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1、第九章 GPS实时动态定位原理,第一节 RTK概述 第二节 RTK系统基准站的组成和作用 第三节 RTK流动站的组成和作用 第四节 RTK定位测量的外业准备工作 第五节 RTK的作业方法 第六节 GPS网络RTK技术,第九章 GPS实时动态定位原理 第一节 RTK,用RTK技术进行工程测量,摄影测量控制点加密,安徽黄山公路比较线测量,用RTK技术进行工程测量摄影测量控制点加密安徽黄山公路比较线,第一节 RTK概述,载波相位差分法,差分法:,修正法:,将基准站采集的载波相位发送给用户，进行求差解算坐标。,将基准站的载波相位修正值发送给用户，改正用户接收到的载波相位，再解求坐标。,RTK（Real
2、-Time-Kinematic）技术是GPS实时载波相位差分的简称。,第一节 RTK概述 差分法:修正,一、RTK的工作原理,基准站接收机,流动站接收机,GPS卫星,如图91所示,一、RTK的工作原理 基准站接收机 流动站接收机 GPS,图91 RTK的工作原理,图91 RTK的工作原理,1.实时差分GPS，精度为13m；,2.广域实时差分GPS，精度为12m；,3.精密差分GPS，精度为15cm；,4.实时精密差分GPS，精度为13cm。,以采用值的类型为依据可分为4类：,1.实时差分GPS，精度为13m；2.广域实时差分GPS，,RTK的观测模型为：,式中： 为相位测量值，单位为m； 为星
3、站间的几何距离； 为光速； 接收机钟差； 卫星钟差； 为载波相位波长； 为整周未知数； 为对流层折射影响； 为电离层折射影响； 为相对论效应； 为观测噪声参数。,RTK的观测模型为：式中： 为相位测量值,二、RTK的系统组成,二、RTK的系统组成,第二节 RTK系统基准站的组成和作用,RTK系统基准站由基准站GPS接收机及卫星接收天线、无线电数据链电台及发射天线、直流电源等组成。 如图9-2所示：,第二节 RTK系统基准站的组成和作用 RT,图9-2 Trimble4800GPSRTK基准站配置图,图9-2 Trimble4800GPSRTK基准站配置图,认识基准站接收机,S/N号码：以偶数结
4、尾。用途：提供给移动站需要的差分解算数据。将卫星观测数据和 起算坐标发送给移动站。 功能：电台+GPRS功能。可选配既可做基准站也可做移动站的多功能接收机。,认识基准站接收机,GPSRTK作业能否顺利进行，关键的问题是无线电数据链的稳定性和作用距离是否满足要求。它和无线电数据链电台本身的性能，发射天线的类型，参考站的选址，设备的架设，环境无线电的干扰情况等有直接的关系。,GPSRTK作业能否顺利进行，关键的问题是,参考站发射天线和流动站接收天线之间无遮挡信号的障碍物，这些障碍物在陆地上主要由地形、建筑物、无线电信号发射台等；在海上则主要是地球曲率的影响。为了尽量避免参考站设备之间相互干扰，在作
5、业时，大于25W的数据链电台发射天线距离GPS接收天线至少2m，最好6m以上；发射天线与电台的连接电缆必须展开，以免形成新的干扰源。,参考站发射天线和流动站接收天线之间无遮挡信号,为了尽量避免参考站设备之间相互干扰，在作业时，大于25W的数据链电台发射天线距离GPS接收天线至少2m，最好6m以上；发射天线与电台的连接电缆必须展开，以免形成新的干扰源。,为了尽量避免参考站设备之间相互干扰，在作业时,华测RTK数据链无线电发射机(DL3)的工作频率为UHF频段（450470MHZ），当功率一定时，发射距离随天线高度增加而增加，如下式所示：,式中： 4.24为天宝经验值； H1 电台的天线高； H2
6、 流动站的天线高；,（式91）,华测RTK数据链无线电发射机(DL3)的工,例：天宝4800GPS接收机使用的TRIMMRK无线电数据链电台发射功率为25W，电台天线高为9m，流动站的天线高为2m，试计算流动站工作的最远距离？,解：已知H1 = 9 m，H2 = 2m，根据公式可计算出流动站在开阔地带工作的最远距离为：,注：该距离是在无任何遮挡物的空旷地带的理论值，实际上要根据实地情况来确定，要留有余量，根据经验，在城市要将电台天线架设在高楼顶上，才可能达到10公里左右的距离。,例：天宝4800GPS接收机使用的TRIMMRK无线电数据,第三节 RTK流动站的组成和作用,流动站的组成如图所示,
7、流动站的作用： 从基准站接收到的信号由流动站的UHF电台接收，流动站同时也接收相同的卫星信号，用配备的电子手簿控制器进行实时解算。,第三节 RTK流动站的组成和作用 流动站的组成如图所示,流动站数据链电台的功率为2W，其电源和卫星接收机共用，不需另配电池。,基准站GPS接收机与电台之间的数据传输波特率为9600，DL3电台与流动站GPS接收机之间的数据传输波特率为9600，流动站中的UHF数据链电台与流动站GPS接收机之间的数据传输波特率均为9600。,流动站数据链电台的功率为2W，其电源和卫星接,1.基准站可以安置在已知点上，也可以不安置在已知点上。若安置在已知点上，则输入已知点的坐标，进行
8、坐标的转换（WGS84转换成BJ54或其它坐标系）。,为了保证流动站的测量精度和可靠性，应在整个测区选择高精度的控制点进行检测校对，选择的控制点应有代表性，均匀地分布在整个测区。,1.基准站可以安置在已知点上，也可以不,2. 基准站若安置在未知点上（在城市测量中，有时为了控制更远和更大的范围，根据RTK的特点，可将基准站架设在没有控制点的高楼顶上），在启动基准站时，则需输入该点的WGS84坐标，进行坐标的转换（WGS84转换成BJ54或其它坐标系）。求得WGS84坐标的方法是：开机后，在TSCE控制器上经过初始化操作后，显示一软键 here （译成汉语为“此处”），直接按该键即可求得该点的WG
9、S84坐标。,2. 基准站若安置在未知点上（在城市测,3.虽然RTK定位测量的基准站可以不放在已知点上，但测区内还必须有已知控制点，而且定位测量的精度和已知控制点的等级和个数有关，在安置好基准站并启动流动站后，必须用流动站分别到已知点上进行定位测量，以求得该点坐标，然后与该点的原有坐标相比，求出其差值，若差值很小（根据工程性质定），则不需改正，否则，必须将该点的原有坐标输入到TSCE控制器中，进行改正。,3.虽然RTK定位测量的基准站可以不放,.测区内仅有一个已知控制点的情况：,理论上讲，在半径为10km的范围内，可达到25cm左右精度。,10km,如图94所示：,图9-4 一个已知点,.测区
10、内仅有一个已知控制点的情况：理论上讲，在半径为10k,. 测区附近有二个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）：,图9-5 两个已知点,如图95所示：,. 测区附近有二个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）：,. 测区附近有三个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）：,如图96所示：,图9-6 三个已知点的工作范围,. 测区附近有三个已知控制点的情况（必须为整体平差结果）：,. 测区附近有四个已知点的情况（必须为整体平差结果）：,如图97所示：,图9-7 四个已知点的工作范围,. 测区附近有四个已知点的情况（必须为整体平差结果）：如图,第四节 RTK定位测量的外业准备工作,RTK定位测量外业
11、准备的过程如下： 1.外业踏勘 2.收集资料 3.制定观测计划 4.星历预报,第四节 RTK定位测量的外业准备工作 RTK定位测量,5.器材准备,6. 运输工具,5.器材准备6. 运输工具,第五节 RTK的作业方法,RTK定位测量实施的具体方法如下：,一.架设基准站,将基准站GPS接收机安置在开阔的地方，架设脚架、安置基座和卫星天线，对中整平，用天线高量尺在天线相隔120的三个位置量取天线高，并记录，如图97所示。,第五节 RTK的作业方法RTK定位测量实施的具体方法如下,图9-9 基准站GPS接收机安置和量取天线高,图9-9 基准站GPS接收机安置和量取天线高,启动基准站,自启动 基准站若是
12、设置为自启动，架设好仪器开机后，无需操作，差分数据自动发送。手簿启动 第一步 设置基准站选项【配置】【基准站选项】通常按默认配置如图：,启动基准站自启动,广播格式：CMR+测站索引：1（可设置0-31之间的任何整数，用于区分多台基准站同时工作的情况）PDOP限制：6（当卫星分布不好，PDOP大于6时，基站不能启动）高度角：10（设置基准站接收机只跟踪高于10视域角的卫星）架设在已知点时需输入天线高、选择天线类型及量测方法。,广播格式：CMR+,启动基准站,第二步 启动基准站接收机【测量】-【启动基准站接收机】未知点启动时：点击此处，输入基准站点名称，以任意单点定位值启动基准站。已知点启动时：点
13、击列表，从已键入的已知坐标点中选择点启动基准站。代码、天线高根据实际情况输入，或默认空，设置好启动坐标后点击确定。,启动基准站第二步 启动基准站接收机,RTK学习教程解析课件,基准站启动成功后，显示“成功设置了基站！”，这时电台发射灯也会随发送间隔闪烁。否则显示“设置基站不成功！”，需重新启动基准站（一般来说，用已知点启动时，如果输入的已知点和单点定位相差很大时，会出现此情况，造成原因一般为设置中央子午线或所用坐标错误）。,基准站启动成功后，显示“成功设置了基站！”，这时电台发射灯也,三. 启动流动站,认识移动站接收机 S/N号码：以奇数结尾。用途：根据基准站传送过来的数据进行实时的差分解算功
14、能：电台+GPRS功能可选配既可做基准站也可做移动站的多功能接收机,三. 启动流动站认识移动站接收机,移动站接收机的设置,工作模式的设置打开数据下载软件（下载软件与接收机的连接见“附1”），进入菜单【工具】-【接收机设置】如图进行相应设置后点击应用。,移动站接收机的设置 工作模式的设置,对于华测新产品具有自启动功能的X90D型号移动站，需要设置为“自启动移动站”，如图。,对于华测新产品具有自启动功能的X90D型号移动站，需要设置为,内置电台和GPRS的设置,【配置】-【移动站参数】-【内置电台和GPRS】。根据实际工作情况，电台和GPRS可以互相切换，设置如图。,提示实际工作中，移动站只能通过
15、切换电台和GPRS的一种方式接收差分数据，同时用两种方式接收差分数据是不能工作的。设置完毕后，注意观察信号灯是否正常闪烁，证明已实时收到基准站发送过来的差分数据。,内置电台和GPRS的设置 【配置】-【移动站参数】-【内,仪器架设,仪器架设,启动移动站,【测量】【启动移动站接收机】移动站收到差分信号后会有一个“单点定位”-“浮动”-“固定”的RTK初始化过程。,启动移动站 【测量】【启动移动站接收机】,点校正,GPS接收机直接测量数据是WGS-84经纬度坐标，而我们要求的坐标是施工坐标（如北京54坐标），所以必须通过软件进行坐标转换参数的计算，“点校正”就是完成这一工作的主要工具。【测量】【点
16、校正】,点校正 GPS接收机直接测量数据是WGS-84经纬度坐标，而,点击增加，在网格点名称和GPS点名称两项控件里分别选中已知当地平面坐标和已有或实测的WGS84坐标，校正方法选中“水平和垂直”。重复点击增加，加入必要数量的校正点（要求水平精度，至少3个点；要求高程精度，至少4个点）。点击计算得出校正参数，再点击确定完成校正。 注意 有三个或以上控制点参与平面“点校正”后才有水平参差，水平参差一般不要大于0.015m；有四个或以上的控制点参与垂直“点校正”后才有垂直参差，垂直参差一般不要大于0.02m。,点击增加，在网格点名称和GPS点名称两项控件里分别选中已知当,在一次测量任务中，由于电台
17、信号传播受限制也许会架设几次基准站来完成测量任务。所以需要用到“重设当地坐标”的功能。 方法1：基准站2若是架设在未知点（自启动，或手簿“此处”启动”），那么将移动站再次去测量一个在基准站1下测过的精度较高的点a，重新测量命名为a2，点击【文件】【元素管理器】【点管理器】，在基准站2下面选中a2点，双击或点击细节，点击重设当地坐标，再点击出现控件在弹出的列表中选中基准站1下测得的a点，确定后即完成重设当地坐标的工作。,重设当地坐标,在一次测量任务中，由于电台信号传播受限制也许会架设几次基准站,方法2：基准站2若是架设在已知点（包括基准站1下测过的点），那么可以通过手簿已知点启动的方式,选择基准
18、站2所在已知坐标点来启动基准站，并且输入实测的基站天线高。,方法2：基准站2若是架设在已知点（包括基准站1下测过的点），,方法3：基准站2若是架设在已知点（包括基准站1下测过的点），启动方式为自启动，那么可以点击在【点管理器】里面选中基准站2点击细节，将“基站校正类型”设置为“架设在已知点”，输入已知坐标、实测天线高及测量方法，确定后即完成坐标改正操作。,方法3：基准站2若是架设在已知点（包括基准站1下测过的点），,注意基准站若是自启动的方式，因断电重开机后，即使基准站位置没变，也需要做重设当地坐标的工作。基准站若是自启动的方式，移动站需要在手簿上有测量点的操作后，才会在【点管理器】里面记录下
19、基准站信息。,注意,四. 开始测量，可以分为几种形式：,（1）测量点（Measure points）【测量 测量点】,四. 开始测量，可以分为几种形式：（1）测量点（Measur,测量点方法分为地形点（默认为5秒）、控制点（默认为180秒）、快速点（默认为1秒），测量一个点的时间可以改变，最小显示为1秒。在选项里可以改变测量点的容许精度，是否自动保存测量的点等。 注：当测量时，只有设置的精度大于RTK固定时显示的水平和垂直精度时，才可以测量出所需要的值。,测量点方法分为地形点（默认为5秒）、控制点（默认,连续地形,【测量连续地形】,连续地形【测量连续地形】,常规点放样,【测量点放样常规点放样】
20、,常规点放样【测量点放样常规点放样】,选择增加，增加点的方法有六种，选择不同的方法,会有相应的引导路径进行操作。 输入单一点名称：直接输入需放样的点名称； 从列表中选择：从点管理器中选择需放样的点； 所有键入点：放样点界面上会导入全部的键入点； 半径范围内的点：选择中心点及输入相应的半径,则会导入符合条件的 点； 所有点：将导入点管理器中所有的点； 相同代码点：将导入所有具有该相同代码的点。,选择增加，增加点的方法有六种，选择不同的方法,会有相应的引导,RTK学习教程解析课件,RTK学习教程解析课件,RTK学习教程解析课件,第六节 GPS网络RTK技术,GPS网络RTK技术的出现，代表了未来G
21、PS发展的方向，由此可带来巨大的社会效益和经济效益。目前应用于GPS网络RTK数据处理的方法有：虚拟参考站法（Virtual eference StationVRS）、偏导数法、线性内插法和条件平差法，其中虚拟参考站法VRS技术最为成熟。,一、概述,第六节 GPS网络RTK技术 GPS网络R,二、VRS的系统构成及工作原理,VRS系统集GPS、Internet、无线通讯和计算机网络管理技术于一身。整个系统是由若干个（三个以上）连续运行的GPS基准站和一个GPS网络控制中心构成。,二、VRS的系统构成及工作原理 VRS系,二、VRS的系统构成及工作原理,1. VRS的系统构成 GPS固定基准站系
22、统 数据传输系统 GPS网络控制中心 系统数据发播系统 用户系统,二、VRS的系统构成及工作原理 1. VRS的系统构成,2.VRS的工作原理,2.VRS的工作原理,VRS网络数据流程,VRS网络数据流程,参考站网络的硬件构成,参考站网络的硬件构成,用户部分就是用户的GPS接收机，加上无线通讯的调制解调器。根据自己的不同需求，放置在不同的载体上。接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心，并接收中心的差分信号，生成厘米级的位置信息。,用户部分就是用户的GPS接收机，加上无线通讯的,三、 VRS系统的优势,1.VRS系统的覆盖范围大 2. 比传统RTK精度高 3.可靠性提高 4.更广的应用范围,GPS新阶段,三、 VRS系统的优势 1.VRS系统的覆盖范围大 GPS,思考题与习题,1.RTK的系统由哪几部分组成？2.在免参考站上作业时，数据链电台的发射天线应距离GPS接收天线多远，其目的是什么？为什么发射天线与电台的连接电缆必须展开？3.已知H1 = 6 m，H2 = 2m，则流动站在开阔地带工作的最远距离为多少？4.基准站安置在已知点上或安置在未知点上有什么区别？5.RTK定位测量时，测区内的已知控制点有什么作用？6.目前应用于GPS网络RTK数据处理的方法有哪几种?7.VRS系统的优势有哪些?,思考题与习题1.RTK的系统由哪几部分组成？,
