內部。一點法 一點法也是將點位與高程分開進行轉換，在平面點位轉換中，首先將WGS84地心坐標用橫軸墨卡托投影化成平面直角坐標。然后與實際地方坐標資料綜合計算兩者之間的轉換關系。高程則采用簡單的一維高程擬合。需注意的是：參數的適用范圍僅局限于近距離作業，該方法未考慮坐標系旋轉參數的影響，距離越大，轉換坐標誤差往往越大。基準站的選定原則數據傳輸系統由基準站發射電臺和流動站接收電臺組成，它們是實時動態測量的關鍵設備。穩定可靠的數據鏈是動態初始化的前提。保持高質量的數據傳輸，可以減少整周模糊度的解算時間，大大提高工作效率，所以基準站的安置是順利實施RTK 作業的關鍵之一，基準站安置應滿足下列條件：① 基準站可設立在有精確坐標的已知點上，也可設在未知點上（最好設在已知點上）。② 基準站安置應選擇地勢較高、視空無遮擋、電臺有良好覆蓋域的地方，城市測量首選測區高大建筑物上。③ 為防止數據鏈的丟失和多路徑效應，基準站周圍應無GPS 信號反射物（大型停車場、大型建筑物、車輛擁擠的街區等）、200 米范圍內無高壓電線、電視臺、無線電發射臺等干擾源。④ 考慮到南北極附近是衛星的空洞區，電臺的天線應架設在GPS接收機的北方。RTK 施測步驟野外作業時，基準站安置在選定的控制點上，打開接收機輸入點號、天線高、WGS84 的已知坐標；設置完畢檢查接收的GPS 衛星數≥5顆。檢查電臺發射指示燈是否正常，基準站設置完成。流動站選擇與基準站電臺相匹配的電臺頻率，檢查電臺接收指示燈是否正常，檢查接收衛星顆數≥4顆，流動站可開始測量任務。先聯測12個已知控制點，評定測量精度，滿足設計要求后開始測量任務。實時動態RTK數據處理相對簡單，外業測量采集的實測坐標通過手簿的數據傳輸系統，直接下載到計算機內。 GPS RTK技術作業過程中應注意的問題（1）作業前應將儀器進行一次總復位,以確保儀器工作狀態最佳。（2）把基準站布設在RTK 有效測區中央最高的控制點上,增加基準站和流動站天線的架設高度, 以提高數據鏈的傳輸速度延長傳輸距離,保證成果精度。（3）基準站與流動站之間的距離不宜太遠,應控制在能夠滿足“電磁波通視”的范圍內,在山區一般控制在5km以內,特別是在有信號干擾或有信號遮擋的情況下, 還應適當縮短基準站與流動站之間的距離,或使用高增益天線及高靈敏度接收機。（4）基準站的衛星截止高度角應設置在10176。以上，在必要的時候應該增大截止高度角以提高初始化速度。（5）選定基準站時應避開強磁場的干擾。如:高壓線、微波塔、雷達和磁鐵礦等。（6）第一次設置基準站或重新設置基準站后,應聯測一個已知點進行檢核。（1）在整段線路中,必須保證基準站WGS84 坐標系統和控制點所對應的WGS84 坐標系統相一致,每次測量前都應認真核對7參數,以確保本測區參數的唯一性。（2）在點采集作業前,要檢查已知點的可靠性,準確無誤后方可進行施測。（3）在塔位和中繼站的定位測量時,應在天線對中桿的氣泡準確居中時存儲點位坐標,并且要增加測回數,對兩組成果進行比較,較差小于2cm的取中數使用,大于2cm的應返工重測,以保證點位的測量精度。（4）在定線測量時,應選擇可能架設直線塔的特征地物點進行采集,同時要留好方向樁,以便于施工時復測和定位。當改變耐張段時,要在流動站的手簿上重新輸入兩個端點的坐標,按照新的定線引導進行定線測量。（5）在斷面圖測量時,要驗證輸入的兩個端點坐標是否正確,準確無誤后方可采集中線點的坐標, 同時要注意在有效范圍內的特征地物點、交差跨越點和危險點的采集。對于采集的數據信息都要按數據編碼存儲到GPS 的手簿中。 GPS RTK在數字化地形測量中的應用概述本次使用黑龍江工程學院地形圖中一部分進行RTK在數字地形圖中的應用的研究。采用GPS RTK動態定位技術測量數字化地形圖，首先要選擇合理的基準站位置。原則上E級控制網上的控制點均可作為基準站，但為了提高放樣精度與工作效率，要合理選擇基準站，基準站要選擇在地勢較高、對天通視良好的地段（RTK技術不要求兩點間滿足光學通視，但要求滿足“電磁波通視”），流動站接收共同衛星數不少于5顆，同時基準站與流動站的距離最好不超過4km。流動站開始采集數據時，首先要到另一控制點進行校核，精度達到要求后才進行大規模采樣。在地形圖測繪中，實測的點位與已有點位之差均在23cm內，精度較好。在測區范圍測點，每個碎部點只需停留幾秒，即可移動到下一點，接收機自動記錄下該點的坐標高程數據。數據采集的跑點方案盡可能和人工傳統的測圖跑點習慣一致，并較人工跑點多加密測點，以提高測量功效和數據采集的質量。 利用GPS RTK系統測繪地形圖 GPS RTK在圖根控制測量中的應用在數字地形測量項目中,利用動態GPS RTK技術在已知控制點上直接越級加密圖根控制點,可以加快工程的進度,提高工程質量。GPS RTK系統進行圖根控制測量的可行性。GPS RTK測量的觀測數據都是獨立觀測的,無法通過數據計算來檢驗其精度。為了驗證它在圖根控制測量中的精度及可行性,在黑龍江工程學院地形測量中對已知控制點和GPS RTK圖根控制點進行了檢測和重復觀測。為提高觀測精度,減小對中誤差,流動站觀測數據時均架設三角架或使用對中桿,天線高量取精確到mm。重復觀測GPS RTK圖根點,。由檢測和重復觀測數據可知,在觀測條件許可、解算精度良好的情況下,GPS RTK測量可以替代傳統圖根控制測量。 GPS RTK測量圖根控制點存在的問題。GPS RTK測量可以替代傳統的圖根控制測量,其單點觀測精度可達到或超過圖根控制點的精度要求,但是受其自身工作原理、觀測條件及外界各種因素的影響,很容易產生各種誤差。在地形測量項目中,可以影響、改善或減小其影響的誤差因素大致如下:①GPS全球定位系統由空間部分(GPS衛星) 、地面監控部分和用戶部分組成,如果接收不到準確的GPS衛星發射的用于導航定位的測距信號和導航電文, GPS精密定位就無從談起。 ②GPS RTK系統基準站的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站信息等均由數據鏈路傳送給流動站,如果系統的無線電數據鏈路受到干擾或阻斷,系統則無法獲得高精度的解算成果。 ③由GPS RTK技術的測量原理可知其點位精度都是相對于某一特定基準站的,點位誤差橢圓是隨機的,雖然單個圖根點的點位精度較高,但是圖根點與圖根點間的相對精度卻有可能很低,且流動站與基準站間的距離越遠,點位精度越不可靠。GPS RTK測量圖根控制點時采取的措施。為了提高GPS RTK系統觀測成果的精度,在測量圖根控制點時,采取以下措施可以減小或消除上述因素的影響: ①每個圖根點至少要有2個通視方向,通視方向的夾角控制在60～120176。,點間的距離盡量遠一些,在全站儀采集碎部數據時,觀測圖根點間的距離和夾角來檢測圖