GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK技術(shù)規(guī)范與說(shuō)明白皮書

1、GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK技術(shù)規(guī)范與說(shuō)明白皮書RTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài),也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。1 總則1.1 為了GPS RTK技術(shù)在治黃測(cè)繪及其它相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)推廣應(yīng)用,統(tǒng)一RTK作業(yè)方法、儀器使用要求、數(shù)據(jù)處理方法,特制定本規(guī)程。1.2本標(biāo)準(zhǔn)參照與引用的標(biāo)

2、準(zhǔn)1.3 本規(guī)程適用于四等平面以下、等外水準(zhǔn)控制測(cè)量、放樣測(cè)量、地形測(cè)量(包括水下地形測(cè)量、斷面測(cè)量,以及當(dāng)采用RTK技術(shù)輔助水文測(cè)驗(yàn)、河道沖淤監(jiān)測(cè)時(shí)亦可參照本規(guī)程。2 術(shù)語(yǔ)2.1全球定位系統(tǒng)(GPS Global Position SystemGPS是由美國(guó)研制的導(dǎo)航、授時(shí)和定位系統(tǒng)。它由空中衛(wèi)星、地面跟蹤監(jiān)控站、和用戶站三部分組成,具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力。GPS系統(tǒng)的特點(diǎn)是高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等。2.2 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量(RTK Real Time KinematicRTK定位技術(shù)是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù),它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)

3、站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果,并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下,基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù),還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù),并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài),也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。RTK技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。2.3 觀測(cè)時(shí)段 Observation測(cè)站上開始接收衛(wèi)星信號(hào)到停止接收,連續(xù)觀測(cè)的時(shí)間長(zhǎng)度。2.4 同步觀測(cè) Simultaneous Observation兩站或兩站以上接收機(jī)同時(shí)對(duì)同一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)。2.5 天線高 Antenna Height觀測(cè)時(shí)接收機(jī)相位中心到測(cè)站中

4、心標(biāo)志面的高度。2.6 參考站 Reference Station在一定的觀測(cè)時(shí)間內(nèi),一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)分別在一個(gè)或幾個(gè)測(cè)站上,一直保持跟蹤觀測(cè)衛(wèi)星,其余接收機(jī)在這些測(cè)站的一定范圍內(nèi)流動(dòng)作業(yè),這些固定測(cè)站就稱為參考站。2.7 流動(dòng)站 Roving Station在參考站的一定范圍內(nèi)流動(dòng)作業(yè),并實(shí)時(shí)提供三維坐標(biāo)的接收機(jī)稱為流動(dòng)接收機(jī)。2.8 世界大地坐標(biāo)系1984(WGS1984 World Geodetic System 1984由美國(guó)國(guó)防部在與WGS72相關(guān)的精密星歷NSWC 9Z-2基礎(chǔ)上,采用1980大地參考數(shù)和BIH1984.0系統(tǒng)定向所建立的一種地心坐標(biāo)系。2.9 國(guó)際地球參考框架IT

5、RF YY International Terrestrial Refference Frame由國(guó)際地球自轉(zhuǎn)服務(wù)局推薦的以國(guó)際參考子午面和國(guó)際參考極為定向基準(zhǔn),以IERS YY天文常數(shù)為基礎(chǔ)所定義的一種地球參考系和地心(地球坐標(biāo)系。2.10 永久性跟蹤站 Permanent Tracking Station長(zhǎng)期連續(xù)跟蹤接收衛(wèi)星信號(hào)的永久性地面觀測(cè)站。2.11 廣域增強(qiáng)差分系統(tǒng)(WAAS Wide Area Augmentation Differential GPS System WAAS系統(tǒng)是將主控站所算得的廣域差分信號(hào)改正信息,經(jīng)過(guò)地面站傳輸至地球同步衛(wèi)星,該衛(wèi)星以GPS的L1頻率為載波,

6、將上述差分改正信息當(dāng)作GPS導(dǎo)航電文轉(zhuǎn)發(fā)給用戶站,從而形成廣域GPS增強(qiáng)系統(tǒng)。美國(guó)已計(jì)劃將WAAS發(fā)展成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),是美國(guó)GPS現(xiàn)代化計(jì)劃的一部分。2.12 局域增強(qiáng)差分系統(tǒng)(LAAS Local Area Augmentation Differential GPS System 將基準(zhǔn)站所算得的偽距差分和載波相位差分改正值、C/A碼測(cè)距信號(hào),一起由地基播發(fā)站調(diào)制在L1頻道上傳輸給用戶站。2.13 在航初始化(OTF On The Flying是整周模糊度的在航解算方法。2.14 截止高度角 Elevation Mask Angle為了屏蔽遮擋物(如建筑物、樹木等及多路徑效應(yīng)的影響所設(shè)定的角度閥

7、值,低于此角度視野域內(nèi)的衛(wèi)星不予跟蹤。3 坐標(biāo)系統(tǒng)和時(shí)間系統(tǒng)3.1 坐標(biāo)系統(tǒng)項(xiàng)目地球橢球參考橢球坐標(biāo)系名參數(shù)名稱 WGS-84 1980西安坐標(biāo)系 1954北京坐標(biāo)系長(zhǎng)半軸a (m 6378137 6378140 6378245短半軸b(m 6356752.3142 6356755.2882 6356863.0188扁率 1/298.257223563 1/298.257 1/298.3第一偏心率平方e2 0.00669437999013 0.00669438499959 0.006693421622966第二偏心率平方e2 0.006739496742227 0.00673950181947

8、 0.0067385254146833.2 時(shí)間系統(tǒng)4 RTK測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)4.1 RTK技術(shù)當(dāng)前的測(cè)量精度(RMS平面 10mm+2ppm;高程 20mm+2ppm。4.2 RTK測(cè)量可用于的測(cè)量工作從RTK硬件設(shè)備特性和觀測(cè)精度、可靠性及可利用性綜合考慮,現(xiàn)階段RTK的測(cè)量技術(shù)要求如下表:RTK測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)要求表4.2等級(jí)精度要求距離(km 測(cè)回?cái)?shù)四等以下平面控制最弱點(diǎn)位誤差5cm最弱邊相對(duì)中誤差1/4.5萬(wàn)8 3等外水準(zhǔn) 308 3圖根控制(測(cè)圖控制、像控測(cè)量、放樣、中樁測(cè)量等最弱點(diǎn)位誤差5cm最弱邊相對(duì)中誤差1/4000 10 2地形測(cè)量平面: 圖上0.5mm高程:1/3等高距10 14

9、.3 RTK的測(cè)量距離(1GPS接收機(jī)的性能要高,且機(jī)內(nèi)有先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型,能確保長(zhǎng)基線進(jìn)行正確整周未知數(shù)的求解。(2數(shù)據(jù)鏈的性能要好,傳送距離要遠(yuǎn),能正確無(wú)誤的將參考站的數(shù)據(jù)發(fā)送到流動(dòng)站。(3根據(jù)無(wú)線電傳播的規(guī)律,參考站和流動(dòng)站離地面要有一定的高差。(4參考站和流動(dòng)站之間必須沒有山體、樓群之類的遮擋,另外作業(yè)區(qū)域內(nèi)還不能存在強(qiáng)烈的電磁波等干擾。式中I1和 I2 分別是基準(zhǔn)站和流動(dòng)站電臺(tái)的天線高,單位為米;D為數(shù)據(jù)鏈的覆蓋范圍的半徑,單位為公里。上式是在無(wú)障礙物遮擋和無(wú)電波干擾的理想條件下的覆蓋范圍,實(shí)際應(yīng)用中將會(huì)有所出入。根據(jù)測(cè)區(qū)大小,可設(shè)置不同的發(fā)射天線高度。4.4 RTK測(cè)量準(zhǔn)備5 參考站

10、的設(shè)置要求5.1 點(diǎn)位要求5.2 參考站設(shè)置5.3參考站運(yùn)行期間作業(yè)要求6 流動(dòng)站的設(shè)置要求6.1 流動(dòng)站作業(yè)準(zhǔn)備6.2 流動(dòng)站作業(yè)要求6.3 流動(dòng)站內(nèi)置軟件的一般功能要求6.4 流動(dòng)站用作GIS采集器時(shí)的技術(shù)要求(1 輕巧便攜,盡量減少勞動(dòng)強(qiáng)度;(2 精度適中,根據(jù)不同的測(cè)量地形圖要求選用不同的RTK設(shè)備;(3 操作簡(jiǎn)便,簡(jiǎn)約式操作,效率要高;(4 屬性功能:采集點(diǎn)的類別、種類、高度、坡度、植被覆蓋情況、設(shè)施使用情況、歸屬等文字或數(shù)字信息;(5 處理簡(jiǎn)單,與GIS數(shù)據(jù)庫(kù)接口良好,支持國(guó)際、國(guó)內(nèi)通用GIS軟件格式。(6 數(shù)據(jù)字典,內(nèi)容豐富,分類詳細(xì)。7 RTK作業(yè)7.1 RTK作業(yè)基本條件要求

11、RTK觀測(cè)的基本條件要求表7.1觀測(cè)窗口狀態(tài)衛(wèi)星數(shù)衛(wèi)星高度角 PDOP值良好窗口5 20º以上5勉強(qiáng)可用的窗口4 15º以上8避免觀測(cè)的窗口4 15º以上8不能觀測(cè)的窗口37.2 衛(wèi)星預(yù)報(bào)7. 3 RTK測(cè)量初始化7.4 RTK作業(yè)時(shí)設(shè)備啟動(dòng)狀況基本要求7.5 RTK觀測(cè)期間的作業(yè)要求(1 關(guān)機(jī)又重新啟動(dòng)。(2 進(jìn)行自測(cè)試。(3 改變衛(wèi)星截止高度角或儀器高度值、測(cè)站名等。(4 改變天線位置。(5 關(guān)閉文件或刪除文件等。S=20*sin10=3.47cm (7.107.6 RTK測(cè)量放樣(1 測(cè)線設(shè)計(jì)(既可在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì),也可在手簿上設(shè)計(jì);(2 基準(zhǔn)站設(shè)置和參數(shù)輸入

12、;(3 流動(dòng)站設(shè)置和參數(shù)輸入;(4 按設(shè)計(jì)測(cè)量和采點(diǎn)(線路放樣時(shí)測(cè)線上按線路測(cè)量和采點(diǎn);(5 查看衛(wèi)星可見狀況顯示,自動(dòng)接受或用戶自定義容差,均方根誤差(RMS顯示;(6 圖解式放樣,通過(guò)前后、左右偏距控制,能快速完成放樣工作。(7 存儲(chǔ)點(diǎn)名、點(diǎn)屬性與坐標(biāo)。7.7 RTK斷面測(cè)量(1建立工作項(xiàng)目。(2進(jìn)行RTK測(cè)量,記錄點(diǎn)名、點(diǎn)位屬性信息及三維坐標(biāo)信息。(3將接收機(jī)控制器中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿C(jī)中。(4進(jìn)行觀測(cè)點(diǎn)的篩選,刪除不必要的觀測(cè)點(diǎn)。(5形成縱斷面和橫斷面數(shù)據(jù)文件,根據(jù)設(shè)計(jì)需要,可進(jìn)一步建立斷面測(cè)量資料數(shù)據(jù)庫(kù)、DEM模型、制作DLG圖。7.8 RTK水下地形測(cè)量(1 基臺(tái)分系統(tǒng):基準(zhǔn)控制中心(

13、一般設(shè)置于岸上負(fù)責(zé)計(jì)算差分改正數(shù),記錄載波相位等數(shù)據(jù),傳送基準(zhǔn)臺(tái)定位數(shù)據(jù)及改正數(shù)信息。(2 流動(dòng)臺(tái)分系統(tǒng):流動(dòng)臺(tái)負(fù)責(zé)位置、航向測(cè)量,接收GPS定位信號(hào)、GPS差分改正數(shù),記錄定位數(shù)據(jù)、載波相位數(shù)據(jù)等,利用航向及距離數(shù)據(jù)推算目標(biāo)上其它作業(yè)點(diǎn)的準(zhǔn)確地理位置。(3 事后處理分系統(tǒng):負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)記錄GPS接收機(jī)的定位數(shù)據(jù),并事后對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到高精度位置。(1 驅(qū)使系統(tǒng)同步采集各觀測(cè)數(shù)據(jù);(2 導(dǎo)航圖形和采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示;(3 差分?jǐn)?shù)據(jù)處理和坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換;(4 數(shù)據(jù)編輯;(5 圖形文件的生成和輸出;(6 能夠校核RTK與測(cè)深儀之間的數(shù)據(jù)延遲;(7 能夠進(jìn)行接口參數(shù)設(shè)置:接口號(hào)、傳輸率、數(shù)據(jù)位、記錄速

14、率及文件格式的選擇。7.9 RTK測(cè)量誤差源誤差。7.10 RTK測(cè)量過(guò)程中注意事項(xiàng)8 RTK儀器設(shè)備的技術(shù)要求8.1 RTK基本配置要求雙頻RTK GPS接收機(jī),雙頻天線和天線電纜,基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)鏈電臺(tái)套件,基準(zhǔn)站控制件(計(jì)算機(jī)控制、顯示和參數(shù)設(shè)置等,腳架、基座和連接器,儀器運(yùn)輸箱等。8.2 RTK接收機(jī)的一般標(biāo)稱精度要求8.3 RTK主要物理性能要求8.4 建議的擴(kuò)展功能和特點(diǎn)8.5 RTK隨機(jī)后處理軟件性能要求(1 軟件應(yīng)為多用戶、多界面的操作系統(tǒng)。(2 輸出數(shù)據(jù)格式可以用戶定義,可兼容其它品牌GPS的數(shù)據(jù),可直接輸出其它應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)格式,不需編制格式轉(zhuǎn)換軟件。(3 數(shù)據(jù)處理能以自動(dòng)和人工兩種方式進(jìn)行。(4 能夠?qū)?shù)據(jù)成果進(jìn)行科學(xué)的整體評(píng)價(jià)。8.6 RTK設(shè)備的檢驗(yàn)與維護(hù)9 數(shù)據(jù)后處理9.1 數(shù)據(jù)下載RTK數(shù)據(jù)下載一般采用隨機(jī)接收機(jī)配備的