有关RTK在公路施工测量中的应用毕业论文写作资料-论文写作网

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测量误差论文范文

（湖南省第一测绘院,湖南衡阳 421008 ）摘要：文章介绍了RTK的定位原理以及RTK技术在公路施工测量中的应用.在使用条件允许的情况下,应用RTK技术能够快速、高精度地完成工作.文章还分析了影响RTK测量精度的因素,得出了有益的结论.

关键词：GPS；RTK；公路施工测量；基准站；流动站

中图分类号：P228　　　　　　文献标识码：A　　　　　　文章编号：1009-2374（2010）12-0176-03

一般的工程建设,基本上可以分为三个阶段,即规划设计阶段,建筑施工阶段与运营管理阶段.这里主要介绍一下工程建设施工阶段的测量工作.每项工程的建设,经过讨论,审查和批准之后,即进入施工阶段.这时,首先要将所设计的工程建筑物,按照施工的要求在现场标定出来（即所谓定线放样）,作为实地修建的依据.为此,要根据工地的地形,工程的性质以及施工的组织与计划等,建立不同形式的施工控制网,作为定线放样的基础.然后再按照施工的需要,采用各种不同的放样方法,将图纸上所设计的内容转移到实地.所以这一部分就包括了施工控制网的建立和定线放样工作两大部分.而本文中重点介绍的道路施工测量是指道路施工过程中所要进行的测量工作,主要包括：道路复测、中线测量、纵断面图测量、边桩和边坡放样、高程放样和沉降观测等.在近十几年主要运用全站仪、水准仪、经纬仪进行道路施工测量；近年来GPS（Global Positioning System）技术的快速发展,普遍应用于各个行业的测量工作.本文将主要论述GPS RTK技术在公路施工测量中的应用.

一、RTK定位原理

GPS RTK是一种全天候、全方位的新型测量系统,是目前实时、准确地确定近距离待测点位置的最佳方式之一,是基于载波相位观测值的实时动态定位技术.它需要一台基准站接收机和一台或多台流动站接收机,以及用于数据传输的电台.RTK定位技术是将基准站的相位观测数据及坐标信息通过数据链方式及时发送给动态用户,动态用户将通过数据链传输的基准站数据连同自采集的相位观测数据进行实时差分处理,从而获得动态用户的实时三维位置.

GPS RTK的配置：（1）基准站.基准站由GPS双（单）频接收机、GPS天线、天线、电源,脚架等部分组成；（2）流动站.流动站由GPS双（单）频接收机、GPS天线、天线、电源,背包、HUSKY手控器、对中杆等组成.由于GPS RTK作业过程中,流动站一般将GPS接收机和电台背在背部,为了便于建立测量项目、建立坐标系统、设置测量形式和参数、设置电台参数、实时阅读、存储测量坐标和精度、设计放样坐标和参数、指导放样等,一般采用手持式的电子手簿比较方便；（3）数据链及支持实时动态差分的软件系统及各项工程测量应用功能模块.

基准站接收机设在具有已知坐标的参考点位上,连续接收所有可视GPS卫星信号,并将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态通过数据链发送出去.

流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据,通过OTF算法解求载波相位整周模糊度,再通过相对定位模型获取所在点相对基准站的坐标和精度指标.

二、RTK测量的精度分析

RTK技术在测绘工作中的应用前景光明,应用范围也很广泛.因此,对其测量精度进行分析就显得非常重要.影响RTK测量精度的因素很多,如整周模糊度在航解算的不同算法导致的不同精度的结果,但算法问题比较复杂,且前文已列出几种算法,在这里就不再分析了.

(一)RTK测量的误差来源

应用GPS RTK技术测量时,其误差来源是多方面的,如卫星星历误差、卫星钟误差等,还有在作业时的对中误差等,这里就作业时需引起注意的几方面作一阐述：

1．与GPS卫星及信号传播有关的误差.（1）与卫星有关的误差.1）卫星星历误差.即由星历所给出的卫星在空间的位置与实际位置之差；2）卫星钟误差.包括由钟差、频偏、频漂等产生的误差,也包含钟的随机误差；相对论效应,即由于卫星钟和接收机钟所处的状态（运动速度和重力位）不同而引起卫星钟和接收机钟之间产生相对钟误差的现象.（2）与信号传播有关的误差.1）多路径效应的影响对使用RTK来讲是很大的,因为观测时间较短,尽管硬件和软件能降低这种影响,但是在树林边,河边等一些敏感地段测放中线时,适当延长观测时间还是有必要的；2）电离层影响.一般来讲双频观测能抵消大部分的电离层的影响,值得注意的是,在流动站与参考站之间的高差较大或距离较远时,或者卫星高度角较小时,这种误差能达到5～10cm.这些在作业时应尽量避免.这些误差通过差分处理,基本可以消除.

2．与RTK系统有关的误差.目前国内市场RTK品牌很多,但是各种RTK系统都会影响所测结果的质量,设备的优劣不仅影响测量精度,而且也影响成果的可靠性.RTK系统的影响因子主要包括数据链、天线类型和处理软件等.

大多数RTK都采用自备无线电数据链,但无线电的传输距离受到地形,地物等外界条件的制约,各种干扰将会带来很多麻烦,弱信号或受干扰的信号将给解算模糊值和保持模糊值不变增加很多困难.

GPS天线存在两种误差：物理相位中心与天线相位中心之间的误差；天线相位中心变化误差（PCV）.当基准站和流动站都使用同一类型的天线时,这两种误差可基本消除,否则PCV可能在几毫米到几厘米之间变化,相位中心的偏差可以达到几分米.基准站和流动站使用不同类型的天线时,在不理想的环境下将导致观测结果精度降低,甚至无法解算模糊值.

各种RTK系统基本上都使用自己的软件处理数据,目前有很多解算模糊值的方法,不同软件采用的是不同的算法,在解算模糊值的可靠性方面,各种算法都有其优缺点.各种软件之间的另一差别是控制观测值的方法,例如允许最少星数,允许最大PDOP（Position Dilution of Precision）值,算出坐标的限差等.

3．与环境有关的误差.环境对RTK影响的因素主要有地形、基准站和流动站之间的障碍物、平面覆盖、电波干扰等.

测点周围的地形会直接影响观测值的质量.地形的起伏将影响无线电信号的传播,为了使无线电信号具有最大的覆盖范围,数据链发射台应设在制高点上,基准站设在制高点上也能保证观测到足够多的GPS卫星.

基准站和流动站之间的障碍物具有两种影响,一方面它能使无线电信号中断,导致流动站的模糊值丢失；另一方面这些障碍物能反射无线电信号.

地面建筑物和树木的遮挡,将影响卫星的可见性,当测点靠近房屋或树木时,共同星数将急剧下降,卫星图形也将变坏.当卫星信号受天线附近的地形影响,经一次或多次反射后到达天线时,将产生多径误差.电波干扰能引起信号中断,甚至卫星失锁.输电线、蜂房电话、电站、电台、电视发射台、雷达站等都会产生这种电波干扰.

4．与观测方案有关的误差.观测方案将对RTK结果的质量和可靠性产生重大影响.观测方案的主要内容有：基准站位置的选择、坐标系统的选择、历元数、观测次数等.基准站位置的选择除了要考虑周围环境因素外,基准站的坐标的精度也是必须要考虑的一个问题.如果基准站的坐标精度较差,则全部新点坐标的精度绝不会超过基准站.

坐标系的选择对所测成果的精度影响很大.GPS采用WGS-84坐标系,因此处理后的首批结果是WGS-84坐标.但是用户需要的是国家格网坐标或地方坐标,为此必须将WGS-84坐标转换为国家坐标或地方坐标,然后再将其投影到高斯平面上.此外,为获得1985国家高程基准高程,还必须将WGS-84椭球高转换为正高,此时需要大地水准面模型,就小测区而言,利用几个已知点的高程进行小区域转换就足够了.

大多数RTK系统都不采用7参数,而采用3参数进行实时转换.因此所测结果同现有坐标可能有较大偏差,长距离时还会产生尺度比误差.为了同地方坐标的正高符合得更好,最好采用3维坐标转换的地方参数,此地方参数可由至少3个公共点（即WGS-84坐标和地方坐标均为已知的点）导出.当已知点坐标属地方坐标系时,在野外就能够确定地方转换参数.首先流动站在至少3个已知点上进行测量,然后流动站借助测出的WGS-84坐标和已知地方坐标算出地方转换参数,利用这些地方转换参数即可进行下一步测量.一般来说,RTK将平面和高程转换参数分开来求.

存入的坐标既可以是观测一个历元的结果,也可以是几个历元的平均值.对于控制测量和地形测量而言,可取几个历元的平均值以消除偶然噪声.

对于整个测量进行检查的方法一是在高级点上进行检查,二是实施独立的重复测量.实施独立的重复测量,即采用不同的模糊值.当两次独立测量结果超过限差时,则很可能是由于解算模糊值错误,从而导致一次或两次观测值出现粗差.大多数软件都可能在一点上算出几组坐标,目的在于检查这些坐标是否在规定限差之内,而且坐标差超限时发出警告.重复测量虽然浪费时间和经费,但是为了提高RTK测量的精度和可靠性,重复测量是很有必要的.

5．与观测者的技术和经验有关的误差.RTK实践证明,观测者的专业水平和经验对成果的精度和可靠性影响很大,例如：对中误差,测量天线高或输入基准站坐标的任何误差,都将影响测出的全部坐标.此外,观测者必须垂直握住测杆,使其位于测点的铅锤线上,如果进行控制测量,建议流动站采用三角架基座对中整平.GPS RTK技术进行中线放样时,由于受到各种因素的影响（例如风、人员疲劳、生产进度要求等）,不能保证流动站单杆的完全竖直,单杆与铅垂线之间产生一个倾角,这个倾角是随机的.观测者也应认真检校RTK设备,三角基座和流动站测杆上的水准器必须检校,以避免任何系统误差对观测值的影响.

(二)减小误差的方法

1．天空卫星分布要好,其几何精度因子GDOP（Geometric Dilution of Precision）应小于6,卫星数应多于4颗.因此,进行测量前要做好星历预报,以避免不好的卫星条件.

2．施测前仔细设计观测方案.包括事提前选择基准站位置、坐标系统、坐标转换参数、历元数、观测次数等,最大限度的提高测量的精度.

3．RTK差分距离不可太远,目前最远可达几十公里,这主要是因为常规 RTK是建立在流动站与基准站误差项相关这一假设基础上的.当流动站离基准站较近时,上述假设一般均能较好地成立,此时利用一个或数个历元的观测资料即可获得厘米级精度的定位结果.然而随着流动站和基准站间间距的增加,这种误差相关性将变得越来越差.

4．选择良好的测量点,因为GPS信号工作于1.5GHz,易受临近频段信号的干扰源影响,如大型发电机、高压线及微波信号发射台等.应远离具有较强的反射面的大面积水域、盐碱地带、金属矿区的地面等,从而减少多路径的影响.在市区应采用带有抑径圈的天线.此外,流动站能否进行RTK差分,取决于数据通讯的可靠性,目前主要采用UHF超高频电台播发差分信号,或采用光纤通讯.

5．选择合适的数据处理软件.因为合适的数据处理软件是整周模糊度固定的关键所在,系统误差的改正和可靠的数据都是通过软件来实现.

6.测量员要具有较高的专业技术水平和较强的责任心.

三、结论

GPS RTK作为一种工程测量手段,随着OTF技术的成熟已经被测量界广为接受,对比传统的测量仪器,它有省时省工且精度高等特点,但其在碎部测量中的应用还是有一定的限制.在进行测量时,主要注意事项是基难站选择要在比较中心、位置空旷开阔的至高点上,且周围无磁场的影响,这样流动站接收的信号好.并把观测成果与首级控制成果进行整体平差,这样动态观测经平差后的精度就较高.