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GPS RTK测量技术规程.pdf

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上传者: 铁路勘测人 2010-10-06 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《GPS RTK测量技术规程pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含上海华测导航技术有限公司GPSRTK测量技术规程TechnicalSpecificationsForGPSRTKSurveys总则为了GPSRTK技符等。

上海华测导航技术有限公司GPSRTK测量技术规程TechnicalSpecificationsForGPSRTKSurveys总则为了GPSRTK技术在治黄测绘及其它相关领域内推广应用统一RTK作业方法、仪器使用要求、数据处理方法特制定本规程。本标准参照与引用的标准《全球定位系统(GPS)测量规范》(GBT)《全球定位系统城市测量技术规程》(CJJ)《公路全球定位系统(GPS)测量规范》(JTJT)《全球定位系统(GPS)测量型接收机检定规程》(CH)。本规程适用于四等平面以下、等外水准控制测量、放样测量、地形测量(包括水下地形测量)、断面测量以及当采用RTK技术辅助水文测验、河道冲淤监测时亦可参照本规程。术语.全球定位系统(GPS)GlobalPositionSystemGPS是由美国研制的导航、授时和定位系统。它由空中卫星、地面跟踪监控站、和用户站三部分组成具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。GPS系统的特点是高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。实时动态测量(RTK)RealTimeKinematicRTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果并达到厘米级精度。在RTK上海华测导航技术有限公司作业模式下基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据还要采集GPS观测数据并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态也可处于运动状态。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。.观测时段Observation测站上开始接收卫星信号到停止接收连续观测的时间长度。.同步观测SimultaneousObservation两站或两站以上接收机同时对同一组卫星进行观测。.天线高AntennaHeight观测时接收机相位中心到测站中心标志面的高度。.参考站ReferenceStation在一定的观测时间内一台或几台接收机分别在一个或几个测站上一直保持跟踪观测卫星其余接收机在这些测站的一定范围内流动作业这些固定测站就称为参考站。.流动站RovingStation在参考站的一定范围内流动作业并实时提供三维坐标的接收机称为流动接收机。.世界大地坐标系(WGS)WorldGeodeticSystem由美国国防部在与WGS相关的精密星历NSWC–Z基础上采用大地参考数和BIH系统定向所建立的一种地心坐标系。.国际地球参考框架ITRFYYInternationalTerrestrialRefferenceFrame由国际地球自转服务局推荐的以国际参考子午面和国际参考极为定向基准以IERSYY天文常数为基础所定义的一种地球参考系和地心(地球)坐标系。.永久性跟踪站PermanentTrackingStation长期连续跟踪接收卫星信号的永久性地面观测站。.广域增强差分系统(WAAS)WideAreaAugmentationDifferentialGPSSystemWAAS系统是将主控站所算得的广域差分信号改正信息经过地面站传上海华测导航技术有限公司输至地球同步卫星该卫星以GPS的L频率为载波将上述差分改正信息当作GPS导航电文转发给用户站从而形成广域GPS增强系统。美国已计划将WAAS发展成国际标准,是美国GPS现代化计划的一部分。.局域增强差分系统(LAAS)LocalAreaAugmentationDifferentialGPSSystem将基准站所算得的伪距差分和载波相位差分改正值、CA码测距信号一起由地基播发站调制在L频道上传输给用户站。在航初始化(OTF)OnTheFlying是整周模糊度的在航解算方法。截止高度角ElevationMaskAngle为了屏蔽遮挡物(如建筑物、树木等)及多路径效应的影响所设定的角度阀值低于此角度视野域内的卫星不予跟踪。坐标系统和时间系统坐标系统RTK测量采用WGS系统当RTK测量要求提供其它坐标系(北京坐标或西安坐标系等)时应进行坐标转换。各坐标系的地球椭球和参考椭球基本参数应符合表的规定。地球椭球和参考椭球的基本几何参数表项目地球椭球参考椭球坐标系名参数名称WGS西安坐标系北京坐标系长半轴a(m)短半轴b(m)扁率α第一偏心率平方e上海华测导航技术有限公司第二偏心率平方e’坐标转换求转换参数时应采用点以上的两套坐标系成果采用BursaWolf、Molodenky等经典、成熟的模型使用PowerADJ、SKIpro、TGO以上版本的通用GPS软件进行求解也可自行编制求参数软件经测试与鉴定后使用。转换参数时应采用三参、四参、五参、七参不同模型形式视具体工作情况而定但每次必须使用一组的全套参数进行转换。坐标转换参数不准确可影响到~cm左右RTK测量误差。当要求提供国家高程基准或其它高程系高程时转换参数必须考虑高程要素。如果转换参数无法满足高程精度要求可对RTK数据进行后处理按高程拟合、大地水准面精化等方法求得这些高程系统的高程。时间系统RTK测量宜采用协调世界时UTC。当采用北京标准时间时应考虑时区差加以换算。这在RTK用作定时器时尤为重要。RTK测量技术设计RTK技术当前的测量精度(RMS)平面mmppm高程mmppm。RTK测量可用于的测量工作控制测量:RTK技术可用于四等以下控制测量、工程测量的工作。地形测量:采用RTK并配合一定的测图软件可以测设各种地形图如普通测图线路带状地形图的测设配合测深仪可以用于水下地形图上海华测导航技术有限公司航海海洋测图等。RTK外业可进行属性编码。放样测量:将设计方案放样到实地。在外业可直接设计线路增强了设计的应用范围。由于RTK在行进中不断计算测站位置、偏移量及填挖方量此时放样可以与设计很好的结合起来。从RTK硬件设备特性和观测精度、可靠性及可利用性综合考虑现阶段RTK的测量技术要求如下表:RTK测量技术设计要求表等级精度要求距离(km)测回数四等以下平面控制最弱点位误差cm最弱边相对中误差万等外水准L图根控制(测图控制、像控测量、放样、中桩测量等)最弱点位误差cm最弱边相对中误差地形测量平面:图上mm高程:等高距RTK的测量距离由于RTK数据链的传播限制和定位精度要求RTK测量一般不超过km。各等级测量要求可按的测量计算某个测区的最长流动站距离。但在中小比例尺测图时在等高距大于米时可将测距放宽至不大于km。当等高距小于米时应不大于公里。但要注意下列要求:()GPS接收机的性能要高且机内有先进的数学模型能确保长基线进行正确整周未知数的求解。()数据链的性能要好传送距离要远能正确无误的将参考站的数据发送到流动站。()根据无线电传播的规律参考站和流动站离地面要有一定的高差。()参考站和流动站之间必须没有山体、楼群之类的遮挡另外作业区域内还不能存在强烈的电磁波等干扰。上海华测导航技术有限公司发射距离与电台天线的高度也有关系。由于参考站电台天线发射UHF波段差分信号电波天线的高度对RTK测量距离影响很大天线高与作用距离服从于下列公式:D=(II)()式中I和I分别是基准站和流动站电台的天线高单位为米D为数据链的覆盖范围的半径单位为公里。上式是在无障碍物遮挡和无电波干扰的理想条件下的覆盖范围实际应用中将会有所出入。根据测区大小可设置不同的发射天线高度。RTK测量准备测区内欲用作参考站的控制点应首先进行图上设计分析RTK链的覆盖范围。如果某处距控制点过远应加测高等级控制点再进行RTK测量。RTK测量时应视测量目的、要求精度、卫星状况、接收机类型、测区已有控制点情况及作业效率等因素综合考虑按照优化设计原则进行作业。当测区内有GPS永久性跟踪站、国家A或B级网点、GPS地壳形变监测点时应首先选用作参考站点。为了检验当前站RTK作业的正确性必须检查一点以上的已知控制点或已知任意地物点、地形点当检核在设计限差要求范围内时方可开始RTK测量。参考站的设置要求点位要求参考站的选择必须严格。因为参考站接收机每次卫星信号失锁将会上海华测导航技术有限公司影响网络内所有流动站的正常工作。周围应视野开阔截止高度角应超过º周围无信号反射物(大面积水域、大型建筑物等)以减少多路径干扰。并要尽量避开交通要道、过往行人的干扰。参考站应尽量设置于相对制高点上以方便播发差分改正信号。参考站要远离微波塔、通信塔等大型电磁发射源米外要远离高压输电线路、通讯线路米外。参考站设置参考站上仪器架设要严格对中、整平。GPS天线、信号发射天线、主机、电源等应连结正确无误。严格量取参考站接收机天线高量取二次以上符合限差要求后记录均值。参考站的定向指北线应指向正北偏离不得超过左右度。对无标志线的天线可预先设置标志位置在同一测区内作业期间应每次标志指向做到基本一致。参考站运行期间作业要求当为了节省控制器电量或用于流动站时参考站在工作期间可关闭手持控制器后去掉。尽管各RTK设备在设计时考虑到防水、防晒等因素但作业时应尽量避免烈日暴晒或雨水淋湿。参考站工作期间工作人员不能远离要间隔一定时间检查设备工作状态对不正常情况及时作出处理。由于参考站除了GPS设备耗电外还要为RTK电台供电可采用双电源电池供电或采用汽车电瓶供电。条件许可时可采用V直流调变压器直接同市电网路连接供电。上海华测导航技术有限公司流动站的设置要求流动站作业准备在RTK作业前应首先检查仪器内存或PC卡容量能否满足工作需要。由于RTK作业耗电量大工作前应备足电源。流动站作业要求由于流动站一般采用缺省m流动杆作业当高度不同时应修正此值。在信号受影响的点位为提高效率可将仪器移到开阔处或升高天线待数据链锁定后再小心无倾斜地移回待定点或放低天线一般可以初始化成功。在穿越树林、灌木林时应注意天线和电缆勿挂破、拉断保证仪器安全。流动站内置软件的一般功能要求三差模型求定近似坐标。双频动态解求整周模糊度。根据相对定位原理实时解算WGS坐标。根据给定的坐标转换参数给出任务(项目)要求的坐标系内坐标。坐标精度的评定。测量结果的实时显示和绘图(示意)。失锁后的重新初始化。数据IO端口。上海华测导航技术有限公司流动站用作GIS采集器时的技术要求当RTK将功能扩展向GIS采集器时要实时输入点位属性、文件和定位有关信息并且实时存储时间有关信息。不同的RTK类型对属性输入要求不同要根据不同的GIS、CAD软件要求设置不同的数据格式。当RTK用于GIS采集器时(主要是GIS空间和属性数据)应有下列主要特征:()轻巧便携尽量减少劳动强度()精度适中根据不同的测量地形图要求选用不同的RTK设备()操作简便简约式操作效率要高()属性功能:采集点的类别、种类、高度、坡度、植被覆盖情况、设施使用情况、归属等文字或数字信息()处理简单与GIS数据库接口良好支持国际、国内通用GIS软件格式。()数据字典内容丰富分类详细。RTK作业RTK作业基本条件要求RTK作业的基本条件要求见表。RTK观测的基本条件要求表观测窗口状态卫星数卫星高度角PDOP值良好窗口º以上勉强可用的窗口º以上避免观测的窗口º以上不能观测的窗口上海华测导航技术有限公司RTK作业应尽量在天气良好的状况下作业要尽量避免雷雨天气。夜间作业精度一般优于白天。卫星预报RTK作业前要进行严格的卫星预报选取PDOP<卫星数>的时间窗口。编制预报表时应包括可见卫星号、卫星高度角和方位角、最佳观测卫星组、最佳观测时间、点位图形几何图形强度因子等内容。卫星预报表的有效期以天为宜当超过天时应重新采集一组新的概略星历进行预报。卫星预报时应采用测区中心的经纬度。当测区较大时应分区进行卫星预报。RTK测量初始化RTK测量必须在完成初始化后才能进行。初始化可以采用静态、OTF两种。初始化时间长短与距参考站的距离有关两者距离越近初始化越快。推荐静态初化化只有在运动状态下才进行OTF初始化。OTF方式一般在测量船、汽车等运动载体上使用。RTK作业时设备启动状况基本要求开机后经检验有关指示灯与仪表显示正常后方可进行自测试并输入测站号(测点号)、仪器高等信息。接收机启动后观测员可使用专用功能键盘和选择菜单查看测站信息接收卫星数、卫星号、卫星健康状况、各卫星信噪比、相位测量残差实时定位的结果及收敛值、存储介质记录和电源情况如发现异常情况或未预料情况并及时作出相应处理。上海华测导航技术有限公司RTK观测期间的作业要求不得在天线附近米内使用电台米内使用对讲机。天气太冷时接收机应适当保暖天气太热时接收机应避免阳光直接照晒确保接收机正常工作。RTK作业期间参考站不允许下列操作:()关机又重新启动。()进行自测试。()改变卫星截止高度角或仪器高度值、测站名等。()改变天线位置。()关闭文件或删除文件等。RTK工作时参考站可记录静态观测数据当RTK无法作业时流动站转化快速静态或后处理动态作业模式观测以利后处理。在流动站作业时接收机天线姿态要尽量保持垂直(流动杆放稳、放直)。一定的斜倾度将会产生很大的点位偏移误差。如当天线高m倾斜时定位精度可影响cm。S=*sin=cm()RTK观测时要保持坐标收敛值小于cm。RTK测量放样放样主要进行下列RTK工作:()测线设计(既可在计算机上设计也可在手簿上设计)()基准站设置和参数输入()流动站设置和参数输入()按设计测量和采点(线路放样时测线上按线路测量和采点)()查看卫星可见状况显示自动接受或用户自定义容差均方根误差(RMS)显示()图解式放样,通过前后、左右偏距控制能快速完成放样工作。上海华测导航技术有限公司()存储点名、点属性与坐标。RTK断面测量RTK断面测量的工作流程如下:()建立工作项目。()进行RTK测量记录点名、点位属性信息及三维坐标信息。()将接收机控制器中的数据传输到微机中。()进行观测点的筛选删除不必要的观测点。()形成纵断面和横断面数据文件根据设计需要可进一步建立断面测量资料数据库、DEM模型、制作DLG图。RTK水下地形测量RTK配合数字测深仪进行水下地形测量时应保证RTK与测深仪采集信息同步。根据不同要求进行验潮或非验潮模式下的水深测量。RTK测深仪进行水下地形测量时,系统主要由三部分组成:()基台分系统:基准控制中心(一般设置于岸上)负责计算差分改正数,记录载波相位等数据,传送基准台定位数据及改正数信息。()流动台分系统:流动台负责位置、航向测量接收GPS定位信号、GPS差分改正数记录定位数据、载波相位数据等利用航向及距离数据推算目标上其它作业点的准确地理位置。()事后处理分系统:负责实时记录GPS接收机的定位数据,并事后对记录数据进行处理得到高精度位置。由RTK与数字测深仪组成的自动控制水下测量系统的一般功能:()驱使系统同步采集各观测数据()导航图形和采集数据实时显示()差分数据处理和坐标系转换()数据编辑上海华测导航技术有限公司()图形文件的生成和输出()能够校核RTK与测深仪之间的数据延迟()能够进行接口参数设置:接口号、传输率、数据位、记录速率及文件格式的选择。水下地形测量的标准配置是:GPS接收机套(最好基准站、移动站可互换)、电台套、水上测量导航软件套、测量控制手簿套、后处理软件一套(动、静态解算和平差、坐标转换)、笔记本电脑一部。在水下地形测量时如需进行验潮位测量可首先用RTK设置于验潮船上实时测量水位后将改正值输入系统软件后再进行水下地形测量工作。在RTK测量水下地形时为了保持数据链的连续应尽量保持测量船匀速不出现显著的加速度。RTK测量误差源RTK测量主要有仪器误差、软件解算误差、对中(对点)误差、基站坐标传算误差、不同时刻卫星状态和观测条件引起的误差等。在观测过程中要注意采取一定的措施克服上述误差。RTK测量过程中注意事项参考站和流动站的项目(任务)设置参数应准确无误。根据不同仪器类型而设置不同作业时要严格按各仪器配套操作手册要求进行参数设置。流动站接收机只有经过初始化完成后才能进行RTK测量初始化分静态初始化或OTF两种。控制测量、放样测量宜采用静态初始化(快速静态或在已知点上)地形点测量可采用OTF初始化。由于RTK测量有时会出现点位坐标漂移误差当按设计要求进行RTK作业时在距离和测回数都按设计掌握时仍有部分测点超限时只有上海华测导航技术有限公司通过减小测距和增加测回数加以解决。RTK仪器设备的技术要求RTK基本配置要求参考站的基本配置要求双频RTKGPS接收机双频天线和天线电缆基准站数据链电台套件基准站控制件(计算机控制、显示和参数设置等)脚架、基座和连接器仪器运输箱等。流动站的基本配置要求:RTKGPS接收机双频GPS天线和天线电缆流动站数据链电台套件手持计算机控制或数据采集器(含各种实用软件)手簿托架米流动杆流动站背包仪器运输箱等。数据链的基本配置:由调制解调器和电台组成。数据链频率可调发射天线通常应分为鞭状天线与波长天线两种。RTK接收机的一般标称精度要求RTK的定位精度一般为平面mmppm高程mmppmRTK作用距离:标称:Km一般应为:Km(与当地环境有关)。在中国沿海有信标地区实时DGPS定位精度mDGPS作业距离km。RTK主要物理性能要求标准V电源(推荐)功耗低。上海华测导航技术有限公司体积小重量轻。工作温度范围大并防水、防尘、防晒、防震。有功能强劲的处理软件。冷启动:秒热启动:秒再捕获:秒。存储器容量大(最好是内存与PC卡都有)。定位数据更新速率:次秒。数据输出有RTCMSC、NMEA两种格式。参考站或流动站可以互换(建议)。通道CA码、P码及LL载波相位接收机。建议的扩展功能和特点具备L上CA码、第三个民用GPS频道L、WAAS、INMARSAT等功能并内置WAAS和EGNOS。双频系统(GPSGLONASS)。操作方便、性能稳定可靠、故障率低、可靠性高(优于)。数据链能同时支持多种数据通信手段接收来自参考站的信息。如UHF、GSM信号方式或者任意通信方式的组合来建立数据链的系统。RTK测量在km范围内精度可达到cm以下。可连接其他外部测量设备形成超站仪。RTK随机后处理软件性能要求应有的主要功能模块:系统配置设置、作业计划、项目管理、数据输入、数据处理、椭球设置、地图投影、地球模型、处理报告、网的设计与最小二乘平差、代码和属性清单、调阅与编辑、坐标转换、GIS、CAD输出。从软件工程设计角度要求()软件应为多用户、多界面的操作系统。上海华测导航技术有限公司()输出数据格式可以用户定义可兼容其它品牌GPS的数据可直接输出其它应用软件的数据格式不需编制格式转换软件。()数据处理能以自动和人工两种方式进行。()能够对数据成果进行科学的整体评价。有关操作手册、说明书齐全。RTK设备的检验与维护可按《全球定位系统(GPS)测量型接收机检定规程》(CH)有关规定执行。数据后处理数据下载RTK数据下载一般采用随机接收机配备的商用软件。下载信息应包括点名、三维坐标、点属性、坐标残差等信息。数据检查、分析根据精度要求和实际情况、软件的功能和精度分析下载的数据查看是否各测回值满足要求收敛误差满足要求等点属性是否齐全。重测与补测当一个点或一组点成果经检查达不到设计要求时必须进行重测或补测。重、补测应按原设计方法、精度要求进行。上海华测导航技术有限公司编辑与输出对多测回数据求平均值后编辑成一定格式或制作表格直接输出或制成GIS数据源产品提供GIS数据库使用。RTK技术推广应用的一般原则RTK技术推广应用的基本思想RTK技术的推广应用应遵循RTK的工作原理、基本性能、精度指标而定当作为完整的系统化解决方案(TotalSystematicSolution)的定时器、定位器OLE附件时要考虑与其基本功能特点相适应。GPS差分定位技术可分为单基准站差分(微型网)、多基准站的局域差分(局域网LADGPS)和广域差分(广域网WAAS)。广域、局域、微型GPS差分网络是至关重要的GPS整体解决方案。而RTK技术是基于微型网技术它只在较小的区域范围内使用。目前一些新的RTK设备已经具有USB传输功能、红外数据传输功能和蓝牙(BlueTooth)功能等一些新的功能特点RTK操作应向个性化、实用化方向发展。RTK技术的推广应用的主要方向双星系统(GPSGLONASS双系统导航定位)是GPSRTK发展的热点它可接收颗卫星左右是常规RTK所无法比拟的该技术使GPS设备具备最短时间达到厘米级精度的能力与最强的抗干扰遮挡能力。VRS(VirtualReferenceStation虚拟参考站)正在改善着RTK定位的质量和距离增强RTK的可靠性并减少OTF初始化的时间。VRS技术可以在Km左右时使RTK定位平面位置精度为cm并无需设立自上海华测导航技术有限公司己的基准站。其应用领域将逐渐涵盖陆地测量、地籍测量、航空摄影测量、GIS、设备控制、电子和煤气管道、变形监测、精准农业、水上测量、环境应用等诸多领域。GPS为代表的卫星导航应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一也是全球发展最快的三大信息产业(蜂窝网MobilecellularPCS、因特网InternetIntranetExtranet和全球定位系统GPS)之一。GPS与计算机、通信、GIS、RS等技术的集成与融合必将使GPS技术的应用领域得到更大范围的拓广。我们必须立足于“三条黄河”建设充分利用GPS技术发挥高新技术RTK的独特优势为治黄服务。成果检验由于RTK技术目前正处于推广应用阶段外业工作应加强对RTK成果的检验。对RTK成果的外业检查可以采用下列方法进行:()与已知点成果的比对检验()重测同一点的检验()已知基线长度测量检验()不同参考站对同一测点的检验。在进行RTK作业时应认真总结作业方法统计测量精度做好测量报告的编写工作,以便完善RTK操作规程。RTK成果的最终检查验收可按有关具体的规范标准与特定设计书要求进行。《测绘产品检查验收规定》(CH)《测量产品质量评定标准》(CH)各测区技术设计书。总则术语坐标系统和时间系统坐标系统时间系统RTK测量技术设计RTK技术当前的测量精度(RMS)RTK测量可用于的测量工作RTK的测量距离RTK测量准备参考站的设置要求点位要求参考站设置参考站运行期间作业要求流动站的设置要求流动站作业准备流动站作业要求流动站内置软件的一般功能要求流动站用作GIS采集器时的技术要求RTK作业RTK作业基本条件要求卫星预报RTK测量初始化RTK作业时设备启动状况基本要求RTK观测期间的作业要求RTK测量放样RTK断面测量RTK水下地形测量RTK测量误差源RTK测量过程中注意事项RTK仪器设备的技术要求RTK基本配置要求RTK接收机的一般标称精度要求RTK主要物理性能要求建议的扩展功能和特点RTK随机后处理软件性能要求RTK设备的检验与维护数据后处理数据下载数据检查、分析重测与补测编辑与输出RTK技术推广应用的一般原则RTK技术推广应用的基本思想RTK技术的推广应用的主要方向成果检验

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