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RTK技术在测量中的应用(答辩).doc

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RTK 技术 测量 中的 应用 答辩
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目: RTK 技术在地籍测量中的应用研究 资源工程学院第四项 开题报告2012 年 4 月 6 日论文(设计)题目:RTK 技术在地籍测量中的应用研究姓名 年级 08 级 所在院系 资源工程学院专业 测绘工程 指导教师2开展本课题的意义及工作内容:课题意义:随着城市的快速发展,为了适应城市及郊区的合理规划。地籍测量已经陆续的展开,那么相对于我们最原始的数字化成图来说,如何更好的应用 GPS RTK 技术已经成为我们开展测量的主要方向了。本课题要探讨的就是 GPS RTK 技术如何在德化县城地籍测量中的应用。在原有的地籍库中利用 D 级跟 E 级的控制点上,那么在图根方面我们就采用 RTK 技术进行四参数和七参数的校正,最后进行控制点的测量。 课题工作内容:(1)研究 RTK 技术的优缺点(2)探讨 RTK 技术在地籍控制中的应用。(3)探讨 RTK 技术的精度是否达到城镇地籍的精度要求(4)如何更好的再城镇地籍中最大化的应用 RTK 技术论文进度安排:4 月 1 日—4 月 6 日 整理论文的资料,在老师的指导下确定论文题目,并完成开题报告4 月 7 日—4 月 30 日 分析论文的材料,撰写论文提纲,修改开题报告,并开始着手论文写作。5 月 1 日—5 月 20 日 根据论文的提纲,完成论文的第一部分 RTK 技术的发展史、技术简介的写作,完成第二部分 RTK 在城市地籍控制网的应用,完成第三部分 RTK 技术的精度分析。形成初稿,并修改和完善初稿。并交予老师检查和批阅5 月 21 日—6 月 10 日 制作论文的 PPT,准备答辩的材料。预期达到的课题效果:通过对 GPS RTK 技术在城镇地籍测量中应用的研究,精度方面不管在水平面上的误差进行一个比较和分析。把相应的误差和结果进行对比,建立相应的测量工程文件。在测区进行图根控制点的测量和成果校验指导老师意见:签名(盖章):RTK 技术在地籍测量中的应用研究【摘要】:地籍测量是土地管理的重要依据,随着社会的不断发展,土地资源局及国民经济管理的需要,本文主要论述 RTK 技术在地籍测量中的相关应用。基于 RTK 做控制测量不受天气、地形、通视等条件的限制,控制测量操作简便、机动性强、效率高,而且 RTK 实测精度完全符合一级导线测量的精度要求,不存在误差积累问题。在其通过与全站仪的导线测量做相应的比较,最后分析其精度是否符合要求及其在地籍测量中的可行性和优缺点。【关键词】: RTK 技术;地籍测量;应用3目录1.引言 .................................................................................12.GPS 系统的发展历程 ....................................................................13.RTK 技术的简介 ........................................................................13.1RTK 技术的工作原理 ...................................................................13.2RTK 技术的构成 .......................................................................13.3GPS-RTK 技术在各方面领域的应用 .......................................................13.4RTK 技术的优缺点 .....................................................................14.RTK 技术在地籍控制网中的应用 ..........................................................14.1 测区概况及控制点布点分析 ............................................................14.2 坐标转换参数的求解 ..................................................................14.3 RTK 测量成果的质量控制 ..............................................................144.4 测区导线网的施测 ....................................................................14.5 测区碎步测量 ........................................................................14.6RTK 技术在碎步测量中的优势 ...........................................................15.RTK 技术精度分析 ......................................................................15.1RTK 技术精度指标分析 .................................................................15.2 RTK 技术精度分析 ....................................................................16.总结和前景 ...........................................................................16.1 连续性的参考基站 ....................................................................16.2 总结和展望 ..........................................................................1致谢 ..................................................................................11参考文献 ..............................................................................1111.引言地籍测量作为土地管理的依据,其工作内容主要包括地籍平面测量和高程测量,而地籍平面测量最为常规的测量方法就是运用全站仪导线法进行布设和控制,在全站仪导线控制网的基础上进行的地形地貌的常规测量。而其本身受到仪器精度的影响、导线测量时长段边长不一致等相关因素的影响导致了在做控制方面精度不够和控制点密度不够,并且全站仪导线测量受环境地形因素的影响比较大。那么随着社会的快速发展,测绘领域的扩大,全站仪导线测量其工作发面的效率已经达不到我们规划发展需要了。在 GPS 越来越普遍化得基础上,RTK 技术即将变为更加稳定更为适用的测量技术。其在精度方面已经达到了地籍控制点的精度要求,其实时定位的优点解决了 GPS 常规测量还需要的大量内业数据解算的工作量,这个是 GPS 技术在测量领域里面的一大跨越。也使得 RTK 技术慢慢的广泛应用到了国民生产当中。2.GPS 系统的发展历程1974 年至 1978 年在历经理论方案论证之后,在接下去的 9 年之间 RTK 得到了系统的论证,并且在 1988 年到 1993 进行了生产实验。3 个阶段的不断完善是的其技术在接下来的几年之间不断地成熟,在此阶段一共发射了 11 颗叫做 BLOCK I 的卫星。经近 20 几年我国测绘等部门的使用表明,GPS 以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点,赢得广大测绘工作者的信赖,并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地形变形监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科,其技术的不断完善和发展使得测量领域焕然一新。伴随着 GPS 技术的不断发展,电子硬件方面的不断完善,GPS 技术在各领域将得到广大的发挥。第一代导航型系统是 60 年代出现在美国的 NNSS 系统和 70 年代苏联建立的 CICADA,并且在 90 年代各自建立了自己的卫星导航系统。随着导航系统的不断发展,其为 RTK 技术的衍生和发展做了很好的基础工作基本参数为:卫星数 21+3,这些卫星在 6 个轨道平面上进行工作。卫星高度为 20200km,卫星重量为 843.68kg,其寿命在 7 年半。卫星在经过发射进入预定轨道之后,在太空中主要依靠太阳能电池板进行供电。每个卫星都有其推进系统以保持卫星能够更好的再轨道上运行。3.RTK 技术的简介3.1RTK 技术的工作原理实时动态(real time kinematic,RTK)测量系统,是 GPS 测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统,其以载波相位观测为依据的实时差分 GSP 测量技术。实时动态的基本原理是在基准站上 GPS 接收机,同步接收来自空间可见的各种卫星发射的载波信号。RTK 技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术,RTK 定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值,相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机 [1],数据量比较大,一般都要求 9600 的波特率,这在无线电上不难实现。用户部分,利用 GPS 接收机接收卫星信号的同时,通过无线电传输设备,接收基站传出的的数据, 然后根据相对定位的原理, 实时地计算并显示用户站的三维坐标,高精度的定位方法可以达到厘米级别。其接收的原理如下面示意图见图 2-12图 2-1 RTK 接收原理示意图3.2RTK 技术的构成GPS-RTK 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。接收机分为两台,一台安置在基准站,一台就是用户自身的流动站。那么基准站可安置于测区精度较高的控制点上,或者安置在测区内海拔较高的位置,然后采用测区内大面积范围内的四参数求解也是可行的。数据传输系统简称数据连接,它是利用调制解调器将有关的数据进行编码达到实时动态测量。另外一个就是软件系统,于流动站间,为了能够实时的解算当前数据,并进行数据转换和参数的求解。下面就是其进行实时解算的工作流程。见下图 2-2图 2-2 RTK 系统数据流程图33.3GPS-RTK 技术在各方面领域的应用随着科技的快速发展,GPS-RTK 技术已经在测量领域里面得到了广泛的应用。其与传统测量两者相结合在测量上发挥着重要的作用并提高了作业效率。传统的测量受到的环境因素多,不便于灵活化,而 RTK 技术布点灵活解决了全站仪导线测量的这个缺陷。其实时的动态测量可以实时的知道点位精度及点位坐标。3.3.1RTK 在矿山勘测定界中的应用利用 GPS-RTK 技术可实时地测定界桩位置,确定矿山区域界限使用范围,计算矿山用地面积,这对于身处丘陵,山地或高山峻岭,而又缺少 GPS 控制或国家控制点的矿山矿权实地核查,及其实用及便利用RTK 技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样,建设用地勘测定界中的面积量算,由 RTK 仪器中的面积计算功能就可以直接求得面积,同事也会进行检核。解决了常规放样复杂的程序和步骤,简化矿山矿权核查及矿山勘测定界的工作程序,大大提高了工作效率。3.3.2RTK 在工程测量中应用RTK 在工程的应用算是比较广泛,比如其在地形测图、碎步测量、水域测量还有工程施工放样。这些都可以在 RTK 的技术上进行实施。从而简化了在测站上摆全站仪,解决了测站之间的通视问题3.4RTK 技术的优缺点传统的测量受到了地形、气候、季节等因素的影响大。使得测量的精度和工作效率受到了很大程度上的限制,但是 RTK 技术解决了这个问题。RTK 技术在控制方面无需测站通视,而且地形比较复杂的地方方便进行数据的采集,便于实现自动化。其作业精度高、作业强度大、快速的数据传输和数据解算能够及时的知道点位精度误差和点位坐标。但是,RTK 技术又受到了卫星和仪器本身的误差限制。我们知道 RTK 技术测量得到的点位坐标是 WGS84 空间坐标,参考站一般以一个 WGS84 坐标作为起始值来发射,实时地计算点位误差并由电台发射出去,流动站同步接收 WGS84 坐标并通过电台来接收参考站的数据,条件满足后就可达到固定解,流动站就可实时得到高精度的相对于参考站的 WGS84 三维坐标,这样就保证了参考站与流动站之间的测量精度。尽管如此,由于测区受到控制网形布设等因素。RTK 在水平和高程上存在着相对的残差,残差部分包括在允许的值和不允许值内,仪器本身就是个主要误差。当然加上了气候,能接收到的卫星数的影响。使得个别位置如树木茂盛的位置,空间范围狭窄等其接受的数值只能达到浮点解,针对这样的地籍碎步测量其误差值在 20cm 左右的范围内是被允许的,其测量值与实际点位位置的误差是相当的。4.RTK 技术在地籍控制网中的应用4.1 测区概况及控制点布点分析那么根据布网的要求来说,在市区中心的话 100—200 米布设图根点,在郊区布设 200—300 米布设控制点的原则进行布设控制点。但是考虑到我们利用 RTK 进行图根控测量的话,要保证精度和可行性分析的话。可以适当根据我们的要求进行布设。而且,这边布设的国家三级点也比较近的关系。那么其精度要求是:图根点的相对于图根起算点的点位中误差,不得大于图上 0.1cm,当图根点的密度不够,需要增加测站点时,测站点相对于图根点得点位中误差不得大于图上 0.3mm;高程中误差不得大于 1/10 等高距。永久性的图根点沿着县城的主要街道,铁路,公路,大车路、乡村道路、工厂内的内部道路、沟渠、田埂布设。点位设在十字路口的交叉中心、重要文物单位面前的路口处。道路上的点得标记:用直径 20mm 刻有十字叉的铆钉打入地面。沟渠、田埂则用我们的水泥做埋石的图根点。其规格:15*15cm,下底为 30*30cm。临时的图根点可以用木桩打入地面。以下是图根控制点的指点要求,见图 4-14、20、 D、E、、、、、、、D、E、、、、、D、E、(、cm、D、E、、、、、、、、、、、、图 4-1 控制点的埋设要求4.2 坐标转换参数的求解对于一定区域内的工程测量 ,要进行测区坐标的转换和求解测区的参数 ,这样才能应用到测区,并建立测区的坐标系统。转换参数的求解在理论上削弱了变形影响 ,使得我们采集的数据更为安全可靠。通常采用两种方法进行点校正:一是直接采集 ,就是利用基站的 WGS84 坐标直接从手簿中读取 ,然后将流动站安置于控制点上采集控制点的 WGS84 坐标 然后在手簿上求得测区的坐标转换参数;第二种是利用测区已有的 GPS 静态采集的数据,直接将测区高级控制点的 WGS84 坐标和地方坐标输入到手簿进行测区四参数或者七参数的求解。控制点的选取要均匀性和完整覆盖测区,控制点数量要能够知道数据残差。经过多次的检核和实践得出以下结论:直接的控制点 WGS84 坐标求解转换参数在精度上优于现场上点采集 [1]。采用以上两种方法对测区的控制网点进行平面和高程残差的校正。总体来说对于测区控制网为 GPS 控制成果的 ,采用之前已有的 WGS84 坐标进行点校正这样会得到更好的数据。54.3 RTK 测量成果的质量控制分析和实际应用都可知,RTK 确定整周模糊度的可靠性最高为 95%~99%,RTK 比 GPS 静态测量还多出部分误差原因如数据链传输误差等。和 GPS 静态测量相比,RTK 测量更容易出错,在实际应用中一定进行质量控制。其质量控制的方法主要有:4.3.1 测区已知点校验法在测区布测导线网时,利用用静态 GPS、莱卡 TCR805 全站仪、水准仪多测出部分控制点(GPS 控制点、图根点、水准点),然后用 RTK 测量出这些控制点的三维坐标进行校验和比对,如果有什么数据的误差或者数据错误之类的问题能够尽快的解决。4.3.2 多次测量校验法仪器架好校正完了之后,首先在测区拥有的已知点上利用 RTK 进行点的测量或在高精度的 E 级控制点上进行重复的测量以到达更准确的检验,把坐标和已知的点位坐标进行比对,确认无误后才可以进行 RTK 的测量。上述的两个方法中,尽管测区已知点校验方法最可靠,但毕竟在测区里面的控制点不是非常的多,因此在没有控制点的地方必要用已知点校验的方法来查验测量成果。当然利用全站仪进行数据的检核也是可以的,这样能够保证数据时准确性。实践证明,采用这几种方法进行质量控制,确实发现部分难题,同时也得到很好的效果。4.4 测区导线网的施测为了保证我们的精度要求和导线网的点位密度,测区已有的 4 个静态 GPS 控制点。那么在进行导线测量的之前,我们对 RTK 的基站和移动站作相应的一些选择和设置4.4.1 基站的设置首先,基站是信号发射和接受的载体,我们在进行测量时,基站应该尽量选取在测区的中央 ,避免高压的干扰,加上要获得更稳定的信号应该要注意避免移动信号塔、电池波的影响、要避开四周的障碍物使其获得更好的接收距离。在基站的上方不得有遮挡 ,并且因为水的反射要注意尽量避开水面、避开平坦光滑的地面及平整的建筑物表面。基准站的卫星截止高度角设置不应小于 10°。在保障基站能够更有效的接受卫星信号,这样就能提高基站接收卫星信号的质量、避免造成多方面的信号干扰及信号影响。4.4.2 移动站的设置利用 RTK 进行测区导线网的测量可以不需要通视。就现在的 RTK 技术,我们采用卫星的高度角不超过 13 度以保证能够接收到更好的信号,根据手簿上的星图可以看出 RTK 具备着能够屏蔽分布在地球上空,可接收距离之外也就是在边缘的卫星 ,要保证 RTK 能够稳定的接受信号就必须保证天线的稳定,并且设置接接收的格式为 CRM、接受端口 COM1、PDOP 的值在 3 之内、设置信噪比在 30 以上 ,剔除信噪比在 30 以下的卫星 ,保证仪器能够稳定得接收信号 ,使得我们测量所得到的数据更加的精确。在进行测量时仪器要进行信度的设置,基本是设置在 99 . 9%,在移动站稳定,手簿现实固定解的状态而且平面残差 HRMS≤0.02, 高程残差 VRMS≤0.02 时方可采集数据或进行放样 [6]。如果在信号还显示不是非常的稳定的情况下 ,可以采用信号阻断的方法:在短时间内把移动站在开机状态下倒置 ,阻断其接受卫星信号 ,然后重新掉转天线 ,再手簿设置连接机头 ,在这样的情况之下一边都会使接受的信号更加的稳定。信号连接的同时能够获取更准确的数据.避免因信号不稳定造成的误差。这样就可以进行图根点的测量。以下是图根测量成果见表 4-16表 4-1 测区控制点成果表点号 第一次坐标(m) 第二次坐标(m) 中数(m)X1 Y1 X2 Y2 X YT2 2850276.045 39621422.637 2850276.041 39621422.635 2850276.043 39621422.636T3 2850297.948 39621283.641 2850297.952 39621283.639 2850297.950 39621283.640T4 2850331.212 39621603.393 2850331.214 39621603.395 2850331.213 39621603.394T5 2850397.839 39621658.932 2850397.841 39621658.930 2850397.840 39621658.931T6 2850473.428 39621707.188 2850473.430 39621707.192 2850473.429 39621707.190T7 2850528.868 39621902.973 2850528.870 39621902.971 2850528.869 39621902.972T8 2850673.160 39621925.085 2850673.162 39621925.083 2850673.161 39621925.084T9 2850846.067 39621960.056 2850846.065 39621960.058 2850846.066 39621960.057T10 2851032.764 39621974.552 2851032.766 39621974.550 2851032.765 39621974.551T11 2851157.650 39621986.247 2851157.654 39621986.249 2851157.652 39621986.248T12 2850027.749 39621458.952 2850027.747 39621458.954 2850027.748 39621458.953T13 2849985.284 39621370.034 2849985.280 39621370.038 2849985.282 39621370.036T14 2849823.280 39621330.605 2849823.278 39621330.607 2849823.279 39621330.606T15 2850387.352 39621204.013 2850387.350 39621204.015 2850387.351 39621204.014T16 2850489.977 39621129.064 2850489.973 39621129.066 2850489.975 39621129.065T18 2850285.645 39620936.254 2850285.647 39620936.256 2850285.646 39620936.255T17 2850386.867 39621019.581 2850386.869 39621019.585 2850386.868 39621019.5834.5 测区碎步测量4.5.1 测区参数的校正通常我们在进行碎步测量的时候,我们要进行参数的转换,参数转换一般分两种形式:平面坐标系之间的转换:四参数、校正参数。椭球体之间的转换: 三参数,七参数。我们把基准站架设在测区内相对地势较高的位置。可以假设在已知点的图根点上、或者架设在未知点上。设置好 GPS 主机工作模式打开手簿软件、连接基准站、新建项目、设置坐标系统参数、设置好基准站参数,使基准站发射差分信号。连接移动站,设置移动站,使得移动站接收到基准站的差分数据,并达到固定解 [5]。移动站到测区已知点上测量出窄带固定解状态下的已知点原始坐标。根据已知点的原始坐标和当地坐标求解出两个坐标系之间的转换参数。打开坐标转换参数,则 RTK 测出的原始坐标会自动转换成当地坐标。到另外你至少一个已知点检查所得到的当地坐标是否正确。在当地坐标系下进行测量,放样等操作,得到当地坐标系下的坐标数据。将坐标数据在手簿中进行坐标格式转换,得到想要的坐标数据格式。将数据 ActiveSync 软件传输到电脑中,进行后续成图操作。4.5.2 参数校正步骤只有一个 BJ-54、国家-80 坐标或只有一个和 WGS-84 坐标系旋转很小的坐标系下的坐标,基准站架设好后,移动站可以直接到一个已知点,点击【点校验】--【计算】,采集当前点的 WGS-84 坐标,输入已知点的当地坐标,点击【计算】,得出已知坐标和当前坐标的改正量 dx、dy、dz,点击【应用】可应用校验参数,应用后所采点的坐标将自动通过校验参数改正为和已知点同一坐标系统的坐标。进而可以进行碎步测量工作4.5.3 外业数据采集在经过测区的四参数校正之后我们就可以进行碎步测量,基于 RTK 的优势,我们在进行采集的时候要注意隐蔽地区的测量。比如在进行坎的测量时,其进度相对要求是比较低。这样的话就要求在进行测量是 VNS 和 VRS 只要保证在浮点 20 共分之内。外业采集的数据要进行坐标 X、Y 的位置对换才能展到软件里面,以下是外业采集的数据见图 4-2
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