通信論文GPS測(cè)量方向論文范文二
本文選自國(guó)家級(jí)期刊《中國(guó)新通信》，《中國(guó)新通信》雜志是由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主管，中國(guó)電子學(xué)會(huì)主辦，《中國(guó)數(shù)據(jù)通信》雜志社編輯出版的集權(quán)威性、實(shí)用性、技術(shù)性、普及性于一體的數(shù)據(jù)通信專業(yè)技術(shù)刊物。技術(shù)版為月刊。覆蓋范圍：電信、電子、郵政、金融、交通、石油、電力、廣電、教育、鐵路、醫(yī)療、部隊(duì)等相關(guān)數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的部門與系統(tǒng)。讀者對(duì)象：從事數(shù)據(jù)通信的技術(shù)管理干部、工程技術(shù)人員、市場(chǎng)與業(yè)務(wù)的開發(fā)者、數(shù)據(jù)通信的大用戶和有關(guān)專業(yè)的大專院校師生等。本刊曾用刊名：中國(guó)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò);中國(guó)數(shù)據(jù)通信。
摘要：本文對(duì)GPS-RTK技術(shù)略作闡述，并對(duì)在GPS-RTK雙基站測(cè)量的作業(yè)方法進(jìn)行論述的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)量過程中的相關(guān)技術(shù)要求作出了較為詳細(xì)的分析，最后對(duì)定位誤差以及測(cè)區(qū)坐標(biāo)參數(shù)轉(zhuǎn)換的問題進(jìn)行論述。
關(guān)鍵詞：GPS-RTK,原理,雙基站
一、GPS-RTK定位技術(shù)工作原理
GPS-RTK測(cè)量系統(tǒng)是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)，是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供觀測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的3維坐標(biāo)定位成果，并能達(dá)到厘米級(jí)的精度，它是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在測(cè)繪、交通、能源、城市建設(shè)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。相對(duì)傳統(tǒng)的靜態(tài)定位與快速靜態(tài)定位等定位測(cè)量模式，需要較長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理滯后，其測(cè)量定位效率大大提高。
實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準(zhǔn)站、流動(dòng)站和數(shù)據(jù)鏈組成，建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺(tái)接收機(jī)在接收機(jī)作為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過電臺(tái)傳輸設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)傳輸接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，流動(dòng)站上的計(jì)算機(jī)（手簿）根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的3維坐標(biāo)和測(cè)量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測(cè)點(diǎn)的精度指標(biāo)，確定觀測(cè)時(shí)間，從而減少冗余觀測(cè)，提高工作效率。
RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位測(cè)量模式，在工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路斟測(cè)、施工放樣、監(jiān)理和GIS前端數(shù)據(jù)采集、地形測(cè)繪、地籍測(cè)量、水下地形測(cè)繪等。我單位測(cè)繪作業(yè)中全面采用了RTK技術(shù)，在地形圖測(cè)繪、水下地形測(cè)繪、水上勘探點(diǎn)放樣、中樁測(cè)量、橫斷面測(cè)量、縱斷面地面線測(cè)量等工作都采用了RTK作業(yè)，測(cè)量1～2s，精度就可以達(dá)到1～3cm,且整個(gè)測(cè)量過程不需通視，有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器（如全站儀）不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
二、RTK雙基站
RTK定位技術(shù)是一種將數(shù)據(jù)通信技術(shù)與GPS技術(shù)相結(jié)合額的一種載波相位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)。該技術(shù)可以提供測(cè)量站點(diǎn)在設(shè)定坐標(biāo)系當(dāng)中的三維定位結(jié)果，其測(cè)量精度能夠達(dá)到厘米級(jí)別。在該種作業(yè)模式之下，基準(zhǔn)站利用生數(shù)據(jù)鏈將測(cè)量站的坐標(biāo)信息以及觀測(cè)值一起傳送給流動(dòng)觀測(cè)站。而流動(dòng)站則在接收這些信息的同時(shí)，還要及時(shí)的采集GPS獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)在各個(gè)系統(tǒng)內(nèi)形成差分觀測(cè)值，通過實(shí)時(shí)處理后得到定位結(jié)果。
當(dāng)前，在測(cè)繪作業(yè)的過程中，采用的一個(gè)主要測(cè)量手段就是進(jìn)行GPS靜態(tài)定位，而RTK定位技術(shù)則主要是進(jìn)行工程放樣以及圖根的控制測(cè)量。而隨著雙基站、多基站測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，區(qū)域首級(jí)控制測(cè)量等問題得到了有效的解決。但是，由于RTK測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)周期較長(zhǎng)，且投資成本較高。而利用雙基站RTK技術(shù)來對(duì)一、二級(jí)平面以及五等水準(zhǔn)高程控制測(cè)量，則在不明顯增加投資成本的同時(shí)，可以顯著的提高測(cè)量的精度，是一種測(cè)繪過程中可以大量推廣的測(cè)量技術(shù)。在這里，所謂的雙基站就是指在一個(gè)區(qū)域當(dāng)中同時(shí)設(shè)置兩個(gè)基準(zhǔn)站，或者是將一個(gè)基準(zhǔn)站分別兩次設(shè)置在不同的地方。
三、GPS—RTK雙基站作業(yè)方法
采用GPS-RTK雙基站對(duì)一、二級(jí)平面和五等水準(zhǔn)高程控制測(cè)量的方法主要有這樣幾種：其一，在待測(cè)區(qū)域選定一個(gè)滿足無線電信號(hào)和GPS信號(hào)接收條件的地方，在該處同時(shí)架設(shè)兩個(gè)基準(zhǔn)站，而流動(dòng)站則在待測(cè)區(qū)域內(nèi)同時(shí)接收來至這兩個(gè)個(gè)基準(zhǔn)站的信號(hào)，對(duì)未知點(diǎn)或者是已知點(diǎn)進(jìn)行二次觀測(cè)；其二，在待測(cè)區(qū)域選定一個(gè)滿足無線電信號(hào)以及GPS信號(hào)接收的地點(diǎn)，然后設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)站，對(duì)未知點(diǎn)和已知點(diǎn)進(jìn)行二次觀測(cè)，之后再將該基站設(shè)置在另一個(gè)地方，對(duì)未知點(diǎn)和已知點(diǎn)進(jìn)行二次測(cè)量。當(dāng)所有的野外數(shù)據(jù)采集工作完成之后就可以進(jìn)行室內(nèi)數(shù)據(jù)的處理環(huán)節(jié)，該項(xiàng)工作主要是利用差分方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并進(jìn)行WGS-84坐標(biāo)系與1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系或者各個(gè)地方的獨(dú)立坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換工作。最后，將獲得的兩組數(shù)據(jù)成果進(jìn)行平均取值，得到最后的定位結(jié)果。或者是將兩個(gè)基站設(shè)置不同位置時(shí)獲得的四組數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到最終的結(jié)果。
四、相關(guān)的技術(shù)要求
1.基準(zhǔn)站點(diǎn)位置以及觀測(cè)技術(shù)要求
具體的要求主要包括下面這樣幾個(gè)方面：
其一，采用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)時(shí)，基準(zhǔn)站的設(shè)置位置最好在等級(jí)控制之上，當(dāng)然也可以臨時(shí)的選擇在待測(cè)區(qū)域中心地點(diǎn)的某個(gè)固定點(diǎn)之上；
其二，當(dāng)用無線電進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，測(cè)量基站最好選擇在待測(cè)區(qū)域相對(duì)較高的位置；
其三，當(dāng)利用GPS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，測(cè)量基站最好選擇在待測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)置有移動(dòng)信號(hào)接收裝置的位置；
其四，當(dāng)選擇作為參數(shù)轉(zhuǎn)換的參考點(diǎn)的控制點(diǎn)時(shí)，最好將位置選擇在那些地基不容易發(fā)生沉降的建筑物或者是山丘之上。
其五，所有的測(cè)量技術(shù)都應(yīng)該符合CJJ73-97以及GB/T18314—2001中的相關(guān)要求。
2.GPS-RTK具體的測(cè)量技術(shù)要求
GPS-RTK測(cè)量的平面與高程的相關(guān)技術(shù)要求如下表1所示，在進(jìn)行具體的操作過程中，都應(yīng)該在該前提下進(jìn)行。
五、GPS—RTK雙基站在一、二級(jí)控制測(cè)量中面對(duì)的主要問題
1.定位誤差的問題
采用GPS-RTK雙基站的測(cè)量方式中，主要的誤差來自這樣三個(gè)方面：
其一，由于每一個(gè)用戶所的接收機(jī)是公用的。諸如星歷、電離層、對(duì)流層以及衛(wèi)星鐘等方面都存在著一定的誤差：
其二，各個(gè)用戶的信號(hào)接收設(shè)備是固定的。而其中所包含的內(nèi)部噪聲、天線的相位變化、信號(hào)干擾、天線的姿態(tài)、氣象因素以及多路徑效應(yīng)等；
其三，進(jìn)行基準(zhǔn)參數(shù)轉(zhuǎn)換的過程中存在的誤差。諸如控制點(diǎn)的誤差、水準(zhǔn)面差距的內(nèi)插誤差以及坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換存在的誤差等。
其中，第一部分中的衛(wèi)星誤差、星歷誤差等都可以在進(jìn)行差分技術(shù)處理時(shí)加以消除，而電離層和對(duì)流層導(dǎo)致額的誤差可以通過技術(shù)手段予以消除，但是它們的殘余誤差可能會(huì)隨著測(cè)量站與基站間距離的增加而增大；第二部分中的天線相位誤差可以采用專門的技術(shù)予以消除，其余部分可以適當(dāng)?shù)牟扇》婪断瞧錃堄嗾`差對(duì)RTK測(cè)量值的影響很大。
2.待測(cè)區(qū)域坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的問題
在對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行選擇時(shí)，主要對(duì)這樣幾個(gè)問題加以考慮：
其一，應(yīng)該對(duì)待測(cè)區(qū)域四周以及其中心控制點(diǎn)符合均勻分布特點(diǎn)的基站，為了能夠提高轉(zhuǎn)換的精度，應(yīng)該選擇三個(gè)以上的公共點(diǎn)，通過最小二乘法來進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換；
其二，由于在進(jìn)行GPS-RTK雙基站測(cè)量之前，通常都已經(jīng)做好了待測(cè)區(qū)域GPS的基礎(chǔ)控制，可以根據(jù)該區(qū)域室內(nèi)計(jì)算得到的各個(gè)控制點(diǎn)當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)以及WGS-84坐標(biāo)，然后通過坐標(biāo)的參數(shù)轉(zhuǎn)換，將參數(shù)直接輸入到RTK控制冊(cè)當(dāng)中，利用這種方法可以得到一個(gè)較為準(zhǔn)確的參數(shù)；
其三，當(dāng)在進(jìn)行內(nèi)業(yè)的七參數(shù)轉(zhuǎn)換計(jì)算工作時(shí)，沒有一個(gè)專門的軟件能夠?qū)GS-84系坐標(biāo)以及54系向其他模型轉(zhuǎn)換，得到誤差方程矩陣。然后分別利用EXCEL軟件中的MINVERSE（array）與MMULT（ar-ray）函數(shù)得到誤差矩陣的逆矩陣以及兩個(gè)矩陣的乘積，進(jìn)而求得七個(gè)待定的參數(shù)。
六、結(jié)束語
GPS-RTK雙基站在一、二級(jí)測(cè)量中有著常規(guī)測(cè)量?jī)x器不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，今后必將在各相關(guān)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1]王永喬.雙基站GPS-RTK在一、二級(jí)控制測(cè)量中的應(yīng)用，地礦測(cè)繪，2009，25（2）：35-37.
[2]楊文府，崔玉柱.GPS-RTK的技術(shù)方法探討與對(duì)策.測(cè)繪工程.2010，17（4）：50—53.
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