RTK靜態(tài)控制測量的原理及使用方法

創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日RTK靜態(tài)控制丈量的原理及使用方法之馬矢奏春創(chuàng)作創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日0605測繪聯(lián)盟一、RTK靜態(tài)控制丈量的原理RTK是以載波相位觀丈量為根據(jù)的實時差分GPS丈量,它能夠?qū)崟r地提供測站點在指定坐標系中的厘米級精度的三維定位結(jié)果.RTK丈量系統(tǒng)通常由三部份組成,即GPS信號接收部份（GPS接收機及天線）、實時數(shù)據(jù)傳輸部份（數(shù)據(jù)鏈，俗稱電臺）和實時數(shù)據(jù)處置部份（GPS控制器及其隨機實時數(shù)據(jù)處置軟件）.RTK丈量是根據(jù)GPS的相對定位理論,將一臺接收機設置在已知點上（基準站），另一臺或幾臺接收機放在待測點上（移動站），同步收集相同衛(wèi)星的信號.基準站在接收GPS信號并進行載波相位丈量的同時,通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和測站坐標信息一起傳送給移動站；移動站通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，然后利用GPS控制器內(nèi)置的隨機實時數(shù)據(jù)處置軟件與本機收集的GPS觀測數(shù)據(jù)組成差分觀測值進行實時處置,實時給出待測點的坐標、高程及實測精度,并將實測精度與預設精度指標進行比力,一旦實測精度符合要求,手簿將提示丈量人員記錄該點的三維坐標及其精度.作業(yè)時,移動站可處于靜止狀態(tài),也可處于運動狀態(tài)；可在已知點上先進行初始化后再進入靜態(tài)作業(yè),也可在靜態(tài)條件下直接創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日開機,并在靜態(tài)環(huán)境下完成整周模糊值的搜索求解.在整周模糊值固定后，即可進行每個歷元的實時處置,只要能堅持4顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和需要的幾何圖形,則移動站可隨時給出待測點的厘米級的三維坐標.」二、RTK靜態(tài)控制丈量的使用方法1控制點的布設為了達到GPS丈量高精度、高效益的目的,減少不需要的耗費，在丈量中遵循這樣的原則：在保證質(zhì)量的前提下,盡可能地提高效率、降低本錢.所以對GPS丈量各階段的工作,都要精心設計,精心組織和實施.建議用戶在丈量實施前,對整個GPS丈量工作進行合理的總體設計.總體設計,是指對GPS網(wǎng)進行優(yōu)化設計,主要是：確定精度指標,網(wǎng)的圖形設計，網(wǎng)中基線邊長度簡直定及網(wǎng)的基準設計.在設計中用戶可以參照有關(guān)規(guī)范靈活地處置,下面將結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有的一些資料對GPS丈量的總體設計簡單地介紹一下.1、確定精度標準在GPS網(wǎng)總體設計中,精度指標是比力重要的參數(shù),它的數(shù)值將直接影響GPS網(wǎng)的布設方案、觀測數(shù)據(jù)的處置以及作業(yè)的時間和經(jīng)費.在實際設計工作中,用戶可根據(jù)所作控制的實際需要和可能，合理地制定.既不能制定過低而影響網(wǎng)的精度,也不需要盲目追求過高的精度造成不需要的支出.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日2、選點選點即觀測站位置的選擇.在GPS丈量中其實不要求觀測站之間相互通視，網(wǎng)的圖形選擇也比力靈活,因此選點比經(jīng)典控制丈量簡便很多.但為了保證觀測工作的順利進行和可靠地堅持丈量結(jié)果,用戶注意使觀測站位置具有以下的條件：①確保GPS接收機上方的天空開闊GPS丈量主要利用接收機所接收到的衛(wèi)星信號,而且接收機上空越開闊,則觀測到的衛(wèi)星數(shù)目越多.一般應該保證接收機所在平面15°以上的范圍內(nèi)沒有建筑物或者年夜樹的遮擋.②周圍沒有反射面,如年夜面積的水域，或?qū)﹄姶挪ǚ瓷洌ɑ蛭眨娏业奈矬w（如玻璃墻，樹木等），不致引起多路徑效應.③遠離強電磁場的干擾.GPS接收機接收衛(wèi)星廣播的微波信號,微波信號城市受到電磁場的影響而發(fā)生噪聲，降低信噪比,影響觀測功效.所以GPS控制點最好離開高壓線、微波站或者發(fā)生強電磁干擾的場所.鄰近不應有強電磁輻射源,如無線電臺、電視發(fā)射天線、高壓輸電線等，以免干擾GPS衛(wèi)星信號.通常，在測站周圍約200m的范圍內(nèi)不能有年夜功率無線電發(fā)射源（如電視臺、電臺、微波站等）；在50m內(nèi)不能有高壓輸電線和微波無線電信號傳遞通道.④觀測站最好選在交通便利的處所以利于其它丈量手段聯(lián)測和擴展；⑤空中基礎穩(wěn)固，易于點的保管.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日注意：用戶如果在樹木、覘標等對電磁波傳布影響較年夜的物體下設觀測站,當接收機工作時,接收的衛(wèi)星信號將發(fā)生畸變,這樣即使收集時各項指標,如觀測衛(wèi)星數(shù)、DOP值等都較好，但觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量很差.建議用戶可根據(jù)需要在GPS點年夜約300米附近建立與其通視的方位點，以便在需要時采納慣例經(jīng)典的丈量方法進行聯(lián)測.在點位選好后,在對點位進行編號時必需注意點位編號的合理性,在野外收集時輸入的觀測站名由四個任意輸入的字符組成,為了在測后處置時方便及準確,必需不使點號重復.建議用戶在編號時盡量采納阿拉伯數(shù)字按順序編號.3、基線長度GPS接收機對收到的衛(wèi)星信號量測可達毫米級的精度.可是，由于衛(wèi)星信號在年夜氣傳布時不成防止地受到年夜氣層中電離層及對流層的擾動，招致觀測精度的降低.因此在使用GPS接收機丈量時,通常采納差分的形式,用兩臺接收機來對一條基線進行同步觀測.在同步觀測同一組衛(wèi)星時,年夜氣層對觀測的影響年夜部份都被抵消了.基線越短，抵消的水平越顯著，因為這時衛(wèi)星信號通過年夜氣層達到兩臺接收機的路徑幾乎相同.同時,當基線越長時,起算點的精度對基線的精度的影響也越年夜.起算點的精度經(jīng)常影響基線的正常求解.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日因此,建議用戶在設計基線邊時,應兼顧基線邊的長度.通常,對單頻接收機而言,基線邊應以20公里范圍以內(nèi)為宜.基線邊過長，一方面觀測時間勢必增加，另一方面由于距離增年夜而招致電離層的影響有所增強.4、提高GPS網(wǎng)可靠性的方法可以通過下面的一些方法提高GPS網(wǎng)的可靠性：1、增加自力基線數(shù)在布設GPS網(wǎng)時，適當增加觀測時段數(shù),對提高GPS網(wǎng)的可靠性非常有效.因為隨著觀測時段數(shù)的增加,所測得的自力基線數(shù)就會增加，而自力基線數(shù)的增加對網(wǎng)的可靠性的提高是非常有效的.2、保證一定的重復設站次數(shù)保證一定的重復設站次數(shù),可確保GPS網(wǎng)的可靠性.一方面,通過在同一測站上的屢次觀測，可有效地發(fā)現(xiàn)設站、對中、整平、量測天線高等人為毛??；另一方面,重復設站次數(shù)的增加,也意味著觀測期數(shù)的增加.不外需要注意的是,當同一臺接收機在同一測站上連續(xù)進行多個時段的觀測時,各個時段間必需重新安排儀器，以更好地消除各種人為把持誤差和毛病.3、保證每個測站至少與三條以上的自力基線相連.保證每個測站至少與三條以上的自力基線相連,這樣可以使得測站具有較高的可靠性,在布設GPS網(wǎng)時,各個點的可靠性與點位創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日無直接關(guān)系,而與該點上所連接的基線數(shù)有關(guān)，點上所連接的基線數(shù)越多點的可靠性則越高.4、在布網(wǎng)時要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不年夜于6條在布設GPS網(wǎng)時，檢查GPS觀測值基線向量質(zhì)量的最佳方法是異步環(huán)閉合差.而隨著組成異步環(huán)的基線向量數(shù)的增加,其檢驗質(zhì)量的能力將逐漸下降,因此,要控制最小異步環(huán)的邊數(shù).所謂最小異步閉合環(huán),即構(gòu)成閉合環(huán)的基線邊是異步的,且邊數(shù)又是最少的.5、提高GPS網(wǎng)精度的方法可以通過下列方法提高GPS網(wǎng)的精度：為保證GPS網(wǎng)中各相鄰點具有較高的相對精度,對網(wǎng)中距離較近的點一定要進行同步觀測，以獲得它們間的直接觀測基線；為提高整個GPS網(wǎng)的精度，可以在全面網(wǎng)之上布設框架網(wǎng)，以框架網(wǎng)作為整個GPS網(wǎng)的骨架；在布網(wǎng)時要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不年夜于6條；若要采納高程擬合的方法測定網(wǎng)中各點的正常高/正高,則需在布網(wǎng)時選定一定命量的水準點.水準點的數(shù)量應盡可能的多,且應在網(wǎng)中均勻分布,還要保證有部份點分布在網(wǎng)中的四周，將整個網(wǎng)包括在其中；為提高GPS網(wǎng)的標準精度，可采納增設長時間、多時段的基線向量.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日6、布設GPS網(wǎng)時起算點的選取與分布若要求所布設的GPS網(wǎng)的功效與舊功效吻合最好，則起算點數(shù)量越多越好.若不要求所布設的GPS網(wǎng)的功效完全與舊功效吻合，則一般可選3?5個起算點,這樣既可以保證新老坐標功效的一致性，也可以堅持GPS網(wǎng)的原有精度.為保證整網(wǎng)的點位精度均勻,起算點一般應均勻地分布在GPS網(wǎng)的周圍.要防止所有的起算點分布在網(wǎng)中一側(cè)的情況或連成一線的情況.」2、GPS基線解算1、基線解算的步伐基線解算的過程,實際上主要是一個利用最小二乘法進行平差的過程.平差所采納的觀測值主要是雙差觀測值.在基線解算時,平差要分五個階段進行.第一階段,根據(jù)三差觀測值,求得基線向量的初值.第二階段,根據(jù)初值及雙差觀測值進行周跳修復.第三階段進行雙差浮點解算,解算出整周未知數(shù)參數(shù)和基線向量的實數(shù)解.第四階段將整周未知數(shù)固定成整數(shù),即整周模糊度固定.在第五階段，將確定了的整周未知數(shù)作為已知值，僅將待定的測站坐標作為未知參數(shù),再次進行平差解算,解求出基線向量的最終解整數(shù)解.2、重復基線的檢查同一基線邊觀測了多個時段獲得的多個基線邊稱為重復基線邊.對分歧觀測時段的基線邊的互差,其差值應小于相應級別規(guī)定精度創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日的22倍.而其中任一時段的結(jié)果與各時段平均值之差不能超越相應級另外規(guī)定精度.我們在進行基線處置時經(jīng)常會遇到重復基線檢查分歧格的情況.而造成這種情況的主要有以下幾種情況：1、在架設儀器時由于對中整平的誤差造成（該種情況一般對短基線影響很年夜），處置該種情況時需要在出外業(yè)前對基座進行檢查而且進行外業(yè)觀測架設儀器時嚴格對中整平.2、由于點號及儀器高輸錯、或外業(yè)記錄時犯錯造成（這種情況最為普遍,而且由于該種情況還會造成異步環(huán)搜索時異步環(huán)不閉合），一般來說在軟件上比力好檢查出犯錯的觀測點，例如我們可以在軟件上檢查觀測數(shù)據(jù)通過觀測數(shù)據(jù)的初始經(jīng)緯度來判定點號是否犯錯.在搜索異步環(huán)時往往超限數(shù)據(jù)非常年夜.對這種情況的處置一定要嚴格外業(yè)觀測手簿的記錄.3、閉合環(huán)搜索在GPS丈量中,為了檢驗GPS野外實測數(shù)據(jù)的質(zhì)量,往往需要計算GPS網(wǎng)中同步環(huán)或異步環(huán)閉合差.為了使精度評估更準確,往往需要刪除一些重復基線,通常的軟件都要求手工輸入,若網(wǎng)較復雜,則工作量就非常龐年夜,而且毛病、遺漏也就難以防止.實際上,在軟件中,可以結(jié)合圖論的有關(guān)知識,采納深度優(yōu)先搜索的方法搜索整個GPS網(wǎng)中的最小自力閉合環(huán)、最小自力異步閉合環(huán)、最小自力同步閉合環(huán)以及手工選定環(huán)路和重復基線.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日所謂最小自力閉合環(huán),具有以下幾方面的含義：閉合環(huán)必需是最小的，即邊數(shù)是最少的；閉合環(huán)必需是自力的.4、GPS基線向量網(wǎng)平差在一般情況下,多個同步觀測站之間的觀測數(shù)據(jù),經(jīng)基線向量解算后，用戶所獲得的結(jié)果一般是觀測站之間的基線向量及其方差與協(xié)方差.再者,在某一區(qū)域的丈量工作中,用戶可能投入的接收機數(shù)總是有限的,所以，當布設的GPS網(wǎng)點數(shù)較多時,則需在分歧的時段,依照預先的作業(yè)計劃,屢次進行觀測.而GPS解算不成防止地會帶來誤差、粗差以及分歧格解.在這種情況下,為了提高定位結(jié)果的可靠性,通常需將分歧時段觀測的基線向量連接成網(wǎng),并通過觀丈量的整體平差，以提高定位結(jié)果的精度.這樣構(gòu)成的GPS網(wǎng)，將含有許多閉合條件,整體平差的目的,在于清除這些閉合條件的不符值，并建立網(wǎng)的基準.另外,不論是靜態(tài)解算還是靜態(tài)解算,都是在WGS84坐標系下進行的,而已有的經(jīng)典空中控制網(wǎng)規(guī)模年夜,資料豐富；或者,用戶只進行小范圍的丈量,需要的僅僅是局部平面坐標；加之,GPS單點定位的坐標精度較低,遠遠不能滿足高精度丈量的要求.而且,通經(jīng)常使用戶需要的是國家坐標系下的年夜地坐標（或投影坐標）或處所坐標系下的投影坐標，高程坐標也不再是年夜地高（橢球高），而是水準高（正高）.有時還需要通過高精度GPS網(wǎng)與經(jīng)典空中網(wǎng)創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日的聯(lián)合處置,加強和改善經(jīng)典空中網(wǎng)，以滿足用戶的需要.這樣就需要將WGS84之間的坐標增量轉(zhuǎn)換到年夜地坐標中去,從而獲得用戶所需要的坐標.由于坐標系之間的系統(tǒng)參數(shù)紛歧樣以及水準異常等原因,這種轉(zhuǎn)換理所固然地會帶來誤差.根據(jù)平差所進行的坐標空間,可將GPS網(wǎng)平差分為三維平差和二維平差.根據(jù)平差時所采納的觀測值和起算數(shù)據(jù)的數(shù)量和類型，可將平差分為無約束平差約束平差和聯(lián)合平差等.所謂三維平差是指平差在空間三維坐標系中進行.觀測值為三維空間中的觀測值,解算出的結(jié)果為點的三維空間坐標.GPS網(wǎng)的三維平差,一般在三維空間直角坐標系或三維空間年夜地坐標系下進行.所謂二維平差,是指平差在二維平面坐標系下進行,觀測值為二維觀測值,解算出的結(jié)果為點的二維平面坐標.所謂無約束平差，指的是在平差時不引入會造成GPS網(wǎng)發(fā)生由非觀丈量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù).罕見的GPS網(wǎng)的無約束平差,一般是在平差時沒有起算數(shù)據(jù)或沒有過剩的起算數(shù)據(jù).所謂約束平差,指的是平差時所采納的觀測值完全是GPS基線向量,而且,在平差時引入了使得GPS網(wǎng)發(fā)生由非觀丈量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù).GPS網(wǎng)的聯(lián)合平差，指的是平差時所采納的觀測值除GPS觀測值以外,還采納了空中慣例觀測值,這些空中慣例觀測值包括邊長、方向、角度等觀測值等.創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日3、常遇問題的解決法子1.如何處置分歧格基線通過設置衛(wèi)星高度角、采樣間隔、有效歷元等參數(shù)可以對基線進行優(yōu)化.1衛(wèi)星高度截止角衛(wèi)星高度角的截取對數(shù)據(jù)觀測和基線處置都非常重要,觀測較低仰角的衛(wèi)星有時會因為衛(wèi)星信號強度太弱、信噪比力低而招致信號失鎖,或者信號在傳輸路徑上受到較年夜的年夜氣折射影響而招致整周模糊度搜索的失敗.但選擇較年夜的衛(wèi)星高度角可能呈現(xiàn)觀測衛(wèi)星數(shù)的缺乏或衛(wèi)星圖形強度欠佳,因此同樣不能解算出最佳基線.一般情況下處置基線中高度截止角默認設置為20度.如果同步觀測衛(wèi)星數(shù)太少或者同步觀測時間缺乏,對短基線來說,可以適當降低高度角后重新試算,這樣可能會獲得滿足要求的基線結(jié)果,此時應注意,要求測站的數(shù)據(jù)要穩(wěn)定,且環(huán)視條件要好,解算后的基線應進行外部檢核（如同步環(huán)和異步環(huán)檢核）以保證其正確性.如果用默認設置值解算基線失敗,且連續(xù)觀測時間較長、觀測的衛(wèi)星數(shù)較多、圖形強度因子GDOP值較小,則適當提高衛(wèi)星的高度角重新進行解算可能會獲得較好的結(jié)果,這主要是觀測環(huán)境和低仰角的衛(wèi)星信號發(fā)生了較嚴重的多路徑效應和時間延遲所引起的.2采樣間隔創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日一般的接收機具有較高的內(nèi)部采樣率（指野外作業(yè)設置的數(shù)據(jù)收集間隔，由1秒至255秒自由設置,默認為15秒）.而處置基線中其實不是所有的數(shù)據(jù)都介入處置,而是從中根據(jù)優(yōu)化原則選取其中一部份的數(shù)據(jù)采樣進行處置.收集高質(zhì)量的載波相位觀測值是解決周跳問題的根本途徑,而適當增加其收集密度,又是診斷和修復周跳的重要辦法,因此在采納快速靜態(tài)作業(yè)或者該基線觀測時間較短的情況下,可以適當把采樣間隔縮短.3無效歷元在某些情況下，例如該衛(wèi)星的健康情況惡劣；或者測站環(huán)境不理想、受電磁干擾而招致某些衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號經(jīng)常失鎖；又或者低仰角的衛(wèi)星有時會因為衛(wèi)星信號強度太弱、信噪比力低而招致信號失鎖,或者信號在傳輸路徑上受到較年夜的年夜氣折射影響而招致整周模糊度搜索的失敗.此時應該對該衛(wèi)星的星歷進行處置.通過檢查基線詳解,可以對衛(wèi)星觀測中周跳的情況進行檢查,對失鎖次數(shù)較多的衛(wèi)星或者觀測歷元數(shù)過少的衛(wèi)星進行剔除.2如何確定坐標系統(tǒng)1標準坐標系統(tǒng)采納標準的WGS84、北京54以及國家80坐標系可以直接在網(wǎng)平差設置里選擇，可是必需按要求輸入正確的原點經(jīng)度（投影中央子午線）.2自界說坐標系統(tǒng)（或者工程橢球）創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日創(chuàng)作時間：二零二一年六月三十日①已知參數(shù)一般的自界說坐標系（或工程橢球）是從標準的國家坐標系轉(zhuǎn)換而來,年夜大都情形下是對加常數(shù)或者中央子午線、投影橢球高重新進行界說,因此必需選擇相應的參數(shù),包括所用橢球的參數(shù)、加常數(shù)、投影中央子午線、投影橢球高等.②未知參數(shù)假如是完全自力自界說的工程坐標系,尤其是沒有法子與國家點聯(lián)測、又或者投影變形超越規(guī)范要求的,可以選用標準橢球，例如北京54橢球參數(shù),然后采納固定一點和一個方位角的法子來處置.具