RTK放樣精度評測(DOC)

利用GPS(RTK)進(jìn)行工程放樣、界址點(diǎn)測量及其精度分析（二）2.1.3 RTK的技術(shù)特點(diǎn)1、工作效率高：在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的RTK設(shè)站一次即可測完4km半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測量儀器的設(shè)站次數(shù)，移動站一人操作即可，勞動強(qiáng)度低，作業(yè)速度快，提高了工作效率。2、定位精度高：只要滿足RTK的基木工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為4km ）RTK的平而精度和高程精度都能達(dá)到厘米級。3、全天候作業(yè)：RTK測量不要求基準(zhǔn)站、移動站間光學(xué)通視 ，只要求滿足“電磁波通視”，因此和傳統(tǒng)測量相比，RTK測量受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小，在傳統(tǒng)測量看來難于開展作業(yè)的地區(qū)，只要滿足RTK的基木工作條件，它也能進(jìn)行快速的高精度定位，使測量工作變得史容易史輕松。 4、RTK測量自動化、集成化程度高，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)：RTK可進(jìn)行多種測量內(nèi)、外業(yè)工作。移動站利用軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預(yù)便可自動實現(xiàn)多種測繪功能，減少了輔助測量工作和人為誤差，保證了作業(yè)精度。5、操作簡單，易于使用：現(xiàn)在的儀器一般都提供中文菜單，只要在設(shè)站時進(jìn)行簡單的設(shè)置，就可方便地獲得二維坐標(biāo)。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便地與計算機(jī)、其他測量儀器通信。2.1.4 RTK的局限性和精度保障當(dāng)然RTK也有其局限性，會影響到執(zhí)行上述測量任務(wù)的能力。了解其局限性可確保RTK測量成功。最主要的局限性其實不在于 RTK 本身，而是源于整個GPS系統(tǒng)。如前所述，GPS依靠的是接收兩萬多公里高空的衛(wèi)星發(fā)射來的無線電信號。相對而言，這些信號頻率高、信號弱，不易穿透可能阻擋衛(wèi)星和GPS接收機(jī)之間視線的障礙物。事實上，存在于GPS接收機(jī)和衛(wèi)星之間路徑上的任何物體都會對系統(tǒng)的操作產(chǎn)生不良影響。有些物體如房屋，會完全屏蔽衛(wèi)星信號。因此, GPS不能在室內(nèi)使用。同樣原因, GPS也不能在隧道內(nèi)或水下使用。有些物體如樹木會部分阻擋、反射或折射信號。GPS信號的接收在樹林茂密的地區(qū)會很差。樹林中有時會有足夠的信號來計算概略位置，但信號清晰度難以達(dá)到厘米水平的精確定位。因此，RTK在林區(qū)作業(yè)有一定的局限性。這并不是說，GPS RTK只適用于四周對空開闊的地區(qū)。RTK測量在部分障礙的地區(qū)也可以是有效而精確的。其奧秘是能觀測到足夠的衛(wèi)星來精確可靠地實現(xiàn)定位。在任何時間、任何地區(qū)，都可能會有7到10顆GPS衛(wèi)星可用于RTK測量。RTK系統(tǒng)的工作并不需要這么多顆衛(wèi)星。如果天空中有5顆適當(dāng)分布的衛(wèi)星，就可作精確可靠的定位。有部分障礙的地點(diǎn)只要可以觀測到至少5顆衛(wèi)星，就有可能做RTK測量。在樹林或大樓四周作測量時，只要該地留有足夠的開放空間，使RTK系統(tǒng)可觀測到至少5顆衛(wèi)星，RTK 測量就有成功的條件。在論述RTK技術(shù)的原理時，我們知道,RTK測量的關(guān)鍵是確定整周未知數(shù)，能否連續(xù)地、可靠地接收基準(zhǔn)站播發(fā)的信號，是RTK能否成功的決定因素。在實際應(yīng)用中，來自各方面的干擾，降低了RTK的可靠性和精度。研究表明，為了保證地物點(diǎn)的測量精度，我們在選點(diǎn)時要采取以下措施:1、點(diǎn)位應(yīng)設(shè)在易于安裝接收機(jī)設(shè)備、視野開闊、視場內(nèi)周圍障礙物高度角應(yīng)小于15(如可以選在最高建筑物的頂樓)。2、點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源(如電視臺、微波站、微波通道等)，其距離不小于200 m；遠(yuǎn)離高壓電線，距離不小于50m 。3、點(diǎn)位附近不應(yīng)有大面積的水域或強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體。4、點(diǎn)位選擇要充分考慮到與其它測量手段聯(lián)測和擴(kuò)展。 5、點(diǎn)位要選在交通方便的地方，以提高工作效率。 6)點(diǎn)位要選在地面地基堅硬的地方，易于點(diǎn)的保存。除此之外，為了保證地物點(diǎn)的測量精度，我們還要對接收機(jī)天線進(jìn)行校驗，選擇有削弱多路徑誤差的各種技術(shù)的天線。同時，我們還要不斷利用新的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以削弱各種誤差帶來的影響。2.1.5 RTK的作業(yè)過程1、啟動基準(zhǔn)站將基準(zhǔn)站架設(shè)在上空開闊、沒有強(qiáng)電磁干擾、多路徑誤差影響小的控制點(diǎn)上，正確連接好各儀器電纜，打開各儀器。將基準(zhǔn)站設(shè)置為動態(tài)測量模式。2、建立新工程，定義坐標(biāo)系統(tǒng) 新建一個工程，即新建一個文件夾，并在這個文件夾里設(shè)置好測量參數(shù)如橢球參數(shù)、投影參數(shù)等。這個文件夾中包括許多小文件，它們分別是測量的成果文件和各種參數(shù)設(shè)置文件，如*.dat、*.cot、*.rtk、*.ini 等。3、點(diǎn)校正CPS測量的為W CS一84系坐標(biāo)，而我們通常需要的是在流動站上實時顯示國家坐標(biāo)系或地力獨(dú)立坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，這需要進(jìn)行坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換，即點(diǎn)校正。點(diǎn)校正可以通過兩種方式進(jìn)行。(1)在已知轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下。如果有當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系統(tǒng)與W CS84坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換七參數(shù)，則可以在測量控制器中直接輸入，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系。如果上作是在國家大地坐標(biāo)系統(tǒng)下進(jìn)行，而且知道橢球參數(shù)和投影方式以及基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)，則可以直接定義坐標(biāo)系統(tǒng)，建議在RTK測量中最好加入1-2個點(diǎn)校正，避免投影變形過大，提高數(shù)據(jù)可靠性。(2)在不知道轉(zhuǎn)換參數(shù)的情況下。如果在局域坐標(biāo)系統(tǒng)中工作或任何坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行測量和放樣工作，可以直接采用點(diǎn)校正方式建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方式，平面至少3個點(diǎn)，如果進(jìn)行高程擬合則至少要有4個水準(zhǔn)點(diǎn)參與點(diǎn)校正。4、流動站開始測量(1)單點(diǎn)測量：在主菜單上選擇“測量”圖標(biāo)打開，測量方式選擇“RTK”,再選擇“測量點(diǎn)”選項，即可進(jìn)行單點(diǎn)測量。注意要在“固定解”狀態(tài)下，才開始測量。單點(diǎn)測量觀測時間的長短與跟蹤的衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星圖形精度、觀測精度要求等有關(guān)。當(dāng)“存儲”功能鍵出現(xiàn)時，若滿足要求則按“存儲”鍵保存觀測值，否則按“取消”放棄觀測。(2)放樣測量：在進(jìn)行放樣之前，根據(jù)需要“鍵入”放樣的點(diǎn)、直線、曲線、DTM道路等各項放樣數(shù)據(jù)。當(dāng)初始化完成后，在主菜單上選擇“測量”圖標(biāo)打開，測量方式選擇“RTK”,再選擇“放樣”選項，即可進(jìn)行放樣測量作業(yè)。 在作業(yè)時，在手薄控制器上顯示箭頭及目前位置到放樣點(diǎn)的方位和水平距離，觀測值只需根據(jù)箭頭的指示放樣。當(dāng)流動站距離放樣點(diǎn)就距離小于設(shè)定值時，手薄上顯示同心圓和十字絲分別表示放樣點(diǎn)位置和天線中心位置。當(dāng)流動站天線整平后，十字絲與同心圓圓心重合時，這時可以按“測量”鍵對該放樣點(diǎn)進(jìn)行實測，并保存觀測值。2.2 本章小結(jié) 通過本章的論述我們了解了RTK的基本原理、系統(tǒng)組成及工作條件。RTK的誤差來源有很多種，知道了它們的來源，對于我們采取一定的措施保證RTK的測量精度，提供了理論依據(jù)。RTK的技術(shù)特點(diǎn)是RTK優(yōu)于其他測量技術(shù)的概括。雖然RTK的系統(tǒng)是現(xiàn)代測量的最新成果，但它應(yīng)有不足之處。了解了RTK的局限性，使我們知道了對于一些測量RTK也是受到限制的。RTK的作業(yè)過程是使用RTK的基本步驟，也是今后使用RTK所必須進(jìn)行的操作，通過對作業(yè)過程的敘述，使我們初步掌握了RTK的使用方法。第3章 利用RTK進(jìn)行點(diǎn)放樣和曲線放樣3.1 利用RTK進(jìn)行點(diǎn)放樣建筑物的形狀和大小是通過其特征點(diǎn)在實地上表示出來的。如建筑物的中心、四個角點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)等。因此點(diǎn)放樣是建筑物和構(gòu)筑物放樣的基礎(chǔ)。用RTK進(jìn)行點(diǎn)位放樣同傳統(tǒng)放樣一樣，需要兩個以上的控制點(diǎn)，但不同的是傳統(tǒng)的方法是通過距離或方向來放樣定點(diǎn)，或用全站儀用兩點(diǎn)定向后放樣定點(diǎn)，而RTK是用23個控制點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)校正，就可在無光學(xué)通視（電磁波通視）的條件下進(jìn)行點(diǎn)位的放樣，這是傳統(tǒng)方法難以實現(xiàn)的。3.1.1 點(diǎn)放樣工程實例1、測前準(zhǔn)備：獲取23個控制點(diǎn)的坐標(biāo)（如果沒有已知數(shù)據(jù)可用靜態(tài)GPS先進(jìn)行控制測量），解算或用相關(guān)軟件求出放樣點(diǎn)的坐標(biāo)，檢查儀器是否能正常使用。2、站的架設(shè)：將基準(zhǔn)站架設(shè)在較空曠的地方（附近無高大建筑物或高壓電線等）架設(shè)完后安裝電臺，連接好儀器后開啟基準(zhǔn)站主機(jī)，打開電臺并設(shè)置頻率。3、建立新工程：開啟移動站主機(jī)，待衛(wèi)星信號穩(wěn)定并達(dá)到5顆以上衛(wèi)星時，先連接藍(lán)牙，連接成功后設(shè)置相關(guān)參數(shù)：工程名稱、橢球系名稱、投影參數(shù)設(shè)置、參數(shù)設(shè)置（未啟用可以不填寫），最后確定，工程新建完畢。4、輸入放樣點(diǎn)：打開坐標(biāo)庫，在此我們可以輸入編輯放樣點(diǎn)，也可以事先編輯好放樣點(diǎn)文件，點(diǎn)擊打開放樣點(diǎn)文件，軟件會提示我們是對坐標(biāo)庫進(jìn)行覆蓋或是追加。5、測量校正：測量校正有兩種方法：控制點(diǎn)坐標(biāo)求校正參數(shù)和利用點(diǎn)校正。 第一中方法,利用控制點(diǎn)坐標(biāo)庫(即計算校正參數(shù)的一個工具)的做法大致是這樣的:假設(shè)我們利用A,B這兩個已知點(diǎn)來求校正參數(shù)，那么我們必須記錄下A,B這兩個點(diǎn)的原始坐標(biāo)(即移動站在Fixed的狀態(tài)下記錄的這兩個點(diǎn)的坐標(biāo))，先在控制點(diǎn)坐標(biāo)庫中輸入A點(diǎn)的已知坐標(biāo)之后軟件會提示你輸入A點(diǎn)的原始坐標(biāo)，然后再輸入B點(diǎn)的已知坐標(biāo)和B點(diǎn)的原始坐標(biāo)，這樣就計算出了校正參數(shù)。第二種方法，利用校正向?qū)Ｕ?，此方法又分為基?zhǔn)站在已知點(diǎn)校正和基準(zhǔn)站在未知點(diǎn)的校正。我們這里只說明一下基準(zhǔn)站架設(shè)在未知點(diǎn)的校正方法。 （1）利用一點(diǎn)進(jìn)行校正：步驟依次為工具 校正向?qū)?基準(zhǔn)站架設(shè)在未知點(diǎn) 輸入當(dāng)前移動站的已知坐標(biāo) 待移動站對中整平后并出現(xiàn)固定解 校正。（2）利用兩點(diǎn)校正：步驟依次為工具 校正向?qū)?基準(zhǔn)站架設(shè)在未知點(diǎn) 輸入當(dāng)前移動站的已知坐標(biāo) 待移動站對中整平后并出現(xiàn)固定解 下一步 將移動站移到下一個已知點(diǎn) 輸入當(dāng)前移動站的已知坐標(biāo) 待移動站對中整平后并出現(xiàn)固定解 校正。 （3）利用三點(diǎn)校正：與利用兩點(diǎn)校正相同，只是多增加了一個已知點(diǎn)，多重復(fù)了一遍。6、 放樣點(diǎn)：選擇測量 點(diǎn)放樣，進(jìn)入放樣屏幕，點(diǎn)擊打開按鈕目，打開坐標(biāo)管理庫，在這里可以打開事先編輯好的放樣文件，選擇放樣點(diǎn)，也可以點(diǎn)擊“增加”輸入放樣點(diǎn)坐標(biāo)。本次工程點(diǎn)的設(shè)計坐標(biāo)值見表3.1。表3.1 點(diǎn)放樣設(shè)計坐標(biāo)點(diǎn)號XY1207855.346300511.6432207859.553300520.7153207863.760300529.7874207867.967300538.8595207872.174300547.9306207876.381300557.0027207880.588300566.0748207884.796300575.1469207889.003300584.21810207893.210300593.2903.1.2 點(diǎn)放樣的精度分析放樣完畢后，為了檢驗用RTK放樣點(diǎn)的精度。我們制定如下方案：用萊卡TC405對放樣點(diǎn)進(jìn)行精確測量（由于測量的目的是檢驗RTK的點(diǎn)放樣精度，所以依然使用RTK所用來校正的基準(zhǔn)點(diǎn)作為控制點(diǎn)進(jìn)行定向，這樣可以減少誤差的疊加，并將全站儀的測量誤差忽略不計，即將全站儀的測量結(jié)果看作真值，與點(diǎn)的設(shè)計坐標(biāo)值進(jìn)行比較）。點(diǎn)的設(shè)計坐標(biāo)值用X，Y表示，全站儀實際測量值用X，Y表示，詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3.2。表3.2 點(diǎn)放樣設(shè)計值與檢驗值比較 點(diǎn)號X(m)Y(m)X(m)Y(m) X(cm) Y(cm)點(diǎn)位誤差(cm)1207855.346300511.643207855.332300511.6731.4-33.32207859.553300520.715207859.561300520.693-0.82.22.33207863.760300529.787207863.742300529.8161.8-2.93.44207867.967300538.859207867.948300538.8851.9-2.63.25207872.174300547.930207872.184300547.940-1-11.46207876.381300557.002207876.379300557.0060.2-0.40.47207880.588300566.074207880.603300566.067-1.50.71.78207884.796300575.146207884.785300575.1561.1-11.59207889.003300584.218207889.018300584.218-1.501.510207893.210300593.290207893.195300593.3121.5-2.22.7 以全站儀所測定的坐標(biāo)值為真值，那么2種方法所測得的坐標(biāo)的差值即可認(rèn)為是RTK測量的誤差。根據(jù)工程測量規(guī)范點(diǎn)位誤差5cm,可得如下結(jié)論。 1、RTK測量結(jié)果與全站儀測量結(jié)果互差均在厘米級，其中互差最大為3.4cm ,最小為0.4cm。 2、若以全站儀測定的點(diǎn)位坐標(biāo)為準(zhǔn)，RTK放樣點(diǎn)點(diǎn)位誤差均在5 c m以內(nèi)，RTK放樣點(diǎn)點(diǎn)位相對于全站儀測定點(diǎn)位誤差按公式m= 計算，結(jié)果為2.3cm。3、統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明:若以全站儀測量結(jié)果為準(zhǔn)，可以認(rèn)為RTK測量結(jié)果的點(diǎn)位精度達(dá)到厘米級，需要指出的是各點(diǎn)位之間不存在誤差累計，克服了傳統(tǒng)測量技術(shù)的弊端，完全能滿足點(diǎn)的測設(shè)精度要求。4、但本次檢驗的結(jié)果是在全站儀測量誤差忽略不計的情況下進(jìn)行對比分析的，如果考慮到全站儀的誤差，放樣點(diǎn)有可能出現(xiàn)誤差大于5cm的情況，對于這樣的點(diǎn)誤差，誤差的原因可能是RTK系統(tǒng)自身的誤差，也可能是測量環(huán)境對RTK的影響產(chǎn)生的誤差，或許也是我們自身操作的不正確造成的，但最有可能的原因就是放樣時存在測量環(huán)境影響中的“多路徑誤差”或“信號干擾誤差”。5、對于上述誤差超限的點(diǎn)，我們可以根據(jù)誤差的原因，采取措施來消除或減小誤差，如：改變基準(zhǔn)站的位置，選擇地形開闊的地點(diǎn)，遠(yuǎn)離無線電發(fā)射源、雷達(dá)裝置、高壓電線等，或采用有削弱多路徑誤差的各種技術(shù)的天線等。對于誤差較大RTK又難以削弱其誤差的點(diǎn)我們可以采用其他的測設(shè)方法，如用經(jīng)緯儀和電子測距儀利用導(dǎo)線點(diǎn)對RTK放樣的點(diǎn)進(jìn)行測量，得出點(diǎn)的精確位置，再制作模板，標(biāo)出點(diǎn)的正確位置。3.2 利用RTK進(jìn)行曲線放樣公路、鐵路、渠道、輸電線以及其他管道工程都屬于線型工程，他們的中線通稱為線路。這些線路實際上是由空間的直線段和曲線段組合而成。在線路方向發(fā)生變化的地段，連接轉(zhuǎn)向處的曲線稱為平曲線。平曲線有圓曲線和緩和曲線兩種。圓曲線是有一定曲率半徑的圓弧。3.2.1 一般曲線放樣方法圓曲線放樣時，首先放樣曲線主要點(diǎn)，即ZY（直圓點(diǎn)）、QZ（曲中點(diǎn)）、YZ（圓直點(diǎn)）。為交點(diǎn)JD上實地測出的偏角，圓曲線半徑由設(shè)計給出。因而可以根據(jù)圖3.1 幾何關(guān)系利用公式（3.1）、（3.2）、（3.3）、（3.4）計算出切線長，曲線長，外矢距及切曲差四項曲線要素 圖3.1 曲線要素圖 T=tan R (3.1) L= R (3.2) E=R(sec -1) (3.3) q=2T-L (3.4) 一般方法是根據(jù)曲線要素放樣出曲線主點(diǎn)，再用已放樣出的主點(diǎn)放樣出其他點(diǎn)，由于放樣時是依據(jù)已放樣的主點(diǎn)，這樣容易造成誤差的累積。常規(guī)儀器主點(diǎn)測設(shè)時，將經(jīng)緯儀置于交點(diǎn)JD上，以線路方向定向，即自JD起沿兩切線方向分別量出切線長T，即可定出曲線起點(diǎn)ZY和終點(diǎn)YZ，然后在交點(diǎn)上后視點(diǎn)ZY(或YZ)，撥（180-）/2角，得分角線方向，沿此方向量出外矢距E，即得曲線中點(diǎn)QZ。在將儀器架設(shè)在ZY(或YZ)用極坐標(biāo)法或偏角法進(jìn)行曲線的詳細(xì)放樣。3.2.2 曲線放樣工程實例用RTK放樣曲線的準(zhǔn)備工作與RTK的點(diǎn)的放樣一樣，如果曲線各點(diǎn)的坐標(biāo)是已知數(shù)據(jù)，則可按放樣點(diǎn)的方法進(jìn)行曲線放樣。但是如果不知道曲線坐標(biāo)，也可以將曲線條件輸入手簿，由手簿解算主點(diǎn)和細(xì)部點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行放樣。南方RTK所提供的解算軟件是按一定的里程進(jìn)行解算坐標(biāo)的，待坐標(biāo)解算完畢后就可按點(diǎn)的放樣方法進(jìn)行放樣。曲線要素如表3.3，曲線如圖3.2。表3.3 曲線要素表JD偏角RTLEK100+000.00左偏右偏400.0052.66104.723.45150000 圖3.2 曲線放樣圖 曲線主點(diǎn)及細(xì)部點(diǎn)坐標(biāo)由計算得到，如表3.4。表3.4 曲線主點(diǎn)及細(xì)部點(diǎn)設(shè)計坐標(biāo)表里程XYZY(K99+947.34)207849.407300507.275QZ(K99+999.70)207875.116300552.846YZ(K100+052.06)207894.657300601.382K99+950207850.856300509.507K99+960207856.168300517.980K99+970207861.256300526.583續(xù)表3.4 曲線主點(diǎn)及細(xì)部點(diǎn)設(shè)計坐標(biāo)表里程XYK99+980207866.147300535.310K99+990207870.808300544.157K100+0207875.247300553.117K100+10207879.460300562.186K100+20207883.446300571.357K100+30207887.201300580.