建筑軸線放樣 畢業(yè)論文docx

1、摘 要GPSRTK技術(shù)是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個新的突破，目前已經(jīng)能達(dá)到厘米級的精度，具有全天候、高精度、速度快等顯著特點,在建筑業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用,但是目前GPS-RTK技術(shù)(GPS實時動態(tài)定位技術(shù))用于建筑軸線放樣的還不多。本文主要對GPS(RTK)運用的基本原理、系統(tǒng)組成、誤差來源進(jìn)行分析，利用全站儀放樣與RTK放樣進(jìn)行對比，GPS-RTK技術(shù)放樣結(jié)果與GPS靜態(tài)觀測結(jié)果進(jìn)行對比,證實了GPS-RTK技術(shù)放樣建筑軸線的精度能夠滿足要求。本文就RTK的作業(yè)原理、基本配置及建筑軸線放樣過程做了詳細(xì)的闡述，并簡要介紹了GPSRTK技術(shù)在建筑軸線放樣中的應(yīng)用，說明GPS(RTK)的主要優(yōu)缺點，對

2、GPS(RTK)進(jìn)行誤差分析，了解現(xiàn)階段GPS(RTK)能達(dá)到的放樣精度。目前GPS實時動態(tài)定位技術(shù)(RTK測量模式),更是以實時、快速、操作簡單而越來越受到測繪部門的青睞,但利用該技術(shù)對建筑軸線放樣其精度能否滿足測量要求,現(xiàn)有文獻(xiàn)報道較少。本文通過實例,將RTK技術(shù)用于建筑軸線放樣，證明了GPS-RTK技術(shù)在建筑軸線放樣方面的可行性。關(guān)鍵詞：GPS(RTK) ，誤差來源，誤差分析 ，建筑軸線，放樣精度ABSTRACTGPSRTK technique is a new breakthrough in the development of GPS technology, it is can ac

3、hieve the cm-level accuracy, all-weather, high precision, speed and other significant characteristics, has been widely used in the construction industry, but the current GPS - RTK technology (GPS real-time dynamic positioning technology) axis used in construction lofting also not much.This paper mai

4、nly on the use of the GPS (RTK) the basic principle, system composition, the error sources were analyzed, and the use of GPS - RTK technology lofting, comparing the results with GPS static observation results confirmed the GPS - RTK technology loft building axis precision can meet the requirements.I

5、n this paper, the basic configuration and work principle of RTK, the axis of the construction lofting process in detail, and briefly introduces the application of GPSRTK technique in building axis lofting, illustrate the main advantages and disadvantages of GPS (RTK), error analysis of GPS (RTK), un

6、derstand the present stage can achieve the lofting precision of GPS (RTK).Current GPS real-time dynamic positioning technology (RTK measurement mode), but also in real time, fast, simple operation and more and more get the favour of surveying and mapping departments, but the use of the technology of

7、 building axis lofting its precision can satisfy the measurement requirements, existing literature reported less.Axis in this paper, through examples, the RTK technology used in construction lofting, proved that GPS - RTK technology in the feasibility of construction lofting axes.Keywords: GPS (RTK)

8、,Error sources,The error analysis.Building axis,Lofting precision目 錄摘 要IABSTRACTII目 錄III1 緒論11.1 研究目的與意義11.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀11.3 RTK放樣技術(shù)的發(fā)展方向12 GPS-RTK的定位原理32.1 GPS 定位原理32.2 RTK的定位原理42.2.1 RTK定位技術(shù)的原理52.2.2 RTK的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)52.2.3 RTK的工作原理62.2.4 RTK正常工作的基本條件63 GPS-RTK和全站儀在放樣中的特點73.1 RTK和全站儀的技術(shù)特點73.2 RTK在放樣中的優(yōu)缺點83.3全站儀在

9、放樣中的優(yōu)缺點104 建筑軸線放樣114.1 全站儀建筑軸線放樣114.1.1 技術(shù)要求114.1.2 軸線放樣作業(yè)流程114.2 GPS-RTK技術(shù)建筑軸線放樣134.2.1 選定測區(qū)范圍內(nèi)控制網(wǎng)144.2.2 計算建筑軸線放樣上相關(guān)點坐標(biāo)144.2.3 RTK定位144.2.4 GPS靜態(tài)采點檢測144.2.5 測點方式155 精度分析185.1全站儀軸線放樣的精度分析185.2 RTK 軸線放樣的精度分析195.3總結(jié)21參考文獻(xiàn)23致 謝241 緒論1.1 研究目的與意義軸線是一種悠久的建筑與城市空間設(shè)計的方法，在我們的建筑創(chuàng)作中至今還在被運用。軸線有助于城市及其局部區(qū)域結(jié)構(gòu)形態(tài)的形成

10、與良性發(fā)展，而且在歷史上也創(chuàng)造了許多嚴(yán)謹(jǐn)有序、優(yōu)美動人的建筑形象與城市空間環(huán)境。軸線的設(shè)計也在向復(fù)雜和高精準(zhǔn)方向發(fā)展，這無疑給現(xiàn)在軸線測量增加了難度，如何快速的定位出建筑軸線是當(dāng)今建筑問題之一。GPS是由美國國防部主持研制以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。該系統(tǒng)能為全球提供全天候、連續(xù)、實時、高精度的三維位置、三維速度和時間信息。實時差分RTK GPS是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標(biāo)系中的三維定位成果，它是GPS測量技術(shù)發(fā)展中的重大突破。隨著整周模糊度能夠在很短的時間內(nèi)被確定，從而保證了RTK技術(shù)在野外實時得到厘米級的定位精度?，F(xiàn)今，全球定位系統(tǒng)(GPS

11、)的應(yīng)用正廣泛地被測量界所接受。最初，GPS的應(yīng)用只涉及到控制測量和高精度的大地測量，后來，它的應(yīng)用遍及各種測量領(lǐng)域。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀建筑工程測量是為建筑施工、規(guī)劃定位等服務(wù)的城市測量的基礎(chǔ)性工作,傳統(tǒng)上一般用全站儀或經(jīng)緯儀進(jìn)行工程控制測量。隨著全球衛(wèi)星定位技術(shù)(GPS)的飛速發(fā)展,它以高效率、高精度等優(yōu)點在建筑工程業(yè)得到了廣泛采用。GPS-RTK技術(shù)是在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，能夠?qū)崟r提供流動站在指定坐標(biāo)系中的三維定向結(jié)果，并在一定范圍內(nèi)達(dá)到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣，地形測圖，各種控制測量帶來了曙光，極大地提高了外業(yè)效率。1.3

12、RTK放樣技術(shù)的發(fā)展方向 （1）雙星系統(tǒng)雙星系統(tǒng)（GPS+GLONASS雙系統(tǒng)導(dǎo)航定位）是GPS（RTK）發(fā)展的熱點，它可接收14-20顆衛(wèi)星左右，是常規(guī)RTK所無法比擬的，該技術(shù)使GPS設(shè)備具備最短時間達(dá)到厘米級精度的能力與最強(qiáng)的抗干擾遮擋能力。當(dāng)然以后還會有歐洲的伽利略，中國的北斗系統(tǒng)，都有可能加入雙星系統(tǒng)。（2）VRS系統(tǒng)GPS的網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)，即我們通常所說的虛擬參考站（VRS）。它的出現(xiàn)將使一個地區(qū)的所有測繪工作成為一個有機(jī)的整體，結(jié)束以前GPS作業(yè)單打獨斗的局面。同時它將大大擴(kuò)展RTK的作業(yè)范圍，使GPS的應(yīng)用更廣泛，精度和可靠性將進(jìn)一步提高，使以前許多GPS無法完成的任務(wù)得以完成

13、。（3）GPSGPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今國際公認(rèn)的八大無線產(chǎn)業(yè)之一，也是全球發(fā)展最快的三大信息產(chǎn)業(yè)（蜂窩網(wǎng)Mobile cellular/PCS、因特網(wǎng)Internet/Intranet/Extranet和全球定位GPS）之一。GPS與計算機(jī)、通信、GIS、RS等技術(shù)的集成與融合必將使GPS技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域得到更大范圍的拓廣。通過本章的論述我們了解到了GPS的優(yōu)點，GPS技術(shù)的發(fā)展給我們的生活、生產(chǎn)帶來了方便。RTK是GPS發(fā)展的最新成果，RTK除了給我們帶來了上述的優(yōu)點還給我們帶來了一些不可避免的缺點，這些缺點直接影響我們RTK的應(yīng)用范圍，這樣看出了我們來急需處理這些缺點是必須的

14、，這樣才有利于RTK的推廣。讓GPS發(fā)揮更大的用處。同時通過這章的學(xué)習(xí)我們了解了RTK將來的發(fā)展方向為以后的RTK跟廣泛的應(yīng)用，提供指導(dǎo)作用，說明RTK技術(shù)在測繪將會起到越來越不可替代的作用。2 GPS-RTK的定位原理2.1 GPS 定位原理 GPS組成包括三個部分：（1）空間部分GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成（21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星），它位于距地表20200km的上空，均勻分布在6個軌道面（沒個軌道面4顆），軌道傾角為55°。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可以觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預(yù)存導(dǎo)航信息。GPS的衛(wèi)因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導(dǎo)航精度

15、會逐漸降低。（2）地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)是由監(jiān)測站（Monitor Station）、主控制站(Master Monitor Station)、地面天線 (Ground Antenna)所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市 (Colorado Spring)。地面控制站負(fù)責(zé)收集衛(wèi)星傳回的訊息，并計算衛(wèi)星星歷、相對距離、大氣校正等數(shù)據(jù)。（3）用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分即GPS 信號接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中

16、的微處理計算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 用戶設(shè)備。GPS 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的目的在于更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機(jī)外電源時機(jī)內(nèi)電池自動充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目前各種類型的接受機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。其次則為使用者接收器,現(xiàn)有單頻與雙頻兩種,但由于價格因素,一般使用者所購買的多為單頻接收器。GPS 系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導(dǎo)

17、航定位系統(tǒng)1。如圖2.2 所示：在需要的位置 G點架設(shè) GPS 接收機(jī)，在某一時刻 同時接收了 4顆(A、B、C、D)以上的 GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計算可求得該時刻 GPS收機(jī)至 GPS 衛(wèi)星的距離 、，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的位置 (三維坐標(biāo))。從而用距離交會的方法求得 P 點的維坐標(biāo)(， ，)，其數(shù)學(xué)模型為： 圖 2.2 GPS定位原理式中(，),(，),(，),(，)分別為衛(wèi)星 A，B，C在時刻的空間直角坐標(biāo)。GPS 系統(tǒng)常用的坐標(biāo)系統(tǒng)有 WGS84坐標(biāo)系、1954 年北京坐標(biāo)系、1980 年西安大地坐標(biāo)系。然后根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)

18、行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換求出所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)。2.2 RTK的定位原理隨著社會的發(fā)展，科技的進(jìn)步RTK的廣泛應(yīng)用是必然的，充分的了解RTK的原理以及RTK的主要誤差來源，學(xué)會減弱或者消除誤差的影響，顯的格外重要，本章主要是論述這方面的內(nèi)容。 RTK定位技術(shù)的原理在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站接收機(jī)設(shè)在具有已知坐標(biāo)的參考點位上，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號，通過數(shù)據(jù)鏈，將測站點坐標(biāo)、載波相位觀測值、偽距觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)等“載波相位測量校正值”一起發(fā)送給流動站。流動站接收機(jī)先進(jìn)行初始化，在完成整周未知數(shù)的搜索求解后，進(jìn)入動態(tài)作業(yè)，其在接收來自基準(zhǔn)站的GPS數(shù)據(jù)時，同步觀測采集GPS

19、衛(wèi)星載波相位數(shù)據(jù)，通過在系統(tǒng)內(nèi)差分處理求解載波相位整周模糊度，依此改正移動站接收機(jī)所地坐標(biāo)系坐標(biāo)）?；鶞?zhǔn)站接收機(jī)和流動站接收機(jī)滯后載波測得的載波滯后相位，得到基準(zhǔn)站和流動站之間的坐標(biāo)差值X、Y、Z，坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)就可以得到流動站點的WGS84坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個站點實用的三維位置。 RTK的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)RTK技術(shù)系統(tǒng)配置包括以下三部分：基準(zhǔn)站接收機(jī)；移動站接收機(jī)；數(shù)據(jù)鏈?；鶞?zhǔn)站接收機(jī)設(shè)在具有已知坐標(biāo)(也可無已知坐標(biāo)，地勢較高)的參考點上，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號，并將測站的坐標(biāo)現(xiàn)測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機(jī)工作狀態(tài)通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送出去，移動站接收機(jī)在跟蹤GPS衛(wèi)星信號的

20、同時接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，通過OTF(On The FIY)算法快速求解載波相位整周模糊度，通過相對定位模型獲取所在點相對于基準(zhǔn)點的坐標(biāo)和精度指標(biāo)。 RTK的工作原理RTK工作原理如圖2.4 RTK正常工作的基本條件（1）基準(zhǔn)站和移動站要同時接受到五顆以上的GPS衛(wèi)星信號；（2）基準(zhǔn)站和移動站同時接收到衛(wèi)星信號，且移動站接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號；（3）移動站要連續(xù)接收GPS衛(wèi)星信號和基準(zhǔn)站發(fā)出的差分信號，即移動站遷站過程中不能關(guān)機(jī)，不能失鎖，否則RTK須重新初始化。3 GPS-RTK和全站儀在放樣中的特點3.1 RTK和全站儀的技術(shù)特點（1）RTK的技術(shù)特點GPS，即為全球定位系統(tǒng)的簡稱。它

21、是一套利用美國GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行全天候、全方位的測量定位設(shè)備。根據(jù)GPS提供的坐標(biāo)或坐標(biāo)演變量精度和方式的不同，可以分為毫米級、厘米級、靜態(tài)、動態(tài)后處理、RTK （RealTime Kinematic實時動態(tài)）、RTD（RealTime Differnce實時差分）等幾種設(shè)備分類和測量方式。RTK技術(shù)就是使用更高速的和更小型的計算機(jī)，并將其裝入GPS接收機(jī)內(nèi)，在外作業(yè)時可以即時提供厘米級的定位解。在進(jìn)行動態(tài)測量時，基準(zhǔn)站將已知GPS坐標(biāo)和觀測數(shù)據(jù)實時用電臺傳給流動站，在流動站實時進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動站坐標(biāo)差；坐標(biāo)差加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動站每個點坐標(biāo)2。通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動

22、站每個點的平面坐標(biāo)和海拔高。GPS-RTK全數(shù)字地形測量的基本特點地形測量包括控制測量和地物、地貌測繪兩大內(nèi)容。傳統(tǒng)的測量方法具有成圖周期長、精度低、勞動強(qiáng)度大等局限，已逐漸被淘汰。而全數(shù)字地形測圖順應(yīng)現(xiàn)代測繪技術(shù)新潮流，利用先進(jìn)的測量儀器，如GPS接收機(jī)、電子全站儀等，和自動化成圖軟件，采用各種靈活的定位方法進(jìn)行的以數(shù)字信息表示地圖信息的測圖工作，它的成果為模型式的數(shù)字圖。GPS-RTK技術(shù)具有以下幾個特點：打破了內(nèi)外業(yè)的界線，減少測量工作流程，從首級控制到最終成圖，實行一體化作業(yè)，并且大大減輕了室外作業(yè)的強(qiáng)度，縮短了成圖周期。打破了分級布網(wǎng)，逐級控制的原則，簡化控制測量繁鎖的工作，一個測區(qū)

23、可一次性整體布網(wǎng)，整體平差，控制網(wǎng)可以是任意混合，所需控制點數(shù)目比傳統(tǒng)白紙測圖大大減少，圖根控制的加密可與碎部測量同時進(jìn)行。數(shù)據(jù)采集時無需畫草圖，碎部點的記錄要求具有特定的格式，這種格式存儲有點名、編碼，能被數(shù)字測圖軟件所識別，在進(jìn)行圖形編輯時就能很好地處理。碎部量測時不受圖幅邊界的限制，外業(yè)可不分幅作業(yè)，由內(nèi)業(yè)成圖時自動進(jìn)行分幅與接邊處理。測量數(shù)據(jù)精度高，GPS不僅能夠達(dá)到1：500圖根控制測量的點位和高程精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題，完全可以滿足大比例尺測圖的需要。RTK控制測量操作簡便，機(jī)動性強(qiáng)，不但可以大幅度提高測量速度，而且能夠有效減輕作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度，尤其在通視

24、困難地區(qū)更具明顯優(yōu)勢，為了得到高精度的測量數(shù)據(jù)，必須求出適合于本地區(qū)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換參數(shù)和水準(zhǔn)面模型轉(zhuǎn)換參數(shù)。根據(jù)四等及其以下各級控制測量與1：500圖根控制測量對于精度要求的相似性以及本工程對于原有GPS點的檢測結(jié)果，可以說明RTK同樣適用于四等及其以下的各級控制測量。（2）全站儀的技術(shù)特點全站儀即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。它是集電子經(jīng)緯儀,光電測距儀和微電腦處理器為一體的，測量結(jié)果能自動顯示，并能與外圍設(shè)備交換信息的高技術(shù)測量儀器,是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、坐標(biāo)、高差測量，點位放樣、距離放樣,面積量算等功能于一體的測繪控制系統(tǒng)3。它具有

25、自動化快速三維坐標(biāo)測量與定位功能以及外業(yè)數(shù)據(jù)自動化采集和電子記錄、內(nèi)外業(yè)一體化的自動流程等特點，深受測繪人的青睞。全站儀的廣泛應(yīng)用使外業(yè)勘測工作實現(xiàn)了自動化，減少了計算的差錯，大大提高了外業(yè)作業(yè)的效率。全站儀可與電子計算機(jī)配合使用，以實現(xiàn)工作的高效性"其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在：作業(yè)面相對高差限制大大縮小，一般高差在 150m以內(nèi)，其水準(zhǔn)測量能滿足四等水準(zhǔn)精度，這一高差基本上能滿足各種大中型工程的要求；其粗略放樣半徑可達(dá) 2000m以上；無需鋼尺量距；測距速度快；內(nèi)業(yè)計算簡單；尤其在采用坐標(biāo)放樣時，更顯其優(yōu)越性，其角差和放樣邊長都會顯示在儀器屏幕上，操作尤為方便。但全站儀工作必須要同時滿足以

26、下兩個條件：必須要有可見光，并且光線強(qiáng)度不能太弱，因為全站儀雖然可以自動測量坐標(biāo)、高程和距離、角度，但它必須要靠人眼主動瞄準(zhǔn)目標(biāo)，沒有光線或者光線太弱，人眼就很難發(fā)現(xiàn)觀測目標(biāo)。必須要通視，也就是說需要觀測的目標(biāo)和全站儀之間的連線上不能有任何遮擋物，如果存在遮擋物，人眼也無法瞄準(zhǔn)目標(biāo)或者全站儀因為觀測條件不良造成測量數(shù)據(jù)偏差較大。全站儀受地形和人為因素影響較大。3.2 RTK在放樣中的優(yōu)缺點RTK在放樣中的優(yōu)點：（1）作業(yè)效率高在一般的地形地勢下,高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測完4km半徑的測區(qū),大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù),僅需一人操作,在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即

27、得一點坐標(biāo)。（2）定位精度高,數(shù)據(jù)安全可靠,沒有誤差積累只要滿足RTK的基本工作條件,在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi),RTK的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級。（3）降低了作業(yè)條件要求RTK技術(shù)不要求兩點間滿足光學(xué)通視,只要求滿足“電磁波通視”。因此,與傳統(tǒng)測量相比,RTK技術(shù)受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小。（4）自動化、集成化程度高,測繪功能強(qiáng)大RTK可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)。流動站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng),無需人工干預(yù)便可自動實現(xiàn)多種測繪功能,使輔助測量工作極大減少,減少人為誤差,保證了作業(yè)精度。（5）操作簡便,容易使用,數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)只要在設(shè)站時進(jìn)行簡單的設(shè)置,就可以邊走邊獲得

28、測量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計算機(jī)和其他測量儀器通信。RTK在放樣中的缺點：雖然GPS技術(shù)有著常規(guī)儀器所不能比擬的優(yōu)點，但經(jīng)過多年的工程實踐證明，GPS(RTK)技術(shù)存在以下幾方面不足。（1）RTK受衛(wèi)星狀況限制GPS系統(tǒng)的總體設(shè)計方案是在1973年完成的，受當(dāng)時的技術(shù)限制，總體設(shè)計方案自身存在很多不足。隨著時間的推移和用戶要求的日益提高，GPS衛(wèi)星的空間組成和衛(wèi)星信號強(qiáng)度都不能滿足當(dāng)前的需要，當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)位置對美國是最佳的時候，世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋。例如在中、低緯度地區(qū)每天總有兩次盲區(qū)，每次2030mi

29、n，盲區(qū)時衛(wèi)星幾何圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，RTK測量很難得到固定解。同時由于信號強(qiáng)度較弱，在對空遮擋比較嚴(yán)重的地方GPS無法正常應(yīng)用。（2）RTK工作受電離層影響白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進(jìn)行測量。根據(jù)我們的實際經(jīng)驗，每天中午1213點，RTK測量很難得到固定解。（3）信號受數(shù)據(jù)鏈電臺傳輸距離影響數(shù)據(jù)鏈電臺信號在傳輸過程中易受外界環(huán)境影響，如高大山體、建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。另外，當(dāng)RTK作業(yè)半徑超過一定距離時，測量結(jié)果誤差超隈，所以RTK的實際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱半徑要小，工程實踐和專門研究

30、都證明了這一點。（4）信號傳輸受對空通視環(huán)境影響山區(qū)、林區(qū)、城鎮(zhèn)密樓區(qū)等地作業(yè)時，GPS衛(wèi)星信號被阻擋機(jī)會較多，信號強(qiáng)度低，衛(wèi)星空間結(jié)構(gòu)差，容易造成失鎖，重新初始化困難甚至無法完成初始化，影響正常作業(yè)。（5）受高程異常問題影響RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確，但我國現(xiàn)有的高程異常分布圖在有些地區(qū)，尤其是山區(qū)，存在較大誤差，在有些地區(qū)還是空白，這就使得將GPS大地高程轉(zhuǎn)換至海拔高程的工作變得比較困難，精度也不均勻，影響RTK的高程測量精度。（6）RTK現(xiàn)階段還不能達(dá)到100%的可靠度RTK確定整周模糊度的可靠性為95%99%，在穩(wěn)定性方面不及全站儀，這是由于RTK較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、

31、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況影響的緣故。通過本章的學(xué)習(xí)我們了解RTK的定位原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及工作條件。RTK的誤差來源有很多種，在進(jìn)行使用RTK的過程中一定要采取措施保證RTK的測量精度。RTK的優(yōu)點的總結(jié)可以更好的利用RTK在實際的工作中，充分的發(fā)揮RTK的優(yōu)點。了解了RTK的局限性，也可以讓我們在工作的過程中采取其他的措施，去彌補(bǔ)RTK的不足。為以后正確的使用RTK提供了可以借鑒的理論依據(jù)。3.3全站儀在放樣中的優(yōu)缺點全站儀在放樣中的優(yōu)點：（1）全站儀施工放樣技術(shù)具有測量精度高（一般情況下可達(dá)毫米級）;（2）儀器的集成化、自動化和智能化程度高等;（3）直接利用施工控制點和放樣點的坐標(biāo)進(jìn)行放樣工作，避免

32、了大量的放樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作，提高了施工測量的工效，同時也減少了施工放樣中可能出現(xiàn)的差錯。全站儀在放樣中的缺點：（1）不通視、人為影響、環(huán)境等因素的影響，往往會降低了工作效率，不但浪費時間和精力，而且定位精度也受到影響;（2）數(shù)據(jù)計算較為復(fù)雜，工作量較大。4 建筑軸線放樣4.1 全站儀建筑軸線放樣作業(yè)依據(jù) ：工程測量規(guī)范（GB 50026-2007）。 技術(shù)要求全站儀建筑軸線放樣，根據(jù)給定的軸線數(shù)據(jù)，假定軸線中心點位置，以及中心點與任一軸線端點的起始方向，按照二級建筑方格網(wǎng)的布設(shè)技術(shù)要求進(jìn)行。 表4.1 建筑方格網(wǎng)的主要技術(shù)要求等級邊長(m)測角中誤差()邊長相對中誤差一級10030051/30

33、000二級10030081/20000表4.2 水平角觀測的主要技術(shù)要求等級儀器精度測角中誤差（）測回數(shù)半測回歸零差（）一測回2C互差（）各測回方向較差（）一級1級526962級538139二級2級821218126級8418-24 軸線放樣作業(yè)流程一、放樣精度選擇根據(jù)設(shè)計要求，建筑軸線放樣的精度要求為：邊長相對中誤差：1/20000，角度觀測中誤差：8。據(jù)此，在軸線設(shè)計圖中，軸線最短邊為30m，要求的放樣精度為1.5mm。使本次用全6級站儀進(jìn)行放樣，需測4測回；測距精度為2+2ppm，需測2次平均。二、放樣步驟先選取一長110米以上，寬70米以上，且地勢較平整視野開闊的地方，在大致中間位置選

34、取一點，并標(biāo)記為H2，把全站儀架設(shè)在該點上,具體點的選取見附圖;圖4.1 全站儀軸線放樣（1）放樣部位：V1詳細(xì)放樣步驟：用皮尺在一方向上量出大致四十米的位置，架上棱鏡，測出該長度，并通過調(diào)整棱鏡位置使長度在四十米，將該方向角置為零度，此點標(biāo)記為V1；檢核方法：通過四測回測出H2與V1的長度與方位角，計算出誤差值，與限差做比較；（2）放樣部位：H3詳細(xì)放樣步驟：將全站儀順時針旋轉(zhuǎn)90度，并水平制動，用皮尺在此方向上量出五十米位置，并放上棱鏡，通過調(diào)整棱鏡位置使長度為五十米，此點標(biāo)記為H3；檢核方法：通過四測回測出H2與H3的長度與方位角，計算出誤差值，與限差做比較；（3）放樣部位：V2詳細(xì)放樣

35、步驟：將全站儀順時針旋轉(zhuǎn)90度，并水平制動，用皮尺在此方向上量出三十米位置，并放上棱鏡，通過調(diào)整棱鏡位置使長度為三十米，此點標(biāo)記為V2；檢核方法：通過四測回測出H2與V2的長度與方位角，計算出誤差值，與限差做比較；（4）放樣部位：H1詳細(xì)放樣步驟：將全站儀順時針旋轉(zhuǎn)90度，并水平制動，用皮尺在此方向上量出六十米位置，并放上棱鏡，通過調(diào)整棱鏡位置使長度為六十米，此點標(biāo)記為H1；檢核方法：通過四測回測出H2與H1的長度與方位角，計算出誤差值，與限差做比較。4.2 GPS-RTK技術(shù)建筑軸線放樣GPS測量技術(shù)在過去十多年中已經(jīng)走過了靜態(tài)測量作業(yè)，快速靜態(tài)測量作業(yè)，后處理高精度動態(tài)測量作業(yè)和動態(tài)初始化

36、厘米級實時RTK測量作業(yè)這么一段漫長的發(fā)展歷程。目前厘米級實時 RTK技術(shù)已經(jīng)被廣泛接受，并應(yīng)用于各種測繪生產(chǎn)作業(yè)。由于實時 RTK效率高，并可以在作業(yè)現(xiàn)場提供經(jīng)過檢驗的測量成果，用戶能夠在滿足精度的前提下，徹底擺脫后處理的負(fù)擔(dān)和外業(yè)返工的困擾，必將逐步成為 GPS測量的主流模式。GPS-RTK實時動態(tài)定位技術(shù)是一項以載波相位觀測為基礎(chǔ)的實時差分 GPS 測量技術(shù)，其工作原理簡單描述如下：在測區(qū)中部選擇一個已知坐標(biāo)的控制點作為基準(zhǔn)站，安置一臺 GPS 接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；并實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準(zhǔn)站坐標(biāo)等用無線電傳送出去。在流動站通過無線電接收基準(zhǔn)站發(fā)射的信息，

37、將載波相位觀測值實時進(jìn)行差分處理，得到基準(zhǔn)站和流動站坐標(biāo)X，Y，Z；坐標(biāo)加上基準(zhǔn)站坐標(biāo)得到流動站每個點 WGS84 坐標(biāo)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換得出流動站每個點的平面坐標(biāo) x，y和海拔高 h。這個過程稱作GPS-RTK定位過程4。 選定測區(qū)范圍內(nèi)控制網(wǎng)利用 GPS 靜態(tài)定位，創(chuàng)建建筑軸線放樣所需的高等級控制網(wǎng)，新建 GPS 網(wǎng)坐標(biāo)與本測區(qū)過去采用的坐標(biāo)系統(tǒng)一致，聯(lián)測 3 個以上附近的國家控制點，用于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和保證新建 GPS網(wǎng)進(jìn)行平差后精度的均勻性以及減少尺度比影響5。觀測時選擇良好的觀測時段，衛(wèi)星分布越好，所測結(jié)果精度越高，及定位精度越高。 計算建筑軸線放樣上相關(guān)點坐標(biāo)利用相關(guān)軟件根據(jù)規(guī)劃總圖

38、及詳規(guī)圖，施工圖中的首層平面圖等資料，計算好待放軸線上相關(guān)點的坐標(biāo)。 RTK定位（1）基準(zhǔn)站的選取離待放樣點位盡可能近，這樣易于接收基準(zhǔn)站電臺信息，并且地勢較高，便于電臺信號的傳輸。（2）三參數(shù)校正。為了使所測點達(dá)到厘米級精度需進(jìn)行該項校正。在儀器中鍵入 4 個（最少3 個）控制點，且 4 個控制點最好分布在測區(qū)周圍。（3）對建筑物軸線上的點按坐標(biāo)進(jìn)行放樣。 GPS靜態(tài)采點檢測（1）選取高等級的二個已知點作為起算點。（2）將儀器分別架設(shè)在已知點及待測點上，同時開機(jī)，觀測時間定為 30 分鐘。（3）將接收機(jī)中的觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿C(jī)中，與計算的建筑軸線上相關(guān)點坐標(biāo)進(jìn)行比較，統(tǒng)計分析放樣結(jié)果的精度。根

39、據(jù)高等級 GPS控制點分布情況（如圖 4.2）及 GPS接收機(jī)（本實驗以 Trimble 5800 機(jī)型為例）的精度（Trimble 5800 水平精度：動態(tài) 1cm+1ppm,靜態(tài) 3mm+0.5ppm），無線電發(fā)射信號的有效范圍(Trimble 5800RTK電臺作用距離 10km)等諸多因素，根據(jù)三個實驗區(qū)（A，B，C）的地塊分布情況，采點原則為：1，靜態(tài)模式（選三臺接收機(jī)）采點時，選定最佳布網(wǎng)方式，使精度達(dá)到最優(yōu)。2，RTK動態(tài)模式（選 1+1 模式）放樣時，選一般布網(wǎng)方式，帶有普遍性，使結(jié)果精度一般化。 測點方式在地塊 A 上，RTK 技術(shù)放樣建筑軸線時，基準(zhǔn)站設(shè)在 1 點，流動站放

40、樣待放點，用 1、2、3 三點求三參。放樣時 GPS接收天線桿上的圓氣泡必須嚴(yán)格聚中。靜態(tài)采用已知點 1、2 兩點，每個已知點上設(shè)置一臺接收機(jī)，另一臺接收機(jī)設(shè)置在待測點，三臺同時開機(jī)，觀測時段 30分鐘6。同樣的作業(yè)方式放樣省廣播電視大學(xué)，第二十七所兩地塊上的建筑軸線，然后靜態(tài)模式測量其坐標(biāo)。利用 GPS技術(shù)的靜態(tài)模式對放樣點采集，其作業(yè)結(jié)果(每條軸線取兩點)如表 4.3(坐標(biāo)整米數(shù)省略)：表4.3 GPS-RTK靜態(tài)動態(tài)成果對比表地塊建筑樓號點號理論值（m）RTK動態(tài)放樣后靜態(tài)模式觀測值（m）觀測值與理論值差（m）坐標(biāo) 距離坐標(biāo)差值距離差值 X Y X Y X YAZ-91.563.1085

41、0.000.538.1140.025-0.0060.0052.538.069.555.078-0.017-0.009Z-41.901.80235.000.930.802-0.02900.0022.642.801.655.799-0.0130.002Z-71.595.03464.000.570.0360.025-0.0020.0022.122.032.141.032-0.0190BB111.426.036100.000.401.0410.025-0.0050.0052.513.030.558.029-0.0450.001B091.595.034148.600.625.057-0.030-0.02

42、30.0052.496.630.527.598-0.0310.032CD011.609.10850.000.578.1180.031-0.0100.0042.942.103.966.118-0.024-0.015L71.320.47578.000.340.482-0.020-0.0070.0042.278.468.298.471-0.020-0.003對上表進(jìn)行分析：用 RTK放樣最大平面點位較差 4.5cm,軸線上兩點間距最大較差 5.0mm。RTK動態(tài)測量精度滿足建筑軸線放樣的技術(shù)要求，其成果可信。RTK誤差分析：（1）GPS系統(tǒng)本身的影響因素用戶無法控制，主要包括衛(wèi)星鐘誤差、軌道誤差、接

43、收機(jī)天線相位中心變化等。衛(wèi)星鐘差 鐘差可通過對衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測而精確地確定； 軌道誤差 隨著定軌技術(shù)的不斷完善，軌道誤差只有510m，其影響到基線的相對誤差不到1ppm，就短基線（<10km）而言，對結(jié)果的影響可忽略；接收機(jī)天線的機(jī)械中心和相位中心一般不重合而引起的誤差。（2）RTK系統(tǒng) 它的影響因素包括硬件、處理軟件以及和信號傳播有關(guān)的誤差。（3）環(huán)境影響 環(huán)境對RTK的影響包括RTK作業(yè)時所處的外界條件如風(fēng)力、大氣折光等及基準(zhǔn)站與流動站之間的障礙物、多路徑誤差、信號干擾等；多路徑誤差是RTK定位測量中最嚴(yán)重的誤差，取決于天線周圍的環(huán)境。一般為幾個厘米，高反射環(huán)境下可超過10c

44、m；信號干擾可能有多種原因，如無線電發(fā)射源、雷達(dá)裝置、高壓線等，干擾的強(qiáng)度取決于頻率、發(fā)射臺功率和至干擾源的距離。5 精度分析5.1全站儀軸線放樣的精度分析使用全站儀極坐標(biāo)法放樣，各項誤差來源及對放樣點位誤差的影響估算7。（1）水平角測設(shè)誤差的來源及影響：望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)誤差 Ms；讀數(shù)誤差Mr；儀器誤差 Mi；外界條件的影響Mv；目標(biāo)偏心引起的誤差 Mp；測站偏心引起的誤差Mo。（2）水平距離的測設(shè)精度：放樣過程中，測設(shè)距離的誤差主要來源于儀器誤差，測站偏心引起的距離誤差等。儀器誤差 Md；測站偏心誤差。（3）地面點的標(biāo)定誤差：引起地面點標(biāo)定的因素主要有對中桿的偏心引起的誤差和在地面上進(jìn)行標(biāo)記的誤

45、差。對中桿偏心引起的誤差 M1；地面上標(biāo)記的誤差M2。（4）各項測設(shè)誤差對放樣點平面位置的綜合影響值估算根據(jù)上述對各項誤差的分析和估計，取不同的d值，把各項誤差代入，求得各項誤差對放樣點位置中誤差的影響，見表5.1表5.1 各項誤差對放樣點位置中誤差的影響測距長度（m）測角中誤差（）測距中誤差（mm）點位中誤差（mm）10145.92.029.43048.72.069.45029.42.109.510015.12.209.615010.52.309.92008.32.4010.22507.12.5010.73006.32.6011.24005.42.8012.35004.93.0013.710

46、004.34.0021.8從表中可看出，隨著邊長的增長，其測角中誤差減小較快，而測距中誤差和放樣點點位誤差的變化不是很明顯。 為了更加直觀的反映出各項誤差對放樣點位置中誤差的影響，繪制了各項中誤差折線圖，如圖5.1圖5.1各項誤差對放樣點位置中誤差的影響圖5.2 RTK 軸線放樣的精度分析在RTK放樣測量過程中的影響精度的因素：轉(zhuǎn)換參數(shù)引起的精度損失；基準(zhǔn)站與流動站之間的距離誤差；基準(zhǔn)站的誤差8。全站儀和 RTK 軸線放樣的成果對比分析表5.2 為通過實際測量的一個實例成果表，是用兩種測量方式進(jìn)行測量的成果對比表，點布設(shè)時為 RTK 方式，使用的儀器為拓普康RTK，預(yù)設(shè)精度為±3cm

47、，基準(zhǔn)站設(shè)在線路的中間，在布設(shè)完成后用蘇一光全站儀進(jìn)行了復(fù)測，復(fù)測時按一級導(dǎo)線精度要求測設(shè)，復(fù)測導(dǎo)線經(jīng)嚴(yán)密平差后的單位權(quán)中誤差為±2.1，導(dǎo)線的實際精度優(yōu)于規(guī)范中有關(guān)一級導(dǎo)線的精度要求。通過對比可以看出，兩次成果中坐標(biāo)最大差值為2.67，所測點的誤差均小于±5cm的規(guī)范要求9。由表5.2，我們可以看出全站儀放樣成果與RTK放樣成果的差值有一部分為毫米級，但多數(shù)差值為厘米級。除 A2 點比較特別外(估計點位有移動)其他點位誤差較大的點均位于兩端，即 RTK 成果的誤差與基準(zhǔn)站的距離成正比。為了更直觀地反映出全站儀放樣成果與 RTK 放樣成果的差值，繪制了差值折線圖，如圖5-2

48、。圖 5.2 全站儀放樣成果與RTK放樣成果的對比圖表 5.2全站儀放樣與RTK放樣成果點名導(dǎo)線坐標(biāo)測量成果（m）RTK坐標(biāo)測量成果（m）差值（cm）XYXY X YD156195.08210701.23356195.11010701.249-2.76-1.62D256631.71410853.85556631.73710853.878-2.31-2.28D356084.37410016.87656084.38210016.883-0.83-0.69D456407.75110144.34856407.74610133.3440.550.45D556666.87610223.88456666.8

49、7110223.9030.50-1.90D656097.93310377.12956097.92710377.1520.60-2.26A156097.93310377.12956097.92710377.1520.60-2.26A256497.37510492.62156497.35610492.6501.88-2.87A356663.17510536.73656663.17510536.755-0.03-1.88A456865.34210699.80356865.34210699.803-0.04-0.01A556042.51710788.17156042.54110788.195-2.42-2.35A656895.04410936.63256895.02