GPS-RTK的工程测量技术应用研究.doc

----------------------------精品word文档 值得下载 值得拥有----------------------------------------------
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

GPS-RTK的工程测量技术应用研究
内蒙古师范大学地理科学学院 呼和浩特 010022

摘要：通过介绍 GPS-RTK 的基本结构和测量原理, 结合实例, 对GPS-RTK技术在工程测量优缺点和出现的问题进行了分析研究，并且阐述了内业数据处理、成图、土方量计算过程及结果。
关键字：GPS-RTK 实地应用 内业整理
1、引言
目前,实时动态测量技术(Real TimeKinematic,简称RTK)以其实时、高效、不受通视条件限制等优点, 已广泛应用于工程控制测量、像片控制测量、施工放样测量及地形碎部测量等诸多方面,倍受用户青睐。但是,相对于GPS静态测量,GPS RTK的实时性也给测量人员提出了更高的要求。因为GPS RTK测量缺少必要的检核条件,作业时如果操作失误或某些技术问题处理不当, 都将会给测量成果带来严重影响。因此,及时了解GPS RTK的技术特点及提高GPS RTK测量成果精度的关键技术, 对GPS RTK测量将大有裨益。基础建设与工程建设迎来前所未有的发展机遇，以GPS为基础的RTK 技术也迅速发展起来，并在工程测量领域发挥着重大作用。RTK 技术是大地测量、空间技术、卫星技术、无线电通讯与计算机技术的综合集成，又称载波相位差分技术，是实时处理两个测站载波相位观测值的差分方法。差分GPS 有两种形式：一种是RTK 技术；另一种是RTD 技术。RTK 技术的全称是实时动态载波相位差分技术，即Real Time Kinematic Technique。RTD 技术的全称是实时伪距差分(或叫平滑伪距差分) 技术。当前RTD 技术的定位精度较低，尚不能满足工程测量的精度要求，而RTK技术的定位精度已能达到厘米级，完全可以满足一般工程测量的精度要求。
2、GPS-RTK
2.1、GPS-RTK工作原理
RTK 测量技术是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS 测量技术, 是GPS 测量技术中的一个新突破, 可在野外获取点位厘米级的水平精度。其基本思想是: 在基准站上设置一台GPS 接收机,对所有可见GPS 卫星进行连续地观测, 并将其观测数据通过无线电传输设备, 实时地发送给用户观测站。在用户站上, GPS 接收机在接收GPS 卫星信号的同时, 通过无线电接收设备, 接收基准站传输的观测数据, 然后根据相对定位原理, 实时地解算整周模糊度未知数并计算显示用户站的三维坐标及其精度[1]。
2.2 、GPS-RTK配置组成
GPS RTK 测量系统一般由GPS 接收设备、数据传输设备和软件系统三部分组成。GPS 接收设备包括一台基准站GPS 接收机和多台流动站GPS接收机; 数据传输系统由基准站的发射电台与流动站的接收电台组成, 它是实现实时动态测量的关键设备; 软件系统具有能够实时解算出流动站三维坐标的功能。
2.3、GPS-RTK技术
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 实时动态差分）方法，是GPS应用的重大里程碑。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。
2.4、GPS-RTK的工程测量应用
GPS技术的出现，对测绘界来说无疑是一场技术革命。随着全球定位系统（GPS）技术的快速发展，RTK测量技术也日益成熟，RTK测量技术逐步在工程测量中得到广泛的应用。
（1）控制测量为满足城市建成区和规划区测绘的需求，城市控制网具有控制面积大、精度高、使用频繁等特点。而RTK技术无论是在作业精度，还是作业效率上都具有明显的优势。
（2）线路中线定线RTK测量技术用于市政道路中线或电力线中线放样，放样工作一人也可完成。
（3）建筑物规划放线，放线点既要满足城市规划条件的要求，又要满足建筑物本身的集合关系，放线精度要求较高。在点位精度收敛高的情况下，用RTK进行规划放线一般能满足要求。
（4）用地测量在建设用地勘测定界测量中，RTK技术可实时地测定界址点坐标，确定土地使用界限范围，计算用地面积，在土地分类及权属调查时，应用RTK技术可实时测量权属界限，土地分类修测，提高了测量速度和精度。
（5）大比例尺地形图测绘中，RTK技术的应用使得测图更加的方便。
（6）其他方面测量RTK技术还可用于水域测量、管线测量、房产测量等方面。

3、工程概况
3.1、研究区地理位置
巴彦淖尔市磴口县渡口镇位于河套灌区西部，北与杭锦后旗毗邻，西南与巴彦高勒镇相邻，东靠黄河。地理座标北纬40°9′--40°57＇，东径106°9＇--107°，海拔高度2046—1030米。项目实施地点位于渡口镇南滩村，西至南河沿渠;北至南边渠;东至防洪堤;南至防洪堤。渡口镇地处套区平原，全镇总面积13万亩，其中，耕地面积8.2万亩，林地面积0.5万亩，可垦荒地面积1.2万亩，该镇下辖8个村，56个社。
3.2工程布局
项目区控制灌溉面积1.18万亩，现状末级渠系已初具规模，斗、农、毛渠已实施成型，本次工程布置在现状基础上对项目区内的1条斗渠和9条农渠进行衬砌，全长9.528km, 斗渠1.21km，农渠8.318km。改造斗、农、毛渠各类建筑物342座，其中：斗渠建筑物14座；农渠建筑物86座；毛渠建筑物215座。平整土地0.9万亩。修建机耕路27.2km，其中：主干路12.4km，农机路14.8km。营造农田防护林0.04万亩。主要建设内容和工程概算：主要建设内容包括水利措施、农业措施、林业措施、科技推广措施和其它工作措施。实施以上工程计划总投资824万元，其中: 水利措施投资468.7万元，占总投资的57%；农业措施投资288.6万元，占总投资的35%；林业措施投资50.7万元，占总投资的7%；科技推广投资31万元，占总投资的4%；其它措施投资16万元，占总投资的2%。
4 GPS-RTK在本工程中的应用
4.1 使用仪器简介
X90 接收机是专门为GPS 测量应用而设计的仪器，具有单触式记录的特点，操作简便。它在面板上有四个发光二极管(LED)指示器，可以用来监视测量进程和电池容量。X90 接收机在L1 和L2 频段跟踪GPS 卫星，为陆地测量应用提供精确的定位数据。接收机在内置的压缩闪存（CF）卡上记录GPS 数据，所有数据均可通过串口或USB 端口读取。基准站利用无线电作业时，直接由电台电源供电，不需要基准站主机的电源 ，当手薄电压低时，流动站自动给手薄充电 。
4．2 GPS-RTK外业
4.2.1 外业测量流程
（1）架设基准站
基准站应当选择视野开阔的地方，这样有利于卫星信号的接收。架设高度应避免过低，防止人为干扰。基准站应整平，（架设在已知点时还要求对中）。
有电台的情况下：基站脚架和天线脚架之间应该保持至少3m的距离，避免电台干扰GPS信号。基准站应架设在地势较高的地方，以利于UHF无线信号的传送，如移动站距离较远，还需要增设电台天线加长杆。
（2）新建任务à配置坐标系统à保存任务
运行手簿测地通软件，执行【文件à新建任务】，输入任务名称，选择坐标系统根据实际情况，进行坐标系的设置。选择已有坐标系进行编辑(主要是修改中央子午线，如标准的北京54坐标系一定要输入和将要进行点校正的已知点相符的中央子午线)，或新建坐标系，输入当地已知点所用的椭球参数及当地坐标的相关参数，而【基准转换】、【水平平差】、【垂直平差】都选“无”；当进行完点校正后，校正参数会自动添加到【水平平差】和【垂直平差】；当设置好后，选择确定，即会替代当前任务里的参数，这样测量的结果就为经过转换的。如果新建一个任务则不需要重新作点校正，它会自动套用上一个任务的参数，到下一个测区新建任务后直接作点校正即可，选择保存会自动替代当前任务参数。
（3）设置基准站
广播格式：一般默认为标准CMR（当然也可以设为RTCA或RTCM）；一般测站索引
（可输1-99等）和发射间隔默认即可；高度角：限制默认为10度，用户可根据当时、当地的收星情况适当的改动；天线高度：实测的斜高；天线类型：选择当时所用天线（A100或A300）；测量到：选择测量仪器高所到位置，一般为“天线中部”。
（4）设置移动站
需注意的是广播格式一定要与基准站一致；天线高度：通常为对中杆的长度2米；测量到：通常为“天线底部”；天线类型：选择所用天线型号，然后启动移动站，如果无线电和卫星接收正常，移动站开始初始化。软件的显示顺序为：串口无数据à正在搜星à单点定位à浮动à固定，固定后方可开始测量工作，否则测量精度较低。
（5）点校正
网格点名称：选之前键入的“当地平面坐标”；GPS点名称：选择输入或实地测出相对应已知点的“WGS84坐标”；
校正方法：一般选择“水平与垂直”；然后确定。用一个点进行“校正”，最后选择计算，即把点校正后所得的参数应用于当前任务。
目的：求WGS84坐标到当地坐标的转换参数（如北京54坐标），“点校正”后如果所弹出的提示对话框都选择是则所得参数保存在“当前任务参数”和“坐标系统管理”下
（6）RTK精度检测
点校正之后，我们首先要先采集已知点（平滑），然后进行坐标比对，检查误差范围，确定是否可以继续工作。
（7）数据采集
当显示固定后，就可以进行测量了。【测量à测量点】，输入点名称，输入选择测量后，该点位信息即被存储。就这样分工明确之后开始采集，经过九天努力测量终于完成测图任务，在测的过程中会出现一些问题。刚开始两三天总是会遇到各种问题，有时遇到问题会拖延很长时间。过的时间长了问题也越来越少，效率越来越高。使用起来也很方便。
8内业
内页流程
8.1.软件安装：
8.1.1安装华测RTK软件：
插入光盘，找到RTKSETUP双击即可安装。软件语言选择窗口界面：

图1. 安装语言选择

图2. 安装起始界面
单击下一步

图3. 安装路径选择
选择更改可改变安装路径，或是下一步安装到默认路径

图4. 安装功能选择
用户可根据需要安装部分模块或是默认的全部安装下一步，单击安装既可开始

图5. 安装对话框

图6. 安装完成
等待安装进度完成后，软件部分完成安装。
8.1.2安装微软同步软件：
PC上，开始>程序>Huace RTK>驱动>微软同步软件，点击安装即可。
8.2．把数据从手簿里传到电脑上：
8.2.1手簿上的操作：
文件>打开任务，找到相映的任务，点确定。文件>导出>点坐标导出>输入文件名>确定。

8.2.2电脑上的操作：
软件安装完毕后，用手簿USB线连上电脑和手簿后，微软同步软件会自动运行来连接手簿和电脑，出现对话框点取消即可。在我的电脑里，点移动设备，点我的移动设备，application，RTKCE，即可找到刚才导出的点坐标文件，复制到电脑上即可。我们再将数据以格式保存。部分数据如下：
jz,,18681468.627,4477107.508,1051.747

jz,,18681468.627,4477107.508,1050.136

ka,,681470.251,4477105.881,1044.717

ka,,681497.010,4477090.947,1041.997

dkjz1,,681497.000,4477091.000,1042.000

dk,,681497.000,4477091.000,1042.000

dl,,681497.008,4477090.964,1041.995

dm,,681505.100,4477086.619,1041.928

dn,,681509.347,4477088.210,1041.894

1,,680946.783,4477386.934,1041.359

2,132100, 680415.298,4476655.581,1041.476

3,Line0003, 680415.316,4476655.635,1041.478

4,Line0003, 680413.656,4476656.920,1042.334

5,Line0003, 680409.258,4476659.316,1041.864

6,Line0003, 680416.715,4476654.322,1042.405

7,Line0003, 680421.671,4476650.733,1041.631

8,Line0003, 680445.703,4476697.604,1041.614

9,Line0003, 680444.062,4476698.805,1042.370

10,Line0003, 680439.297,4476702.163,1041.978
11,Line0003, 680446.990,4476696.423,1042.407
12,Line0003, 680453.709,4476691.713,1041.667
13,Line0003, 680475.082,4476737.906, 1041.634
14,Line0003, 680472.963,4476739.517, 1042.602
15,Line0003, 680468.761,4476742.739, 1042.012
16,Line0003, 680476.536,4476736.961, 1042.503
17,Line0003, 680481.903,4476732.951, 1041.615
18,Line0003, 680501.507,4476774.251, 1041.575
19,Line0003, 680499.548,4476775.748, 1042.668
20,Line0003, 680494.860,4476779.169, 1041.994
21,Line0003, 680502.678,4476773.358, 1042.620
22,Line0003, 680510.300,4476768.312, 1041.797
23,Line0003, 680535.496,4476820.953, 1041.637
24,Line0003, 680533.353,4476822.687, 1042.593
jz,,18681468.627,4477107.508,1051.748

jz,,18681468.627,4477107.508,1050.137

ka,,681470.251,4477105.881,1044.718

ka,,681497.010,4477090.947,1041.998

dkjz1,,681497.000,4477091.000,1042.001

dk,,681497.000,4477091.000,1042.001

jz,,18681468.627,4477107.508,1051.748

jz,,18681468.627,4477107.508,1050.137

ka,,681470.251,4477105.881,1044.718

ka,,681497.010,4477090.947,1041.998

dkjz1,,681497.000,4477091.000,1042.001

dk,,681497.000,4477091.000,1042.001

dl,,681497.008,4477090.964,1041.996

dm,,681505.100,4477086.619,1041.929

dn,,681509.347,4477088.210,1041.895

8.3内业成图
画图软件：南方CASS
8.3.1展点
移动鼠标屏幕顶部菜单“绘图处理”项按左键，然后再按下拉菜单中的展野外测点点号。

图1
弹出对话框，选择数据文件zong，打开，屏幕显示如图3展点完成。

图2

图3
8．3．2画图

图1

图2

8．4计算土方量
计算方法：断面法计算土方量。
·首先我们要用复合线绘制出每条水渠纵断面线。然后用鼠标点取“工程应用\生成里程文件\有纵断面线生成\新建”。点取纵断面线便弹出对话框如下：

图3

这里横断面间距我们选择50，然后运用明渠均匀流水力计算程序：

算出水深H=0.635米，渠深=0.635+0.2=0.835米 这样就可以算出横断面左边长度5.81米，右边度3.655米，将其填入上面对话框点击确定生便成横断面线。
·鼠标点取“工程应用\生成里程文件\由纵断线生成\生成”：

我们选择总的测量点文件作为高程点数据文件，自己命名里程文件以及里程文件对应的数据名并选择保存路径，然后点击确定便生成里程文件。
·生成里程文件之后用鼠标点取“工程应用\断面法土方计算\任意断面”：

首先选择之前生成的里程文件，然后根据我们对水渠横断面的设计计算进行上下水平的添加。这里的中桩设计高程=水位高程-水深=1042.103米。添加好设计参数之后点击确定便可生成横断面图如下：

修改前的一个断面图
生成横断面图之后还应对断面图进行修改，将图中没有与地面相交的横断面线通过修改使其交于地面。操作如下：

1）输入计算好的中桩设计参数2）后用鼠标点击左边方框里最下面的那条线将其选中，3）鼠标左键点击更新 4）点击确定
修改完毕：

修改后的断面
按此方法对每条渠的每个横对面进行修改，修改完毕后便可计算土方量。
生成纵横断面后用鼠标点击“工程应用\断面法土方计算\图面土方计算”。操作如下：

选择所有参与计算的横断面，点击鼠标右键生成土方计算表（EXCEL）表格如下：

土 石 方 数 量 计 算 表
里程
中心高(m)
横断面积(m*m)
平均面积(m*m)
距离(m)
总数量(m*m*m)
填
挖
填
挖
填
挖
填
挖
K0+0.00

0.46
0.93
2.42

1.75
2.02
50
87.66
100.83
K0+50.00

0.19
2.57
1.62
2.78
1.03
50
138.84
51.69
K0+100.00
0.04

2.98
0.45
3
0.67
50
150
33.42
K0+150.00
0.06

3.02
0.89
3.16
0.71
50
157.82
35.46
K0+200.00

0.13
3.29
0.53
3.46
0.56
50
173.14
27.88
K0+250.00
0.04

3.63
0.58
3.38
0.7
50
169.14
34.85
K0+300.00
0.1

3.13
0.81
3.49
0.42
50
174.31
21.05
K0+350.00
0.06

3.84
0.03
3.42
0.48
50
170.9
24.03
K0+400.00
0.03

3
0.93
2.84
0.99
50
141.86
49.44
K0+450.00
0.08

2.68
1.05
3.02
0.95
50
151.05
47.35
K0+500.00
0.09

3.36
0.85
3.28
0.53
50
163.93
26.69
K0+550.00

0.14
3.19
0.22
2.52
1.13
50
125.84
56.31
K0+600.00

0.2
1.84
2.03
2.4
1.21
50
119.86
60.57
K0+650.00

0.07
2.95
0.39
2.91
0.51
50
145.37
25.59
K0+700.00

0.06
2.86
0.63
2.72
0.58
50
135.86
29.11
K0+750.00

0.02
2.57
0.53
2.71
0.51
50
135.33
25.5
K0+800.00
0.01

2.84
0.49
2.92
0.58
50
146.25
28.76
K0+850.00

0.17
3.01
0.66
2.9
0.43
50
145.17
21.37
K0+900.00

0.04
2.8
0.19
2.75
0.23
50
137.47
11.38
K0+950.00

0.08
2.7
0.26
1.65
1.36
50
82.36
68.16
K1+0.00

0.6
0.59
2.46
1.44
2.13
50
72.1
106.56
K1+50.00

0.14
2.29
1.8
2.46
1.15
50
122.79
57.67
K1+100.00

0.12
2.62
0.51
2.47
1.03
50
123.47
51.28
K1+150.00

0.14
2.32
1.54
2.71
1.17
50
135.58
58.6
K1+200.00

0.06
3.1
0.8
2.77
0.74
50
138.62
36.76
K1+250.00

0.02
2.44
0.67
2.18
1.16
50
108.95
58.01
K1+300.00

0.07
1.92
1.65
2.42
1.02
50
120.99
51.06
K1+350.00

0.08
2.92
0.39
2.83
0.59
50
141.49
29.44
K1+400.00

0.04
2.74
0.79
2.75
1.09
50
137.33
54.6
K1+450.00

0.06
2.76
1.4
3.05
0.86
50
152.26
42.78
K1+500.00
0.04

3.34
0.31
3.66
0.5
50
183.12
25.04
K1+550.00
0.19

3.99
0.69
3.38
1.37
50
168.91
68.36
K1+600.00

0.29
2.77
2.05
2.88
1.12
50
143.86
56.03
K1+650.00

0.01
2.99
0.2
2.54
0.77
50
127.15
38.35
K1+700.00

0.16
2.1
1.34
2.62
0.76
50
131.1
37.99
K1+750.00
0.01

3.15
0.18
2.95
0.71
50
147.5
35.55
K1+800.00

0.28
2.75
1.24
2.86
1.35
25.65
73.28
34.6
K1+825.65
0.35

2.96
1.46

合计

5080.7
1622.1

8．5 设计2011磴口县农业综合开发渡口镇南滩项目区规划图

9、结论
GPS-RTK 技术已为测量界普遍地接受，并得到越来越广泛的应用。虽然还有其不足之处，如受卫星状况限制、天空环境影响、数据链传输受干扰和限制、初始化能力和所需时间问题等，但由于其只要满足工作条件，RTK 具有高精度、速度快的特点，在工程测量中应用越来越广泛。不断尝试新的方法，积极探索更经济实用的测量技术，提高RTK 观测精度和仪器的使用范围，拓宽RTK 的应用领域，利用其优势提高工作效率，展现RTK 的优越性，在满足工程精度要求的同时, 节省了人力物力, 降低了作业人员的工作强度, 大大提高了工作效率,缩短了勘测设计周期。RTK 技术在渠道测量工作中的巨大优势已越来越明显。另外测量工作中一定要认真严肃对待每一个问题，仔细的处理每一个细节，这样才能高效快速的做出一个合格的结果。

参考文献
[1] 李建平，余元军. GPS 测绘技术在测量中的应用[J] . 西部探矿工程，2008， （5）：125-126
[2] 于小平.GPS-RTK高程拟合方法精度研究[J]．测绘通报,2006(11),55～59.
[3] 许志强. 曹录. GPS-RTK 技术在地形测量中的应用[J] . 中国科技博览，2009， （28）：140.
[4] 曾嘉. GPS-RTK 技术在水下地形测量中的应用[J] . 中国高新技术企业，2009， （17）：51-52.
[5 ] 　张孝军,林云发. GPS RTK技术的测量精度探讨[J ] . 人民长江,2005 , (10) :51 - 54. 46 - 47.
[6] 胡奎，黎曦，胡伍生，杨小青.GPS-RTK 测量结果的精度分析[J].现代测绘，2007，（5）.
致谢

时光飞逝，四年的大学学习将告一段落。回首这四年来的时光，有太多的人值得我终身感谢。