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1、G P S 技 术 交 流 与 学 习,第 一 章：G P S测 量 基 础 知 识,1.全球定位系统(GPS)Global Position System GPS 是由美国研制的导航、授时和定位系统。它由空中卫星、地面跟踪监控站、和用户站三部分组成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力。GPS 系统的特点是高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。2.实时动态测量(RTK)Real Time Kinematic RTK 定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数
2、据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS 观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK 技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。,G P S 测 量 基 础 知 识,3.观测时段 Observation 测站上开始接收卫星信号到停 接收，连续观测的时间长度。4.同步观测 Simultaneous Observation 两站或两站以上接收机同时对同一组卫星进行观测。5.天线高 Antenna Height 观测时接收机相位中心到测站中心标志面的高度。6.参考站 Reference
3、Station 在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别在一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动作业,这些固定测站就称为参考站。7.流动站 Roving Station 在参考站的一定范围内流动作业，并实时提供三维坐标的接收机称流动接收机。,G P S 测 量 基 础 知 识,8.世界大地坐标系1984（WGS1984）World Geodetic System 1984 由美国国防部在与WGS72 相关的精密星历NSWC 9Z-2 基础上，采用 1980大地参考数和BIH1984.0 系统定向所建立的一种地心坐标系。9.国际地球参考框架ITRFYY In
4、ternationalTerrestrial Refference Frame 由国际地球自转服务局推荐的以国际参考子午面和国际参考极为定向基准，以IERS YY 天文常数 基础所定义的一种地球参考系和地心（地球）坐标系。10.永久性跟踪站Permanent Tracking Station 长期连续跟踪接收卫星信号的永久性地面观测站。,G P S 测 量 基 础 知 识,11.广域增强差分系统（WAAS）WideArea Augmentation Differential GPS System WAAS 系统是将主控站所算得的广域差分信号改正信息，经过地面站传输至地球同步卫星，该卫星以GPS
5、 的L1 频率 载波，将上述差分改正信息当作GPS 导航电文转发给用户站，从而形成广域GPS 增强系统。美国已计划将WAAS 发展成国际标准,是美国GPS现代化计划的一部分。12.局域增强差分系统（LAAS）LocalArea AugmentationDifferential GPS System 将基准站所算得的伪距差分和载波相位差分改正值、C/A码测距信号，一起由地基播发站 制在L1 频道上传输给用户站。13.在航初始化（OTF）On The Flying 是整周模糊度的在航解算方法。14.高度截止角 Elevation Mask Angle 为了屏蔽遮挡物（如建筑物、树木等）及多路径效应
6、的影响所设定的角度阀值，低于此角度视野域内的卫星不予跟踪。,G P S 定 位 原 理,一、距离测定原理,G P S 定 位 原 理,1、伪距测量,G P S 定 位 原 理,伪距测量是利用全球卫星定位系统进行导航定位的最基本的方法，其基本原理是：在某一瞬间利用GPS接收机同时测定至少四颗卫星的伪距，根据已知的卫星位置和伪距观测值，采用距离交会法求出接收机的三维坐标和时钟改正数。伪距定位法定一次位的精度并不高，但定位速度快，经几小时的定位也可达米级的若再增加观测时间，精度还可以提高。每一卫星播发一个伪随机测距码信号，该信号大约每1毫秒播发一次，接收仪同时复制出一个同样结构的信号并与接收到的卫星
7、信号进行比较，由信号的延迟时间(dT)推算出卫星至接收仪的距离。,G P S 定 位 原 理,2、载波相位测距载波相位测量是利用GPS卫星发射的载波为测距信号。由于载波的波长(L119cm，L224cm)比测距码波长(C/A=293m,p=29.3m)要短得多，因此对载波进行相位测量，就可能得到较高的测量定位精度。,G P S 定 位 原 理,G P S 定 位 原 理,G P S 定 位 原 理,整周未知数N的确定是载波相位测量中特有的问题，也是进一步提高GPS定位精度、提高作业速度的关键所在。目前，确定整周未知数的方法主要有三种：伪距法、N作为未知数参与平差法和三差法。考虑到GPS定位时的
8、误差来源，当前普遍采用的观测量线性组合方法称之为差分法，其具体形式有三种，即所谓的单差法、双差法和三差法。,G P S 定 位 原 理,二、点位测定原理 当只有一颗卫星时，我们只能确定以 R1为半径的圆上的某个点上。当有两颗卫星时，2个球面相交成一个圆弧点位被限制在一曲线上。,G P S 定 位 原 理,G P S 定 位 原 理,当只有三颗卫星时，3个球面相交成一个点,3个距离段可以确定纬度，经度，和高程,点的空间位置被确定。当只有四颗卫星时，4段或更多的距离就解决了纬度，经度，高程和时间四个未知数,这就类似于测边交会问题的解决原理。,G P S 定 位 原 理,G P S 定 位 原 理,
9、多颗卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。,G P S 定 位 原 理,从以上原理我们可以知道，,在GPS测量时，至少需要四颗卫星即可进行测量，,但由于卫星信号的误差源比较多，,想要得到更高精度的点位精度或在进行RTK测量时，必须要在五里颗以上才能保证测量的精度。,G P S 误 差 来 源,G P S 误 差 来 源,一、与GPS卫星有关的误差1、卫星时钟误差即使卫星是非常的精密复杂，它可以计算出一些极微小的讯息信息，如原子钟(Cesium)即是如此一个精准的装置，但是精准并不代表完美，因此仍会有一些微小
10、的误差产生，即使卫星的定位会持续的被监控着，但并不是每一秒都处于被监视的状态之中，这期间一旦有微小的定位误差或卫星星历的误差产生，便会影响到接受器在定位计算时的准确性。,G P S 误 差 来 源,2、星历误差（即卫星轨道误差）卫星星历误差 在进行GPS定位时，计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这就是所谓的星历误差。,G P S 误 差 来 源,3、SA政策 SA 美国政府从其国家利益出发，通过降低广播星历精度（技术）、在GPS信号中加入高频抖动等方法，人为降低普通用户利用GPS进行导航
11、定位时的精度（目前已经取消）。,G P S 误 差 来 源,二、与传播路径有关的误差 1、大气层延迟(1)电离层延迟 由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层延迟。,G P S 误 差 来 源,(2)对流层延迟 对于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。2、多路径效应由于接收机周围环境的影响，使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。,G P S 误 差 来 源,三、接收机有关的误差(1)接收集钟差 接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与G
12、PS标准时之间的差异。(2)接收机天线相位中心偏差 接收机天线相位中心偏差是GPS接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。(3)接收机软件和硬件造成的误差 在进行GPS定位时，定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。(4)天线相对旋转产生的相位增加效应,G P S 误 差 来 源,四、其它(1)GPS控制部分人为影响 由于GPS控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等。(2)数据处理软件的影响 数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。(3)固体潮、极潮和海水负荷的影响。(4)相对论效应。卫星钟和地面钟由于存在相对运动，从地面观测，卫星钟走得慢，影响电磁波传播时
13、间的测定,关于RTK的工作原理和精度分析,经常一些客户会打电话给我询问一些有关RTK的精度问题,根据我的总结,这些客户对RTK的原理掌握不够深刻,对一些能反映RTK精度的指标也理解不透.在此我对RTK的原理及精度简要的阐述一下,希望能抛砖引玉,对大家有所帮助.RTK是实时动态测量，其工作原理可分为两部分阐述。,关于RTK的工作原理和精度分析,一、实时载波相位差分 我们知道，在利用GPS进行定位时，会受到各种各样因素的影响(见上节中的GPS误差源),为了消除这些误差源,必须使用两台以上的GPS接收机同步工作.GPS静态测量的方法是各个接收机独立观测，然后用后处理软件进行差分解算。那么对于RTK测
14、量来说，仍然是差分解算，只不过是实时的差分计算。,关于RTK的工作原理和精度分析,也就是说，两台接收机（一台基准站，一台流动站）都在观测卫星数据，同时，基准站通过其发射电台把所接收的载波相位信号（或载波相位差分改正信号）发射出去；那么，流动站在接收卫星信号的同时也通过其接收电台接收基准站的电台信号；在这两信号的基础上，流动站上的固化软件就可以实现差分计算，从而精确地定出基准站与流动站的空间相对位置关系。在这一过程中，由于观测条件、信号源等的影响会有误差，即为仪器标定误差,一般为平面1cm+1ppm，高程2cm+1ppm,关于RTK的工作原理和精度分析,二、坐标转换 空间相对位置关系不是我们要的
15、最终值,因此还有一步工作就是把空间相对位置关系纳入我们需要的坐标系中。GPS直接反映的是WGS-84坐标,而我们平时用的则是北京54坐标系或西安80坐标系,所以要通过坐标转换把GPS的观测成果变成我们需要的坐标。这个工作有多种模型可以实现，我们的软件采用的是平面与高程分开转换，平面坐标转换采用先将GPS测得成果投影成平面坐标，再用已知控制点计算二维相似变换的四参数，高程则采用平面拟合或二次曲面拟合模型，利用已知水准点计算出该测区的待测点的高程异常，从而求出他们的高程。坐标转换也会带来误差，该项误差主要取决于已知点的精度和已知点的分布情况。,关于RTK的工作原理和精度分析,从上可以看出，RTK的
16、测量精度包括两个部分，其一是GPS的测量误差，其二是坐标转换带来的误差。对于南方RTK设备来说，这两项误差都能够反映，GPS的测量误差在实时测量时可以从手簿上的工程之星中看得到（HRMS 和 VRMS）.对于坐标转换误差来说，又可能有两个误差源，一是投影带来的误差，二是已知点误差的传递。当用三个以上的平面已知点进行校正时，计算转换四参数的同时会给出转换参数的中误差（北方向分量和东方向分量,必须通过控制点坐标库进行校正才能得到)。值得注意的是，如果此时发现转换参数中误差比较大（比如，大于5cm）,而在采集点时实时显示的测量误差在标称精度范围,关于RTK的工作原理和精度分析,之内，则可以判定是已知
17、点的问题(有可能找错点或输错点)，有可能已知点的精度不够，也有可能已知点的分布不均匀。当平面已知点只有两个时，则只能满足计算坐标转换四参数的必要条件，无多余条件，也就不能给出坐标转换的精度评定,此时，可以从查看四参数中的尺度比来检验坐标转换的精度，该值理想值为1，如果发现偏离1较多（比如：|-1|1/40000，超出了工程精度），则在保证GPS测量精度满足要求的情况下，可判定已知点有问题。,关于RTK的工作原理和精度分析,总结得到：为了保证RTK的高精度,最好有三个以上平面坐标已知点进行校正，而且点精度要均等，并要均匀分布于测区周围,要利用坐标转换中误差对转换参数的精度进行评定.如果利用两点校
18、正,一定要注意尺度比是否接近于1.,南方RTK参数的求取及操作流程,一、新测区首次作业。当我们到一个新的测区时，首选要做的工作就是得到我们坐标转换参数，四参数是最为常见了，以下就以求四参数步骤再次写一下。1、基站架设在未知点。进入工程之星，将手薄联通移动站主机，确认一切工作正常；2、新建工程 工程-新建工程(输入作业名、输入坐标系、输入中央子午线、投影面高）3、分别到两个已知点上按 A 测量（输入点名、移动站天线高)4、计算四参数设置-求转换参数/控制点坐标库(增加已知点坐标与测量出的原始坐标)【从坐标管理库选点】继续下一步操作,南方RTK参数的求取及操作流程,保存（把增加的数据保存了一个转换
19、参数文件*.cot，以后会用到这个文件）应用（系统自动计算出转换参数添加到系统四参数中,高程也会自动进行改正，可检查参数是否可用.,南方RTK参数的求取及操作流程,5、检核数据，在其中一个已知上对中整平按 A 测量保存。双击 B 查看测量数据，调出刚刚测量的点与已知坐标进行比对，一般情况下，误差都在允许范围内。6、在测量区比较好的地方定上两个以上的固定点，用于我们以后的校正用。7、进行我们其它程序的操作。,南方RTK参数的求取及操作流程,二、第二次作业基站任意架设，由于前次作业，我们已经保存了参数文件（*.cot）,并且在有利的地方我们定出两个以上的点，本次作业的工作就不必再像前次一样去测量出
20、已知点的原始数据计算参数了，只要导入前次的参数应用再进行单点校正已知点即可。,南方RTK参数的求取及操作流程,A、第一种方法：初学型1、新建工程（输入作业名、坐标系、中央子午线）2、导入校正参数设置-求转换参数-导入(选择前日所保存的*.cot文件)应用（将计算出的转换参数添加到系统四参数中）,南方RTK参数的求取及操作流程,3、单点校正工具-校正向导(由于基站有位置移动，固需要进行单点校正；将移动站到我们其中一个已知点或是自行定出的固定点上汽泡对中，在固定解状态下，输入当前点的坐标校正即可)4、到第二个已知点上按 A 测量，再双击 B 查看测量坐标，与已知坐标进行比对检核。,南方RTK参数的
21、求取及操作流程,B、第二种方法：老实型1、打开前日的工程，进行入设置-测量参数-四参数,将此四参数记录在纸上。2、新建工程（输入作业名、坐标系、中央子午线），点下一步，启用四参数，将以上记录的四参数输入在里面。,南方RTK参数的求取及操作流程,3、同以上3、4步骤。C、第三种方法：熟练型1、新建工程(输入作业名，选择套用，选择前日的工作文件*.ini，新的作业将套用前日的参数)2、同A型3、4步骤。以上三种方法，第一、三种方法最为常用，用户可根据自己对软件的掌握程序进行选择操作。,高斯投影及其中央子午线的判断,一、高斯-克吕格投影1、高斯-克吕格简介高斯-克吕格(Gauss-Kruger)投影
22、简称“高斯投影”，又名等角横切椭圆柱投影”，地球椭球面和平面间正形投影的一种。德国数学家、物理学家、天文学家高斯（Carl Friedrichauss，1777一 1855）于十九世纪二十年代拟定，后经德国大地测量学家克吕格（Johannes Kruger，18571928）于 1912年对投影公式加以补充，故名。该投影按照投影带中央子午线投影为直线且长度不变和赤道投影为直线的条件，确定函数的形式，从而得到高斯一克吕格投影公式。投影后，除中央子午线和赤道为直线外，,高斯投影及其中央子午线的判断,其他子午线均为对称于中央子午线的曲线。设想用一个椭圆柱横切于椭球面上投影带的中央子午线，按上述投影条
23、件，将中央子午线两侧一定经差范围内的椭球面正形投影于椭圆柱面。将椭圆柱面沿过南北极的母线剪开展平，即为高斯投影平面。取中央子午线与赤道交点的投影为原点，中央子午线的投影为纵坐标x轴，赤道的投影为横坐标y轴，构成高斯克吕格平面直角坐标系。,高斯投影及其中央子午线的判断,2、高斯-克吕格特性（1）等角投影投影前后的角度相等，但长度和面积有变形；（2）等距投影投影前后的长度相等，但角度和面积有变形；（3）等积投影投影前后的面积相等，但角度和长度有变形。,高斯投影及其中央子午线的判断,3、投影的基本概念,高斯投影及其中央子午线的判断,它是一种横轴等角切圆柱投影。它把地球视为球体,假想一个平面卷成一个横
24、圆柱面并把它套在球体外面,使横轴圆柱的轴心通过球的中心,球面上一根子午线与横轴圆柱面相切。这样,该子午线在圆柱面上的投影为一直线,赤道面与圆柱面的交线是一条与该子午线投影垂直的直线。将横圆柱面展开成平面,由这两条正交直线就构成高斯-克吕格平面直角坐标系。为减少投影变形,高斯-克吕格投影分为3o带和6o带投影。,高斯投影及其中央子午线的判断,4、分带投影,高斯投影及其中央子午线的判断,（1）高斯投影6度带：自0度子午线起每隔经差 自西向东分带，依次编号1,2,3,。我国6度带中央子午线的经度，由75度起每隔6度而至135度,共计11带（1323带），带号用n表示，中央子午线的经度用L表示，它们的
25、关系是L=6n-3,如上图所示。（2）高斯投影3度带：它的中央子午线一部分同6度带中央子午线重合，一部分同6度带的分界子午线重合，如用 n表示3度带的带号，表示L带中央子午线经度，它们的关系L=3n。我国3度带共计22带（2445带）。,高斯投影及其中央子午线的判断,5、高斯平面直角坐标系 在投影面上，中央子午线和赤道的投影都是直线，并且以中央子午线和赤道的交点o作为坐标原点，以中央子午线的投影为纵坐标x轴，以赤道的投影为横坐标y轴。,高斯投影及其中央子午线的判断,在我国 坐标都是正的，坐标的最大值（在赤道上）约为330km。为了避免出现负的横坐标，可在横坐标上加上500 000m。此外还应在
26、坐标前面再冠以带号。这种坐标称为国家统一坐标。,高斯投影及其中央子午线的判断,这也就是为什么在RTK测量中在输入投影参数时，Y坐标加常数增加了500 000m的原因。6、高斯平面投影的特点 中央子午线无变形；无角度变形，图形保持相似；离中央子午线越远，变形越大。由此可见，在测量中，如果中央子午线输错了，投影的中央子午线就会编离实地坐标系正确的中央子午线，变形就越大，最终的结果就使用测量的误差更大。,高斯投影及其中央子午线的判断,二、RTK使用中中央子午线的判断 1、查看当地的经度 新到一个测区，如果别人只提供了坐标系而没有提供中央子午线时，我们可以通过以下方式来判断。架设好仪器，在手薄中点击下
27、图中右上角的“TG”快捷键，或按手薄上的“6”，或是点击屏幕下方的“望远镜”图标即可查看到当地的经纬度信息。,高斯投影及其中央子午线的判断,高斯投影及其中央子午线的判断,2、判断当地的央央子午线（1）引用国家控制点 一般情况下国家控制点都是按正常的3度带和6度带。一般看坐标的带号即可知道。在一般的RTK测量中，都是以3度带来投影，这样变形越小。根据之前所说L=3n 来判断中央子午线。以经验来计算，如上图所示，选用经度中的度去除以3，如果不能整除时，往后减1得到112,往后加1得到114,再分别去除以3，如果能除尽，则说明此为中央子午线。在这里114可以除尽，说明114为中央子午线，而它的控制范
28、围为左右1度30 分，即112度30分 115度30分。而当前的113度21分在这个范围内，说明114即为当地3度带的中央子午线。,高斯投影及其中央子午线的判断,有时测区正好在两个带交叉的地方可是在某一带的边缘，这时在选择已知点时一定要注意，不要同时使用两个度带中的已知点坐标进行求取转换参数，必须使用时先进行度带的换算。（2）引用城市独立坐标系 由于大部分城市坐标系为了保密或是提高当地的精度，都是在原有的国家坐标系上进行了平移旋转等参数的改变，所以设定坐标系椭球参数时选择“用户自定义”，输入当前坐标系的“椭球系长轴”和“椭球系扁率，中央子午线也必须已知。个人无法判断。,高斯投影及其中央子午线的
29、判断,（3）自定义独立坐标系 在某些测量中，不加入国家已知点或城市坐标系的已知点，在设定投影参数时，可以延用54或80坐标系。根据测区的大小，在测区中心差不多位置查看一下当地的经度，假如：113度21分59.7601秒，在一般情况下投影到分上即可。在这里我们就选用113度20分作为此测区的中央子午线。在RTK手薄中输入“113.2”。,几种现代GPS测量方法和技术,随着科技的发展，GPS测量技术和方法也在不断的改进和更新，目前用得最多的GPS测量技术方法有如下几种：静态和快速静态定位，差分GPS，RTK，网络RTK技术等等，下面将逐一介绍：1、静态与快速静态定位技术所谓静态定位，就是在进行 G
30、PS 定位时，认为接收机的天线在整个观测进程中的位置是保持不变的。也就是说，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量。在测量中，静态定位一般用于高精度,几种现代GPS测量方法和技术,的测量定位，其具体观测模式是多台接收机在不同的观测站上进行静止同步观测，观察时间有几分钟、几小时到数十小时不等。由于普通的静态定位技术需要的观测时间较长，影响了其在低等级控制测量（如三四等控制测量，I、II级导线等）中的竞争力，从而产生了快速静态定位技术。快速静态利用载波相位观测值本身的具有的毫米级或更好的精度，故只需一个或少数几个历元的观测值就可满足厘米级定位的需求。目前快速静态定位主要有
31、下列两种方法。,几种现代GPS测量方法和技术,go and stop 法该法是首先通过初始化来确定基准站和流动站间的双差整周模糊度。然后要求流动站在迁站过程中保持对卫星的连续跟踪。这样我们就利用在连续跟踪过程中整周模糊度保持固定不变的特性将其传递到待定点去。由于在待定点上无需重新确定整周模糊度，故有几个历元的载波相位观测值即可在短基线上获得厘米级精度的相对定位结果。,几种现代GPS测量方法和技术,FARA法该法在观测值非常多时，可以大大减少计算工作量。采用这种方法时所需的观测时间稍长，例如双频观测时5-10分钟，单频观测时10-20分钟。但迁站时无需开机，只需像普通静态定位那样组织观测即可。2
32、、差分GPS与伪距差分原理根据差分GPS基准站发送的信息方式差分GPS定位可分为：位置差分、伪距差分、相位平滑伪距差分、载波相位差分。它们都是由基准站发送改正数，由移动站接收并对其测量结果进行修正。以获得精确的定位结果。所不同的是，,几种现代GPS测量方法和技术,发送改正数的具体内容不一样。其差分定位精度也不同。下面伪距差分为例作以介绍：伪距差分是目前最广泛采用的一种技术。几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。在基准站上的接收机计算得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。然后将所有卫星的测距误差传输给用户，用户利用此测距误差来修正测量的伪距，再利用修正后的伪
33、距求解出自身的位置，就可消去公共误差，提高定位精度。基准站的GPS接收机测量出全部卫星的伪距i和收集全部卫星的星历文件(A，e，i，t等)。同时利用每时刻计算的卫星地心坐标和基准站的已知地心坐标反求出每一时刻到基准站的估计距离Di：Di=式中上标i表示第i颗卫星，下同。,几种现代GPS测量方法和技术,基准站GPS接收机测量的伪距i，包括各种误差，与估计距离Di求差可以得到伪距的改正数。,同时可求出伪距改正数的变化率,利用修正后的伪距,，只要观测4颗以上的卫星就可以按下式计算移动站的坐标。,几种现代GPS测量方法和技术,式中，为钟差，为接收机噪声。这种差分的优点如下：(1)由于计算的伪距改正数是
34、直接在WGS一84坐标系上进行的，这就是说得到的是直接改正数，不用先变换为当地坐标，因此能达到很高的精度。2)这种改正数能提供i和i，这使得在未得到改正数的空隙内，继续进行精密定位。这达到了RTCM SC一104所制定的标准。(3)基准站能提供所有卫星的改正数，而用户可允许接收任意4颗卫星进行改正，不必担心两者是否完全相同。因此，用户可采用具有差分功能的简易接收机即可。,几种现代GPS测量方法和技术,3、RTK定位技术RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站
35、坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术，RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收
36、机，数据量比较大，一般都要求9600的波特率，但这在无线电上是不难实现的。,几种现代GPS测量方法和技术,4、网络RTK技术 GPS的网络RTK也称基站RTK，它的出现将使一个地区的所有测绘工作成为一个有机的整体，结束了以前GPS作业单打独斗的局面。同时它将大大扩展RTK的作业范围。使GPS的应用更广泛精度和可靠性将进一步提高，使从前许多GPS无法完成的任务成为可能。最重要的是在具备了上述优点的同时，建立GPS网络成本得以极大的降低。网络RTK的基本原理是在一个较大的区城内能稀疏地、较均匀地布设多个基准站，构成一个基准站网，然后借鉴广域差分GPS和具有多个基准站的局域差分GPS中的基本原理和方
37、法来设法消除或削弱各种系统误差的影响，获得高精度的定位结果。,几种现代GPS测量方法和技术,网络RTK是由基淮站网、数据处理中心和数据通信线路组成的。基准站上应配备双频全波长GPS接收机。该接收机最好能同时提供精确的双频伪距观测值。基准站的站坐标应精确已知。其坐标可采用长时间GPS静态相对定位等方法来确定。此外，这些站还应配备数据通信设备及气象仪器等。基准站应按规定的采样率进行连续观测，并通过数据通信链实时将观测资料传送给数据处理中心。数据处理中心根据流动站送来的近似坐标(可据伪距法单点定位求得)判断出该站位于由哪三个基准站所组成的三角形内。然后根据这三个基准站的观测资料求出流动站处所受到的系
38、统误差，并播发给流动用户来进行修正以获得精确的结果。有必要时可将上述过程迭代一次。基准站与数据处理中心间的数据通信可采用数字数据网DON或无线通信等方法进行。流动站和数据处理中心间的双向数据通信则可通过移动电活GSM、GPRS等方式进行。,几种现代GPS测量方法和技术,其中VRS是网络RTK中一种很好的方法。当流动站离基准站较远时，由于两站间的误差相关性减小，残余的卫星星历误差、电离层延迟、对流层延迟等偏差对相对定位的影响增加，从而使常规RTK的定位精度降低。为解决这一问题就必须增设一些基准站，以便用户能利用这些基准站所提供的信息采用一定的算法来消除或大幅削弱这些偏差项所造成的影响。VRS则是
39、设法在流动站附近建立一个虚拟的基准站，并根据周围各基准站上的实际观测值算出该虚拟基准站上的虚拟观测值。由于虚拟站离流动站很近一般仅相距数米至数十米。故动态用户只需采用常规RTK技术就能与虚拟基准站进行实时相对定位，从而获得较准确的定位结果。我国第一个实时型VRS当属于广东省深圳市。深圳VRS又称为szcors，由5个永久基准站组成，基准站分布如下图所示。目前该网已投入与运行，市场反应良好。,几种现代GPS测量方法和技术,静态控制测量中的常用术语,模糊度（Ambiguity）：未知量，是从卫星到接收机间测量的载波相位的整周期数。基线（Baseline）：两测量点的联线，在此两点上同时接收 GPS
40、 信号并收集其观测数据。广播星历（Broadcast ephemeris）：由卫星发布的电文中解调获得的卫星轨道参数。信噪比 SNR(Signal-to-noise ratio)：某一端点上信号功率与噪声功率之比。周跳（Cycle skipping）：在干扰作用下，环路从一个平衡点，跳过数周，在新的平衡点上稳定下来，使相位整数周期产生错误的现象。载波（Carrier）：作为载体的电波，其上由已知参考值的调制波进行频率、幅度或相位调制。CA 码（CA Code）：GPS 粗测捕获码，为 1023 bit 的双相调制伪随机二进制码，码率为 1.023MHz，码重复周期为 1ms。,静态控制测量中的
41、常用术语,差分测量（Difference measurement）：利用交叉卫星、交叉接收机和交叉历元进行 GPS 测量。单差（SD）测量：（交叉接收机）由两个接收机同时观测一颗卫星所接收的信号相位的瞬时差。双差（DD）测量：（交叉接收机，交叉卫星）观测一颗卫星的单差相对于观测参考卫星的单差之差。三差（TD）测量：（交叉接收机，交叉卫星，交叉历元）在一历元获得的双差与上一历元的双差之差。差分定位（Difference positioning）：同时跟踪相同的 GPS 信号，确定两个以上接收机之间的相对坐标的方法。几何精度因子（Geometric dilution of precision）：在
42、动态定位中，描述卫星几何位置对误差的贡献的因子，表示式：,静态控制测量中的常用术语,式中，Q 为瞬时动态位置解的矩阵因子（取决于接收机和卫星的位置）。在 GPS 中有如下几种标准术语：GDOP（三维坐标加钟差）四维几何因子 PDOP（三维坐标）三维坐标几何因子 HDOP（平面坐标）二维坐标几何因子 VDOP（高程）高程几何因子 TDOP（钟差）钟差因子 HTDOP（高程和钟差）高程与钟差几何因子,静态控制测量中的常用术语,动态定位（Dynamic positioning）：确定运动着的接收机随时间变化的测点坐标的方法。每次测量结果由单次数据采样获得并实时计算。偏心率（Eccentricity）
43、：,式中 a，b 为长半轴和短半轴。,静态控制测量中的常用术语,椭球体（Ellipsoid）：大地测量中，椭圆绕短半轴旋转形成的数学图形。一般采用两个参数加以描述，即长半轴长度 a 和扁率 f，b 为短半轴。,星历（Ephemeris）：天体的位置随时间的能参数。,静态控制测量中的常用术语,扁率（Flattening）：a 为长半轴，b 为短半轴，e为偏心率。,大地水准面（Geoid）：与平均海平面相似并延伸到大陆的特殊等位面。大地水准面处处垂直于重力方向。电离层延迟（Ionosphere delay）：电波通过电离层（非均匀和色散介质）产生的延迟。相延迟取决于电子含量并影响载波信号，群延迟取
44、决于电离层色散并影响信号调制码。相延迟和群延迟的辐度相同，符号相反。L 波段（L-band）：频率为 390-1550MHz 的无线电频率范围。,静态控制测量中的常用术语,多径误差（Multipath error）：由两条以上传播路径的无线电信号间干扰而引起的定位误差。观测时段（Observing session）：利用两个以上的接收机同时收集 GPS 数据的时间段。伪距（Pseudo range）：将接收机中 GPS 复制码对准所接收的 GPS 码所需要的时间偏移并乘以光速计算的距离。此时间偏移是信号接收时刻（接收机时间系列）和信号发射时刻（卫星时间系列）之间的差值。接收通道（Receive
45、r channel）:GPS 接收机中射频、混频和中频通道，能接收和跟踪卫星的两种载频信号。卫星图形（Satellite configuration）：卫星在特定时间内相对于特定用户或一组用户的配置状态。静态定位（Static position）：不考虑接收机运动的点位的测量。世界时（Universal time）：格林尼治的平太阳时。,静态控制测量中的常用术语,UT 世界时的缩写。UT0 由观测恒星直接求得的世界时。世界时与恒星时的关系为,UT1 极移改正后的 UT0。UT2 地球自转季节变化改正后的 UT1。UTC 协调世界时，平滑原子时系统。它与 UT2 非常接近。采样（Sampling
46、）：以周期性的时间间隔取某一连续变量值的过程。,静态控制测量作业方法,1。1 概述 GPS测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。其中：外业工作主要包括选点(即观测站址的选择)、建立观测标志、野外观测作业以及成果质量检核等；内业工作主要包括GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段：技术设计、选点与建立标志、外业观测、成果检核与处理。GPS测量是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作，对这项工作总的原则是，在满足用户要求的情况下，尽可能地减少经费、时间、和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作都要精心设计
47、和实施。南方静态测量系统GPS测量的工作程序如下图：,静态控制测量作业方法,1。2 系统作业模式 GPS测量的作业模式是指利用GPS定位技术，确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。它主要由GPS接收设备的软件和硬件来决定。不同的作业模式其作业的方法和观测时间亦有所不同，因此亦有不同的应用范围。S60GPS测量系统主要是用作控制测量用采取的是静态载波相位相对定位模式。下面简单介绍S60GPS测量系统的测量模式。,静态控制测量作业方法,1.2.1 静态相对定位模式一、作业方法：采用两台（或两台以上）静态接收机，分别安置在一条（或数条）基线的端点，根据基线长度和要求的精度，按静态GPS测量系统外业
48、的要求同步观测四颗以上的卫星数时段，时段从30分钟至几个小时不等。二、定位精度：基线测量的精度可达（3mm1ppmD），D为基线长度，以公里计。四、适用范围：建立国家大地控制网（二等或二等以下）；建立精密工程控制网，如桥梁测量、隧道测量等；建立各种加密控制网，如城市测量、图根点测量、道路测量、勘界测量等。观测中至少跟踪四颗卫星，同时基线边长一般不要超过15公里。,静态控制测量作业方法,1.3 GPS网的技术设计 1.3.2网的图形设计网的图形设计虽然主要决定于用户的要求，但是经费、时间和人为的消耗以及所需接收设备的类型、数量和后勤保障条件等，也都与网的设计有关。对此应当充分加以顾及，以期在满足
49、用户要求的条件下尽量减少消耗。为了满足用户的要求，设计的一般原则是：GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。,静态控制测量作业方法,GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个（不足时应联测）且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法(或相当精度的方法)进行联测，或在网中设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料。为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方。为了便于用经典方法联测或
50、扩展，可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大干300米。,各级GPS测量基本技术要求规范,坐标系转换,一COORD软件介绍COORD 4.1坐标转换软件(其它版本可能有问题)，是一个免费的坐标转换软件,也是测绘人常备的一个工具之一。在此感谢COORD的作者Jerry。在下边的时间里，就给大家演示一下该软件在通过三个以上已知点计算七参数时的一些操作。,坐标系转换,1.1 参数的分类 1.1.1 三参数即 X 平移，Y 平移，Z 平移 只需一个已知点即可。适用于小范围内使用，不同椭球间可以互转，转换后的坐标系方向与源坐标系方向一致，只有当源坐标系与当前坐
