GPS-RTK技术及RTK在地形测量、公路测量中的应用毕业论文.doc

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华北水利水电大学继续教育学院毕业设计

GPS-RTK技术及RTK在地形测量、公路测量中的应用
摘要：本文主要介绍了RTK技术的发展，定位原理，RTK测量的特点，及基本工作条件。结合地形图测量的特点，利用RTK测量地形图，可以快速完成外业数据采集和内业处理。RTK技术应用于公路测量是外业勘测的一项重大技术革命，其应用及开发的前景十分广阔。针对RTK地形测量中遇到的部分问题，本文提出若干解决办法及科学的建议。

关键词： GPS RTK 地形测图 公路测量

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目录
GPS-RTK技术及RTK在地形测量、公路测量中的应用 i
绪论 1
1 定位原理 3
1.1 GPS基本定位原理 3
1.2 载波相位差分技术 3
2 RTK 6
2.1 什么是RTK 6
2.2 RTK的基本工作条件 6
2.3 RTK 技术优点 7
2.4 RTK接收机 7
2.4.1 GG-RTK 接收机 （ＧＰＳ＋ＧＬＯＮＡＳＳ） 7
2.4.2 GPS测量系统 9800天王星 双频RTK 8
3 误差及精度分析 10
3.1 RTK精度 10
3.2 RTK误差 10
3.2.1 天线相位中心变化 11
3.2.2 多径误差 11
3.2.3 信号干扰 11
4 RTK内业预处理 12
4.1 控制网优化设计 12
4.1.1 精度指标 12
4.1.2 图形设计原则 12
4.1.3 采用三角网 13
4.1.4 基准设计 13
4.2 坐标参数及转换 13
4.3 参考站 14
5 野外作业 15
5.1 踏勘选点 15
5.2 观测工作计划 16
5.2.1 观测计划的拟定主要依据 16
5.3 仪器配置与检验 18
5.3.1 配置要求 18
5.3.2 检验仪器 18
5.4 观测工作 18
5.4.1 天线安置 18
5.4.2 观测工作 19
5.4.3 观测记录 19
6 RTK技术在公路上的应用 22
6.1 RTK技术的应用情况 22
6.2 RTK技术的静态定位 22
6.3 RTK技术的动态定位 22
7 GPS RTK技术应用实例 22
7.1 测量方法与步骤 23
7.2 基准站设置 24
7.3 坐标转换参数的确定 25
7.4 分项测量 25
7.4.1 定线放样 25
7.4.2 带状地形图测绘 25
8 观测中的问题及建议 26
8.1 电量不足问题 26
8.2 天空环境影响 26
8.3 部分遮挡影响 26
9 总结 27
参考文献 28

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绪论
过去测地形图时一般首先要在测区建立图根控制点，然后在图根控制点上架上全站仪或经纬仪配合小平板测图，现在发展到外业用全站仪和电子手簿配合地物编码，利用大比例尺测图软件来进行测图，甚至于发展到最近的外业电子平板测图等等，都要求在测站上测四周的地形地貌等碎部点，这些碎部点都与测站通视，而且一般要求至少2-3人操作，需要在拼图时一旦精度不合要求还得到外业去返测，现在采用RTK时，仅需一人背着仪器在要测的地形地貌碎部点呆上一二秒种，并同时输入特征编码，通过手簿可以实时知道点位精度，把一个区域测完后回到室内，由专业的软件接口就可以输出所要求的地形图，这样用RTK仅需一人操作，不要求点间通视，采用RTK配合电子手簿可以测设各种地形图，大大提高了工作效率。
五十年代末，原苏联发射了人类的第一颗人造地球卫星，美国科学家在对其跟踪研究中，发现了多普勒频移现象，并利用该原理促成了多普勒卫星导航定位系统TRANSIT的建成，在军事和民用方面取得了极大的成功，是导航定位史上的一次飞跃，我国也曾引进了多台多普勒接收机，应用于海岛联测、地球勘探等领域。但由于多普勒卫星轨道高度低、信号载波频率低，轨道精度难以提高，使得定位精度较低，难以满足大地测量或工程测量的要求，更不可能用于天文地球动力学研究。为了提高卫星定位的精度，美国从1973年开始筹建全球定位系统GPS（Global Positioning System）。在进行了方案论证、系统试验阶段后，于1989年开始发射正式工作卫星，并于1994年全部建成，投入使用。GPS系统的空间部分由21颗卫星组成，均匀分布在6个轨道面上，地面高度为20000余公里，轨道倾角为55度，扁心率约为0，周期约为12小时，卫星向地面发射两个波段的载波信号，载波信号频率分别为1575.442兆赫兹（L1波段）和1227.6兆赫兹（L2波段），卫星上安装了精度很高的原子钟，以确保频率的稳定性，在载波上调制有表示卫星位置的广播星历，用于测距的C/A码和P码，以及其它系统信息，能在全球范围内，向任意多用户提供高精度的、全天候的、连续的、实时的三维测速、三维定位和授时。
GPS系统的控制部分由设在美国本上的5个监控站组成，这些站不间断地对GPS卫星进行观测，并将计算和预报的信息由注入站对卫星信息更新。
GPS系统的用户是非常隐蔽的，它是一种单程系统，用户只接收而不必发射信号，因此用户的数量也是不受限制的。虽然GPS系统一开始是为军事目的而建立的，但很快在民用方面得到了极大的发展，各类GPS接收机和处理软件纷纷涌现出来。目前在中国市场上出现的接收机主要有R0GUE、ASHTECH、TRIMBLE、LEICA、S0KKIA、T0PC0F等。能对两个频率进行观测的接收机称为双频接收机，只能对一个频率进行观测的接收机成为单频接收机，他们在精度和价格上均有较大区别。
对于测绘界的用户而言，GPS已在测绘领域引起了革命性的变化。目前，范围数公里至几千公里的控制网或形变监测网，精度从百米至毫米级的定位，一般都将GPS作为首选手段，随着RTK技术的日趋成熟，GPS已开始向分米乃至厘米级的放样、高精度动态定位等领域渗透。
国际GPS大地测量和地球动力学服务IGS自1992年起，已在全球建立了多个数据存储及处理中心，和百余个常年观测的台站，我国也设立了上海余山、武汉、西安、拉萨、台湾等多个常年观测台站，这些台站的观测数据每天通过INTERNET网传向美国的数据存储中心，IGS还几乎实时地综合各数据处理中心的结果，并参与国际地球自转服务IERS的全球坐标参考系维护及地球自转参数的发布。使用者也可免费从INTERNET网上取得观测数据及精密星历等产品。
GPS系统的实时导航定位精度很高，美国在1992年起实行了所谓的SA政策，即降低广播星历中卫星位置的精度，降低星钟改正数的精度，对卫星基准频率加上高频的抖动（使伪距和相位的量测精度降低），后又实行了A-S政策，即将P码改变成为Y码，即对精密伪距测量进一步限制，而美国军方和特许用户不受这些政策的影响，但美国为了获得更大的商业利益，这些政策终将被取消。
现在专家正致力于研究网络RTK，网络RTK就是在一定区域内建立多个（一般为三个或三个以上）基准站，对该地区构成网状覆盖，并以这些基准站中的一个或多个为基准，计算和发播改正信息，对该地区内的卫星定位用户进行实时改正的定位方式，又称为多基准站RTK。与常规（即单基准站）RTK相比，该方法的主要优点为覆盖面广，定位精度高，可靠性高，可实时提供厘米级的定位，如初步建成的深圳市连续运行卫星定位服务系统。
1 定位原理
1.1 GPS基本定位原理
GPS由三个独立的部分组成：
● 空间部分：21颗工作卫星，3颗备用卫星。
● 地面支撑系统：1个主控站，3个注入站，5个监测站。
● 用户设备部分：接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

图1-1 GPS基本定位原理示意图
GPS的基本定位原理是：卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收这息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。
1.2 载波相位差分技术
GPS RTK就是实施动态载波相位差分技术，属于相对定位技术中的一种。基本原理是将已知坐标点上的观测值与已知坐标等，通过数据连实时传送到同步观测的另一运动点上，利用两点之数据的相关性对未知点坐标进行改正后，使未知点获得满意的定位结果。实践证明，点的平面定位精度已达到了厘米级。整个系统由一个参考站，一个以上流动站，一个以上电台中继站及数据处理系统四部分组成。系统工作原理：参考站、流动站同时接收4颗以上的相同卫星（初始化需5颗），设立在已知点上的参考站，将接收到的卫星信号及控制器中输入的WGS-84系参考坐标，借助于电台数据链实时的传送给流动站。流动站将本机接收到的卫星信息和参考站发来的信号，现场实时处理出WGS-84系坐标，并根据转换参数及投影方法实时计算出流动站的平面坐标和海拔高程。

图1-2 RTK工作原理

图1-3 RTK定位示意图
在图1-3中是以地面观测站为基准站，安置在其上的接收机固定不动，而另一台接收机的位置是运动的（观测者背着流动接收机），于任一历元t，从运动点至所测卫星 的几何距离可写为：
（1-2）
其中，——在协议地球参考坐标中，所测卫星的的瞬时为止向量；
——在同一参考系中，运动点的瞬时位置向量。
测相伪距的观测方程可写为：
（1-3）
如果周未知数已经确定，那么上式便可改写为：
（1-4）
其中

由此，若忽略大气折射残差的影响，则可得单差观测方程：
（1-5）
其中

如果采用双差模型
（1-6）
其中

求出时间和相位，即可确定流动站相对于基准站的准时位置。基准站位置已知，通过内置软件自动结算，即可显示出当前坐标。此技术应用到GPS定位中，即载波相位RTK技术。
2 RTK
2.1 什么是RTK
常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分（Real-time kinematic）方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。
高精度的GPS测量必须采用载波相位观测值，RTK定位技术就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，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。
各种控制测量传统的大地测量、工程控制测量采用三角网、导线网方法来施测，不仅费工费时，要求点间通视，精度分布不均匀，而且在外业不知精度如何，采用常规的GPS静态测量、快速静态、伪动态方法，在外业测设过程中不能实时知道定位精度，如果测设完成后，回到内业处理后发现精度不合要求，还必须返测，而采用RTK来进行控制测量，能够实时知道定位精度，如果点位精度要求满足了，用户就可以停止观测了，而且知道观测质量如何，这样可以大大提高作业效率。如果把RTK用于公路控制测量、电子线路控制测量、水利工程控制测量、大地测量、则不仅可以大大减少人力强度、节省费用，而且大大提高工作效率，测一个控制点在几分钟甚至于几秒钟内就可完成。
2.2 RTK的基本工作条件
基准站和移动站同时接收到5颗以上GPS卫星信号。基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发出的差分信号。基准站和移动站要连续接收GPS卫星信号和基准站发出的差分信号。即移动站迁站过程中不能关机，不能失锁。否则RTK须重新初始化。
2.3 RTK 技术优点
作业效率高。在一般的地形地势下，高质量的RTK设站一次即可测完4KM半径的测区，大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数，仅需一人操作，在一般的电磁波环境下几秒钟即得一点坐标，作业速度快，劳动强度低，节省了外业费用，提高了劳动效率。
定位精度高，数据安全可靠，没有误差积累。只要满足RTK的基本工作条件，在一定的作业半径范围内（一般为4KM），RTK的平面精度和高程精度都能达到厘米级。如Ashtech的Z-X RTK的点位精度可由于优于2.5 cm。
降低了作业条件要求。RTK技术不要求两点间满足光学通视，只要求满足“电磁波通视”。因此，和传统测量相比，PTK技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小，在传统测量看来由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区，只要满足RTK的基本工作条件，它也能轻松地进行快速的高精度定位作业。使测量工作变得更容易更轻松。
RTK作业自动化、集成化程度高，测绘功能强大。RTK可胜任各种测绘内、外业。流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动实现多种测绘功能，使辅助测量工作极大减少，减少人为误差，保证了作业精度。
操作简便，容易使用，数据处理能力强。只要在设站时进行简单的设置，就可以边走边获得测量结果坐标或进行坐标放样。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强，能方便快捷地与计算机、其他测量仪器通信。
2.4 RTK接收机
2.4.1 GG-RTK 接收机 （ＧＰＳ＋ＧＬＯＮＡＳＳ）
Ashtech GG-RTK接收机是第一台使用双卫星系统的厘米级实时动态测量（RTK）接收机。先进的GG-RTK系统可用于那些遮挡比较严重、接收到的GPS卫星少于五颗的地区，如露天矿区和城市。
初始化时间短：进行RTK初始化时，接收机要计算天线至卫星的载波相位波长整周数处理。在整周数确定之前的定位解是浮点解，整周数固定后的解是固定解。由于使用双卫星系统，GG-RTK便能在那些只使用GPS的其他接收机无法固定整周数。跟踪的卫星数越多，固定整周数越快，当可以所顶14颗或更多卫星时，初始化仅需几秒钟。初始化是自动进行的，初始化期间，不需要接收机静止，也不需要任何输入。
多功能基准站：一个GG-RTK基准站可以同时播发GPS和GLONASS的差分改正，还可以播发RTK数据的差分改正。因此只使用一个GG-RTK基准站便能为多台各种组合的差分流动站（DGPS，差分GPS+GLONASS）、RTK导航、RTK测量和后处理测量）提供差分改正。GG-RTK使用国际通用的RTCM标准，所以如果购买了其他的型号的流动站，GG-RTK仍能作为基准站使用。内置电台：进行RTK作业时基准站和流动站需要数据链来建立通讯。GG-RTK可以选择内置扩频电台，其工作频率为902~928兆赫。
2.4.2 GPS测量系统 9800天王星 双频RTK
新9800天王星双频RTK是南方公司最新推出的新一代高度集成一体化的双频GPS产品，不但继承了以前RTK产品的所有优点，同时增加了薄膜接触式开关按钮、卫星健康状态和数据链接收发射状态指示器，直接即可对卫星情况和数据链进行适时的监控，其性能可靠、耐用的主机锂电池，另外，主机新增液晶显示，基准站可免手薄，直接操作启动，使RTK 9800更加轻巧便于携带，更加适合野外作业，全中文的手簿软件，更适合中国国情。

产品特点
1. 主机、电源、数传电台一体化集成测绘单元。
2. 国际知名品牌OEM板、专业GPS数传电台的RTK优秀解决方案，确保工作稳定性。
3. 整机功耗低，17AH基站蓄电配精巧锂电可连续工作12小时。
4. 轻便碳纤对中杆、小巧CASIO工业手簿，一体化主机作业轻便灵活。
5. 静态作业自动采集，RTK基站自动智能设置，移动站一键飞梭。
6. 静态、RTD、RTK功能合一，配备强大得数据解算软件、手簿软件合水上测量解决方案。

配套软件
1. 强大的静态数据处理软件，具有星历预报、基线处理、网平差、坐标转换等功能，可以处理多种型号GPS设备的观测数据。
2. Psion或PDA RTK测图和放样软件，可以完成各种测图和放样作业，与南方的其它测图软件直接接口。

移动站配置
1. 主机（GPS、数传电台、电源）
2. GPS三频天线
3. Psion或PDA手簿
4. 对中杆
5. 1700 mAH锂电
6. 背包

技术指南
主板
高抗干扰性、高集成性和高可靠性，共同环跟踪专利技术，低仰角。
跟踪性能
跟踪通道：独立24通道（12个L1、12个L2）
跟踪信号：L1的C/A码、P码和L1载波；L2载波
后处理基线精度
静态定位：5 mm+1 ppm
RTK定位精度：
平面：20 mm 高程：优于50 mm
RTK作用距离：
标称：15 km 典型：6-10 km
(与当地环境有关）
首次定位时间
60秒（冷启动） 10秒（热启动） 1秒（再捕获）
存储器
控制手簿有效存储16 M / 32 M
数据记录
10次/秒
数据输出
CMR或RTCM-SC104
NMEA 0183 Ver2.3标准N、X、Y、Z、C格式输出
定位数据更新速率：10次/秒
天线类型：微带有源天线
尺寸：195 mm × 145 mm × 60 mm
重量：2公斤
工作温度：-20℃至50℃
存储温度：-45℃至85℃

3 误差及精度分析
3.1 RTK精度
RTK技术采用求差法降低了载波相位测量改正后的残余误差及接收机钟差和卫星改正后的残余误差等因素的影响，使测量精度达到厘米级，一般系统标称精度为1 cm + 2 ppm。工程实践和研究均证明RTK能达到厘米级精度。
RTK的平面精度：通过对徕卡350RTK的研究表明：A、数据链信号接收半径超过15公里，但RTK测量结果只在4公里的范围内保持了较高精度（用全站仪检查其中误差在5cm以内），4公里以外的测量结果误差明显增大，测量结果不可靠。B、接收到的卫星数目越少，测量结果标准差越大，但只要能接收到5颗以上卫星，得出的固定解就能达到仪器标称精度。
RTK的测高精度：为检验Trimble4000SSE（OTF）（标称精度为垂直20 mm + 2 ppm），通过292个点的观测误差分析，得出。
（1）高程观测平均值为93.895 m，标准差为8 mm。最大值为93.921 m，最小值为93.866 m，有97%的数据中误差小于20 mm。即RTK的固定解能达到仪器标称精度。
（2）当VDOP<2时，观测结果最优，当VDOP＞4时，标准差明显增大，但仍优于标称精度，可见卫星分布对高程精度有影响，但影响不大。
（3）当接收卫星数目超过6颗时，标准差变化不显著，当接收卫星数目为5颗时，标准差明显增大，但仍优于标称精度。
（4）可见，只要接收卫星数目超过5颗，VDOP<4，能得出固定解，这种RTK就能达到测高标称精度。
（5）北京一家公司在2000年对ASHTECH轨迹GPSRTK系统进行测试，结果表明，RTK测得的X、Y平面坐标同精确值之差的平均值为4-9 mm；高程同精确值之差的平均值，边长小于5 km时约13 mm，边长10KM时约37 mm；距离同精确值之差的平均值为3 mm。
3.2 RTK误差
RTK定位的误差来源于测站和距离两方面。
3.2.1 天线相位中心变化
天线的机械中心和电子相位中心一般不重合。而电子中心相位是变化的，他取决于接收信号的频率、方位角和高度角。因此不仅需要测量电子相位中心的平均位置相对于天线机械中心的变化，而且要定义整个可见天球的相位中心的变化。忽视相位中心的变化，可使点位坐标的误差一般达到3 cm，最大可达5 cm。
3.2.2 多径误差
多经误差取决于天线之周围的环境。多经误差一般为5 cm。高反射环境下可达19 cm。多经误差的周期一般为5~20分钟，这对RTK的移动站是个严重的问题。此外L1和L2的相位中心的变幅可达6 cm。目前的问题是很难将多经误差和天线相位中心误差的变化分开。
3.2.3 信号干扰
信号干扰主要是电磁波> IV气象因素据研究，快速运动的气象峰面也能导致观测坐标变化达到10~20 mm。同距离有关的误差主要是轨道误差（1 ppm）,电离层误差，对流误差（3 ppm）。
由上述误差可知在地形测量中是能满足要求的。而且在选点和操作过程中要对误差进行克服改正。研究表明，确定整周模糊度的可靠性，是RTK系统能否实时准确定位的观念。确定整州模糊度的时间和可靠性取决于四个因素：单频机和双频机、所测星数、至基地站的距离、RTK软件质量。
在不能满足准光学通视的条件下，应采取以下四项措施：
1）事先在测区制高点布测GPS控制点，作为今后的基地站。
2）缩短各点到基地站的距离，使其能光学通视。
3）提高基地站天线的架设高度。
4）有地形、地物遮挡时，另增设中继站。
但是，这些措施在外业将增加很多困难。因此，采用RTK技术要求厘米级定位精度时，国际上一般都限定移动站到基地站的距离为几公里。
4 RTK内业预处理
4.1 控制网优化设计
优化设计主要包括精度指标的合理确定，网的图形设计和基准设计，目的是满足网的精确性，可靠性和经济性，使各方面在现有条件下达到完美结合。
4.1.1 精度指标
控制网的精度指标通常均以网中相邻点之间的距离误差来表示，其形式为

（4-1）
其中，——网中相邻点间的距离误差（mm）;
——与接收设备有关的常量误差（mm）；
——比例误差（ppm或）；
D——相邻点间的距离（km）。
表4-1 GPS相对定位的精度指标
测量分级
常量误差（mm）
比例误差（）
相邻点距离（km）
A
≤ 5
≤ 0.1
100~200
B
≤ 8
≤ 1
15~250
C
≤ 10
≤ 5
5~40
D
≤ 10
≤ 10
2~15
E
≤ 10
≤ 20
1~10
4.1.2 图形设计原则
（1）GPS网采用独立观测边构成闭合图形。
（2）网间相邻点基线向量的精度应分布均匀。
（3）GPS网点应尽量与原有地面控制网点重合。重合点一般不应少于3个（不足是应联测且在网中应分布均匀，以利于可靠的确定GPS网与地面网之间的转换参数。
（4）GPS网点应考虑于水准点相重合。
（5）选点视野开阔，便于联测，利于搬站。
4.1.3 采用三角网

图4-1 三角网
控制网采用三角网（图4-1），网中的三角边由独立观测边组成。这种图形的几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效的发现观测成果的粗差，以保证网的可靠性。同时，经平差后网中相邻点间基线向量的精度均匀分布。这种观测工作量大，但精度和可靠性高。
4.1.4 基准设计
通过整体平差确定控制网的基准。对于位置、方向、尺度三大基准根据用途确定方法和原则。地形图主要解决位置基准，通过加权固定点，拟稳平差消弱不均匀点误差。
4.2 坐标参数及转换
坐标参数及转换：①当地坐标系（例如北京54坐标系）的椭球参数：长半轴和扁率倒数。②中央子午线。③测区西南角和东北角的大致经纬度。④测区坐标系间的转换参数。⑤如果是矿区或地方坐标系，还要输入转到相应坐标系的转换参数。
DGPS RTK测量是在WGS-84坐标系中进行的，而各种工程测量和定位是在当地坐标或我国的北京54坐标上进行的，这之间存在坐标转换的问题。GPS静态测量中，坐标转换是在事后处理时进行的。而DGPS RTK是用于实时测量的，要求立即给出当地的坐标，这使得坐标转换工作更显得重要。
坐标转换的必要条件是：至少三个以上的大地点分别有WGS-84地心坐标和北京54坐标或当地坐标，利用步尔莎（Bursa）模型解求七个转换参数。步尔莎（Bursa）模型为：
(4-2)
式中X0，Y0，Z0是两个坐标系统的平移参数，Sx，Sy，Sz是两个坐标系统的旋转参数，δμ是两个坐标系统的尺度比。
在计算转换参数时，要注意下列几点：
（1）已知点最好选在测区四周及中心，均匀分布。能有效的控制测区。如果选在测区的一端，应计算出满足给定的精度和控制的范围。切记不可从一端无限制地向另一端外推。
（2）为了提高精度，最好选3个以上的点利用最小二乘法求解转换参数。为了校验转换参数的精度和正确性，还可以选用几个点不参与计算，而带入公式起校验作用，经过校δμ验满足要求的转换参数认为是可靠的。
（3）在不考虑七参数中尺度比和旋转参数时，可以现场求定三个平移参数，令 δμ=1， Sx，Sy，Sz均为0即可。其简化公式为：
(4-3)
即仅求出3个平移参数。仍可以满足一定精度要求的转换参数。
4.3 参考站
参考站的安置是顺利实施动态GPS的关键之一，参考站的安置的要满足下列条件：
（1）参考站应有正确的已知坐标。
（2）参考站应选在地势较高（也不必太高，还要交通方便），天空较为开阔，周围无高度角超过15°的障碍物，有利于卫星信号的接收和数据链发射的位置。
（3）为防止数据链丢失以及多路经效应的影响，周围无GPS信号反射物（大面积水域，大型建筑物等），无高压线、电视台、无线电发射站、微波站等干扰源。
（4）参考站应选在土质坚实、不易破坏的位置。
参考站选定后，可以采用GPS布网（或静态定位）的方法测定，在满足精度要求的情况下也可以将基准站GPS设在原控制点上，用流动站GPS将坐标传过去。
5 野外作业
5.1 踏勘选点
选控制点应在图纸设计好的附近地方视野开阔且易架设仪器，同时避开电磁干扰及远离多路经误差地带，对于设计不合适的点位，通过计算可以适当取舍或改地方。
选点时遵循以下原则：
观测站应远离大功率的无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS信号的干扰。接收机与其天线的距离，一般不得小于200 m；
观测站附近不应有大面积水域，或对电磁波放射较强的物体，已渐弱多路经效应的影响；
观测站应安置在易于安置仪器的地方，且视野开阔。周围障碍物的高度角一般小于10°~15°；
观测站应选择在交通方便的地方，并且便于用其他测量手段联测和扩展；
对于基线较长的GPS网，还应考虑观测站附近，应具有良好的通信设施和电力供应，以供观测站之间的联络和供电。
点位选定后，绘制点之记。其主要内容包括点位和点略图，点位的交通情况和选点情况等。
埋石应根据等级埋设相应标石，做好点之记。
选点、埋石工作结束后，应提交的技术资料主要包括：
点之记及点的环视图；
GPS网选点图；
选点工作技术总结。
表5-1 标石类型及适用范围
类 别
形 式
适用级别
基岩标石
基岩天线墩
基岩标石
A
基本标石
一般基本标石
土层天线墩
岩层天线墩
岩层基本标石
冻土基本标石
沙丘基本标石
A或B
普通标石
一般标石
岩层标石
建筑物上标石
B~E
5.2 观测工作计划
观测工作的内容主要包括：观测计划的拟定，仪器的选择与检验和观测工作的实施等。
5.2.1 观测计划的拟定主要依据
5.2.1.1 观测计划
观测计划的拟定主要依据：GPS网的布设方案，规模大小，精度要求，GPS卫星星座，参加作业的GPS接收机数量以及后后勤保障条件（运输、通讯）等。
观测计划的主要内容应包括：GPS卫星的可见性图及最佳观测时间的选择，采用的接收机类型和数量，观测取的划分和观测工作的进程以及接收机的调度计划等。观测工作量的设计与计算控制、碎部全部用RTK进行。
控制：参加作业的接收机为K，则每一时段可得观测基线向量为K(K-1)/2，其中包括独立观测向量数（K-1）和多于观测向量数(K-1)(K-2)/2。
表5-2 GPS 测量的基本技术规定
级别
项目
A
B
C
D
E
卫星高度角（1°）
≥10
≥15
≥15
≥15
≥15
观测时段数
≥8
≥6
≥2
≥2
≥2
时间长度（min）
≥180
≥120
≥90
≥60
≥60
数据采集间隔（S）
15~60
15~60
15~60
15~60
15~60
卫星观测值象
限分布
（25±5）％
（25±10）％
（25±20）％
（25±20）％+25％
（25±5）％+25％
RTK控制网的点数为M,N为相对定位的观测时段，观测时段为：
T=(1+(M-N)/(K-2))*N (5-1)
由于控制需要高精度，所以在控制时，应注意星历预报，选择最佳时段观测。同步观测的时段数以及时段的长度应满足表5-2。
5.2.1.2 关于分区观测
当控制网的点数较多，而参加同步观测的接收机数量有限时，网的观测工作需分区，当实行分区观测时，为了增加网的整体性，提高网的精度，相邻分区应设置公共点，且公共电数目不得少于3个。相邻分区的公共点过少，将使网的整体性变差，影响网的精度，而增加公共点数，又会延迟测量工作的进程。所以应根据实际情况设置公共点。
5.2.1.3 时段选择
控制网的精度受时段影响，要注意星历预报，选择最佳观测时段。可根据PDOP的大小来确定，下表是PDOP的限值。
表5-3 PDOP 限差规定
别
A
B
C
D
E
PDOP
≤4
≤6
≤8
≤10
≤10
5.2.1.4 观测进程及调度计划
最佳观测时段确定后，在观测工作开始之前，需拟定观测工作的进程表及接收机的调度计划。尤其是控制网规模较大，参加作业的仪器较多时，仔细拟定和选择这些计划的优化方案，对于顺利的实现预定的观测任务极为重要。
要对于观测进程进行预先安排，并根据情况合理调整，接受的调度根据网型设定，实地观测要根据交通情况结合网型适当搭配调动。后请保障要及时跟上。
5.2.1.5 安排计划
控制：要根据单位具体情况，合理配置接收机，不能低于四台，同时要配备运输车，无线电联络工具，人员与接收机固定。
碎部：根据实际情况，配备流动站接收机。在碎部过程中，要注意画草图。观测期间要及时更换电源，控制要时段充足，且时段最佳。
5.3 仪器配置与检验
控制，碎步全部采用RTK。
5.3.1 配置要求
配置要求见下表。
表5-4仪器配置表
级 别
A
B
C
D
单频/双频
双 频
双 频
双 频
双 频
标称精度
优于
5 mm+0.5 ppm
优于
5 mm+0.5 ppm
优于
5 mm+0.5 ppm
优于
5 mm+0.5 ppm
表5-5观测中的接收机数量
级 别
A
B
C
D、E
观测量
载波相位
载波相位
载波相位
载波相位
同步观测接收机数
≥4
≥3
≥2
≥2
5.3.2 检验仪器
主要包括：一般检视、通电检视、试验检视和随机数据后处理软件的检测。在作业之前，要对仪器进行上述检验，操作步骤根据仪器说明书。
5.4 观测工作
观测工作主要包括：天线安置，观测作业，观测记录和观测数据的质量判定等。
5.4.1 天线安置
控制时天线安置尽可能利用三脚架，并安置在标志中心的上方直接对中观测。在特殊情况下，方可进行偏心观测，但偏心元素应精密确定。当上方有铁塔或标记时，应拆除，以防止对信号的干扰。这是将标志中心投影到基板上，作为安置天线的依据。天线底板上的圆水准气泡必须居中。天线的定向标志，应指向正北，并顾及当地磁偏角的影响，以减弱相位中心偏差的影响。定向的误差依定位的精度不同而异，一般不应超过±3°~5°。雷雨天气安置天线时，应注意将底盘接地，以防雷击。天线安置后，应在各观测时段的前后，各量测天线高一次，测量的方法案仪器的操作说明执行。两次量测结果之差不应超过3mm，并取其平均值采用。
5.4.2 观测工作
在开机观测实施之前，接收机一般需按规定经过预热和静置。观测作业的主要任务是捕获GPS卫星信号，并对其进行跟踪、处理和量测，以获取所需要的定位信息和观测数据。操作人员应注意以下事项：
（1）当确认外接电源电缆及天线等各项联结无误后，方可接通电源，启动接收机；
（2）开机后，接收机的有关指示和仪表数据显示正常时，方能进行自测和输入有关测站和时段控制信息；
（3）接收机开始记录数据后，用户应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质等情况。在观测过程中，气象资料一般应在时段始末及中间各观测记录一次，当时段较长时（如超过60分钟），应适当增加观测次数；
（4）观测站的全部预定作业项目，经检查均按规定完成，且记录与资料均完整无误后，方可迁站。
5.4.3 观测记录
在外业观测过程中，所有的观测数据和资料，均需妥善记录。记录的形式主要有：
观测记录，由接收设备自动形成，均记录在存储介质（如磁带、磁卡或记忆卡等）上，其内容包括：载波相位观测值及相应的观测历元。GPS卫星星历级卫星钟差参数。大气修正折射参数。实时绝对定位结果。测站控制信息及接收机工作状态信息。
表5-6 A、B与C级测量手簿记录格式
点 号

点 号

图幅编号

观测员

记录员

观测日期

接收机名称及编号

天线类型及编号

存储介质编号数据文件名

温度计类型及编号

气压计类型及编号

其他仪器名及其编号

近似纬度
°´″N
近似经度
°´″E
近似高程
m
预热时间
h min
开始记录时间
h min
结束记录时间
h min
站时段号

日时段号

天线高测定
测定方法及略图
点位略图
测前：
测后：
测定值 …….. ………m
修正值 …….. ………m
天线高…….. ………m
平均值…….. ………m

记 事

表5-6气象元素及天气状况
时间（UTC）
气压（）
干温（℃）
湿温（℃）
天气状况
云量及分布

测站跟踪作业记录
时间（UTC）
跟踪卫星号（P