第8章GPS實時動態(tài)定位GPS測量定位技術(shù)應(yīng)用

1、第8章GPS實時動態(tài)定位GPS測量定位技術(shù)應(yīng)用第八章第八章 GPS實時動態(tài)定位原理實時動態(tài)定位原理 第一節(jié)第一節(jié) RTK概述概述 第二節(jié)第二節(jié) RTK系統(tǒng)基準(zhǔn)站的組成和作用系統(tǒng)基準(zhǔn)站的組成和作用 第三節(jié)第三節(jié) RTK流動站的組成和作用流動站的組成和作用 第四節(jié)第四節(jié) RTK定位測量的外業(yè)準(zhǔn)備工作定位測量的外業(yè)準(zhǔn)備工作 第五節(jié)第五節(jié) RTK的作業(yè)方法的作業(yè)方法 第六節(jié)第六節(jié) GPS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)技術(shù) 用用RTK技術(shù)進行工程測量技術(shù)進行工程測量攝影測量控制點加密攝影測量控制點加密安徽黃山公路比較線測量安徽黃山公路比較線測量第一節(jié) RTK概述 載波相位差分法載波相位差分法 差分法差分法: :修正

2、法修正法: : 將基準(zhǔn)站采集的載波相位將基準(zhǔn)站采集的載波相位發(fā)送給用戶，進行求差解發(fā)送給用戶，進行求差解算坐標(biāo)。算坐標(biāo)。 將基準(zhǔn)站的載波相位修正將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給用戶，改正用戶值發(fā)送給用戶，改正用戶接收到的載波相位，再解接收到的載波相位，再解求坐標(biāo)。求坐標(biāo)。 RTK（Real-Time-Kinematic）技術(shù)是）技術(shù)是GPS實時實時載波相位差分的簡稱。載波相位差分的簡稱。 一、RTK的工作原理 基準(zhǔn)站接收機基準(zhǔn)站接收機 流動站接收機流動站接收機 GPS衛(wèi)星衛(wèi)星 如如圖圖81所示所示圖圖81 RTK的工作原理的工作原理1.實時差分實時差分GPS，精度為，精度為13m；2.廣域?qū)崟r差

3、分廣域?qū)崟r差分GPS，精度為，精度為12m；3.精密差分精密差分GPS，精度為，精度為15cm；4.實時精密差分實時精密差分GPS，精度為，精度為13cm。以采用值的類以采用值的類型為依據(jù)可分型為依據(jù)可分為為4類：類：RTK的觀測模型為：的觀測模型為：()()TttropionralcddNddd 式中：式中： 為相位測量值，單位為為相位測量值，單位為m； 為星站間的幾何距離；為星站間的幾何距離； 為光速；為光速； 接收機鐘差；接收機鐘差； 衛(wèi)星鐘差；衛(wèi)星鐘差； 為載波相位波長；為載波相位波長； 為整周未知數(shù)；為整周未知數(shù)； 為對流層折射影響；為對流層折射影響； 為電離層折射影響；為電離層折射

4、影響； 為相對論效應(yīng)；為相對論效應(yīng)； 為觀測噪聲參數(shù)為觀測噪聲參數(shù)。 cTdtdNtropdiondreld()二、二、RTK的系統(tǒng)組成的系統(tǒng)組成.12 60.1abcVARTKaGPSbcTSC基準(zhǔn)站GPS接收機及接收天線1.基準(zhǔn)站無線電數(shù)據(jù)鏈電臺及發(fā)射天線直流電源系統(tǒng)的組成流動站接收機及接收天線2.流動站無線電數(shù)據(jù)鏈接收機及天線控制器及軟件天寶天寶RTK系統(tǒng)由下列兩部分組成：系統(tǒng)由下列兩部分組成： 第二節(jié)第二節(jié) RTK系統(tǒng)基準(zhǔn)站的組成和作用系統(tǒng)基準(zhǔn)站的組成和作用 RTK系統(tǒng)基準(zhǔn)站由基準(zhǔn)站系統(tǒng)基準(zhǔn)站由基準(zhǔn)站GPS接收機接收機及衛(wèi)星接收天線、無線電數(shù)據(jù)鏈電臺及發(fā)及衛(wèi)星接收天線、無線電數(shù)據(jù)鏈電臺

5、及發(fā)射天線、直流電源等組成。射天線、直流電源等組成。 如如圖圖8-2所示：所示：圖圖8-2 Trimble4800GPSRTK基準(zhǔn)站配置圖基準(zhǔn)站配置圖 GPSRTK作業(yè)能否順利進行，關(guān)鍵的作業(yè)能否順利進行，關(guān)鍵的問題是無線電數(shù)據(jù)鏈的穩(wěn)定性和作用距離是問題是無線電數(shù)據(jù)鏈的穩(wěn)定性和作用距離是否滿足要求。它和無線電數(shù)據(jù)鏈電臺本身的否滿足要求。它和無線電數(shù)據(jù)鏈電臺本身的性能，發(fā)射天線的類型，參考站的選址，設(shè)性能，發(fā)射天線的類型，參考站的選址，設(shè)備的架設(shè)，環(huán)境無線電的干擾情況等有直接備的架設(shè)，環(huán)境無線電的干擾情況等有直接的關(guān)系。的關(guān)系。 參考站發(fā)射天線和流動站接收天線之間無遮參考站發(fā)射天線和流動站接收天

6、線之間無遮擋信號的障礙物，這些障礙物在陸地上主要由地?fù)跣盘柕恼系K物，這些障礙物在陸地上主要由地形、建筑物、無線電信號發(fā)射臺等；在海上則主形、建筑物、無線電信號發(fā)射臺等；在海上則主要是地球曲率的影響。為了盡量避免參考站設(shè)備要是地球曲率的影響。為了盡量避免參考站設(shè)備之間相互干擾，在作業(yè)時，大于之間相互干擾，在作業(yè)時，大于25W的數(shù)據(jù)鏈電的數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)射天線距離臺發(fā)射天線距離GPS接收天線至少接收天線至少2m，最好，最好6m以以上；發(fā)射天線與電臺的連接電纜必須展開，以免上；發(fā)射天線與電臺的連接電纜必須展開，以免形成新的干擾源。形成新的干擾源。 為了盡量避免參考站設(shè)備之間相互干擾，為了盡量避免參考站設(shè)

7、備之間相互干擾，在作業(yè)時，大于在作業(yè)時，大于25W的數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)射天線距的數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)射天線距離離GPS接收天線至少接收天線至少2m，最好，最好6m以上；發(fā)射天以上；發(fā)射天線與電臺的連接電纜必須展開，以免形成新的線與電臺的連接電纜必須展開，以免形成新的干擾源。干擾源。 RTK數(shù)據(jù)鏈無線電發(fā)射機（數(shù)據(jù)鏈無線電發(fā)射機（TRIMMRK）的工）的工作頻率為作頻率為UHF頻段（頻段（400480MHZ），當(dāng)功率一定時，），當(dāng)功率一定時，發(fā)射距離隨天線高度增加而增加，如下式所示：發(fā)射距離隨天線高度增加而增加，如下式所示：124.24HH發(fā) 射 距 離 （ 半 徑 ）（）式中：式中： 為天寶經(jīng)驗值；為天寶經(jīng)

8、驗值； H1 電臺的天線高；電臺的天線高； H2 流動站的天線高；流動站的天線高；（式（式81） 例：天寶例：天寶4800GPS接收機使用的接收機使用的TRIMMRK無無線電數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)射功率為線電數(shù)據(jù)鏈電臺發(fā)射功率為25W，電臺天線高為，電臺天線高為9m，流動站的天線高為，流動站的天線高為2m，試計算流動站工作的，試計算流動站工作的最遠(yuǎn)距離？最遠(yuǎn)距離？解：已知解：已知H1 = 9 m，H2 = 2m，根據(jù)公式可計算出流動站在，根據(jù)公式可計算出流動站在開闊地帶工作的最遠(yuǎn)距離為：開闊地帶工作的最遠(yuǎn)距離為： 4.249218.71()km發(fā) 射 距 離 （ 半 徑 ）（）注：該距離是在無任何遮擋物

9、的空曠地帶的理論值，實際注：該距離是在無任何遮擋物的空曠地帶的理論值，實際上要根據(jù)實地情況來確定，要留有余量，根據(jù)經(jīng)驗，在城上要根據(jù)實地情況來確定，要留有余量，根據(jù)經(jīng)驗，在城市要將電臺天線架設(shè)在高樓頂上，才可能達(dá)到市要將電臺天線架設(shè)在高樓頂上，才可能達(dá)到10公里左右公里左右的距離。的距離。第三節(jié)第三節(jié) RTK流動站的組成和作用流動站的組成和作用 流動站的組成如流動站的組成如圖圖83所示所示 流動站的作用：流動站的作用： 從基準(zhǔn)站接收到的信號由流動站的從基準(zhǔn)站接收到的信號由流動站的UHF電電臺接收，流動站同時也接收相同的衛(wèi)星信號，臺接收，流動站同時也接收相同的衛(wèi)星信號，用配備的用配備的TSCE控

10、制器進行實時解算。控制器進行實時解算。 流動站數(shù)據(jù)鏈電臺的功率為流動站數(shù)據(jù)鏈電臺的功率為2W，其電，其電源和衛(wèi)星接收機共用，不需另配電池。源和衛(wèi)星接收機共用，不需另配電池。 基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站GPS接收機與接收機與TRIMMRK電臺之電臺之間的數(shù)據(jù)傳輸波特率為間的數(shù)據(jù)傳輸波特率為38400，TRIMMRK電電臺與流動站臺與流動站GPS接收機之間的數(shù)據(jù)傳輸波特率接收機之間的數(shù)據(jù)傳輸波特率為為4800，流動站中的，流動站中的UHF數(shù)據(jù)鏈電臺與流動站數(shù)據(jù)鏈電臺與流動站GPS接收機之間的數(shù)據(jù)傳輸波特率為接收機之間的數(shù)據(jù)傳輸波特率為38400。圖圖8-3 數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)牟ㄌ芈赎P(guān)系數(shù)據(jù)鏈傳輸?shù)牟ㄌ芈赎P(guān)系 1.基準(zhǔn)

11、站可以安置在已知點上，也可以不安置基準(zhǔn)站可以安置在已知點上，也可以不安置在已知點上。若安置在已知點上，則輸入已知點的在已知點上。若安置在已知點上，則輸入已知點的坐標(biāo)，進行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換（坐標(biāo)，進行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換（WGS84轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成BJ54或或其它坐標(biāo)系）。其它坐標(biāo)系）。 為了保證流動站的測量精度和可靠性，應(yīng)在整為了保證流動站的測量精度和可靠性，應(yīng)在整個測區(qū)選擇高精度的控制點進行檢測校對，選擇的個測區(qū)選擇高精度的控制點進行檢測校對，選擇的控制點應(yīng)有代表性，均勻地分布在整個測區(qū)。控制點應(yīng)有代表性，均勻地分布在整個測區(qū)。 2. 基準(zhǔn)站若安置在未知點上（在城市測量中，基準(zhǔn)站若安置在未知點上（在城市測量中，

12、有時為了控制更遠(yuǎn)和更大的范圍，根據(jù)有時為了控制更遠(yuǎn)和更大的范圍，根據(jù)RTK的特點，的特點，可將基準(zhǔn)站架設(shè)在沒有控制點的高樓頂上），在啟可將基準(zhǔn)站架設(shè)在沒有控制點的高樓頂上），在啟動基準(zhǔn)站時，則需輸入該點的動基準(zhǔn)站時，則需輸入該點的WGS84坐標(biāo)，進坐標(biāo)，進行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換（行坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換（WGS84轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成BJ54或其它坐標(biāo)或其它坐標(biāo)系）。求得系）。求得WGS84坐標(biāo)的方法是：開機后，在坐標(biāo)的方法是：開機后，在TSCE控制器上經(jīng)控制器上經(jīng) 經(jīng)過初始化操作后，顯示一軟鍵經(jīng)過初始化操作后，顯示一軟鍵 here （譯成漢語為（譯成漢語為“這里這里”），直接按該鍵即可），直接按該鍵即可求得該點的求得該點

13、的WGS84坐標(biāo)。坐標(biāo)。 3.雖然雖然RTK定位測量的基準(zhǔn)站可以不放在已定位測量的基準(zhǔn)站可以不放在已知點上，但測區(qū)內(nèi)還必須有已知控制點，而且定知點上，但測區(qū)內(nèi)還必須有已知控制點，而且定位測量的精度和已知控制點的等級和個數(shù)有關(guān)，位測量的精度和已知控制點的等級和個數(shù)有關(guān)，在安置好基準(zhǔn)站并啟動流動站后，必須用流動站在安置好基準(zhǔn)站并啟動流動站后，必須用流動站分別到已知點上進行定位測量，以求得該點坐標(biāo)，分別到已知點上進行定位測量，以求得該點坐標(biāo)，然后與該點的原有坐標(biāo)相比，求出其差值，若差然后與該點的原有坐標(biāo)相比，求出其差值，若差值很?。ǜ鶕?jù)工程性質(zhì)定），則不需改正，否則，值很?。ǜ鶕?jù)工程性質(zhì)定），則不需

14、改正，否則，必須將該點的原有坐標(biāo)輸入到必須將該點的原有坐標(biāo)輸入到TSCE控制器中，進控制器中，進行改正。行改正。.測區(qū)內(nèi)僅有一個已知控制點的情況：測區(qū)內(nèi)僅有一個已知控制點的情況：理論上講，在半徑為理論上講，在半徑為10km的范圍內(nèi)，可達(dá)到的范圍內(nèi)，可達(dá)到25cm左右精度。左右精度。10km如圖如圖84所示：所示：圖圖8-4 一個已知點一個已知點. 測區(qū)附近有二個已知控制點的測區(qū)附近有二個已知控制點的情況（必須為整體平差結(jié)果）：情況（必須為整體平差結(jié)果）：圖圖8-5 兩個已知點兩個已知點如圖如圖85所示：所示：. 測區(qū)附近有三個已知控制點的測區(qū)附近有三個已知控制點的情況（必須為整體平差結(jié)果）：情

15、況（必須為整體平差結(jié)果）：如圖如圖86所示：所示： 工作區(qū)工作區(qū)圖圖8-6 三個已知點的工作范圍三個已知點的工作范圍 . 測區(qū)附近有四個已知點的情況測區(qū)附近有四個已知點的情況（必須為整體平差結(jié)果）：（必須為整體平差結(jié)果）：如圖如圖87所示：所示： 圖圖8-7 四個已知點的工作范圍四個已知點的工作范圍 工作區(qū)工作區(qū)第四節(jié)第四節(jié) RTK定位測量的外業(yè)準(zhǔn)備工作定位測量的外業(yè)準(zhǔn)備工作 RTK定位測量外業(yè)準(zhǔn)備的過程如下：定位測量外業(yè)準(zhǔn)備的過程如下： 1.外業(yè)踏勘外業(yè)踏勘 2.收集資料收集資料 3.制定觀測計劃制定觀測計劃 4.星歷預(yù)報星歷預(yù)報 5.器材準(zhǔn)備器材準(zhǔn)備6. 運輸工具運輸工具第五節(jié)第五節(jié) RT

16、K的作業(yè)方法的作業(yè)方法RTK定位測量實施的具體方法如下：定位測量實施的具體方法如下：一一.架設(shè)基準(zhǔn)站架設(shè)基準(zhǔn)站 將基準(zhǔn)站將基準(zhǔn)站GPS接收機安置在開闊的地方，架接收機安置在開闊的地方，架設(shè)腳架、安置基座和衛(wèi)星天線，對中整平，用天設(shè)腳架、安置基座和衛(wèi)星天線，對中整平，用天線高量尺在天線相隔線高量尺在天線相隔120的三個位置量取天線的三個位置量取天線高，并記錄，如高，并記錄，如圖圖87所示。所示。圖圖8-9 基準(zhǔn)站基準(zhǔn)站GPS接接收機安置和量取天線高收機安置和量取天線高 按按on/off鍵，打開鍵，打開TSCE控制器，則自動調(diào)用主菜單，控制器，則自動調(diào)用主菜單，選擇選擇Files(文件文件)來建立

17、新工程如下：來建立新工程如下： 1.建立新工程：給工程起一個文件名，如當(dāng)?shù)氐牡孛蚪⑿鹿こ蹋航o工程起一個文件名，如當(dāng)?shù)氐牡孛蚬こ堂?；工程名?2.選擇工程管理（選擇工程管理（Job management）并確認(rèn)；若測量）并確認(rèn)；若測量手簿中已有的工程則顯示其名稱，若測量手簿中沒有工手簿中已有的工程則顯示其名稱，若測量手簿中沒有工程名，就選中程名，就選中New（F1）輸入工程名后確認(rèn)；）輸入工程名后確認(rèn)；3.在選擇坐標(biāo)系統(tǒng)窗口中選用手工鍵入?yún)?shù)在選擇坐標(biāo)系統(tǒng)窗口中選用手工鍵入?yún)?shù)（Key in parameter）；）；4.在鍵入?yún)?shù)窗口中選設(shè)置投影參數(shù)在鍵入?yún)?shù)窗口中選設(shè)置投影參數(shù)（Pro

18、jection）；）；選擇投影：選擇投影：選擇橫軸墨卡托投影：選擇橫軸墨卡托投影：5.在輸入橢球參數(shù)窗口中選：在輸入橢球參數(shù)窗口中選：鍵入當(dāng)?shù)氐耐队皡?shù)：鍵入當(dāng)?shù)氐耐队皡?shù)：鍵入當(dāng)?shù)氐耐队皡?shù)：鍵入當(dāng)?shù)氐耐队皡?shù)：6.在鍵入?yún)?shù)窗口中再選輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，有三種情況：在鍵入?yún)?shù)窗口中再選輸入轉(zhuǎn)換參數(shù)，有三種情況：鍵入基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的參數(shù)鍵入基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的參數(shù)選擇基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換選擇基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換選擇三參數(shù)選擇三參數(shù)二二.啟動基準(zhǔn)站啟動基準(zhǔn)站 在在TSCE控制器中點擊控制器中點擊Survey（測量）圖標(biāo)，進入測量方式菜單。（測量）圖標(biāo)，進入測量方式菜單。在（在（Survey Styles）測量工作方式菜單中選）測量工作方式

19、菜單中選Trimble RTK（實時動態(tài)）。（實時動態(tài)）。在（在（Survey）測量菜單中選）測量菜單中選Start base receiver（啟動基準(zhǔn)站接收機）。（啟動基準(zhǔn)站接收機）。三三. 啟動流動站啟動流動站 將將TSCE控制器上的電纜插頭插入流動站控制器上的電纜插頭插入流動站GPS接收接收機的插口，在（機的插口，在（Survey）測量菜單中選）測量菜單中選Start Survey（開始測量）也稱啟動流動站。此時在（開始測量）也稱啟動流動站。此時在TSCE控制器的控制器的窗口下部即顯示如下畫面：窗口下部即顯示如下畫面：圖圖8-10 TSC1控制器顯示的有關(guān)圖形控制器顯示的有關(guān)圖形四四.

20、 開始測量，可以分為幾種形式：開始測量，可以分為幾種形式：（1）測量點（）測量點（Measure points） （2）連續(xù)的碎部點的采集（）連續(xù)的碎部點的采集（Continuous topo） 在在“測量測量”菜單下選菜單下選“連續(xù)地形點連續(xù)地形點”，顯，顯示：示：（3）放樣（）放樣（Stakeout） 點的放樣點的放樣直線的放樣直線的放樣路的放樣路的放樣點的放樣點的放樣將光標(biāo)移至點，回車，顯示：將光標(biāo)移至點，回車，顯示：放樣放樣/點點無點無點增加增加F1按按F1（控制器內(nèi)數(shù)據(jù)庫的點（控制器內(nèi)數(shù)據(jù)庫的點增加到增加到“放樣點放樣點”菜單中），菜單中），顯示顯示 選選“從列表中選從列表中選”，為

21、了選擇所要放樣的點，按，為了選擇所要放樣的點，按下下F5后就會在點左邊出現(xiàn)一個后就會在點左邊出現(xiàn)一個“”，那么這個點就增，那么這個點就增加到加到“放樣放樣”菜單中，按回車，返回菜單中，按回車，返回“放樣點放樣點”菜單，菜單，選擇要放樣的點，回車，顯示如下圖（其中之一）。選擇要放樣的點，回車，顯示如下圖（其中之一）。 兩個圖可以通過兩個圖可以通過F5來轉(zhuǎn)換，根據(jù)你的需要而選擇。來轉(zhuǎn)換，根據(jù)你的需要而選擇。當(dāng)你的當(dāng)前位置很接近放樣點時，就會有下圖顯示：當(dāng)你的當(dāng)前位置很接近放樣點時，就會有下圖顯示：表示桿所在位置，表示桿所在位置，“+”表示放樣點位置，此時按下表示放樣點位置，此時按下F2進入精確放樣

22、進入精確放樣模式，直至出現(xiàn)模式，直至出現(xiàn)“”與與“”重合，放樣完成，然后按兩下重合，放樣完成，然后按兩下F1，測量，測量3至至5秒，按秒，按F1存貯此點，再按存貯此點，再按F1就可以放樣其它點。就可以放樣其它點。第六節(jié)第六節(jié) GPS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)技術(shù) GPS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的出現(xiàn)，代表了未來技術(shù)的出現(xiàn)，代表了未來GPS發(fā)展的方向，由此可帶來巨大的社會效益發(fā)展的方向，由此可帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。目前應(yīng)用于和經(jīng)濟效益。目前應(yīng)用于GPS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RTK數(shù)據(jù)處數(shù)據(jù)處理的方法有：虛擬參考站法（理的方法有：虛擬參考站法（Virtual eference StationVRS）、偏導(dǎo)數(shù)法、線性內(nèi)插法和）、偏導(dǎo)數(shù)法、線性內(nèi)插法和條件平差法，其中虛擬參考站法條件平差法，其中虛擬參考站法VRS技術(shù)最為技術(shù)最為成熟。成熟。 一、概述一、概述 VRS系統(tǒng)集系統(tǒng)集GPS、Internet、無線通訊、無線通訊和計算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)于一身。整個系統(tǒng)是和計算機網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)于一身。整個系統(tǒng)是由若干個（三個以上）連續(xù)運行的由若干個（三個以上）連續(xù)運行的GPS基準(zhǔn)基準(zhǔn)站和一個站和一個GPS網(wǎng)絡(luò)控制中心構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)控制中心構(gòu)成。二、二、VRS的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理的系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理 1. VRS的系統(tǒng)構(gòu)成的系統(tǒng)構(gòu)成 GPS固定基準(zhǔn)站系統(tǒng)固定基準(zhǔn)站系