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測繪工程畢業(yè)論文
2011級工程測量專業(yè)函授畢業(yè)論文
RTK技術(shù)在線路測量中的應用
學 院：石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學院
專 業(yè)：工程測量
學 號：201108015002
姓 名：劉一鵬
指導老師：李孟山
學位級別：專 科
2014 年 5 月 23 日
目 錄
摘 要 ·························································································3
第一章 緒 論 ············································································4
第二章 RTK技術(shù)分析 ·······························································4
2.1 RTK技術(shù)原理 ··················· 4
2.2 RTK技術(shù)的優(yōu)點和缺點 ··············· 6
2.3 RTK的誤差特性及其解決辦法 ············ 7
2.4 RTK測量成果的質(zhì)量控制 ············· 10
2.5 RTK的優(yōu)化布測方法 ··············· 11
第三章 線路測量應用實例及分析 ············································ 11
3.1 工程概況 ···················· 11
3.2 設備配置 ···················· 12
3.3 作業(yè)方法 ···················· 12
3.4 測量精度統(tǒng)計及分析 ··············· 13
第四章 結(jié)論與建議 ·································································14
4.1 結(jié)論 ······················ 14
4.2 實際工作中應注意的問題及建議 ·········· 15
摘 要
隨著全球定位系統(tǒng)( GPS) 技術(shù)的快速發(fā)展,測繪行業(yè)正面臨著一場意義深遠的變革，而測繪領(lǐng)域也由此步入了一個嶄新的時代。RTK(Real Time Kinematic) 技術(shù)是GPS 測量技術(shù)發(fā)展里程中的一個標志, RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度。由于RTK測量技術(shù)的精度高、實時性和高效性,使得其在測繪領(lǐng)域的應用越來越廣。RTK技術(shù)應用于線路測量中，與航測方法相結(jié)合, 可真正實現(xiàn)送電線路測量的一次性終勘定位, 并可保證工程質(zhì)量, 大大提高工作效率, 減少青苗砍伐和環(huán)境破壞, 降低工程成本, 減少野外勞動強度，取得好的社會效率和經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞：RTK技術(shù)；精度；線路測量
第一章 緒 論
隨著全球定位系統(tǒng)( GPS) 技術(shù)的快速發(fā)展,測繪行業(yè)正面臨著一場意義深遠的變革，而測繪領(lǐng)域也由此步入了一個嶄新的時代,RTK(Real Time Kinematic) 技術(shù)是GPS 測量技術(shù)發(fā)展里程中的一個標志.在RTK以前的定位技術(shù)如靜態(tài)、快速靜態(tài)、準動態(tài)、動態(tài)等定位方法都是測后進行事后處理來求出結(jié)果, 野外作業(yè)人員不能實時得到結(jié)果, 這樣就不能進行質(zhì)量控制, 也就有可能在次日或幾天后因質(zhì)量問題而進行返測, 從而使作業(yè)人員在野外實測時為了保證精度和質(zhì)量而延長觀測時間以獲得大量的多余觀測值, 造成了人力、物力、財力上的浪費, 影響了工期及經(jīng)濟效益。RTK系統(tǒng)不需要事后處理, 就能夠?qū)崟r獲得測量三維坐標值。采用RTK 技術(shù)放樣時, 僅需把設計好的坐標輸入到測量控制手簿中, 背著流動站, 它會提醒你走到要放樣點的位置, 既迅速又方便, 且只需一個人操作; 由于RTK是通過坐標來直接放樣的, 而且精度達到厘米級, 點位精度也很均勻, 因而在外業(yè)放樣中效率得到了極大的提高。
第二章 RTK技術(shù)分析
2.1 RTK技術(shù)原理
RTK（Real - time kinematic）實時動態(tài)差分法。這是一種新的常用的GPS測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是GPS應用的重大里程
碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖、管線測量，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。
高精度的GPS測量必須采用載波相位觀測值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測值的實時動態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結(jié)果，并達到厘米級精度。在RTK作業(yè)模式下，基準站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進行實時處理，同時給出厘米級定位結(jié)果，歷時不足一秒鐘。流動站可處于靜止狀態(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在固定點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動站可隨時給出厘米級定位結(jié)果。
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)，即能實時搜索并唯一地判斷相位觀測值的初始整周模糊度。RTK定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)（偽距觀測值，相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)傳輸給流動站接收機，數(shù)據(jù)量比較大，一般都要求9600的波特率。隨著移動數(shù)據(jù)通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的發(fā)展, 特別是后者的發(fā)展, 使初始化時間大大縮短。
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，RTK技術(shù)已由傳統(tǒng)的1+1或1+2發(fā)展到了廣域差分系統(tǒng)WADGPS，有些城市建立起CORS系統(tǒng)，這就大大提高了RTK的測量范圍，當然在數(shù)據(jù)傳輸方面也有了長足的進展，由原先的電臺傳輸發(fā)展到現(xiàn)在的GPRS和GSM網(wǎng)絡傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)的傳輸效率和范圍。在儀
器方面，現(xiàn)在的儀器不僅精度高而且比傳統(tǒng)的RTK更簡潔、更容易操作！促成了RTK 定位技術(shù)的日趨成熟和迅速推廣應用。
2.2 RTK技術(shù)的優(yōu)點和缺點
2.2.1 RTK技術(shù)的優(yōu)點
（1）RTK作業(yè)自動化、集成化程度高，測繪功能強大。RTK可勝任各種測繪內(nèi)、外業(yè)。流動站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預便可自動實現(xiàn)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。
（2）降低了作業(yè)條件要求。RTK技術(shù)不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視”和對天基本通視，因此，和傳統(tǒng)測量相比，RTK技術(shù)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)測量看來由于地形復雜、地物障礙而造成的難通視地區(qū)，只要滿足RTK的基本工作條件，它也能輕松地進行快速的高精度定位作業(yè)。
（3）定位精度高，數(shù)據(jù)安全可靠，沒有誤差積累。不同于全站儀等儀器，全站儀在多次搬站后，都存在誤差累積的狀況，搬的越多，累積越大，而RTK則沒有，只要滿足RTK的基本工作條件，在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)，RTK的平面精度和高程精度都能達到厘米級。
（4）作業(yè)效率高。在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的RTK設站一次即可測完10km半徑左右的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點坐標，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)省了外業(yè)費用，提高了測量效率。
（5）操作簡便、數(shù)據(jù)處理能力強。南方測繪RTK的基準站無需任何設
置，移動站就可以邊走邊獲得測量結(jié)果坐標或進行坐標放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機、其它測量儀器通信。
2.2.2 RTK技術(shù)的缺點
（1）RTK測量受接收衛(wèi)星個數(shù)限制, RTK接收天空衛(wèi)星個數(shù)低于4個時不能正常工作。
（2）受一些地域限制，城區(qū)樓群林立第一文庫網(wǎng)、山區(qū)山高林密, 跨越溝崗、基準站與流動站距離過大時, 流動站接收不到基準站發(fā)射的電臺信號, 導致流動站只有浮動解, 而無固定解。因此在這些地區(qū)作業(yè)時RKT的高作業(yè)效率得不到體現(xiàn)。
（3）溫度過低時, 天線電纜線變硬, 給作業(yè)帶來不便。
2.3 RTK的誤差特性及其解決辦法
2.3.1 同儀器和干擾有關(guān)的誤差
同儀器和干擾有關(guān)的誤差包括天線相位中心變化、多徑誤差、信號干擾和氣象因素。
（1）天線相位中心變化
天線的機械中心和電子相位中心一般不重合。而且電子相位中心是變化的，它取決于接收信號的頻率、方位角和高度角。天線相位中心的變化，可使點位坐標的誤差一般達到3-5cm。
因此，若要提高RTK定位精度，必須進行天線檢驗校正，檢驗方法分為實驗室內(nèi)的絕對檢驗法和野外檢驗法。
（2）多路徑誤差
多徑誤差是RTK定位測量中最嚴重的誤差。多徑誤差取決于天線周圍的環(huán)境。多徑誤差一般為幾厘米，高反射環(huán)境下可超過10cm。
多徑誤差可通過下列措施予以削弱：A、選擇合適的站址：①測站應遠離大面積平靜的水面。灌木叢、草和其他地面植被能較好地吸收微波信號的能量，是較為理想的設站地址。翻耕后的土地和其他粗糙不平的地面的反射能力也較差，也可以選站。②測站不宜選擇在山坡、山谷和盆地中。以避免反射信號從天線抑徑板上方進入天線，產(chǎn)生多路徑效應。③測站應離開高層建筑物。觀測時，汽車也不要停放得離測站附近。B、 ①在天線中設置抑徑板。②接收天線對于極化特性不同的反射信號應該有較強的抑制作用。
（3）信號干擾
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。
為了削弱電磁波輻射副作用，必須在選點時遠離這些干擾源，離無線電發(fā)射臺應超過200米，離高壓線應超過50米。在基地站削弱天線電噪聲最有效的方法是連續(xù)監(jiān)測所有可見衛(wèi)星的周跳和信噪比。
（4）氣象因素
快速運動中的氣象峰面，可能導致觀測坐標的變化達到1-2dm。因此，在天氣急劇變化時不宜進行RTK測量。
2.3.2 同距離有關(guān)的誤差
同距離有關(guān)的誤差包括軌道誤差、電離層誤差和對流層誤差，其的主要部分可通過多基準站技術(shù)來消除。但是，其殘余部分也隨著至基地站距
離的增加而加大。
（1） 軌道誤差
目前，軌道誤差只有幾米，其殘余的相對誤差影響約為1ppm，就短基線（
（2）電離層誤差
電離層引起電磁波傳播延遲從而產(chǎn)生誤差，其延遲強度與電離層的電子密度密切相關(guān)，電離層的電子密度隨太陽黑子活動狀況、地理位置、季節(jié)變化、晝夜不同而變化，白天為夜間的5倍，冬季為夏季的5倍，太陽黑子活動最強時為最弱時的4倍。利用下列方法使電離層誤差得到有效的消除和削弱：利用雙頻接收機將L1和L2的觀測值進行線性組合來消除電離層的影響；利用兩個以上觀測站同步觀測量求差（短基線）；利用電離層模型加以改正。
實際上RTK技術(shù)一般都考慮了上述因素和辦法。但在太陽黑子爆發(fā)期內(nèi)，不但RTK測量無法進行，即使靜態(tài)GPS測量也會受到嚴重影響，太陽黑子平靜期，小于5ppm。
（3）對流層誤差
對流層是高度為40km以下的大氣層，其大氣密度比電離層更大，大氣狀態(tài)也更復制。對流層與地面接觸并從地面得到輻射熱能，其溫度隨高度的上升而降低，GPS信號通過對流層時也使傳播的路徑發(fā)生彎曲，從而使距離測量產(chǎn)生偏差，這種現(xiàn)象叫做對流層折射。
對流層的折射與地面氣候、大氣壓力、溫度和濕度變化密切相關(guān)，這
也使得對流層折射比電離層折射更復雜。對流層折射的影響與信號的高度角有關(guān)，當在天頂方向（高度角為90°），其影響達2.3m；當在地面方向（高度角為10°），其影響可達20m。
RTK模式時移動站和基準站有效作用半徑相距不太遠（一般小于20km），由于信號通過對流層的路徑相似，所以對同一衛(wèi)星的同步觀測值求差，可以明顯地減弱對流層折射的影響。這一方法在精密測量相對定位中被廣泛應用。
2.4 RTK測量成果的質(zhì)量控制
研究表明，RTK確定整周模糊度的可靠性最高為99.9%，RTK比靜態(tài)GPS還多出一些誤差因素如數(shù)據(jù)鏈傳輸誤差等。因此，和GPS靜態(tài)測量相比，RTK測量更容易出錯，必須進行質(zhì)量控制，另外盡量采用高精度的控制點，并且最好是統(tǒng)一精度等級的控制點。質(zhì)量控制的主要方法如下：
（1）已知點檢核比較法—即在布測控制網(wǎng)時用靜態(tài)GPS或全站儀多測出一些控制點，然后用RTK測出這些控制點的坐標進行比較檢核，發(fā)現(xiàn)問題即采取措施改正。
（2）重測比較法—每次初始化成功后，先重測1-2個已測過的RTK點或高精度控制點，確認無誤后才進行RTK測量。
（3）雙基站實時檢測法—在測區(qū)內(nèi)建立兩個以上基準站，每個基準站采用不同的頻道發(fā)送改正數(shù)據(jù)，流動站改變頻道地分別接收每個基準站的改正數(shù)據(jù)從而得到兩個以上解算結(jié)果，比較這些結(jié)果就可判斷其質(zhì)量高低。 以上方法中，最可靠的是已知點檢核比較法，但控制點的數(shù)量總是有限的，所以沒有控制點的地方需要用重測比較法來檢驗測量成果，雙基站
實時檢測法的實時性好，但它需具備一定的儀器條件。
2.5 RTK的優(yōu)化布測方法
（1）摸清儀器特性。通過在各種條件下反復試驗，摸清儀器各種特性，如能否達到標稱精度，在各種條件下的測量誤差和作業(yè)半徑，摸清儀器的穩(wěn)定性和各種條件下的初始化能力及所耗時間等等，以便應用時得心應手。
（2）布控制點�？刂泣c主要布置在制高點上用來設置基準站，以利于接收衛(wèi)星信號和數(shù)據(jù)鏈信號，控制點間距離應小于RTK有效作業(yè)半徑的2/3倍。為方便對RTK測量成果進行控制檢核和避免出現(xiàn)作業(yè)盲點，應在測區(qū)內(nèi)環(huán)境不良地區(qū)增設一些控制點�？刂泣c的選點還要避免無線電干擾和多路徑效應。
第三章 線路測量應用實例及分析
本文引用云南省電力設計院于1998年8月至9月間利用Trimble 4000SSI GPS 三臺套+實時動態(tài)(RTK)進行500kV大昆南回東段送電線路工程80km的定位工作為例。
3.1 工程概況
該工程為高海拔山區(qū)送電線路, 沿線溝壑縱橫、山勢陡峭, 如果用常規(guī)測量方法先貫通轉(zhuǎn)角間的直線, 再放樣各塔位, 則測量工作量比終勘定位時還要大, 并且很難保證恢復后的直線與原直線一致。另一方面, 由于該段處于亞熱帶雨林地區(qū),植被發(fā)育完整, 通視條件極差, 要砍出通道, 不但賠償費用高, 而且工期長, 于是該院決定用RTK進行定位及復測。
3.2 設備配置
（1）基準站一臺
包括400SSI 基準站主機, TRIMMARK Ⅱ無線電調(diào)制解調(diào)器(25W) 及配件, 6Ah 電池, 電臺供電電瓶(12V , 100Ah) 。
（2）流動站兩臺
包括4000SSI 基準站主機, TRIMMARKⅡ無線電調(diào)制解調(diào)器( 5W) , Pole 2madjustable 對中桿(含電池) , TSC1 測量控制器及連線等。
（3）內(nèi)業(yè)處理軟件
主要是Trimble survey office soft2ware , 它在WINDOWS 環(huán)境下運行, 主要功能是數(shù)據(jù)傳輸、編輯、處理, 可將GPS 測量數(shù)據(jù)和常規(guī)測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理。
3.3 作業(yè)方法
由于該線路工程原終勘定線時是通過航測方法, 用GPS 進行的, 全部轉(zhuǎn)角點都是由GPS 或全站儀實測得到的, 線路兩端聯(lián)測了國家控制點, 這些都給RTK 的實施創(chuàng)造了有利的條件。測量前, 我們把各轉(zhuǎn)角點和國家控制點及相關(guān)GPS 控制點的坐標和高程輸入TSC1 測量控制器內(nèi)。
下面以J 44 至J 48 四個轉(zhuǎn)角段說明現(xiàn)場作業(yè)方法(如下圖所示) 。
J44、J45、J46三個轉(zhuǎn)角與終勘定線時的位置一致(即轉(zhuǎn)角塔位沒有移動) 。一個流動站從J44往J45方向測, 另一個流動站從J46逆向(或J45同向) 往J45(J46)方向測, 將各設計檔距輸入TSC1 手簿中, 利用RTK的放線功能, 在實地放樣各塔位樁, 同時每基塔位測定1-2個副樁(Z樁), 以利于測量塔基地形圖和工測檢測及施工測量使用。放完線后, 根據(jù)航測斷面圖并結(jié)合現(xiàn)場地形情況, 各流動站尚需校測中線點、邊線點、危險點和風偏斷面, 對于交叉跨越物和塔位附近的斷面點的校測由工測完成。
原J47因設計條件較差需位移至J47 , 因J47是在J48-原J47的延長線上, 因此, 一臺流動站仍從J48往原J47方向測定各塔位, 而另一臺流動站則需要先落實J47 , 然后再從J47往J46方向測。
3.4 測量精度統(tǒng)計及分析
3.4.1 測量精度統(tǒng)計
為了統(tǒng)計和檢驗RTK測量結(jié)果的精度情況,我們對某些耐張段或直線段用TC1610 全站儀進行了測量, 并將兩套成果進行了比較, 結(jié)果見下表:
線路測量規(guī)范規(guī)定: 距離測量的精度要求為1/ 2000, 高差測量的精度要求為015m。顯而易見,從上表中可以看出, 應用RTK放樣塔位, 復測斷面圖, 其精度完全能滿足送電線路測量的精度要求。
3.4.2 RTK測量誤差來源分析
從表中可知, RTK測量還存在一定誤差,其來源主要表現(xiàn)在于：流動站標桿沒有對中、置平所產(chǎn)生的誤差; 基準站傳遞過程中產(chǎn)生的誤差；觀測基線的解算誤差；所選擇的橢球參數(shù)及投影參考面所帶來的誤差；周圍環(huán)境影響、信號干擾造成的誤差；氣象因素影響造成的誤差。
第四章 結(jié)論與建議
4.1 結(jié)論
（1）利用RTK進行線路測量, 遵循了“從整體到局部”的測量原則, 避免了傳統(tǒng)測量方法中“從局部到局部”的誤差累積和傳播, 保證了線路路徑走向的準確無誤。
（2）RTK與航測方法相結(jié)合, 可真正實現(xiàn)送電線路測量的一次性終勘
定位, 并可保證工程質(zhì)量, 大大提高工作效率, 減少青苗砍伐和環(huán)境破壞, 降低工程成本, 減少野外勞動強度�？梢灶A見, 航測方法與RTK相結(jié)合, 將是今后送電線路測量的最終方向。
（3）利用RTK進行選線, 也可以大大優(yōu)化線路路徑走向, 有效地避開建筑物和不良地質(zhì)地段, 使線路路徑走向更加經(jīng)濟合理。
4.2 實際工作中應注意的問題及建議
（1）工程開始初期, 各機(包括基準站和流動站) 內(nèi)參數(shù)設置可能不一致, 為了避免數(shù)據(jù)混亂,造成不必要的質(zhì)量差錯, 應在測量手簿中建立一個橢球參數(shù)、坐標系統(tǒng)、投影方法都一致的Job , 并將各轉(zhuǎn)角點、控制點坐標都輸入到該Job中, 每天各操作人員從該Job中拷貝一個新的Job進行工作。
（2）基準站問題: 由于基準站電臺發(fā)射功率消耗較大, 為保證一天工作的順利進行, 應選購一個至少100Ah 的電瓶。另外, 基準站東西比較多,應盡量選在交通比較方便的地方, 同時還要考慮數(shù)據(jù)鏈能暢通傳輸?shù)牡攸c。
（3）流動站周邊環(huán)境的影響：當流動站周邊遮擋或干擾比較厲害時, 對結(jié)果的精度影響非常大, 且初始化時間非常長, 所以應盡量保證流動站周邊無大的障礙物和強的反射或發(fā)射源。
（4）因RTK測量不受通視影響, 樁位相對于傳統(tǒng)作業(yè)方法較少, 為了便于施工放樣工作, 建議在地形控制點上、特別是塔位附近增加一定數(shù)量的直線樁。
（5）建議線路GPS測量成果分兩份歸檔, 一份以國家坐標系統(tǒng)和線路
坐標系統(tǒng)歸檔, 以便向其他專業(yè)和單位提供通用的成果；另一份以WGS-84坐標系統(tǒng)歸檔, 這主要是為了方便測量工作, 減少坐標系統(tǒng)轉(zhuǎn)換過程中的精度損失和RTK測量過程中的轉(zhuǎn)換參數(shù)的設置。
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