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浅谈 RTK 技术 测量 中的 应用
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1龙岩学院毕业论文题 目:浅谈 RTK 技术在地籍测量中的应用 二 0 一六年六月三日浅谈 RTK 技术在地籍测量中的应用摘要:随着社会的进步,科技的的飞速发展,地籍测量的方法也得到不断的更新,而 RTK作为一种新兴的 GPS测量方法,也得到了广泛的应用。本文具体探讨了关于 GPS RTK技术的一些基本知识、技术特征2和使用的情况、阐述了地籍测量的一些相关知识和 GPS RTK在地籍测量中的相关应用,并简单介绍了一些RTK技术在地籍测量中的应用方法。关键词:GPS RTK;地籍测量;应用;误差;精度目录1.绪论 ......................................................................................................................................................41.1 引言 ................................................................................................................................................41. 2 GPS 与 RTK 技术 .............................................................................................................................41. 2. 1 GPS 系统 ............................................................................................................................41.2.2 GPS 特点 ............................................................................................................................531.2.3 RTK 技术 ............................................................................................................................61.2.4 GPS-RTK 定位原理 ............................................................................................................62.地籍控制测量 ......................................................................................................................................72.1 地籍控制网的布网原则 ................................................................................................................72.1.1 地籍控制网的基本要求 ...................................................................................................72.1.2 首级控制网的布设 ...........................................................................................................72.1.3 加密控制网的布设 ...........................................................................................................72.2 地籍控制网的形式及其选择 ........................................................................................................83.GPS RTK 在地籍测量中的应用 .........................................................................................................83.1 基准站观测点位的选择和设置 ....................................................................................................83.1.1 点位的选择 .......................................................................................................................83.1.2 基准站的设置 ...................................................................................................................83.1.3 基准站运行时的要求 .......................................................................................................83.2 流动站的设置和初始化 ...............................................................................................................93.2.1 流动站的设置 ...................................................................................................................93.2.2 RTK 流动站的初始化 ........................................................................................................93. 3 RTK 在地籍测量中的相关测量 ....................................................................................................93. 3. 1 地籍控制测量的应用 ....................................................................................................93. 3. 2 地籍碎步测量的应用 ......................................................................................................93.3.3 土地勘测定界中的应用 ..................................................................................................94.GPS RTK 在地籍测量中的应用实例分析 .........................................................................................105.结束语 ................................................................................................................................................11参考文献 ................................................................................................................................................11英文摘要 ................................................................................................................................................12致谢 ........................................................................................................................................................131 绪论1.1 引言地籍测量是一项系统、伟大且复杂的测绘工程,特别是随着测量技术的发展进步,传4统的测量方法已经无法很好地满足地籍测量的要求,而 GPS RTK 技术作为现如今最为优秀的测量技术,它以其精度高、实效性、速度快、全天候、无需通视等优点, 被广泛地应用于地籍测量的工作中。在现代测量中,该技术主要应用于以下几个方面:RTK 技术大部分应用于碎部测量,道路断面测量,而 GPS 则被普遍地应用于控制测量等。文章主要阐述了GPS RTK 技术在地籍测量中的一些广泛应用。随着社会科技的进步与发展,近几年中,RTK 技术也有了独当一面的能力,并且也对传统的地籍测量产生了很大的影响,其转变可以概括为:将多数人合作才能完成的测绘工作转变为一个人就能完成的任务。RTK 技术装置只需要一个人便能操作使用,并且在点与点之间无法通视的情况下也能够准确地测出地籍图。以至于甚至不用布设控制点,只要拥有一定数目的基准点便可以快速地观测出待定点的坐标,而且测出一个待定点坐标仅需若干秒便可准确地完成,大大提高了野外测量工作的效率。1.2 GPS 与 RTK 技术 1.2.1 GPS 系统作为世界上公认为技术最成熟、设备最完善的卫星定位系统与导航系统,GPS 以全天候工作、定位精度高、多功能、操作简便、应用广泛等显著特点, 获得了广大测量工作者的信任,并且在测绘领域卷起了一场新兴的技术风暴。图 1-1 GPS 系统结构图1.2.2 GPS 特点5现在,人们已经通过 GPS 系统进行了许多的导航及定位研究,其主要特点如下:(1)功能丰富,用途广泛GPS 系统不仅能够用于测量,导航,还能够用于测时及授时。(2)定位精度高GPS 技术为各类用户提供导航信息的精度如下表 1-1。随着 GPS 技术不断地发展提高,在未来,其定位的准确性也将会得到质的飞跃。表 1-1 GPS 技术的精度所应用的测距码 P 码 C∕A 码单点定位∕m 5--10 20--40差分定位∕m 1 3--5测速∕(m∕s) 0.1 0.3测时∕ns 100 500(3)实时定位 使用全球定位技术进行导航定位,便可以确定运动目标的高程和平面位置。这样,不但可实时确定运动载体的具体位置,亦可帮助人们出行时选择最佳航线。而且为一些军事上动态目标的导航,有重要作用。1.2.3 RTK 技术RTK 技术:是凭借载波相位差分技术将测站点坐标转化为指定坐标系中的位置的三维定位技术 [3] 。图 1-2 GPS 仪器1.2.4 GPS RTK 定位原理6GPS RTK 有静态测量和动态测量的方法。其中静态测量方法:将现场记录观测到的数据,直接通过内业处理,便可以获得观测点的坐标的方法。动态测量方法:将现场记录观测到的数据通过使用 GPS 载波相位差分技术实时获得观测点的坐标的方法。从这两种方法可以看出,在实时定位方面,动态测量方法比静态测量方法要更加优越。为了简化工作程序,能实时的测出数据,在实际测量中,我们都是用动态测量的,其在施工现场也得到了成功的运用,并且其测量精度也是很高的 [4]。通过载波相位差分技术,GPS RTK 能够实时获得观测点位的坐标,而它使用的差分方法则是 GPS 差分方法中的相位差分法,该技术是通过基准站向流动站发出改正数,等流动站接收信号之后,然后对其观测成果进行修正,从而可以获得高精度的定位结果 [5]。GPS RTK 技术的出现极大提升了测量作业的效率,因此广受测绘人员的喜爱。其工作原理如图 1-3 所示:2 地籍控制测量2.1 地籍控制网布网原则72.1.1 地籍控制网的基本要求地籍控制测量是日常测量工作中相当重要的一部分,为了能够更快更好地进行地籍控制测量工作,由于日常地籍测量工作的需要 [6],所以在地籍控制测量中需要布设地籍控制网,其布设的基本要求有以下三点:1.应达到测定界址点对坐标精度的要求;2.应达到观测区域内对地籍控制测量作业的要求;3.在点位埋设方面应该满足日常地籍管理工作上的要求。2.1.2 首 级 控 制 网 的 布 设在布设首级地籍控制网的作业过程中,我们要尽量做到能够覆盖中长期的城市规划区域。因此,在选择首级地籍控制网的时候,我们要优先选择使用 GPS 网的形式来布设地籍控制网。如果遇到特殊情况,此时便可以采取导线网、边角网等几种方法来进行布设。2.1.3 加 密 控 制 网 的 布 设在布设加密控制网时,我们可能会遇到很多的情况。例如,所需要布设的区域面积比较大,并且按照规范要求进行一次性整体布设控制网作业时,此时我们可以采用 GPS 网来进行布设。我们在布设控制网的时候,当导线长度超过了规定要求,此时应该布设成结点网。2.2 地 籍 控 制 网 的 形 式 及 其 选 择地籍控制网的布设形式有三边网、三角网、导线网以及边角网等。当然,地籍控制网的布设形式也必须要按照实际的情况来做决定。在城镇地区,由于建筑物高度高,密集程度大,这些因素都很有可能对观测的结果造成影响,所以此时不应采用导线控制网,反而可以通过地籍图根控制网来进行布设。但是,无论布设成哪一种形式的控制网,我们都需要注意以下几点要求:⑴GPS 网中,应以每个设站点至少能够独立观测两次的基本原则来进行布网。⑵在 GPS 网中,不允许存在自由基线。⑶在 GPS 网闭合条件中,要控制基线数目。⑷GPS 点应该设在整体条件较好的位置。3 GPS RTK 在地籍测量中的应用3.1 基准站观测点位的选择和设置3.1.1 点位的选择我们在准备测进行量之前应当将基准站设置在一个视线开阔且没有遮挡的点位上,例如设置在楼顶上,这样就能够保证 RTK 在工作期间能接收到足够数量的卫星。如果在测区范围内存在高等级控制点,例如 GPS 永久性跟踪站,此时,我们应考虑优先将这些点位作为基准站来使用 [8] 。3.1.2 基准站的设置在确保各个部件连接准确无误的前提下,接通电源并打开掌上电脑,然后对接收机进行相关的设置。由于流动站的坐标是用基准站确定,然后通过流动站的接收机计算得出的,因此,我们首先要获得基准站的平面坐标以及高程坐标,然后便可以确定天线高的中心位置。3.1.3 基准站运行时的要求8①在基准站正常运行的状态下,通过关闭基准站的手持控制器可以节省其电量。②为了减少外界因素对仪器本身造成损伤,我们应尽量避免仪器被雨淋湿或者遭受长时间的暴晒。③在仪器正常运行的条件下,为了最大限度避免仪器遭到破坏,仪器应处在测量作业人员的视线范围内,并且测量作业人员还需要定时查看仪器的工作状态,做到实时记录、报告并及时处理发生的异常情况。④我们可以通过双电源电池来对 GPS 设备和 RTK 设备进行供电。在各项工作顺利完成之后,我们仍需要对基准站进行充分地检查,检查基准站的系统是否仍然能够正常运行,是否能够正常接收卫星信号,接收到的卫星数目是否满足条件,基准站电台是否能够正常地进行数据传输。在基准站的各项都能正常运行的前提条件下,测量作业人员便可以进行观测。3.2 流动站的设置和初始化3.2.1 流动站的设置在流动站上,先将 GPS 天线安置在测杆上,量测并记录 GPS 天线高、安置电台天线、连接各个部件、安装好掌上电脑,最后将流动站的设置改为 RTK 作业模式。3.2.2 RTK 流动站的初始化流动站的初始化是在进行测量作业之前非常重要的步骤,它能解决整周模糊度的问题。因此,在进行任何测量作业之前,都要对流动站系统进行初始化操作 [9] 。流动站系统的初始化是自动化进行的,并且它所消耗的时间与周围的环境是相关的。如果能够在视野开阔没有遮挡物而且还能够接收到五颗以上的卫星信号,那么就可以加快完成初始化的操作流程。3.3 RTK 在地籍测量中的相关测量3.3.1 地籍控制测量的应用RTK 在地籍测量中的应用分为两部分:一是图根控制测量,二是碎部测量。一般会选在较为空旷的的地区,由于遮挡物相对比较少,就可以使用 RTK 技术进行碎部测量,而在居住区内,建筑物数量太多且建筑物的构造一般也比较复杂,此时再用 RTK 技术做碎部测量工作量过大,在这种情形下先采用 RTK 做图根控制测量得到图根点的实时三维坐标,接着再使用全站仪进行碎部测量。RTK 技术在地籍测量中的应用还是很广泛的,在地籍控制测量中,首级控制网不但可以采用边角网、导线网、三角网等布设形式,而且还可以采用 GPS 定位技术来确定控制点的位置。3.3.2 地籍碎部测量的应用在地籍碎部测量中,使用 RTK 技术与使用全站仪相比,前者在地籍碎部测量当中有着采点速度快、作用范围大、可进行单人操作等优势。使用 RTK 进行地籍测量中的碎部测量时,可以不需要进行图根控制测量而是直接利用测区范围内已有的一些基准点进行各个碎部点的测量。在安置好基准站并且输入必要的已知数据后便可以直接进行碎部测量。一般情况下在较为空旷的地区,地形地物比较少且构造简单的地区可以直接用 RTK 进行碎部测量。RTK 的定位方法在碎部测量中也存在不足之处。主要体现在以下两点:①GPS 接收机必须能够接收到信号才能正常运作。9②在建筑物非常密集、树木繁密、障碍物比较多的地方进行作业时,我们往往不能靠近被测物体,在遇到这种情况后,我们需要根据现场的实际情况将 GPS RTK 技术与传统的测量方法相结合来进行观测。3.3.3 土地勘测定界中的应用土地勘测定界测量的工作任务是确定土地使用界线范围,测定界桩位置,测量使用界线范围、计算所测范围面积等。在接收卫星信号与基准站发射的改正信号时,RTK 可以通过解码从而获得定位数据。4 GPS RTK 在地籍测量中的应用实例4.1 GPS RTK 在地籍测量中的应用实例分析实验名称:厦门市翔安区新店镇的地籍控制测量实验目的:研究GPS RTK在地籍控制测量中的应用测区概况:作业范围为176km 2,该区视野开阔、交通便利、无高大建筑物、接收信号良好实验内容:选取RTK(1+1)的模式,在该区四周选设一个基准站(编号为S)和6个观测点(编号分别为A1~A6),采用边连式进行观测。并将RTK与静态 GPS测量结果相比较,如表4-1所示。表4-1 点位精度比较点名 $X/m $Y/m $Z/m 点名 $X/m $Y/m $Z/mA1 0.009 0.002 -0.003 A4 0.003 0.000 -0.002A2 0.011 0.008 -0.004 A5 -0.020 -0.010 -0.001A3 0.004 0.012 -0.004 A6 -0.042 -0.007 -0.010实验结论:从表4-1可以看出 ,RTK与静态GPS的较差在1~2cm 。根据控制测量规范要求,N级导线点的点位误差为±5cm,在其误差范围之内,所以GPS RTK技术在地籍控制测量的应用是可行的。4.2 GPS RTK在界址点测量中的应用实例分析实验名称:厦门翔安区马巷镇的界址点测量实验目的:研究GPS RTK在界址点测量中的应用测区概况:测区范围为132km 2,该区视野开阔、交通较好、有较少高大建筑物、接收信号的能力良好实验内容:选取1个RTK测量基准网点C,将其设置为基准站,在距离基准站13km 的范围内选取宗地权属界址点12个(编号为D1 ~D12 )。并采用静态 GPS测量技术、全站仪对选定的12个界址点进行测量,采集好数据以后,经内业处理得到界址点坐标较差结果,如表4-2所示:10表4-2 界址点坐标较差结果点名 $X/m $Y/m $Z/m 点名 $X/m $Y/m $Z/mD1 0.003 0.009 0.013 D7 -0.001 0.002 -0.012D2 0.010 0.004 0.012 D8 0.023 0.001 -0.012D3 0.011 -0.020 -0.003 D9 0.004 0.006 0.001D4 0.024 0.001 0.002 D10 0.003 0.004 0.004D5 0.005 0.003 0.003 D11 0.033 0.013 0.005D6 -0.001 -0.007 -0.005 D12 0.025 0.008 0.020实验结论: 从表4-2可以看出 ,RTK碎部测量的精度在5cm 以下,而其界址点允许误差在10~15cm,在误差范围之内,满足其需求。所以GPS RTK能够应用于界址点的测量,且省时省力。5 结束语 相对传统的测量方法而言,GPS RTK技术在地籍测量中不但极大地减少了人力与物力的消耗,并且还能够加快测量工作的进度以及提高成果的精度,对测绘行业的发展进步做出了极大的贡献。GPS RTK测量技术的普遍应用使得地籍测量的精度、测量作业的效率达到了质的飞跃,大大地加快了城镇地区地籍信息系统的管理与建设。其在地籍测量中的优势有以下几点:①减少了人力物力。GPS仅需要一个人来便可进行操作,在完成初始化之后,短时间内即可完成测量工作;②定位精度高,且测站点之间无需通视。即便在没有已知基准控制点的区域也能进行高精度的定位计算,不受视线的影响;③操作简单方便,易使用。随着GPS 接收机不断地进步发展,其自动化程度变得也越来越高,体积越来越小,携带也更加方便;④采点速度较快。由于RTK不需要通视,减少了做控制和换站的工作量,故而采点速度较快;⑤能够全天候、全天时地进行测量作业。在地籍测量的工作中采用GPS RTK测量技术,能够有效地提高地籍测量的技术与效率,保证成图精度,极大地促进了地籍信息系统的发展与地籍管理水平的提高,并且为后续的规划安排和工作调整提供了基础资料,造成了较好的经济和社会效益。6 参考文献[1]张立峰等.3S 技术及其在道路测绘中的应用[J].《中国高新技术企业》.2008.[2]王智杰等.测绘工程中 GPS-RTK 技术在数字化测量中的应用[J].《中国科技信息》,2012.[3]徐绍铨.张华海,杨志强.GPS 测量原理及应用[M ].武汉:武汉大学出版社,1998. [4]李天文.GPS 原理及应用[M ].北京:科学出版社, 2003.[5]张述清.杨润书,朱明.GPS-RTK 技术在地籍测量中的应用研究[J].昆明理工大学学报,2007.[6]詹长根.现代地籍测量技术[J].测绘信息与工程,2004,29(3):42-44.
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