GPS-RTK和全站儀在放樣

1、摘 要GPSRTK技術是GPS測量技術發(fā)展的一個新的突破，目前已經能達到厘米級的精度，具有全天候、高精度、速度快等顯著特點,在建筑業(yè)中已得到廣泛應用,但是目前GPS-RTK技術(GPS實時動態(tài)定位技術)用于建筑軸線放樣的還不多。本文主要對GPS(RTK)運用的基本原理、系統(tǒng)組成、誤差來源進行分析，利用全站儀放樣與RTK放樣進行對比，GPS-RTK技術放樣結果與GPS靜態(tài)觀測結果進行對比,證實了GPS-RTK技術放樣建筑軸線的精度能夠滿足要求。本文就RTK的作業(yè)原理、基本配置及建筑軸線放樣過程做了詳細的闡述，并簡要介紹了GPSRTK技術在建筑軸線放樣中的應用，說明GPS(RTK)的主要優(yōu)缺點，對

2、GPS(RTK)進行誤差分析，了解現階段GPS(RTK)能達到的放樣精度。目前GPS實時動態(tài)定位技術(RTK測量模式),更是以實時、快速、操作簡單而越來越受到測繪部門的青睞,但利用該技術對建筑軸線放樣其精度能否滿足測量要求,現有文獻報道較少。本文通過實例,將RTK技術用于建筑軸線放樣，證明了GPS-RTK技術在建筑軸線放樣方面的可行性。關鍵詞：GPS(RTK) ，誤差來源，誤差分析 ，建筑軸線，放樣精度ABSTRACTGPSRTK technique is a new breakthrough in the development of GPS technology, it is can ac

3、hieve the cm-level accuracy, all-weather, high precision, speed and other significant characteristics, has been widely used in the construction industry, but the current GPS - RTK technology (GPS real-time dynamic positioning technology) axis used in construction lofting also not much.This paper mai

4、nly on the use of the GPS (RTK) the basic principle, system composition, the error sources were analyzed, and the use of GPS - RTK technology lofting, comparing the results with GPS static observation results confirmed the GPS - RTK technology loft building axis precision can meet the requirements.I

5、n this paper, the basic configuration and work principle of RTK, the axis of the construction lofting process in detail, and briefly introduces the application of GPSRTK technique in building axis lofting, illustrate the main advantages and disadvantages of GPS (RTK), error analysis of GPS (RTK), un

6、derstand the present stage can achieve the lofting precision of GPS (RTK).Current GPS real-time dynamic positioning technology (RTK measurement mode), but also in real time, fast, simple operation and more and more get the favour of surveying and mapping departments, but the use of the technology of

7、 building axis lofting its precision can satisfy the measurement requirements, existing literature reported less.Axis in this paper, through examples, the RTK technology used in construction lofting, proved that GPS - RTK technology in the feasibility of construction lofting axes.Keywords: GPS (RTK)

8、,Error sources,The error analysis.Building axis,Lofting precision目 錄摘 要IABSTRACTII目 錄III1 緒論11.1 研究目的與意義11.2 國內外現狀11.3 RTK放樣技術的發(fā)展方向12 GPS-RTK的定位原理32.1 GPS 定位原理32.2 RTK的定位原理42.2.1 RTK定位技術的原理52.2.2 RTK的系統(tǒng)結構52.2.3 RTK的工作原理62.2.4 RTK正常工作的基本條件63 GPS-RTK和全站儀在放樣中的特點73.1 RTK和全站儀的技術特點73.2 RTK在放樣中的優(yōu)缺點83.3全站儀在

9、放樣中的優(yōu)缺點104 建筑軸線放樣114.1 全站儀建筑軸線放樣114.1.1 技術要求114.1.2 軸線放樣作業(yè)流程114.2 GPS-RTK技術建筑軸線放樣134.2.1 選定測區(qū)范圍內控制網144.2.2 計算建筑軸線放樣上相關點坐標144.2.3 RTK定位144.2.4 GPS靜態(tài)采點檢測144.2.5 測點方式155 精度分析185.1全站儀軸線放樣的精度分析185.2 RTK 軸線放樣的精度分析195.3總結21參考文獻23致 謝241 緒論1.1 研究目的與意義軸線是一種悠久的建筑與城市空間設計的方法，在我們的建筑創(chuàng)作中至今還在被運用。軸線有助于城市及其局部區(qū)域結構形態(tài)的形成

10、與良性發(fā)展，而且在歷史上也創(chuàng)造了許多嚴謹有序、優(yōu)美動人的建筑形象與城市空間環(huán)境。軸線的設計也在向復雜和高精準方向發(fā)展，這無疑給現在軸線測量增加了難度，如何快速的定位出建筑軸線是當今建筑問題之一。GPS是由美國國防部主持研制以空中衛(wèi)星為基礎的無線電導航系統(tǒng)。該系統(tǒng)能為全球提供全天候、連續(xù)、實時、高精度的三維位置、三維速度和時間信息。實時差分RTK GPS是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位成果，它是GPS測量技術發(fā)展中的重大突破。隨著整周模糊度能夠在很短的時間內被確定，從而保證了RTK技術在野外實時得到厘米級的定位精度?，F今，全球定位系統(tǒng)(GPS

11、)的應用正廣泛地被測量界所接受。最初，GPS的應用只涉及到控制測量和高精度的大地測量，后來，它的應用遍及各種測量領域。1.2 國內外現狀建筑工程測量是為建筑施工、規(guī)劃定位等服務的城市測量的基礎性工作,傳統(tǒng)上一般用全站儀或經緯儀進行工程控制測量。隨著全球衛(wèi)星定位技術(GPS)的飛速發(fā)展,它以高效率、高精度等優(yōu)點在建筑工程業(yè)得到了廣泛采用。GPS-RTK技術是在GPS基礎上發(fā)展起來的，能夠實時提供流動站在指定坐標系中的三維定向結果，并在一定范圍內達到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式，是GPS應用的重大里程碑，它的出現為工程放樣，地形測圖，各種控制測量帶來了曙光，極大地提高了外業(yè)效率。1.3

12、RTK放樣技術的發(fā)展方向 （1）雙星系統(tǒng)雙星系統(tǒng)（GPS+GLONASS雙系統(tǒng)導航定位）是GPS（RTK）發(fā)展的熱點，它可接收14-20顆衛(wèi)星左右，是常規(guī)RTK所無法比擬的，該技術使GPS設備具備最短時間達到厘米級精度的能力與最強的抗干擾遮擋能力。當然以后還會有歐洲的伽利略，中國的北斗系統(tǒng)，都有可能加入雙星系統(tǒng)。（2）VRS系統(tǒng)GPS的網絡RTK技術，即我們通常所說的虛擬參考站（VRS）。它的出現將使一個地區(qū)的所有測繪工作成為一個有機的整體，結束以前GPS作業(yè)單打獨斗的局面。同時它將大大擴展RTK的作業(yè)范圍，使GPS的應用更廣泛，精度和可靠性將進一步提高，使以前許多GPS無法完成的任務得以完成

13、。（3）GPSGPS為代表的衛(wèi)星導航應用產業(yè)已成為當今國際公認的八大無線產業(yè)之一，也是全球發(fā)展最快的三大信息產業(yè)（蜂窩網Mobile cellular/PCS、因特網Internet/Intranet/Extranet和全球定位GPS）之一。GPS與計算機、通信、GIS、RS等技術的集成與融合必將使GPS技術的應用領域得到更大范圍的拓廣。通過本章的論述我們了解到了GPS的優(yōu)點，GPS技術的發(fā)展給我們的生活、生產帶來了方便。RTK是GPS發(fā)展的最新成果，RTK除了給我們帶來了上述的優(yōu)點還給我們帶來了一些不可避免的缺點，這些缺點直接影響我們RTK的應用范圍，這樣看出了我們來急需處理這些缺點是必須的

14、，這樣才有利于RTK的推廣。讓GPS發(fā)揮更大的用處。同時通過這章的學習我們了解了RTK將來的發(fā)展方向為以后的RTK跟廣泛的應用，提供指導作用，說明RTK技術在測繪將會起到越來越不可替代的作用。2 GPS-RTK的定位原理2.1 GPS 定位原理 GPS組成包括三個部分：（1）空間部分GPS的空間部分是由24顆衛(wèi)星組成（21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星），它位于距地表20200km的上空，均勻分布在6個軌道面（沒個軌道面4顆），軌道傾角為55。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可以觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預存導航信息。GPS的衛(wèi)因為大氣摩擦等問題，隨著時間的推移，導航精度會逐漸降低。

15、（2）地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)是由監(jiān)測站（Monitor Station）、主控制站(Master Monitor Station)、地面天線 (Ground Antenna)所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市 (Colorado Spring)。地面控制站負責收集衛(wèi)星傳回的訊息，并計算衛(wèi)星星歷、相對距離、大氣校正等數據。（3）用戶設備部分用戶設備部分即GPS 信號接收機。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率,解調出衛(wèi)星軌道參數等數據。根據這些數據，接收機中的微處理計算

16、機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS 數據的后處理軟件包構成完整的GPS 用戶設備。GPS 接收機的結構分為天線單元和接收單元兩部分。接收機一般采用機內和機外兩種直流電源。設置機內電源的目的在于更換外電源時不中斷連續(xù)觀測。在用機外電源時機內電池自動充電。關機后，機內電池為RAM存儲器供電，以防止數據丟失。目前各種類型的接受機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。其次則為使用者接收器,現有單頻與雙頻兩種,但由于價格因素,一般使用者所購買的多為單頻接收器。GPS 系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)1

17、。如圖2.2 所示：在需要的位置 G點架設 GPS 接收機，在某一時刻 同時接收了 4顆(A、B、C、D)以上的 GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導航電文，通過一系列數據處理和計算可求得該時刻 GPS收機至 GPS 衛(wèi)星的距離 、，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的位置 (三維坐標)。從而用距離交會的方法求得 P 點的維坐標(， ，)，其數學模型為： 圖 2.2 GPS定位原理式中(，),(，),(，),(，)分別為衛(wèi)星 A，B，C在時刻的空間直角坐標。GPS 系統(tǒng)常用的坐標系統(tǒng)有 WGS84坐標系、1954 年北京坐標系、1980 年西安大地坐標系。然后根據坐標系統(tǒng)間的轉換參數進行坐標系統(tǒng)的

18、變換求出所使用的坐標系統(tǒng)的坐標。2.2 RTK的定位原理隨著社會的發(fā)展，科技的進步RTK的廣泛應用是必然的，充分的了解RTK的原理以及RTK的主要誤差來源，學會減弱或者消除誤差的影響，顯的格外重要，本章主要是論述這方面的內容。2.2.1 RTK定位技術的原理在RTK作業(yè)模式下，基準站接收機設在具有已知坐標的參考點位上，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號，通過數據鏈，將測站點坐標、載波相位觀測值、偽距觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)等“載波相位測量校正值”一起發(fā)送給流動站。流動站接收機先進行初始化，在完成整周未知數的搜索求解后，進入動態(tài)作業(yè)，其在接收來自基準站的GPS數據時，同步觀測采集GPS衛(wèi)

19、星載波相位數據，通過在系統(tǒng)內差分處理求解載波相位整周模糊度，依此改正移動站接收機所地坐標系坐標）。基準站接收機和流動站接收機滯后載波測得的載波滯后相位，得到基準站和流動站之間的坐標差值X、Y、Z，坐標差加上基準站坐標就可以得到流動站點的WGS84坐標，通過坐標轉換參數轉換得出流動站每個站點實用的三維位置。2.2.2 RTK的系統(tǒng)結構RTK技術系統(tǒng)配置包括以下三部分：基準站接收機；移動站接收機；數據鏈。基準站接收機設在具有已知坐標(也可無已知坐標，地勢較高)的參考點上，連續(xù)接收所有可視GPS衛(wèi)星信號，并將測站的坐標現測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)及接收機工作狀態(tài)通過數據鏈發(fā)送出去，移動站接收機在跟蹤GPS衛(wèi)

20、星信號的同時接收來自基準站的數據，通過OTF(On The FIY)算法快速求解載波相位整周模糊度，通過相對定位模型獲取所在點相對于基準點的坐標和精度指標。2.2.3 RTK的工作原理RTK工作原理如圖2.42.2.4 RTK正常工作的基本條件（1）基準站和移動站要同時接受到五顆以上的GPS衛(wèi)星信號；（2）基準站和移動站同時接收到衛(wèi)星信號，且移動站接收到基準站發(fā)出的差分信號；（3）移動站要連續(xù)接收GPS衛(wèi)星信號和基準站發(fā)出的差分信號，即移動站遷站過程中不能關機，不能失鎖，否則RTK須重新初始化。3 GPS-RTK和全站儀在放樣中的特點3.1 RTK和全站儀的技術特點（1）RTK的技術特點GPS

21、，即為全球定位系統(tǒng)的簡稱。它是一套利用美國GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)進行全天候、全方位的測量定位設備。根據GPS提供的坐標或坐標演變量精度和方式的不同，可以分為毫米級、厘米級、靜態(tài)、動態(tài)后處理、RTK （RealTime Kinematic實時動態(tài)）、RTD（RealTime Differnce實時差分）等幾種設備分類和測量方式。RTK技術就是使用更高速的和更小型的計算機，并將其裝入GPS接收機內，在外作業(yè)時可以即時提供厘米級的定位解。在進行動態(tài)測量時，基準站將已知GPS坐標和觀測數據實時用電臺傳給流動站，在流動站實時進行差分處理，得到基準站和流動站坐標差；坐標差加上基準站坐標得到流動站每個點坐標2。

22、通過坐標轉換參數轉換得出流動站每個點的平面坐標和海拔高。GPS-RTK全數字地形測量的基本特點地形測量包括控制測量和地物、地貌測繪兩大內容。傳統(tǒng)的測量方法具有成圖周期長、精度低、勞動強度大等局限，已逐漸被淘汰。而全數字地形測圖順應現代測繪技術新潮流，利用先進的測量儀器，如GPS接收機、電子全站儀等，和自動化成圖軟件，采用各種靈活的定位方法進行的以數字信息表示地圖信息的測圖工作，它的成果為模型式的數字圖。GPS-RTK技術具有以下幾個特點：打破了內外業(yè)的界線，減少測量工作流程，從首級控制到最終成圖，實行一體化作業(yè)，并且大大減輕了室外作業(yè)的強度，縮短了成圖周期。打破了分級布網，逐級控制的原則，簡化

23、控制測量繁鎖的工作，一個測區(qū)可一次性整體布網，整體平差，控制網可以是任意混合，所需控制點數目比傳統(tǒng)白紙測圖大大減少，圖根控制的加密可與碎部測量同時進行。數據采集時無需畫草圖，碎部點的記錄要求具有特定的格式，這種格式存儲有點名、編碼，能被數字測圖軟件所識別，在進行圖形編輯時就能很好地處理。碎部量測時不受圖幅邊界的限制，外業(yè)可不分幅作業(yè)，由內業(yè)成圖時自動進行分幅與接邊處理。測量數據精度高，GPS不僅能夠達到1：500圖根控制測量的點位和高程精度要求，而且誤差分布均勻，不存在誤差積累問題，完全可以滿足大比例尺測圖的需要。RTK控制測量操作簡便，機動性強，不但可以大幅度提高測量速度，而且能夠有效減輕作

24、業(yè)人員的勞動強度，尤其在通視困難地區(qū)更具明顯優(yōu)勢，為了得到高精度的測量數據，必須求出適合于本地區(qū)的坐標系轉換參數和水準面模型轉換參數。根據四等及其以下各級控制測量與1：500圖根控制測量對于精度要求的相似性以及本工程對于原有GPS點的檢測結果，可以說明RTK同樣適用于四等及其以下的各級控制測量。（2）全站儀的技術特點全站儀即全站型電子速測儀（Electronic Total Station）。它是集電子經緯儀,光電測距儀和微電腦處理器為一體的，測量結果能自動顯示，并能與外圍設備交換信息的高技術測量儀器,是集水平角、垂直角、距離(斜距、平距)、坐標、高差測量，點位放樣、距離放樣,面積量算等功能于

25、一體的測繪控制系統(tǒng)3。它具有自動化快速三維坐標測量與定位功能以及外業(yè)數據自動化采集和電子記錄、內外業(yè)一體化的自動流程等特點，深受測繪人的青睞。全站儀的廣泛應用使外業(yè)勘測工作實現了自動化，減少了計算的差錯，大大提高了外業(yè)作業(yè)的效率。全站儀可與電子計算機配合使用，以實現工作的高效性其優(yōu)越性主要表現在：作業(yè)面相對高差限制大大縮小，一般高差在 150m以內，其水準測量能滿足四等水準精度，這一高差基本上能滿足各種大中型工程的要求；其粗略放樣半徑可達 2000m以上；無需鋼尺量距；測距速度快；內業(yè)計算簡單；尤其在采用坐標放樣時，更顯其優(yōu)越性，其角差和放樣邊長都會顯示在儀器屏幕上，操作尤為方便。但全站儀工作

26、必須要同時滿足以下兩個條件：必須要有可見光，并且光線強度不能太弱，因為全站儀雖然可以自動測量坐標、高程和距離、角度，但它必須要靠人眼主動瞄準目標，沒有光線或者光線太弱，人眼就很難發(fā)現觀測目標。必須要通視，也就是說需要觀測的目標和全站儀之間的連線上不能有任何遮擋物，如果存在遮擋物，人眼也無法瞄準目標或者全站儀因為觀測條件不良造成測量數據偏差較大。全站儀受地形和人為因素影響較大。3.2 RTK在放樣中的優(yōu)缺點RTK在放樣中的優(yōu)點：（1）作業(yè)效率高在一般的地形地勢下,高質量的RTK設站一次即可測完4km半徑的測區(qū),大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數量和測量儀器的“搬站”次數,僅需一人操作,在一般的電磁

27、波環(huán)境下幾秒鐘即得一點坐標。（2）定位精度高,數據安全可靠,沒有誤差積累只要滿足RTK的基本工作條件,在一定的作業(yè)半徑范圍內,RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。（3）降低了作業(yè)條件要求RTK技術不要求兩點間滿足光學通視,只要求滿足“電磁波通視”。因此,與傳統(tǒng)測量相比,RTK技術受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制較小。（4）自動化、集成化程度高,測繪功能強大RTK可勝任各種測繪內、外業(yè)。流動站利用內裝式軟件控制系統(tǒng),無需人工干預便可自動實現多種測繪功能,使輔助測量工作極大減少,減少人為誤差,保證了作業(yè)精度。（5）操作簡便,容易使用,數據處理能力強只要在設站時進行簡單的設置,

28、就可以邊走邊獲得測量結果坐標或進行坐標放樣。數據輸入、存儲、處理、轉換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機和其他測量儀器通信。RTK在放樣中的缺點：雖然GPS技術有著常規(guī)儀器所不能比擬的優(yōu)點，但經過多年的工程實踐證明，GPS(RTK)技術存在以下幾方面不足。（1）RTK受衛(wèi)星狀況限制GPS系統(tǒng)的總體設計方案是在1973年完成的，受當時的技術限制，總體設計方案自身存在很多不足。隨著時間的推移和用戶要求的日益提高，GPS衛(wèi)星的空間組成和衛(wèi)星信號強度都不能滿足當前的需要，當衛(wèi)星系統(tǒng)位置對美國是最佳的時候，世界上有些國家在某一確定的時間段仍然不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋。例如在中、低緯度地區(qū)每天總有兩次盲區(qū)，

29、每次2030min，盲區(qū)時衛(wèi)星幾何圖形結構強度低，RTK測量很難得到固定解。同時由于信號強度較弱，在對空遮擋比較嚴重的地方GPS無法正常應用。（2）RTK工作受電離層影響白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數少，因而初始化時間長甚至不能初始化，也就無法進行測量。根據我們的實際經驗，每天中午1213點，RTK測量很難得到固定解。（3）信號受數據鏈電臺傳輸距離影響數據鏈電臺信號在傳輸過程中易受外界環(huán)境影響，如高大山體、建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。另外，當RTK作業(yè)半徑超過一定距離時，測量結果誤差超隈，所以RTK的實際作業(yè)有效半徑比其標稱半徑要小，工

30、程實踐和專門研究都證明了這一點。（4）信號傳輸受對空通視環(huán)境影響山區(qū)、林區(qū)、城鎮(zhèn)密樓區(qū)等地作業(yè)時，GPS衛(wèi)星信號被阻擋機會較多，信號強度低，衛(wèi)星空間結構差，容易造成失鎖，重新初始化困難甚至無法完成初始化，影響正常作業(yè)。（5）受高程異常問題影響RTK作業(yè)模式要求高程的轉換必須精確，但我國現有的高程異常分布圖在有些地區(qū)，尤其是山區(qū)，存在較大誤差，在有些地區(qū)還是空白，這就使得將GPS大地高程轉換至海拔高程的工作變得比較困難，精度也不均勻，影響RTK的高程測量精度。（6）RTK現階段還不能達到100%的可靠度RTK確定整周模糊度的可靠性為95%99%，在穩(wěn)定性方面不及全站儀，這是由于RTK較容易受衛(wèi)星

31、狀況、天氣狀況、數據鏈傳輸狀況影響的緣故。通過本章的學習我們了解RTK的定位原理和系統(tǒng)結構組成及工作條件。RTK的誤差來源有很多種，在進行使用RTK的過程中一定要采取措施保證RTK的測量精度。RTK的優(yōu)點的總結可以更好的利用RTK在實際的工作中，充分的發(fā)揮RTK的優(yōu)點。了解了RTK的局限性，也可以讓我們在工作的過程中采取其他的措施，去彌補RTK的不足。為以后正確的使用RTK提供了可以借鑒的理論依據。3.3全站儀在放樣中的優(yōu)缺點全站儀在放樣中的優(yōu)點：（1）全站儀施工放樣技術具有測量精度高（一般情況下可達毫米級）;（2）儀器的集成化、自動化和智能化程度高等;（3）直接利用施工控制點和放樣點的坐標進

32、行放樣工作，避免了大量的放樣數據的準備工作，提高了施工測量的工效，同時也減少了施工放樣中可能出現的差錯。全站儀在放樣中的缺點：（1）不通視、人為影響、環(huán)境等因素的影響，往往會降低了工作效率，不但浪費時間和精力，而且定位精度也受到影響;（2）數據計算較為復雜，工作量較大。4 建筑軸線放樣4.1 全站儀建筑軸線放樣作業(yè)依據 ：工程測量規(guī)范（GB 50026-2007）。4.1.1 技術要求全站儀建筑軸線放樣，根據給定的軸線數據，假定軸線中心點位置，以及中心點與任一軸線端點的起始方向，按照二級建筑方格網的布設技術要求進行。 表4.1 建筑方格網的主要技術要求等級邊長(m)測角中誤差()邊長相對中誤差

33、一級10030051/30000二級10030081/20000表4.2 水平角觀測的主要技術要求等級儀器精度測角中誤差（）測回數半測回歸零差（）一測回2C互差（）各測回方向較差（）一級1級526962級538139二級2級821218126級8418-24 4.1.2 軸線放樣作業(yè)流程一、放樣精度選擇根據設計要求，建筑軸線放樣的精度要求為：邊長相對中誤差：1/20000，角度觀測中誤差：8。據此，在軸線設計圖中，軸線最短邊為30m，要求的放樣精度為1.5mm。使本次用全6級站儀進行放樣，需測4測回；測距精度為2+2ppm，需測2次平均。二、放樣步驟先選取一長110米以上，寬70米以上，且地勢

34、較平整視野開闊的地方，在大致中間位置選取一點，并標記為H2，把全站儀架設在該點上,具體點的選取見附圖;圖4.1 全站儀軸線放樣（1）放樣部位：V1詳細放樣步驟：用皮尺在一方向上量出大致四十米的位置，架上棱鏡，測出該長度，并通過調整棱鏡位置使長度在四十米，將該方向角置為零度，此點標記為V1；檢核方法：通過四測回測出H2與V1的長度與方位角，計算出誤差值，與限差做比較；（2）放樣部位：H3詳細放樣步驟：將全站儀順時針旋轉90度，并水平制動，用皮尺在此方向上量出五十米位置，并放上棱鏡，通過調整棱鏡位置使長度為五十米，此點標記為H3；檢核方法：通過四測回測出H2與H3的長度與方位角，計算出誤差值，與限

35、差做比較；（3）放樣部位：V2詳細放樣步驟：將全站儀順時針旋轉90度，并水平制動，用皮尺在此方向上量出三十米位置，并放上棱鏡，通過調整棱鏡位置使長度為三十米，此點標記為V2；檢核方法：通過四測回測出H2與V2的長度與方位角，計算出誤差值，與限差做比較；（4）放樣部位：H1詳細放樣步驟：將全站儀順時針旋轉90度，并水平制動，用皮尺在此方向上量出六十米位置，并放上棱鏡，通過調整棱鏡位置使長度為六十米，此點標記為H1；檢核方法：通過四測回測出H2與H1的長度與方位角，計算出誤差值，與限差做比較。4.2 GPS-RTK技術建筑軸線放樣GPS測量技術在過去十多年中已經走過了靜態(tài)測量作業(yè)，快速靜態(tài)測量作業(yè)

36、，后處理高精度動態(tài)測量作業(yè)和動態(tài)初始化厘米級實時RTK測量作業(yè)這么一段漫長的發(fā)展歷程。目前厘米級實時 RTK技術已經被廣泛接受，并應用于各種測繪生產作業(yè)。由于實時 RTK效率高，并可以在作業(yè)現場提供經過檢驗的測量成果，用戶能夠在滿足精度的前提下，徹底擺脫后處理的負擔和外業(yè)返工的困擾，必將逐步成為 GPS測量的主流模式。GPS-RTK實時動態(tài)定位技術是一項以載波相位觀測為基礎的實時差分 GPS 測量技術，其工作原理簡單描述如下：在測區(qū)中部選擇一個已知坐標的控制點作為基準站，安置一臺 GPS 接收機，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；并實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電傳送出去。在

37、流動站通過無線電接收基準站發(fā)射的信息，將載波相位觀測值實時進行差分處理，得到基準站和流動站坐標X，Y，Z；坐標加上基準站坐標得到流動站每個點 WGS84 坐標，通過坐標轉換參數轉換得出流動站每個點的平面坐標 x，y和海拔高 h。這個過程稱作GPS-RTK定位過程4。4.2.1 選定測區(qū)范圍內控制網利用 GPS 靜態(tài)定位，創(chuàng)建建筑軸線放樣所需的高等級控制網，新建 GPS 網坐標與本測區(qū)過去采用的坐標系統(tǒng)一致，聯(lián)測 3 個以上附近的國家控制點，用于坐標轉換和保證新建 GPS網進行平差后精度的均勻性以及減少尺度比影響5。觀測時選擇良好的觀測時段，衛(wèi)星分布越好，所測結果精度越高，及定位精度越高。4.2

38、.2 計算建筑軸線放樣上相關點坐標利用相關軟件根據規(guī)劃總圖及詳規(guī)圖，施工圖中的首層平面圖等資料，計算好待放軸線上相關點的坐標。4.2.3 RTK定位（1）基準站的選取離待放樣點位盡可能近，這樣易于接收基準站電臺信息，并且地勢較高，便于電臺信號的傳輸。（2）三參數校正。為了使所測點達到厘米級精度需進行該項校正。在儀器中鍵入 4 個（最少3 個）控制點，且 4 個控制點最好分布在測區(qū)周圍。（3）對建筑物軸線上的點按坐標進行放樣。4.2.4 GPS靜態(tài)采點檢測（1）選取高等級的二個已知點作為起算點。（2）將儀器分別架設在已知點及待測點上，同時開機，觀測時間定為 30 分鐘。（3）將接收機中的觀測數據

39、傳輸到微機中，與計算的建筑軸線上相關點坐標進行比較，統(tǒng)計分析放樣結果的精度。根據高等級 GPS控制點分布情況（如圖 4.2）及 GPS接收機（本實驗以 Trimble 5800 機型為例）的精度（Trimble 5800 水平精度：動態(tài) 1cm+1ppm,靜態(tài) 3mm+0.5ppm），無線電發(fā)射信號的有效范圍(Trimble 5800RTK電臺作用距離 10km)等諸多因素，根據三個實驗區(qū)（A，B，C）的地塊分布情況，采點原則為：1，靜態(tài)模式（選三臺接收機）采點時，選定最佳布網方式，使精度達到最優(yōu)。2，RTK動態(tài)模式（選 1+1 模式）放樣時，選一般布網方式，帶有普遍性，使結果精度一般化。4.

40、2.5 測點方式在地塊 A 上，RTK 技術放樣建筑軸線時，基準站設在 1 點，流動站放樣待放點，用 1、2、3 三點求三參。放樣時 GPS接收天線桿上的圓氣泡必須嚴格聚中。靜態(tài)采用已知點 1、2 兩點，每個已知點上設置一臺接收機，另一臺接收機設置在待測點，三臺同時開機，觀測時段 30分鐘6。同樣的作業(yè)方式放樣省廣播電視大學，第二十七所兩地塊上的建筑軸線，然后靜態(tài)模式測量其坐標。利用 GPS技術的靜態(tài)模式對放樣點采集，其作業(yè)結果(每條軸線取兩點)如表 4.3(坐標整米數省略)：表4.3 GPS-RTK靜態(tài)動態(tài)成果對比表地塊建筑樓號點號理論值（m）RTK動態(tài)放樣后靜態(tài)模式觀測值（m）觀測值與理論

41、值差（m）坐標 距離坐標差值距離差值 X Y X Y X YAZ-91.563.10850.000.538.1140.025-0.0060.0052.538.069.555.078-0.017-0.009Z-41.901.80235.000.930.802-0.02900.0022.642.801.655.799-0.0130.002Z-71.595.03464.000.570.0360.025-0.0020.0022.122.032.141.032-0.0190BB111.426.036100.000.401.0410.025-0.0050.0052.513.030.558.029-0.04

42、50.001B091.595.034148.600.625.057-0.030-0.0230.0052.496.630.527.598-0.0310.032CD011.609.10850.000.578.1180.031-0.0100.0042.942.103.966.118-0.024-0.015L71.320.47578.000.340.482-0.020-0.0070.0042.278.468.298.471-0.020-0.003對上表進行分析：用 RTK放樣最大平面點位較差 4.5cm,軸線上兩點間距最大較差 5.0mm。RTK動態(tài)測量精度滿足建筑軸線放樣的技術要求，其成果可信。RT

43、K誤差分析：（1）GPS系統(tǒng)本身的影響因素用戶無法控制，主要包括衛(wèi)星鐘誤差、軌道誤差、接收機天線相位中心變化等。衛(wèi)星鐘差 鐘差可通過對衛(wèi)星鐘運行狀態(tài)的連續(xù)監(jiān)測而精確地確定； 軌道誤差 隨著定軌技術的不斷完善，軌道誤差只有510m，其影響到基線的相對誤差不到1ppm，就短基線（10km）而言，對結果的影響可忽略；接收機天線的機械中心和相位中心一般不重合而引起的誤差。（2）RTK系統(tǒng) 它的影響因素包括硬件、處理軟件以及和信號傳播有關的誤差。（3）環(huán)境影響 環(huán)境對RTK的影響包括RTK作業(yè)時所處的外界條件如風力、大氣折光等及基準站與流動站之間的障礙物、多路徑誤差、信號干擾等；多路徑誤差是RTK定位測

44、量中最嚴重的誤差，取決于天線周圍的環(huán)境。一般為幾個厘米，高反射環(huán)境下可超過10cm；信號干擾可能有多種原因，如無線電發(fā)射源、雷達裝置、高壓線等，干擾的強度取決于頻率、發(fā)射臺功率和至干擾源的距離。5 精度分析5.1全站儀軸線放樣的精度分析使用全站儀極坐標法放樣，各項誤差來源及對放樣點位誤差的影響估算7。（1）水平角測設誤差的來源及影響：望遠鏡照準誤差 Ms；讀數誤差Mr；儀器誤差 Mi；外界條件的影響Mv；目標偏心引起的誤差 Mp；測站偏心引起的誤差Mo。（2）水平距離的測設精度：放樣過程中，測設距離的誤差主要來源于儀器誤差，測站偏心引起的距離誤差等。儀器誤差 Md；測站偏心誤差。（3）地面點的

45、標定誤差：引起地面點標定的因素主要有對中桿的偏心引起的誤差和在地面上進行標記的誤差。對中桿偏心引起的誤差 M1；地面上標記的誤差M2。（4）各項測設誤差對放樣點平面位置的綜合影響值估算根據上述對各項誤差的分析和估計，取不同的d值，把各項誤差代入，求得各項誤差對放樣點位置中誤差的影響，見表5.1表5.1 各項誤差對放樣點位置中誤差的影響測距長度（m）測角中誤差（）測距中誤差（mm）點位中誤差（mm）10145.92.029.43048.72.069.45029.42.109.510015.12.209.615010.52.309.92008.32.4010.22507.12.5010.73006

46、.32.6011.24005.42.8012.35004.93.0013.710004.34.0021.8從表中可看出，隨著邊長的增長，其測角中誤差減小較快，而測距中誤差和放樣點點位誤差的變化不是很明顯。 為了更加直觀的反映出各項誤差對放樣點位置中誤差的影響，繪制了各項中誤差折線圖，如圖5.1圖5.1各項誤差對放樣點位置中誤差的影響圖5.2 RTK 軸線放樣的精度分析在RTK放樣測量過程中的影響精度的因素：轉換參數引起的精度損失；基準站與流動站之間的距離誤差；基準站的誤差8。全站儀和 RTK 軸線放樣的成果對比分析表5.2 為通過實際測量的一個實例成果表，是用兩種測量方式進行測量的成果對比表，

47、點布設時為 RTK 方式，使用的儀器為拓普康RTK，預設精度為3cm，基準站設在線路的中間，在布設完成后用蘇一光全站儀進行了復測，復測時按一級導線精度要求測設，復測導線經嚴密平差后的單位權中誤差為2.1，導線的實際精度優(yōu)于規(guī)范中有關一級導線的精度要求。通過對比可以看出，兩次成果中坐標最大差值為2.67，所測點的誤差均小于5cm的規(guī)范要求9。由表5.2，我們可以看出全站儀放樣成果與RTK放樣成果的差值有一部分為毫米級，但多數差值為厘米級。除 A2 點比較特別外(估計點位有移動)其他點位誤差較大的點均位于兩端，即 RTK 成果的誤差與基準站的距離成正比。為了更直觀地反映出全站儀放樣成果與 RTK

48、放樣成果的差值，繪制了差值折線圖，如圖5-2。圖 5.2 全站儀放樣成果與RTK放樣成果的對比圖表 5.2全站儀放樣與RTK放樣成果點名導線坐標測量成果（m）RTK坐標測量成果（m）差值（cm）XYXY X YD156195.08210701.23356195.11010701.249-2.76-1.62D256631.71410853.85556631.73710853.878-2.31-2.28D356084.37410016.87656084.38210016.883-0.83-0.69D456407.75110144.34856407.74610133.3440.550.45D5566

49、66.87610223.88456666.87110223.9030.50-1.90D656097.93310377.12956097.92710377.1520.60-2.26A156097.93310377.12956097.92710377.1520.60-2.26A256497.37510492.62156497.35610492.6501.88-2.87A356663.17510536.73656663.17510536.755-0.03-1.88A456865.34210699.80356865.34210699.803-0.04-0.01A556042.51710788.17156042.54110788.195-2.4