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英文名稱：Acta Geodaetica et Cartographica Sinica

主管單位：中國科學技術協(xié)會

主辦單位：中國測繪學會

出版周期：雙月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：

國內(nèi)刊號：

郵發(fā)代號：

發(fā)行范圍：國內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行

創(chuàng)刊時間：1957

期刊收錄：

CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)

EI 工程索引(美)(2009)

中國科學引文數(shù)據(jù)庫(CSCD―2008)

核心期刊：

中文核心期刊(2008)

中文核心期刊(2004)

中文核心期刊(2000)

中文核心期刊(1996)

中文核心期刊(1992)

期刊榮譽：

Caj-cd規(guī)范獲獎期刊

聯(lián)系方式

篇2

關鍵詞：RTK 航道測量 轉(zhuǎn)換參數(shù) 精度

中圖分類號：P2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0021-02

1 實時差分GPS測量技術

RTK測量的基本思想是，在基準站上安置一臺GPS接收機，對所有可見GPS衛(wèi)星進行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設備，實時地發(fā)送給用戶觀測站。在流動站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時地計算并顯示流動站的三維坐標及其精度。

（1）衛(wèi)星信號接收系統(tǒng)在實時動態(tài)定位測量系統(tǒng)中。應至少包含兩臺GPS接收機，分別安置在基準站和流動站上。當基準站同時為多用戶服務時，應采用雙頻GPS接收機，其采樣率與流動站采樣率最高的相一致。（2）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（數(shù)據(jù)鏈）。由基準站的數(shù)據(jù)發(fā)射裝置與流動站數(shù)據(jù)接收裝置組成，它是實現(xiàn)實時動態(tài)測量的關鍵性設備。其穩(wěn)定性依賴于高頻數(shù)據(jù)傳輸設備的可靠性與抗干擾性。為了保證足夠的數(shù)據(jù)傳輸距離及信號強度，一般在基準站還需要附加功率放大設備。（3）軟件解算系統(tǒng)。實時動態(tài)定位測量的軟件解算系統(tǒng)對于保障實時動態(tài)測量結(jié)果的精確性與可靠性，具有決定性的作用。

2 轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取方法研究

根據(jù)RTK的原理，參考站和流動站直接采集的均為WGS84坐標，參考站一般以一個WGS84坐標作為起始值，實時地計算點位誤差并由電臺發(fā)射出去，流動站同步接收WGS84坐標并通過電臺來接收參考站的數(shù)據(jù)，條件滿足后就達到固定解，流動站就可實時得到高精度的相對于參考站的WGS84三維坐標，這樣就保證了參考站與流動站之間的測量精度。如果要附合到已知點上，需要把原坐標系統(tǒng)和現(xiàn)有坐標系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)求出來。

RTK直接測量的坐標屬于WGS84坐標系，而我們通常使用的是1954年北京坐標系、1980西安坐標系和地方坐標系，所以必須進行坐標系的轉(zhuǎn)換。由于它們之間并不是一個橢球，如果要求得精確的轉(zhuǎn)換參數(shù)，通常有七參數(shù)法和四參數(shù)法兩種。轉(zhuǎn)換參數(shù)的求取方法：一是使用已有的靜態(tài)數(shù)據(jù)；二是采取現(xiàn)場采集的方法，通過鍵入一定數(shù)量控制點的地方坐標，然后在這些控制點上采集WGS84坐標，通過點校正得到最佳轉(zhuǎn)換參數(shù)，其轉(zhuǎn)換參數(shù)的準確性與控制點的數(shù)量及分布有關。四參數(shù)和七參數(shù)并不是一個概念，四參數(shù)是同一橢球不同坐標系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，表示為X、Y、A（旋轉(zhuǎn)角）、K（尺度比），七參數(shù)是兩個不同橢球之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，表示為x、y、z、α、β、γ、κ，三個平移、三個旋轉(zhuǎn)和一個尺度參數(shù)。四參數(shù)和七參數(shù)是不能同時使用的，兩者只能選其一，在具體測量時怎么確定這兩種參數(shù)是一個關鍵問題。

求取四參數(shù)是把WGS84的原始經(jīng)緯度作為北京54經(jīng)緯度處理，這樣一來就可以通過采集兩個或兩個以上的北京54已知點來求取。而七參數(shù)的求解方法一般是靠控制測量即靜態(tài)測量，通過平差軟件進行處理后自動求出七參數(shù)，在進行RTK測量時可直接輸入使用。七參數(shù)相對于網(wǎng)參數(shù)來說，可以認為是更準確、精度更高，有條件的話盡量使用七參數(shù)。擬合參數(shù)是指高程擬合參數(shù)，在需要高精度的正常高高程值時，用RTK測量必須合理地求解高程擬合面，這樣才能滿足一般作業(yè)要求。

3 GPSRTK測深技術原理研究

隨著GPS全球定位技術的不斷發(fā)展，GPS實時動態(tài)測量在實時導航定位方面的應用越來越廣泛。目前GPS定位中應用較多的是DGPS技術，這是一種采用簡單的碼數(shù)據(jù)（波長300　m）相位平滑的技術，定位精度在nm級，水下地形高程則需要通過驗潮確定。對于大比例尺的水下地形測量或作業(yè)區(qū)遠離陸域不便于驗潮的地方，DGPS技術已難于滿足要求，而GPS實時動態(tài)相位差分（RTK）是一種直接應用L1和L2載波（波長分別為19　cm和24　cm）相位的GPS定位技術，它在三維坐標上可以提供cm級的精度，在水下地形測量中無需通過驗潮確定泥面高程，這種方法稱為GPS無驗潮測深。

假定參考站天線高為h1，參考站的正常高為h2，流動站的天線高為h3，參考站GPS天線處的正常高和大地高分別為h4、h5，流動站GPS天線相位中心的大地高和正常高分別為h6、h7，換能器的瞬間高程為h8，測點高程為h。由圖1中可以看出。

根據(jù)GPS差分原理，參考站與流動站間的距離小于30　km，可認為下式成立：

則換能器的瞬間高程h8=h1+h2-h3-（h5-h6）。換能器的瞬間高程確定后，所測的水底點的高程就很容易求出：h=h8-測深儀所測的深度。

這樣就實現(xiàn)了在水深測量中，無需通過驗潮來確定泥面高程，這種方法稱為GPS無驗潮測深。眾所周知，動吃水發(fā)生在垂直方向，在實時動態(tài)定位時，該方向上的位移量可通過架設在船體中心上方的GPS天線相位中心的瞬間高程信息獲得，該高程減去GPS天線到換能器的垂距，便是換能器發(fā)射面的瞬間高程，而換能器測量的深度正是建立在該高程的基礎上，因而說，船體的動態(tài)吃水不用專門去測定，換能器的瞬間高程已經(jīng)包含了該信息。這是無驗潮測深模式所特有的，也是相對傳統(tǒng)方法測量精度較高的原因所在。

4 航道測量的基本作業(yè)步驟

航道測量的作業(yè)系統(tǒng)主要由GPS接收機、數(shù)字化測深儀、數(shù)據(jù)通信鏈和便攜式計算機及相關軟件等組成。測量作業(yè)分三步來進行，即測前的準備、外業(yè)的數(shù)據(jù)采集測量作業(yè)和數(shù)據(jù)的后處理形成成果輸出。

4.1　測前的準備

（1）求轉(zhuǎn)換參數(shù)。

①將GPS基準站架設在已知點A上，設置好參考坐標系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、發(fā)射間隔及最大衛(wèi)星使用數(shù)，關閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和七參數(shù)，輸入基準站坐標（該點的單點84坐標）后設置為基準站。②將GPS移動站架設在已知點B上，設置好參考坐標系、投影參數(shù)、差分電文數(shù)據(jù)格式、接收間隔，關閉轉(zhuǎn)換參數(shù)和七參數(shù)后，求得該點的固定解（84坐標）。③通過A、B兩點的84坐標及當?shù)刈鴺?，求得轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（2）建立任務，設置好坐標系、投影、一級變換及圖定義。

（3）作計劃線。如果已經(jīng)有了測量斷面就要重新布設，但可以根據(jù)需要進行加密。

4.2　外業(yè)的數(shù)據(jù)采集

（1）架設基準站在求轉(zhuǎn)換參數(shù)時架設的基準點上，且坐標不變。

（2）將GPS接收機、數(shù)字化測深儀和便攜機等連接好后，打開電源。設置好記錄設置、定位儀和測深儀接口、接收數(shù)據(jù)格式、測深儀配置、天線偏差改正及延遲校正后，就可以進行測量工作了。

4.3　數(shù)據(jù)的后處理

數(shù)據(jù)后處理是指利用相應配套的數(shù)據(jù)處理軟件對測量數(shù)據(jù)進行后期處理，形成所需要的測量成果――　航道圖及其統(tǒng)計分析報告等，所有測量成果可以通過打印機或繪圖機輸出。

5 影響航道測量精度的幾種因素及相應對策

5.1　水下地形點高程的誤差主要來源

（1）儀器誤差：GPS接收機和測深儀精度。（2）轉(zhuǎn)換誤差：由于實時相位差分得到的是WGS84坐標下的高程，屬于大地高程系統(tǒng)，如工程采用其他高程系統(tǒng)，這就需要把測得的大地高程轉(zhuǎn)換成相應高程。（3）其他誤差：如動吃水、風浪造成的測深船起伏和搖擺等。由于GPS天線與測深儀換能器之間為一固定值，因此測深船的垂直起伏不會給水下地形測量精度帶來影響，如動吃水、波浪等影響可以消除。

在實際的使用無驗潮方式進行航道測量時，測量結(jié)果精度會由于船體的搖擺、采樣速率、同步時差及RTK高程的可靠性等因素造成的誤差的影響，這些誤差遠遠大于RTK定位誤差，從而成為無驗潮方式航道測量精度提高的瓶頸因素。

5.2　船體搖擺姿態(tài)的修正

船的姿態(tài)可用電磁式姿態(tài)儀進行修正，修正包括位置的修正和高程的修正。姿態(tài)儀可輸出船的航向、橫擺、縱擺等參數(shù)，通過專用的測量軟件接入進行修正。

5.3　采樣速率和延遲造成的誤差

GPS定位輸出的更新率將直接影響到瞬時采集的精度和密度?，F(xiàn)在大多數(shù)GPS-RTK都可以最高輸出率達20Hz，而測深儀的輸出速度各種品牌差別很大，數(shù)據(jù)輸出的延遲也各不相同。因此，定位數(shù)據(jù)的定位時刻和水深數(shù)據(jù)的測量時刻的時間差造成定位延遲。對于這項誤差可以在延遲校正中加以修正，修正量可在斜坡上往返測量結(jié)果計算得到，也可以采用以往的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。

6 作業(yè)時應注意的問題

（1）因為RTK技術的關鍵在于數(shù)據(jù)處理技術和數(shù)據(jù)傳輸技術，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。所以：①電臺天線要盡量高。如果距離較遠，則要使用高增益天線；否則將影響到作業(yè)距離。②電源電量要充足，否則也將影響到作業(yè)距離。（2）設站時要限制最大衛(wèi)星使用數(shù)，一般為8顆。如果太多，則影響作業(yè)距離；太少，則影響RTK初始化。（3）如果不是使用七參數(shù)，則在設置基準站時要使TransformToWGS84（轉(zhuǎn)換到WGS84坐標系）處于off（關閉）狀態(tài)。（4）如果使用七參數(shù)，則x、Y、AZ都小于±100較好，否則重求。（5）在求轉(zhuǎn)換參數(shù)前，要使參數(shù)轉(zhuǎn)換和七參數(shù)關閉。

參考文獻

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【關鍵詞】GPS；市政工程；工程測量

近些年來，隨著對交通的迫切需求，大量的交通基礎建設項目開工建設。同時，科技的進步也促使了富有特色的交通項目不斷出新，如各式各樣特大橋、磁懸浮軌線等。這些都對測繪工作提出了新的要求：快速、經(jīng)濟、準確。傳統(tǒng)的測量方法越來越難以跟上設計技術的步伐和快速的施工速度。GPS技術的出現(xiàn)正迎合了現(xiàn)代測繪的新要求。目前GPS 技術已被成功應用于道路勘測設計、施工放樣以及運營過程中的安全檢測等各個方面。

1、GPS 技術概述

GPS 定位是以 GPS 衛(wèi)星和用戶接收天線之間的距離為基本觀測量，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標，確定用戶天線所對應的位置，其實質(zhì)是空間距離后方交會。在一個測站上只需3個獨立距離觀測量。GPS采用的是時差測距原理，即通過測量GPS信號從衛(wèi)星傳播到用戶接收機的時間差計算距離，由于衛(wèi)星鐘與用戶接收機鐘不同步，因此，觀測的測站至衛(wèi)星間的距離稱為偽距。衛(wèi)星鐘差可以通過衛(wèi)星導航電文提供的鐘差參數(shù)修正，接收機鐘差難以預先準確確定，可將其作為未知參數(shù)與觀測站坐標在數(shù)據(jù)處理中一并解出。在一個測站上，除了三個待定位置參數(shù)外，還需要增加一個接收機鐘差參數(shù)，因而至少應有4個同步偽距觀測量，即至少必須同步觀測4顆GPS衛(wèi)星。

全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioingSystem）衛(wèi)星定位技術是美國陸海空三軍聯(lián)合研制的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，隨著數(shù)字地球概念的深入和發(fā)展，不斷的改進、完善其硬件和軟件，以其自動化、高效益、全天侯、連續(xù)性、實時性導航定位和定時等功能及顯著的特點，能為各類用戶提供精密的三維坐標.速度和時間，GPS系統(tǒng)的用戶是非常隱蔽的，它是一種單程系統(tǒng)，用戶只需接收而不必發(fā)射信號，因此用戶的數(shù)量也是不受限制的，贏得了廣大用戶的信賴，并成年感的應用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、地形地籍測量、海洋測繪、地球動力學、資源勘察等學科，加快了整發(fā)世界向前發(fā)展的進程。

GPS技術相對于其他的定位、測量技術，其技術優(yōu)勢是很明顯的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1） 功能多、用途廣。GPS系統(tǒng)不僅可用于測量、導航，還可用于測速、測時。測速的精度可達 0.1m/s，測時的精度可達幾十毫微秒。其應用領域不斷擴大。2） 定位精度高。GPS可為各類用戶連續(xù)提供動態(tài)目標的三維位置、三維速度及時間信息。隨著GPS定位技術及數(shù)據(jù)處理技術的發(fā)展，其精度還將進一步提高。3） 實時定位。利用GPS進行導航，既可實時確定運動目標的三維位置和速度，由此可實時保障運動載體沿預定航線運行，亦可選擇最佳航線。特別是對軍事上動態(tài)目標的導航，具有十分重要的意義。

2、GPS 在市政工程測量中的應用探討

2.1 GPS在市政公路測量中的應用

隨著公路等級的提高，對公路測量提出更高的要求。一般可以根據(jù)測區(qū)范圍的大小和測量儀器的精度高低，將公路勘測分為傳統(tǒng)公路勘測和現(xiàn)代公路勘測。所謂傳統(tǒng)公路勘測，是指用普通測量儀器 （經(jīng)緯儀、測距儀、水準儀等） 所從事的路線勘測，即現(xiàn)場選定路線交點和轉(zhuǎn)點，然后布置中線，進而完成整個路線勘測工作。現(xiàn)代公路勘測，是指用精密測量儀器（GPS、全站儀、水準儀等） 所從事的路線勘測，采用的是紙上定線法。隨著GPS定位技術，特別是實時GPS動態(tài)定位技術在公路勘測中的應用，公路勘測作業(yè)流程的改革已進入可行階段，一次性外業(yè)測量完成工作目標變成可能，從而大為減輕測量作業(yè)人員的勞動強度。這種作業(yè)方式的顯著特點是測量精度高，工作流程少，作業(yè)效率高。一般用于測區(qū)范圍較大、必須考慮地球曲率影響的公路測設。

在實際測量時，具體的作業(yè)方法如下：采用兩臺（或兩臺以上） 接收機，分別安置在一條（或數(shù)條） 基線的端點，根據(jù)基線長度和要求的精度，按GPS測量系統(tǒng)外業(yè)的要求同步觀測四顆以上的衛(wèi)星數(shù)時段，時段長度根據(jù)測量等級確定。

在采用GPS對公路進行測量時，特別要注意以下技術問題：

1）當確認外接電源電纜及天線等各項連接完全無誤后，方可接通電源，啟動接收機。2） 開機后接收機有關指示顯示正常并通過自檢后，方能輸入有關測站和時段控制信息。3） 接收機在開始記錄數(shù)據(jù)后，應注意查看有關觀測衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星號、相位測量殘差、實時定位結(jié)果及其變化、存儲介質(zhì)記錄等情況。4） 一個時段觀測過程中，不允許進行以下操作：關閉又重新啟動；進行自測試（發(fā)現(xiàn)故障除外）；改變衛(wèi)星高度角；改變天線位置；改變數(shù)據(jù)采樣間隔；按動關閉文件和刪除文件等功能鍵。

2.2 GPS在市政電力工程測量中的應用

電力工程測量是市政電力工程建設中一項重要的內(nèi)容，按照其作業(yè)服務對象一般分為廠站工程測量、送電工程測量及施工工程測量等內(nèi)容。電力工程測量既具有一般工程測量作業(yè)特點，又具有其獨特的行業(yè)特點，主要表現(xiàn)在：

1）雖然一般廠區(qū)的建設面積不大，但是其有很多附屬設施，如電廠有除灰管線系統(tǒng)、取排水系統(tǒng)、輸變電系統(tǒng)、鐵路運輸系統(tǒng)等等；而所有這些系統(tǒng)都不是獨立的，都和外界有著千絲萬縷的聯(lián)系，都要和城建規(guī)劃系統(tǒng)、國家坐標高程系統(tǒng)聯(lián)系在一起。2） 廠區(qū)控制測量對內(nèi)部精度要求比較高，特別是要能滿足設備安裝時施工放樣測量的要求，比如平面控制要求為：對于廠區(qū)平面控制網(wǎng)的坐標系統(tǒng)，主測區(qū)內(nèi)投影長度變形值不大于2.5cm/km。利用GPS技術可以很方便快捷的實現(xiàn)對電力工程廠區(qū)內(nèi)的測量，主要測量技術步驟如下：

1）方格網(wǎng)的設計，既要滿足將來施工放樣的需要，同時要保證方格網(wǎng)的邊要與主建筑物平行，還要考慮到施工過程中臨時建筑和道路的影響，防止在施工過程中受到破壞；以往方格網(wǎng)的設計是以總平面圖為基礎，以主廠房為主線作為控制因素，樁位的位置在總平面圖上不易直觀反映且可能在施工過程中受到影響；如果采用在CAD下應用總平面圖并結(jié)合施工單位的實際需求，將能合理策劃方格網(wǎng)的邊長和位置，方便直觀地獲知方格網(wǎng)點位置坐標。2） 放樣方格網(wǎng)點位置在埋設樁位過程中要得到確定，防止調(diào)整樁位坐標位置時偏離出樁位。對方格網(wǎng)點點位中誤差應滿足< 士5”的精度要求，是容易做到的。但對于方格網(wǎng)直線度限差< 士5”的要求，如果采用全站儀必須進行多次調(diào)整，才能滿足要求，結(jié)合已經(jīng)成熟的GPS技術和3D技術，在精確獲得樁位中心坐標的前提下，在CAD下精確獲取各方格網(wǎng)點的調(diào)整數(shù)據(jù)，然后再用高精度全站儀進行放樣調(diào)整方格網(wǎng)點，將會提高調(diào)整方格網(wǎng)點滿足精度要求的準確性。3） 應用GPS快速靜態(tài)測量技術配合全站儀進行方格網(wǎng)直線度限差的檢驗，再用全站儀隨機抽檢部分直線角，然后比較和GPS 快速靜態(tài)測量角度的差值來推算判定整個方格網(wǎng)的精度情況將會大大提高作業(yè)效率和減輕勞動強度。

3、結(jié)語

GPS 技術發(fā)展的過程也是其在測量應用上不斷完善的過程。GPS技術是一門新型的定位技術，因此我們在測量應用中既要顧及GPS自身存在的問題，又要解決測量上固有的矛盾。

參考文獻：

[1]胡成良. 淺談市政工程測量中應用GPS RTK的新模式[J].改革與開放.2009（07）