GPSRTK测量关键技术作业规程.doc

GPS RTK测量技术规程1 总则 1.1 为了GPS RTK技术在治黄测绘及其它相关领域内推广应用，统一RTK作业方法、仪器使用要求、数据处理方法，特制订本规程。 1.2本标准参考和引用标准 1.2.1 全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314-）； 1.2.2 全球定位系统城市测量技术规程（CJJ73-97）； 1.2.3 公路全球定位系统（GPS）测量规范（JTJ/T066-98）； 1.2.4 全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程（CH8016-1995）。 1.3 本规程适适用于四等平面以下、等外水准控制测量、放样测量、地形测量（包含水下地形测量）、断面测量，和当采取RTK技术辅助水文测验、河道冲淤监测时亦可参考本规程。 2 术语 21全球定位系统(GPS ) Global Position System GPS是由美国研制导航、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，含有在海、陆、空进行全方位实时三维导航和定位能力。GPS系统特点是高精度、全天候、高效率、多功效、操作简便、应用广泛等。 2.2 实时动态测量(RTK) Real Time Kinematic RTK定位技术是基于载波相位观察值实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中三维定位结果，并达成厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站经过数据链将其观察值和测站坐标信息一起传送给流动站。流动站不仅经过数据链接收来自基准站数据，还要采集GPS观察数据，并在系统内组成差分观察值进行实时处理。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK技术关键在于数据处理技术和数据传输技术。 23 观察时段 Observation 测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观察时间长度。 24 同时观察 Simultaneous Observation 两站或两站以上接收机同时对同一组卫星进行观察。 25 天线高 Antenna Height 观察时接收机相位中心到测站中心标志面高度。 26 参考站 Reference Station 在一定观察时间内，一台或几台接收机分别在一个或多个测站上，一直保持跟踪观察卫星，其它接收机在这些测站一定范围内流动作业，这些固定测站就称为参考站。 27 流动站 Roving Station 在参考站一定范围内流动作业，并实时提供三维坐标接收机称为流动接收机。 28 世界大地坐标系1984（WGS1984） World Geodetic System 1984 由美国国防部在和WGS72相关精密星历NSWC 9Z-2基础上，采取1980大地参考数和BIH1984.0系统定向所建立一个地心坐标系。 29 国际地球参考框架ITRF YY International Terrestrial Refference Frame 由国际地球自转服务局推荐以国际参考子午面和国际参考极为定向基准，以IERS YY天文常数为基础所定义一个地球参考系和地心（地球）坐标系。 210 永久性跟踪站 Permanent Tracking Station 长久连续跟踪接收卫星信号永久性地面观察站。 211 广域增强差分系统（WAAS） Wide Area Augmentation Differential GPS System WAAS系统是将主控站所算得广域差分信号更正信息，经过地面站传输至地球同时卫星，该卫星以GPSL1频率为载波，将上述差分更正信息看成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现代化计划一部分。 212 局域增强差分系统（LAAS） Local Area Augmentation Differential GPS System 将基准站所算得伪距差分和载波相位差分更正值、C/A码测距信号，一起由地基播发站调制在L1频道上传输给用户站。 2.13 在航初始化（OTF） On The Flying 是整周模糊度在航解算方法。 2.14 截止高度角 为了屏蔽遮挡物（如建筑物、树木等）及多路径效应影响所设定角度阀值，低于此角度视野域内卫星不予跟踪。 3 坐标系统和时间系统 31 坐标系统 3.1.1 RTK测量采取WGS84系统，当RTK测量要求提供其它坐标系（北京坐标或1980西安坐标系等）时，应进行坐标转换。 各坐标系地球椭球和参考椭球基础参数，应符合表3.1.1要求。 地球椭球和参考椭球基础几何参数 3.1.2 坐标转换求转换参数时应采取3点以上两套坐标系结果，采取Bursa-Wolf、Molodenky等经典、成熟模型，使用PowerADJ3.0、SKIpro2.3、TGO1.5以上版本通用GPS软件进行求解，也可自行编制求参数软件，经测试和判定后使用。转换参数时应采取三参、四参、五参、七参不一样模型形式，视具体工作情况而定，但每次必需使用一组全套参数进行转换。坐标转换参数不正确可影响到23cm左右RTK测量误差。 3.1.3 当要求提供1985国家高程基准或其它高程系高程时，转换参数必需考虑高程要素。假如转换参数无法满足高程精度要求，可对RTK数据进行后处理，按高程拟合、大地水准面精化等方法求得这些高程系统高程。 3.2 时间系统 3.2.1 RTK测量宜采取协调世界时UTC。当采取北京标按时间时，应考虑时区差加以换算。这在RTK用作定时器时尤为关键。 4 RTK测量技术设计 4.1 RTK技术目前测量精度（RMS） 平面 10mm+2ppm； 高程 20mm+2ppm。 42 RTK测量可用于测量工作 4.2.1控制测量：RTK技术可用于四等以下控制测量、工程测量工作。 4.2.2 地形测量：采取RTK，并配合一定测图软件，能够测设多种地形图，如一般测图；线路带状地形图测设；配合测深仪能够用于水下地形图；航海海洋测图等。RTK外业可进行属性编码。 4.2.3 放样测量 ：将设计方案放样到实地。在外业可直接设计线路，增强了设计应用范围。因为RTK在行进中不停计算测站位置、偏移量及填/挖方量，此时放样能够和设计很好结合起来。 从RTK硬件设备特征和观察精度、可靠性及可利用性综合考虑，现阶段RTK测量技术要求以下表： 4.3.1 因为RTK数据链传输限制和定位精度要求，RTK测量通常不超出10km。各等级测量要求可按4.1测量计算某个测区最长流动站距离。但在中小百分比尺测图时，在等高距大于2米时，可将测距放宽至小于15km。当等高距小于2米时，应小于10公里。但要注意下列要求： (1)GPS接收机性能要高，且机内有优异数学模型，能确保长基线进行正确整周未知数求解。 (2)数据链性能要好，传送距离要远，能正确无误将参考站数据发送到流动站。 (3)依据无线电传输规律，参考站和流动站离地面要有一定高差。 (4)参考站和流动站之间必需没有山体、楼群之类遮挡，另外作业区域内还不能存在强烈电磁波等干扰。 4.3.2 发射距离和电台天线高度也相关系。因为参考站电台天线发射UHF波段差分信号电波，天线高度对RTK测量距离影响很大，天线高和作用距离服从于下列公式： D=4.24（ + ） （4.3.2） 式中I1和 I2 分别是基准站和流动站电台天线高，单位为米；D为数据链覆盖范围半径，单位为公里。上式是在无障碍物遮挡和无电波干扰理想条件下覆盖范围，实际应用中将会有所出入。 依据测区大小，可设置不一样发射天线高度。4.4 RTK测量准备 4.4.1 测区内欲用作参考站控制点应首优异行图上设计，分析RTK链覆盖范围。假如某处距控制点过远，应加测高等级控制点，再进行RTK测量。 4.4.2 RTK测量时应视测量目标、要求精度、卫星情况、接收机类型、测区已经有控制点情况及作业效率等原因综合考虑，根据优化设计标准进行作业。 4.4.3 当测区内有GPS永久性跟踪站、国家A或B级网点、GPS地壳形变监测点时，应首先选择作参考站点。 4.4.4 为了检验目前站RTK作业正确性，必需检验一点以上已知控制点，或已知任意地物点、地形点，当检核在设计限差要求范围内时，方可开始RTK测量。5 参考站设置要求 5.1 点位要求 5.1.1 参考站选择必需严格。因为参考站接收机每次卫星信号失锁将会影响网络内全部流动站正常工作。 5.1.2 周围应视野开阔，截止高度角应超出15；周围无信号反射物（大面积水域、大型建筑物等），以降低多路径干扰。并要尽可能避开交通要道、过往行人干扰。 5.1.3 参考站应尽可能设置于相对制高点上，以方便播发差分更正信号。 5.1.4 参考站要远离微波塔、通信塔等大型电磁发射源200米外，要远离高压输电线路、通讯线路50米外。 5.2 参考站设置 5.2.1 参考站上仪器架设要严格对中、整平。 5.2.2 GPS天线、信号发射天线、主机、电源等应连结正确无误。 5.2.3 严格量取参考站接收机天线高，量取二次以上，符合限差要求后，统计均值。 5.2.4 参考站定向指北线应指向正北，偏离不得超出左右10度。对无标志线天线，可预先设置标志位置，在同一测区内作业期间，应每次标志指向做到基础一致。 5.3参考站运行期间作业要求 5.3.1 当为了节省控制器电量或用于流动站时，参考站在工作期间可关闭手持控制器后去掉。 5.3.2 尽管各RTK设备在设计时考虑到防水、防晒等原因，但作业时应尽可能避免烈日暴晒或雨水淋湿。 5.3.3 参考站工作期间，工作人员不能远离，要间隔一定时间检验设备工作状态，对不正常情况立即作出处理。 5.3.4因为参考站除了GPS设备耗电外，还要为RTK电台供电，可采取双电源电池供电，或采取汽车电瓶供电。条件许可时，可采取12V直流调变压器直接同市电网路连接供电。 6 流动站设置要求 6.1 流动站作业准备 6.1.1 在RTK作业前，应首先检验仪器内存或PC卡容量能否满足工作需要。 6.1.2 因为RTK作业耗电量大，工作前，应备足电源。 6.2 流动站作业要求 6.2.1 因为流动站通常采取缺省2m流动杆作业，当高度不一样时，应修正此值。 6.2.2 在信号受影响点位，为提升效率，可将仪器移到开阔处或升高天线，待数据链锁定后，再小心无倾斜地移回待定点或放低天线，通常能够初始化成功。 6.2.3 在穿越树林、灌木林时，应注意天线和电缆勿挂破、拉断，确保仪器安全。 6.3 流动站内置软件通常功效要求 6.3.1 三差模型求定近似坐标。6.3.2 双频动态解求整周模糊度。 6.3.3依据相对定位原理，实时解算WGS-84坐标。 6.3.4依据给定坐标转换参数，给出任务（项目）要求坐标系内坐标。 6.3.5坐标精度评定。 6.3.6 测量结果实时显示和绘图（示意）。6.3.7 失锁后重新初始化。6.3.8 数据I/O端口。 6.4 流动站用作GIS采集器时技术要求 6.4.1 当RTK将功效扩展向GIS采集器时，要实时输入点位属性、文件和定位相关信息，而且实时存放时间相关信息。不一样RTK类型对属性输入要求不一样，要依据不一样GIS、CAD软件要求设置不一样数据格式。 6.4.2当RTK用于GIS采集器时（关键是GIS空间和属性数据），应有下列关键特征： (1) 轻巧便携，尽可能降低劳动强度； (2) 精度适中，依据不一样测量地形图要求选择不一样RTK设备； (3) 操作简便，简约式操作，效率要高； (4) 属性功效：采集点类别、种类、高度、坡度、植被覆盖情况、设施使用情况、归属等文字或数字信息； (5) 处理简单，和GIS数据库接口良好，支持国际、中国通用GIS软件格式。 (6) 数据字典，内容丰富，分类具体。 7 RTK作业 7.1 RTK作业基础条件要求 7.1.1 RTK作业基础条件要求见表7.1。 RTK观察基础条件要求 表7.1 7.1.2 RTK作业应尽可能在天气良好情况下作业，要尽可能避免雷雨天气。夜间作业精度通常优于白天。 72 卫星预报 7.2.1 RTK作业前要进行严格卫星预报，选择PDOP6时间窗口。编制预报表时应包含可见卫星号、卫星高度角和方位角、最好观察卫星组、最好观察时间、点位图形几何图形强度因子等内容。 7.2.2 卫星预报表使用期以20天为宜，当超出20天时，应重新采集一组新概略星历进行预报。 7.2.3 卫星预报时应采取测区中心经纬度。当测区较大时，应分区进行卫星预报。 7. 3 RTK测量初始化 7.3.1 RTK测量必需在完成初始化后才能进行。初始化能够采取静态、OTF两种。初始化时间长短和距参考站距离相关，二者距离越近，初始化越快。 7.3.2 推荐静态初化化，只有在运动状态下才进行OTF初始化。OTF方法通常在测量船、汽车等运动载体上使用。 7.4 RTK作业时设备开启情况基础要求 7.4.1 开机后经检验相关指示灯和仪表显示正常后，方可进行自测试并输入测站号（测点号）、仪器高等信息。 7.4.2 接收机开启后，观察员可使用专用功效键盘和选择菜单，查看测站信息接收卫星数、卫星号、卫星健康情况、各卫星信噪比、相位测量残差实时定位结果及收敛值、存放介质统计和电源情况，如发觉异常情况或未预料情况，并立即作出对应处理。 7.5 RTK观察期间作业要求 7.5.1 不得在天线周围50米内使用电台，10米内使用对讲机。 7.5.2 天气太冷时，接收机应合适保暖；天气太热时，接收机应避免阳光直接照晒，确保接收机正常工作。 7.5.3 RTK作业期间，参考站不许可下列操作：(1) 关机又重新开启。 (2) 进行自测试。 (3) 改变卫星截止高度角或仪器高度值、测站名等。 (4) 改变天线位置。 (5) 关闭文件或删除文件等。 7.5.4 RTK工作时，参考站可统计静态观察数据，当RTK无法作业时，流动站转化快速静态或后处理动态作业模式观察，以利后处理。 7.5.5 在流动站作业时，接收机天线姿态要尽可能保持垂直（流动杆放稳、放直）。一定斜倾度，将会产生很大点位偏移误差。如当日线高2m， 倾斜10时，定位精度可影响3.47cm。 S=20*sin10=3.47cm (7.10) 7.5.6 RTK观察时要保持坐标收敛值小于5cm。 7.6 RTK测量放样 7.6.1 放样关键进行下列RTK工作： (1) 测线设计（既可在计算机上设计，也可在手簿上设计）； (2) 基准站设置和参数输入； (3) 流动站设置和参数输入； (4) 按设计测量和采点（线路放样时测线上按线路测量和采点）； (5) 查看卫星可见情况显示，自动接收或用户自定义容差，均方根误差（RMS）显示; (6) 图解式放样,经过前后、左右偏距控制，能快速完成放样工作。 (7) 存放点名、点属性和坐标。 7.7 RTK断面测量 7.7.1 RTK断面测量工作步骤以下: （1） 建立工作项目。 （2） 进行RTK测量，统计点名、点位属性信息及三维坐标信息。 （3） 将接收机控制器中数据传输到微机中。 （4） 进行观察点筛选，删除无须要观察点。 （5） 形成纵断面和横断面数据文件，依据设计需要，可深入建立断面测量资料数据库、DEM模型、制作DLG图。 7.8 RTK水下地形测量 7.8.1 RTK配合数字测深仪进行水下地形测量时，应确保RTK和测深仪采集信息同时。依据不一样要求进行验潮或非验潮模式下水深测量。 7.8.2 RTK+测深仪进行水下地形测量时,系统关键由三部分组成: (1) 基台分系统：基准控制中心(通常设置于岸上)负责计算差分更正数,统计载波相位等数据,传送基准台定位数据及更正数信息。 (2) 流动台分系统：流动台负责位置、航向测量，接收GPS定位信号、GPS差分更正数，统计定位数据、载波相位数据等，利用航向及距离数据推算目标上其它作业点正确地理位置。 (3) 事后处理分系统：负责实时统计GPS接收机定位数据,并事后对统计数据进行处理，得到高精度位置。 7.8.3 由RTK和数字测深仪组成自动控制水下测量系统通常功效： (1) 驱使系统同时采集各观察数据； (2) 导航图形和采集数据实时显示； (3) 差分数据处理和坐标系转换；(4) 数据编辑； (5) 图形文件生成和输出； (6) 能够校核RTK和测深仪之间数据延迟； (7) 能够进行接口参数设置：接口号、传输率、数据位、统计速率及文件格式选择。 7.8.4 水下地形测量标准配置是：GPS接收机2套（最好基准站、移动站可交换）、电台2套、水上测量/导航软件1套、测量控制手簿2套、后处理软件一套（动、静态解算和平差、坐标转换）、笔记本电脑一部。 7.8.5 在水下地形测量时，如需进行验潮位测量，可首先用RTK设置于验潮船上，实时测量水位后将更正值输入系统软件后，再进行水下地形测量工作。 7.8.6 在RTK测量水下地形时，为了保持数据链连续，应尽可能保持测量船匀速，不出现显著加速度。 7.9 RTK测量误差源 7.9.1 RTK测量关键有仪器误差、软件解算误差、对中（对点）误差、基站坐标传算误差、不一样时刻卫星状态和观察条件引发误差等。在观察过程中要注意采取一定方法克服上述误差。 7.10 RTK测量过程中注意事项 7.10.1 参考站和流动站项目（任务）设置参数应正确无误。依据不一样仪器类型而设置不一样，作业时要严格按各仪器配套操作手册要求进行参数设置。 7.10.2 流动站接收机只有经过初始化完成后才能进行RTK测量，初始化分静态初始化或OTF两种。控制测量、放样测量宜采取静态初始化(快速静态或在已知点上)，地形点测量可采取OTF初始化。 7.10.3 因为RTK测量有时会出现点位坐标漂移误差，当按设计要求进行RTK作业时，在距离和测回数全部按设计掌握时，仍有部分测点超限时，只有经过减小测距和增加测回数加以处理。 8 RTK仪器设备技术要求 8.1 RTK基础配置要求 8.1.1 参考站基础配置要求 双频RTK GPS接收机，双频天线和天线电缆， 基准站数据链电台套件， 基准站控制件（计算机控制、显示和参数设置等）， 脚架、基座和连接器，仪器运输箱等。 8.1.2 流动站基础配置要求： RTK GPS接收机，双频GPS天线和天线电缆， 流动站数据链电台套件，手持计算机控制或数据采集器(含多种实用软件)，手簿托架， 2米流动杆，流动站背包，仪器运输箱等。 8.1.3 数据链基础配置：由调制解调器和电台组成。数据链频率可调，发射天线通常应分为鞭状天线和1/2波长天线两种。 8.2 RTK接收机通常标称精度要求 8.2.1 RTK定位精度通常为平面10mm+2ppm，高程20mm+2ppm； 8.2.2 RTK作用距离： 标称：15Km； 通常应为：6-10Km (和当地环境相关) 。 8.2.3 在中国沿海有信标地域，实时DGPS定位精度1m，DGPS作业距离50km。 83 RTK关键物理性能要求 8.3.1 标准12V电源（推荐），功耗低。 8.3.2 体积小，重量轻。 8.3.3 工作温度范围大，并防水、防尘、防晒、防震。 8.3.4 有功效强劲处理软件。 8.3.5 冷开启:60秒，热开启:10秒，再捕捉:1秒。 8.3.6 存放器容量大(最好是内存和PC卡全部有)。 8.3.7 定位数据更新速率：10次/秒。 8.3.8 数据输出有 RTCM-SC104 、NMEA 0183两种格式。 8.3.9 参考站或流动站能够交换（提议）。 8.3.10 24通道C/A码、P码及L1/L2载波相位接收机。 84 提议扩展功效和特点 8.4.1 含有L2 上C/A码、第三个民用GPS频道L5、WAAS、INMARSAT等功效，并内置WAAS和EGNOS。 8.4.2 双频系统（GPS+GLONASS）。 8.4.3 操作方便、性能稳定可靠、故障率低、可靠性高(优于 99.99%)。 8.4.4 数据链能同时支持多个数据通信手段接收来自参考站信息。如UHF、GSM信号方法或任意通信方法组合来建立数据链系统。 8.4.5 RTK测量在30km范围内精度可达成2cm以下。 8.4.6 可连接其它外部测量设备，形成超站仪。8.5 RTK随机后处理软件性能要求 8.5.1 应相关键功效模块：系统配置设置、作业计划、项目管理、数据输入、数据处理、椭球设置、地图投影、地球模型、处理汇报、网设计和最小二乘平差、代码和属性清单、调阅和编辑、坐标转换、GIS、CAD输出。 8.5.2 从软件工程设计角度要求 (1) 软件应为多用户、多界面操作系统。 (2) 输出数据格式能够用户定义，可兼容其它品牌GPS数据，可直接输出其它应用软件数据格式，不需编制格式转换软件。 (3) 数据处理能以自动和人工两种方法进行。 (4) 能够对数据结果进行科学整体评价。 8.5.3 相关操作手册、说明书齐全。 8.6 RTK设备检验和维护 8.6.1 可按全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程（CH8016-1995）相关要求实施。 9 数据后处理 9.1 数据下载 RTK数据下载通常采取随机接收机配置商用软件。下载信息应包含点名、三维坐标、点属性、坐标残差等信息。 9.2 数据检验、分析 依据精度要求和实际情况、软件功效和精度，分析下载数据，查看是否各测回值满足要求，收敛误差满足要求等，点属性是否齐全。 9.3 重测和补测 当一个点或一组点结果经检验达不到设计要求时，必需进行重测或补测。重、补测应按原设计方法、精度要求进行。 9.4 编辑和输出 对多测回数据求平均值后，编辑成一定格式，或制作表格直接输出，或制成GIS数据源产品，提供GIS数据库使用。 10 RTK技术推广应用通常标准 10.1 RTK技术推广应用基础思想 10.1.1 RTK技术推广应用应遵照RTK工作原理、基础性能、精度指标 而定，看成为完整系统化处理方案（Total Systematic Solution）定时器、定位器OLE附件时，要考虑和其基础功效特点相适应。 10.1.2 GPS差分定位技术可分为单基准站差分（微型网）、多基准站局域差分（局域网LADGPS）和广域差分（广域网WAAS）。广域、局域、微型GPS差分网络是至关关键GPS整体处理方案。而RTK技术是基于微型网技术，它只在较小区域范围内使用。 10.1.3 现在，部分新RTK设备已经含有USB传输功效、红外数据传输功效和蓝牙（BlueTooth）功效等部分新功效特点，RTK操作应向个性化、实用化方向发展。 102 RTK技术推广应用关键方向 10.2.1双星系统（GPS+GLONASS双系统导航定位）是GPS RTK发展热点，它可接收14-20颗卫星左右，是常规RTK所无法比拟，该技术使GPS设备含有最短时间达成厘米级精度能力和最强抗干扰遮挡能力。 10.2.2 VRS（Virtual Reference Station虚拟参考站）正在改善着RTK定位质量和距离，增强RTK可靠性，并降低OTF初始化时间。VRS技术，能够在50Km左右时使RTK定位平面位置精度为12cm，并无需设置自己基准站。其应用领域将逐步涵盖陆地测量、地籍测量、航空摄影测量、GIS、设备控制、电子和煤气管道、变形监测、正确农业、水上测量、环境应用等很多领域。 10.2.3 GPS为代表卫星导航应用产业已成为当今国际公认八大无线产业之一，也是全球发展最快三大信息产业（蜂窝网Mobile cellular/PCS、 因特网Internet/Intranet/Extranet和全球定位系统GPS）之一。GPS和计算机、通信、GIS、RS等技术集成和融合必将使GPS技术应用领域得到更大范围拓广。我们必需立足于“三条黄河”建设，充足利用GPS技术，发挥高新技术RTK独特优势，为治黄服务。 11 结果检验 11.1 因为RTK技术现在正处于推广应用阶段，外业工作应加强对RTK结果检验。对RTK结果外业检验能够采取下列方法进行： （1） 和已知点结果比对检验； （2） 重测同一点检验； （3） 已知基线长度测量检验； （4） 不一样参考站对同一测点检验。 11.2 在进行RTK作业时，应认真总结作业方法，统计测量精度，做好测量汇报编写工作,方便完善RTK操作规程。 11.3 RTK结果最终检验验收可按相关具体规范标准和特定设计书要求进行。 11.3.1 测绘产品检验验收要求（CH1002-1995）； 11.3.2 测量产品质量评定标准（CH1003-1995）； 11.3.3 各测区技术设计书