gpsrtk技術(shù)在道路勘測(cè)中的應(yīng)用(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 技術(shù)是以載波相位測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分 GPS測(cè)量技術(shù)， RTK系統(tǒng)由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、移動(dòng)站接收機(jī)三大部分組成，是 GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展里程的一個(gè)重要標(biāo)志，是一種高效的定位技術(shù)。主要應(yīng) 用與工程測(cè)量、地籍測(cè)量、碎部測(cè)量、路線測(cè)量和工程放樣、航空攝影測(cè)量以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的精密導(dǎo)航等。目前實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，已在 20km的范圍內(nèi)，得到了成功的應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸性能的不斷完善提高， RTK的應(yīng)用范圍將會(huì)不斷地?cái)U(kuò)大。 高精度的 GPS測(cè)量必須采用載波相位觀測(cè)值， RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果 ，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在 RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基 準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集 GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí) 僅需幾 秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開機(jī) ， 并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知數(shù) 求 解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 2 四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。 隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，注重效率成為各行業(yè)努力奮進(jìn)的目標(biāo)，對(duì)于我們測(cè)繪領(lǐng)域來(lái)說(shuō)也是如此。 3S技術(shù)的發(fā)展使 測(cè)繪領(lǐng)域發(fā)生了翻天覆地的變化，尤其是GPSRTK技術(shù)，對(duì)我們?cè)谝巴獠杉瘮?shù)據(jù)帶來(lái)了很大的方便，使測(cè)繪工作更有效率 。 本課題的目的在于熟練掌握 GPSRTK的理論和操作方法 ， 及其在道路勘測(cè)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用、 通過(guò)實(shí)例 對(duì)其測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析， 證明 GPS RTK技術(shù)應(yīng)用于道路勘測(cè)過(guò)程中是完全可行的，比以往應(yīng)用于道路測(cè)量中的常規(guī)測(cè)量有更多的優(yōu)點(diǎn)：方便、高效、精確、 可靠。 GPS RTK的測(cè)量精度達(dá)到了 cm級(jí)別，已經(jīng)作為快速采集數(shù)據(jù)與定位的有效工具，由于其在精度、速度、實(shí)時(shí)性上達(dá)到了完滿的結(jié)合 ， GPS RTK定位技術(shù)大 大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍，尤其在道路勘測(cè)、設(shè)計(jì)和施工放樣中有了廣泛的應(yīng)用 ， 在進(jìn)行初測(cè)道路選線，測(cè)帶狀地形圖，定測(cè)過(guò)程中的施工放樣，以及施工后期管理等方面都有了廣泛的應(yīng)用 。 在進(jìn)行道路勘測(cè)時(shí)，使用 GPS RTK比使用傳統(tǒng)測(cè)繪儀器（水準(zhǔn)儀加經(jīng)緯儀，全站儀）在作業(yè)效率上要高得多，同時(shí)在某些條件下，采用 GPS RTK測(cè)量， 具有 全天候作業(yè)，兩點(diǎn)間不需要通視 等優(yōu)點(diǎn) ， 高等級(jí)公路選線多是在大比例尺帶狀地形圖上進(jìn)行。用傳統(tǒng)方法測(cè)圖 ， 先要建立控制點(diǎn) ， 然后進(jìn)行碎部測(cè)量 ， 繪制成大比例尺地形圖。這種方法工作量大 ， 速度慢 ， 花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。用實(shí)時(shí) GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量可以完全克服這個(gè)缺點(diǎn) ， 只需在沿線每個(gè)碎 部 點(diǎn)上停留一兩分鐘 ， 即可獲得每點(diǎn)的坐標(biāo)、高程。 運(yùn)用 GPS RTK技術(shù)在進(jìn)行道路施工放樣時(shí) ， 我們只要先輸入各主控點(diǎn)樁號(hào) ( ZH、HY、 QZ、 YH、 HZ) ， 然后輸入起終點(diǎn)的方位角 ， 直線段距離 ,緩和曲線長(zhǎng)度 ， 圓曲線半徑 R ， 這樣就可以很輕松放樣了 ， 而且一切工作均由 GPS電子手簿來(lái)完成。這種方法簡(jiǎn)單實(shí)用 ， 比起傳統(tǒng)的極坐標(biāo)法要快得多。另外 ,如果需要在各直線段和曲線段間加樁 ， 只需輸入加樁點(diǎn)的樁號(hào)就行了 ， 剩下工作由 GPS來(lái)完成。 目前公路勘測(cè)中雖已采用電子全 站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備 ， 但常規(guī)測(cè)量方法受通視和作業(yè)條件的限制 ， 作業(yè)強(qiáng)度大 ,且效率低 ， 大大延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期。勘測(cè)技術(shù)的進(jìn)步在于設(shè)備引進(jìn)和技術(shù)改造 ， 在目前的技術(shù)條件下引入 GPS 技術(shù)應(yīng)當(dāng)是首選。當(dāng)前 ， 用 GPS 靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測(cè)量 ， 為勘測(cè)階段測(cè)繪帶狀地形圖 ， 路線平面、縱斷面測(cè)量提供依據(jù)在施工階段為橋梁 ， 隧道建立施工控制網(wǎng) ，這僅僅 GPS 在公路勘測(cè)中應(yīng)用的初級(jí)階段 ， 其實(shí) ， 公路測(cè)量的技術(shù)潛力蘊(yùn)于 RTK技術(shù)的應(yīng)用之中 ， RTK 技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用 ， 有著非常廣闊的前景。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 3 第 2 章 GPS 簡(jiǎn)介 GPS 衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展 1973年 12月，美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)它 的 陸海空三軍聯(lián)合研制新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)：NAVSTAR/GPS。它是英文 “Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System”的縮寫詞。其意為 “ 衛(wèi)星測(cè)時(shí)測(cè)距導(dǎo)航 /全球定位系統(tǒng) ”， 簡(jiǎn)稱 GPS系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以衛(wèi)星為基準(zhǔn)的無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有全能性（陸地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的導(dǎo)航、定位和定時(shí)的功能。能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。 GLONASS全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) ：起步晚于 GPS 9 年。從前蘇聯(lián)于 1982年 10月 12日發(fā)射第一顆 GLONASS衛(wèi)星開始，到 1996年， 13年時(shí)間內(nèi)歷經(jīng)周折，雖然遭遇了蘇聯(lián)的解體，由俄羅斯接替部署，但始終沒有終止或中斷 GLONASS衛(wèi)星的發(fā)射。 1995年初只有 16顆 GLONASS衛(wèi)星在軌工作， 1995年進(jìn)行了三次成功發(fā)射，將 9顆衛(wèi)星送入軌道，完成了 24顆工作衛(wèi)星加 1顆備用衛(wèi)星的布局。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)加載、調(diào)整和檢驗(yàn)，已于 1996年 1月 18日，整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。在系統(tǒng)組成和工作原理上與 GPS類似，由空間衛(wèi)星星座地面控 制和用戶設(shè)備三大部分組成。 伽俐略（ Galileo） GNSS系統(tǒng)：從 1994年開始，歐盟進(jìn)行了對(duì)伽俐略（ Galileo）GNSS系統(tǒng)的方案論證。 2020年歐盟在世界無(wú)線電大會(huì)上獲得了建立 GNSS系統(tǒng)的 L頻段的頻率資源。 2020年 3月，歐盟 15國(guó)交通部長(zhǎng)一致同意伽俐略 GNSS系統(tǒng)的建設(shè)。 伽俐略系統(tǒng)由 30顆衛(wèi)星（ 27顆工作衛(wèi)星和 3顆備用衛(wèi)星）組成。 30顆衛(wèi)星部署在 3個(gè)中高度圓軌道面上，軌道高度 23616km，傾角 56176。，星座對(duì)地面覆蓋良好。在歐洲建立兩個(gè)控制中心。計(jì)劃 2020年發(fā)射兩顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星， 2020年完成 全系統(tǒng)部署并投入使用。 GNSS系統(tǒng)最主要的設(shè)計(jì)思想是：與 GPS/GLONASS不同，完全從民用出發(fā)，建立一個(gè)高精度的全開放型的新一代 GNSS系統(tǒng)；與 GPS/GLONASS有機(jī)地兼容，增強(qiáng)系統(tǒng)使用的安全性和完善性；建設(shè)資金（ 36億歐元）由歐洲各國(guó)政府和私營(yíng)企業(yè)共同投資。 雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（北斗一號(hào)）： 2020年底，我國(guó)發(fā)射了兩顆 “ 北斗導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星 ” ，加上地面中心站和用戶一起構(gòu)成了雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（北斗一號(hào)）。雙星導(dǎo)航定位系統(tǒng)黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 4 空間部分由三顆地球靜止軌道衛(wèi)星（其中一顆在軌備用）組成；地面中心站包括地面應(yīng)用系統(tǒng)和 測(cè)控系統(tǒng)，具有位置報(bào)告、雙向報(bào)文通信及雙向授時(shí)功能；用戶部分即車輛、船舶、飛機(jī)以及各軍兵種底動(dòng)態(tài)及靜態(tài)導(dǎo)航定位的用戶。服務(wù)區(qū)域在東經(jīng) 70～ 145度，北緯 5～ 55度范圍。定位精度為：平面 177。20m，高程 177。10m。 GPS 系統(tǒng)的組成 GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分 ——GPS衛(wèi)星星座；地面部分 ——地面監(jiān)控系統(tǒng)；用戶設(shè)備部分 ——GPS信號(hào)接受機(jī)。 GPS衛(wèi)星星座 由 21顆工作衛(wèi)星和 3顆備用衛(wèi)星組成 GPS衛(wèi)星星座，記作（ 21+3） GPS星座。 24顆衛(wèi)星均勻分布在 6個(gè)軌道平面內(nèi)，衛(wèi)星高度為 20200km， 軌道傾角為 55176。，各個(gè)軌道平面之間相距 60176。，即軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)各相差 60176。衛(wèi)星運(yùn)行周期為 11小時(shí) 58分（恒星時(shí) 12小時(shí)），載波頻率為 。 地面監(jiān)控系統(tǒng) GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)測(cè)部分由一個(gè)主控站，三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。對(duì)于導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)， GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷 —描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的參數(shù)算得的。每顆 GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè) 備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) —GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測(cè)各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差，然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。 GPS信號(hào)接受機(jī) GPS信號(hào)接受機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接受到的 GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出 GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接受機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出 GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間。 GPS 系統(tǒng) 的特點(diǎn) GPS定位技術(shù)的高度自動(dòng)化和所達(dá)到的定位精度為其在測(cè)量工作中的應(yīng)用，展現(xiàn)了廣闊的前景。 GPS定位技術(shù)相對(duì)于經(jīng)典的測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō)，這一新技術(shù)的主要特點(diǎn)如下： 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)論文 5 定位精度高 應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明 ， GPS相對(duì)定位精度在 50km以內(nèi)可達(dá) 106， 100～ 500km可達(dá) 107，1000km以上可達(dá) 109。在 300～ 1500m工程精密定位中， 1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面位置誤差小于 1mm，與 ME5000電磁波測(cè)距儀測(cè)定的邊長(zhǎng)比較，其邊長(zhǎng)較差最大為 ，較差中誤差為 。 觀測(cè)時(shí)間短 隨著 GPS系統(tǒng)的 不斷完善，軟件的不斷更新，目前， 20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需 15～ 20分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在 15km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需 1～ 2分鐘；動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站出發(fā)時(shí)觀測(cè) 1～ 2分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。 測(cè)站間無(wú)需通視 GPS測(cè)量不要求測(cè)站之間互相通視，只需測(cè)站上空開闊即可，因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。由于無(wú)需點(diǎn)間 通 視，點(diǎn)位位置可根據(jù)需要，可稀可密，使選點(diǎn)工作甚為靈活，也可省去經(jīng)典大地網(wǎng)中的轉(zhuǎn)算點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的測(cè)量工作。 可提供三維坐標(biāo) 經(jīng)典大地測(cè)量 將平面與高程采用不同方法分別施測(cè)。 GPS可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。目前 GPS水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。