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gps-rtk测量研究
摘要：在实际测量工程中传统的作业方式已逐渐不能满足工程的需要，随着gps技术的快速发展，rtk测量技术也日益成熟，并逐步在测绘中得到应用。rtk测量技术因其精度高、实时性和高效性，使得其在工程测量中的应用越来越广。因此，本文对gpsrtk测量进行了研究。
关键词：gps rtk 测量
abstract: in the actual measurement engineering traditional practices have increasingly unable to meet the needs of the project, with the rapid development of gps technology, rtk measurement techniques become more sophisticated, and gradually been applied in surveys. rtk surveying technology because of its high accuracy, real-time and efficient, making it increasingly wide applications in engineering survey. therefore, gpsrtk measurement.
keywords: gps rtk measurement
中图分类号：p228.4 文献标识码：a文章编码：
1.rtk野外测绘软件
rtk野外测绘软件是最新开发的gpsrtk控制采集手簿软件，其融合了多年来在野外测绘软件上的实践经验，并借鉴国际同类先进软件的相关功能，根据国内测量行业的野外生产习惯而开发的，是专门为大地测量、工程测量和工程建设而设计的功能强大野外测绘软件。
工程之星软件是在南方公司最早的psion控制采集手簿软件和casio天王星控制采集软件的基础上开发而成的。南方公司(同时也是国内)最早使用的rtk测量手簿是内嵌dos操作系统的psion手簿，所以控制采集手簿软件也是基于dos操作系统的，在图形显示上有一定的局限性。随着rtk产品技术的发展，基于wince操作系统的手簿逐渐成熟起来，南方公司实时开发了基于wince操作系统的天王星控制采集手簿，天王星野外测量软件便捷的窗口菜单式功能操作和直观的图形界面是psion手簿软件无法比拟的。
随着rtk产品的广泛使用，许多用户对手簿软件有了更高、更多的功能需求，而紧跟国际rtk测量技术前沿的南方公司在这样的需求下推出了南方一体化接收机及其最新配套的手簿野外测绘软件――工程之星。
2.gpsrtk测量
2.1临时基站rtk测量
gpsrtk测量过程一般包括：基准站选择和设置、流动站设置、中继站的设立等。
2.1.1基准站的观测点位选择和系统设置
(1)基准站的观测点位选择。gpsrtk定位的数据处理过程是基准站和流动站之间的单基线处理过程，基准站和流动站的观测数据质量好坏、无线电的信号传播质量好坏对定位结果的影响很大。野外工作时，测站位置的选择对观测数据质量、无线电传播影响很大。但是，流动站作业点只能由工作任务决定观测地点，所以基准站位置的选择非常重要。
(2)基准站的系统设置。基准站的设置包括：建立项目和坐标系统管理、基准站电台频率的选择、gpsrtk工作方式的选择、基准站坐标输人、基准站工作启动等。
2.1.2流动站gps的设置
流动站gps的设置包括：建立项目和坐标系统管理、流动站电台频率的选择、有关坐标的输人、gpsrtk工作方式的选择、流动站rtk工作启动、使用rtk流动站测量地形点等。
2.1.3中继站电台的设立
由于工作环境的复杂性，基准站和流动站之间往往无法避免障碍物对电台通信的影响，这时中继站电台可以起到比较好的补救作用：一是它可以接收来自基准站的信号，又可以将其发送出去供流动站使用;二是中继站电台只转发信号，不必安排在已知点上，完全可以按需要随时任意安排位置。
2.2.网络rtk测量
实时网络rtk服务，是利用基准站的载波相位观测数据，与流动站的观测数据进行实时差分处理，并解算整周模糊度，由于通过差分消去了绝大部分的误差，因而可以达到厘米级定位精度。网络rtk不需要架设基准站，比传统的rtk测量效率提高30%左右。网络rtk根据其解算模式可分为以下几种。
2.2.1单基站rtk技术
cors站网由若干个cors站组成，gps差分信号可从各个cors站发出，也可从数据中心发出。在这种网络rtk模式下，每个基准站服务于一定作用半径的gps用户，对于一般的rtk应用，服务半径可以达到30km。gps差分数据播发的数据链，可以用无线电台，也可用公用无线通信网，如移动gsm/gprs或联通cdmaix。单工站cors就是只有一个连续运行站。
类似于一加一的rtk，只不过基准站由一个连续运行的基准站代替，基站同时又是一个服务器，通过软件实时查看卫星状态、存储静态数据、实时向internet发送差分信息以及监控移动站作业情况。移动站通过gprs、cdma网络两种通讯方式基站服务器进行通讯。
2.2.2多基站cors网络系统
多基站cors是指分布在一定区域内的多台连续运行的基站，每个基站都是一个单基站系统，由控制软件自动计算流动站与基站间的距离，选点距离最近的cors基站作为rtk差分作业的参考站。
当前国内不同行业建设的cors系统基本上还是独立运行的，很多单位的数据只在本单位甚至是本部门内共享和利用。在当前技术水平和市场可供产品条件下，根据本部门实际情况，从提高投资效益角度出发，选择单基站和多基站cors系统是适合一些地、市、县测绘部门的优选方案。
2.2.3虚拟基站技术(vrs)
vrs技术是现有网络rtk技术的代表。采用vrs技术，基准站网子系统必须包含三个以上的连续运行基准站，数据中心通过组合所有基准站的数据，确定整个cors覆盖区域的电离层误差、对流层误差、轨道误差模型等。流动站作业时，首先通过gprs或cdma无线通信网络向数据中心发出服务请求，并将流动站的概略位置回传给数据中心，数据中心利用与流动位置最接近的三个基准站的观测数据及误差模型，生成一个对应于流动站概略位置的虚拟基准站(vrs)，然后将这个虚拟基准站的改正数信息发送给流动站，流动站再结合自身的观测数据实时解算出其所在位置的精确坐标。
2.2.4主副站技术(mac)
主副站技术首先选取一个基准站作为主站，并将主站所有的改正数及坐标信息传送给流动站，而网络中其他基准站只是将其相对于主站的改正数变化及坐标差信息传送给流动站，从而减少了传送的数据量。
vrs技术和mac技术服务半径可以达到40km左右。
2.3gps测量数据处理
外业观测数据质量检核主要有以下内容：
(1)数据剔除率同一时段内观测值的数据剔除率，不应超过10%。
(2)复测基线的长度差c、d级网基线处理和b级网外业预处理后，若某基线向量被多次重复，则任意两个基线长度之差ds应满足规范要求。
单点观测模式不同点间不进行重复基线、同步环和异步环的数据检验，但同一点间不同时段的基线数据(与连续运行站网)长度较差，两两比较也应满足上述内容。
2.4一体化设计与抗干扰的完美结合
(1)一体化设计是世界同类产品的潮流，彻底摆脱“线”制，模块化的设计有效解决机器内部的干扰问题。
(2)专业设计的数传电台，误码率低，方便写频掌握核心的数传电台技术，主体性能达到国外先进水平，方便写频，为客户解决串台问题，误码率在10-7。
(3)工业级模具三防设计(防尘、防水、防震)专业的模具、高强度的工业外壳材料以及具有很强防水能力的防水圈，使得s82-2008的野外性能更优越。
(4)双接口(usb、串口)高速传输，64m大内存除了一般仪器用的com口外，灵锐s82-2008采用usb的串行口连接技术方便大容量静态数据的传输。内置64m内存，可以满足静态连续一秒间隔采集80小时以上，若采集间隔增大，存贮时间还将成倍增加。
参考文献：
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gps静态测量
【摘要】gps测量技术以其高效、精准、全天候等特点被广泛应用到现代经济社会的各个领域, 在测量、军事、交通等领域都有重要应用价值，特别是在城市、工程测量中这项技术倍受测绘工作者的青睐，成为测绘工作中的一项重大技术革命。本文介绍了静态gps测量的特点，进行了gps静态测量技术实证分析。
【关键词】gps，静态测量 ， 技术，实证分析
【 abstract 】 gps measurement technology to its high efficiency, precise, all-weather work etc widely applied to the modern economic society each field, in the measurement, military, transportation, etc all have important application value, especially in cities, the engineering survey in the technology more the favour of surveying and mapping workers, become the surveying and mapping work a major technology revolution. this paper introduces the characteristics of the static gps measurement, the gps the static measurement technology empirical analysis.
【 key words 】 gps, the static measurement, technology, the empirical analysis
中图分类号： p228.4 文献标识码：a文章编号：
gps静态测量，是利用测量型gps接收机进行定位测量的一种。主要用于建立各种的控制网。进行gps静态测量时，认为gps接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中，gps静态测量的具体观测模式是多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由40分钟到十几小时不等。随着信息化、数字化时代的深入发展, 空间科学和测量技术得到了长足的进步。gps测量技术以其高效、精准、全天候等特点被广泛应用到现代经济社会的各个领域, 在测量、军事、交通等领域都有重要应用价值, 特别是在城市、工程测量中这项技术倍受测绘工作者的青睐, 成为测绘工作中的一项重大技术革命。
一、静态gps测量的特点
1、gps相对定位原理
gps相对定位原理, 根据若干台gps接收机跟踪gps卫星信号所测得的载波相位观测值, 运用求差的方法, 得出各观测站间的坐标差即基线向量。再根据已知点坐标和基线向量求得其他各测站点的坐标。相对定位可以消除或大幅削弱误差( 如卫星钟差、电离层延迟、对流程延迟等) , 因而可以获得很高精度的相对位置。gps相对定位分为静态相对定位和动态相对定位, 其中静态相对定位广泛应用于控制测量中。
2、 gps测量的优点
(1)测站间不需要通视
这是gps定位的最大优点, 既要保持良好的通视条件, 又要保障测量控制网的良好图形是传统测量技术难以解决的矛盾。而gps测量由于不要求测站之间相互通视, 因此使点位的选择变得十分灵活, 而且保证控制网有良好的图形。
(2)定位精度高
短距离( 15km以内) 精度可达毫米级, 中、长距离( 几十公里甚至几百公里) 相对精度可达到10- 7~10- 8。
(3)全天候作业
gps卫星数目多, 且分布均匀, 可保证在任何时间、任何地点连续进行观测, 保障了连续的三维定位, 一般不受天气状况的影响。
(4)操作简便
gps接收机自动化程度极高, 在外业观测中只需对中、整平、量取天线高及开机后设置参数, 其他工作仪器自动完成, 工作效率高。
(5)观测时间短
随着gps测量技术的不断完善, 静态相对测量仅需30min左右。而动态gps定位仅需数秒钟即可达到厘米级甚至毫米级的精度。
(6)提供三维坐标
gps测量可同时精确测定测站点的三维坐标。
二、gps静态测量技术实证分析
1、gps数据后处理存在的问题
根据施测实际需要，控制点数量、分布和测区的形状，设计gps网图，选定控制点并注意布设条件，避免对观测影响，使网型合理、边长合乎规范要求，控制点分布均匀，且使控制面积足够大。采用随机软件进行数据下载，基线解算，全面考核gps网的内部符合精度和探测可能的粗差，并且全部通过的基础上进行wgs84自由网平差，会得到非常高的内附和精度。
为了求得gps网的1954年北京坐标系坐标，对平面控制点进行gps网约束平差，通过坐标转换求出七参数(xyz平移，xyz旋转，尺度比)，利用求解的转换参数将地面点gps坐标转换到地面坐标系统后，还要利用高斯正形投影公式将椭球面坐标投影到高斯平面上，所用公式为：
x=x0+0.5nsinbcosb·i2+……
y=ncosb·i+1/6ncos3b·i3(1-x2+y 2)+……
gps控制网在54椭球上进行约束平差后，整体网的精度应低于或等于已知控制点的精度，所用公式为：m=±2√mo2+mn2。但有些时候，整体控制网在约束平差后却出现了很低的精度，甚至整体网不合或者在使用rtk测量时出现很大的平面坐标误差，经过内外多次实践检验，其问题出现在1954年北京坐标系已知控制点坐标上。
2、北京坐标系(1954年)
建国初期，为了迅速开展我国的测绘事业，鉴于当时的实际情况，将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接处呼玛、吉拉宁、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部区一等锁，这样传算过来的坐标系就定名为1954年北京坐标系。可归结为：①属参心大地坐标系;②采用克拉索夫斯基椭球的两个几何参数;③大地原点在原苏联的普尔科沃;④采用多点定位法进行椭球定位;⑤高程基准为1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面;⑥高程异常以原苏联 1955年大地水准面重新平差结果为起算数据，按我国天文水准路线推算而得。
基准面是利用特定地球椭球对特定地区地球表面的逼近，选用一个同大地相近的、可以用数学方法来表达的旋转椭球来代替，它是测量与制图的基础。凡与局部地区(一个或几个国家)的大地水准面符合得最好的旋转椭球，称之为“参考椭球”。目前常见的有三种：“北京54”坐标系、“西安80”坐标系、wgs1984。“北京54”坐标系是我国从1953年起从苏联1942坐标系联测并经平差引伸到我国，原点在苏联西部的普尔科夫，采用krassovsky椭球参数而定的基准面;“西安80”坐标系是采用1975年iugg/iag第16届大会推荐的地球椭球参数，国家原点设在陕西省泾阳县，其较好地与我国大地水准面符合较好;wgs1984坐标系的基准面采用wgs84椭球体，它是一地心坐标系，即以地心作为椭球体中心。目前gps接收机测量数据多以wgs1984坐标系为基准，pulkovo 1942、非洲索马里的afgooye基准面都采用了krassovsky椭球体，但它们的基准面显然是不同的。
3、解决方法
从1954年北京坐标系建立的条件、手段及方法，可以看出，1954年北京坐标系具有良好的方位角，其两点的边长是通过基线扩大边计算而来并投影到krassovsky椭球体，精度相对较低。gps接收机(标称精度平面：5mm+1ppm)测量控制时其基线精度是非常高的(合格基线)，同时也具有高精度的方位。由于1954年北京坐标系与wgs1984坐标系的参考地球椭球不同，导致两坐标系在方位上存在误差，在利用七参数(xyz平移，xyz旋转，尺度比) 进行坐标转换过程中就会存在边长和角度之间的数学关系的矛盾，其矛盾以平差后的残差形式表现出来。
如何做到既保证控制网的整体精度，又满足1954年北京坐标系的坐标系统?经过反复论证、实践检核，采用一点一方位的进行约束平差，其具体做法如下：
(1)对观测数据进行wgs84自由网平差(剔除粗差后)，基线合格。
(2)选用距侧区中心最近的54坐标数据(a)进行单点起算进行gps控制网在54椭球上约束平差。通过单点结算坐标反算其他54已知控制点距a点的距离s，选用最远的距离点b，反算出a→b的方位角α，再用sab及方位角α计算b’点坐标，再利用a、b’两点对gps控制网平面控制点进行gps网约束平差，解算出gps的各个点位平面坐标。对已知的54控制点进行点位中误差计算，评定精度。
(3) 采用一点一方位的进行约束平差，既保证控制网的整体精度，又满足1954年北京坐标系的坐标系统，非常适合局部区域或具体工程对高精度控制又要与国家控制网联测的要求。
参考文献：
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