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1、GPS测绘规范第1章 GPS测绘简介1.1 GPS测绘简介1.2 GPS定位的坐标系统1.3 GPS信号1.4 GPS定位分类第2章 GPS定位方法与测量2.1 PS RTK技术简介2.2 GPS RTK工作原理2.3 RTK技术的特点第3章 测绘具体操作方案3.1 作业人员安排及前期工作3.2 GPS野外实测具体操作3.3 数据后处理3.4 成果输出3.5 技术文挡第4章 误差源分析及其控制4.1 GPS卫星4.2 RTK设备4.3 测量环境4.4 用户专业水平4.5 测量方法(技术设计)第5章 GPS测绘常见问题解析第6章 测绘需注意的问题6.1 坐标转换参数的求解6.2 基准站设置6.3
2、 多测数据多做比对第7章 测绘设备与人员配置第1章 GPS测绘简介1.1 GPS测绘简介GPS即全球定位系统，是由美国建立的一个卫星导航定位系统，利用该系统，用户可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速；另外，利用该系统，用户还能够进行高精度的时间传递和高精度的精密定位。GPS的整个系统由三大部分组成，即空间部分、地面控制部分和用户部分所组成：空间部分：由24颗GPS工作卫星组成，其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星，分布在6个倾角为55度的轨道上绕地球运行。控制部分：GPS的控制部分由分布在全球的若干个跟踪站所组成的监控系统所构成，根据其作用的不同，这些跟踪站
3、又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，它的作用是根据各监控站对公平似的观测数据，计算出卫星的星礼和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有五个，其作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，其作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。用户部分：由GPS接收机、数据处理软件及其相应的用户设备等所组成。它的作用主要是接收GPS卫星所发出来的信号，利用这些信号进行导航定位等工作。1.2 GPS定位的坐标
4、系统在GPS定位中，通常使用和接触到的是两种大地测量基准及其转换。（1）目前GPS卫星瞬间位置的计算采用了大地坐标系统WGS-84；WGS-84GPS坐标系在地球内部位置和方向的参数为A=6378137（m）F=1/298.25确定地区性坐标系与全球坐标系的大地测量基准差，并进行两坐标系之间的转换，是GPS测量应用中经常遇到的一个重要问题。这两个坐标系统之间的大地基准之差，通常应通过联合处理公共点的坐标来确定。这时，所求大地基准转换参数的精度，既与联合平差中所取的转化模型有关，又与公共点坐标的精度、数量和分布有关。（2）GPS定位的时间系统：GPS时属于原子时系统，其秒长与原子时相同，与国际原
5、子时具有不同的原点，所以GPS时间系统的稳定度达到10E-13S。1.3 GPS信号GPS卫星发射两种频率的载波信号，即频率为157542MHz的Ll载波和频率为l22760MHz的L2载波它们的频率分别是基本频率1023MHz的154倍和l2O倍，它们的波长分别为l903cm 和2442cm。在Ll和L2上又分别调制着各种信号，这些信号主要有：1.3.1 CA码CA码又被称为粗捕获码，它被调制在Ll载波上，是lMHz的伪随机噪声码(PRN码)，其码长为1023位(周期为lms)。由于每颗卫星的C，A码都不一样，因此。我们经常用它们的PRN号来区分它们。CA码是普通用户用以测定测站到卫星间的距
6、离的一种主要的信号。1.3.2 P码和Y码P码又被称为精码它被调制在Ll和L2载波上，是10MHz的伪随机噪声码，其周期为七天。在实施AS时。P码与w码进行模二相加生成保密的Y码此时，一般用户无法利用P码来进行导航定位。1.3.2 导航信息导航信息被调制在Ll载波上，其信号频率为50Hz，包含有GPS卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS卫星在地球轨道上的位置导航信息也被称为广播星历GPS信号结构如图l所示： 图1 GPS信号结构图1.4 GPS定位分类1.4.1 定位采用观测值不同（1）伪距定位：伪距定位所采用的观测值为GPS伪距观测
7、值，所采用的伪距观测值既可以是C/A码伪距，也可以是P码伪距。伪距定位的优点是数据处理简单，对定位条件的要求低，不存在整周期模糊度的问题，可以非常容易地实现实时定位；其缺点是观测值精度低，C/A码伪距观测值的精度一般为3米，而P码伪距观测值的精度一般也在30个厘米左右，从而导致定位成果精度低，另外，若采用精度较高的P码伪距观测值，还存在AS的问题。（2）载波相位定位：载波相位定位所采用的观测值为GPS的再报相位观测值，即L1、L2或它们的某种线形组合。载波相位定位的优点是观测值的精度高，一般优于2个毫米；其缺点是数据处理过程复杂，存在整周模糊度的问题。1.4.2 参考点的不同位置（1）绝对定位
8、（单点定位）：在地球协议坐标系中，确定观测站相对地球质心的位置。（2）相对定位：在地球协议坐标系中，确定观测站与地面某一参考点之间的相对位置。1.4.3 用户接收机作业时所处的状态不同（1）静态定位：在定位过程中，接收机位置静止不动，是固定的。静止状态 只是相对的，在卫星大地测量中的静止状态通常是指待定点的位置相对周围点位没有发生变化，或变化极其缓慢，以致在观测期内可以忽略。（2）动态定位：在定位过程中，接收机天线处于运动状态。在绝对定位和相对定位中，又都包含静态和动态两种形式。第2章 GPS的定位方法与测量2.1 GPS RTK技术简介GPS RTK(Real Time Kinematic)
9、技术是载波相位实时动态差分GPS定位技术，GPS RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的载波相位测量为依据的时实动态差分测量技术。2.2 GPS RTK工作原理GPS实时动态(RTK)测量技术，是以载波相位观测量为依据的实时差分GPS测量技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破，能在野外获取厘米级的点位精度。RTK测量系统由一个基准站和一个或多个流动站组成。基准站主要包括GPS接收机、数据发射电台，流动站主要包括GPS接收机、数据接收电台和手持控制器。RTK测量的基本思想是：在具有已知坐标的基准点上安置基准站接收机，连续接收所有可视GPS卫星信号，并将测站坐标、观测值、卫星跟踪状态
10、及接收机工作状态通过数据链发送出去；流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据。通过OTF(OnTheFly)算法解求载波相位整周模糊度，再通过相对定位模型，实时计算所在点相对基准站的三维坐标和精度指标。使用实时动态GPS测量，在可接收到信号的卫星数足够多时(一般应大于6颗卫星)，测量人员只需在完成初始化后，短时间就能完成地物点或界址点坐标测量。GPS RTK测量是在WGS一84坐标系中进行的。而城镇地籍测量是在北京54坐标系或地方坐标系上进行的。要快速完成测量工作，就必须实时进行坐标转换。坐标转换可采用至少3个以上同时拥有WGS-84地心坐标和北京54坐标或本地坐标的已知点，
11、按Bursa模型解求7个转换参数。其数学模型如下(以本地坐标系为例)：一式中，是两个坐标系统中的平移参数。 是两个坐标系统的旋转参数。是两个坐标系统的尺度比。在不考虑7个参数中尺度比和旋转参数时，可以现场求定3个平移参数，即令。， 均为0即可。其简化公式为：2.3 RTK技术的优点（1）操作简便，数据处理能力强。常规的水准仪测量、经纬仪测量，要用笔现场记录，并进行现场的限差计算。通常测站一人观测，一人记录。GPS RTK仪器只需一人操作仪器，测量只要设置限差就可以对数据自动地进行取舍和记录。测量结果可以直接导人计算机，操作方便。（2）作业效率高，作业人员少。常规的经纬仪、全站仪等仪器，测量时要
12、经常搬站，完成任务通常需要3、4人一起工作。GPS RTK测量在一般情况下，需一人操作几秒钟就可测的坐标值。在平坦地区，一次可测完半径为357km的测区范围。在山区可设中转站，降低搬站次数，提高工作效率。（3）与传统测量比较，作业条件要求减少。传统测量要求测站点需要相互通视，要求观测条件比较苛刻。GPS RTK受通视条件、能见度、气候、季节等因素影响小，适于全天候作业。（4）作业自动化、集成化程度高、使用范围广。GPS RTK因其独有特点，在控制测量、公路工程测量、地籍测量、矿山测量、地形图测量施工放线测量均可独立完成。（5）定位精度高，数据可靠，没有误差积累。常规测量工作中，作业往往都是连续
13、的，误差一站一站的积累下去。GPS RTK测量是独立设点的，不会有误差积累。测量过程是自动进行，没有人为因素造成的错误，测量数据比较可靠稳定。第3章 测绘具体操作方案拟订RTK作业流程图：作业人员安排和前期准备GPS野 外 实 测数 据 后 处 理成 果 输 出技 术 文 档 3.1 作业人员安排及前期工作3.1.1 人员安排全段测量安排一个作业小组，共三人使用南方S86-GPS测绘仪，当日开始前，先将基准站放在基准点，然后两个人进行实地测量，一人负责标杆及移动站，一人负责用手薄进行测绘并将数据记录。3.1.2 测绘线路制定 初步计划测绘40公里路程，计划平均每日测绘2公里，从基准点出发进行延
14、伸，制定好每天测绘路程。从卫星遥感地图上先粗定位，找到大概方位。通过经纬度表进行区域锁定。然后从前一天的末段进行延伸勘测。3.1.3 测点密集度分析（1） 空旷的直线段： 每隔100米采集一个数据（2） 多拐角段：找到拐角处采集数据，在拐角两段各延伸20米测数据（3） 空旷段到多拐角段的过度段采用每隔50米采取一个数据3.2 GPS野外实测具体操作3.2.1 RTK基准站设置根据测量原理，先在已选好的基准点架设好基站，该基准点的坐标以通过VRS技术事先测得，一般根据测绘要求，该基准点的覆盖范围为方圆30公里。3.2.2 RTK流动站设置流动站接收机用于完成测点或放样的实际工作，它随时可与基准站
15、同步观测GPS卫星，又能通过电台即时获得基准站同步观测数据，在电子手簿上及时解算出相对于基准站点的基线向量(单边辐射式)，经坐标转换为测点的实用坐标。由于能实时监测定位精度，有效地保证了测设质量。3.2.3 RTK流动站放样及施测在基准站、流动站设置好之后，RTK流动站开始工作，通过电子手簿控制器的显示屏窗口操作，在RTK固定的情况下进行实地坐标放样，即找出天然气管道的实地位置，采集的坐标数据直接存储到电子手簿中。3.2.4 电子手薄与微机的数据传输所放样和采集的坐标数据均保存在电子手簿中，每天及时将采集的坐标数据传输到计算机中。 3.3 数据后处理3.4 成果输出3.5 技术文挡第4章 误差
16、源分析与控制影响RTK测量误差的主要有GPS卫星、RTK设备、测量环境、用户专业水平、测量方法等5个因素。4.1 GPS卫星（1）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数是通过各种类型的星历提供的但不论采州哪种类型的星历，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。（2）卫星钟差卫星钟筹是GPS卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS标准时间之问的误差。（3）卫星信号发射天线相位中心偏差卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS卫星上信号发射天线的标称相位中心与其真实相位中心之问的差异。为此在每次测绘的前一天，需了解第二天的星历情况，尽量选择卫星多
17、的时间段进行测绘。4.2 RTK设备(1) 接收机钟差接收机钟差是GPS接收机所使用的钟的钟面时与GPS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。因此RTK应选择操作方便、性能稳定可靠、故障率低、可靠性高的仪器设备。厂家提供的RTK定位精度只是理想状态下的指标，只可作为参考，其精度情况还需要在实际的工程中验证确定。4.3 测量环境(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
18、速度发生变化这种变化称为电离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。(2) 对流层延迟由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。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波传播途径上的温度、湿度和气压有关。(3) 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各种反射和折射信号的影响。这就是所谓的多路径效应。(4) 电磁干扰此项误差源可尽量避免，对于基准站而言要避开在测站周围100500米范围的UHF、VHF、TV和BP机发射台避开高压线以及用于航空导航的雷达装置等强电磁波辐射
19、源。因此在观测过程中，观测者必须始终注意地形条件、基准站与流动站之间的障碍物、平面覆盖、多路径效应、电磁波干扰等环境因素。4.4 用户专业水平测量误差的性质分为系统误差和偶然误差，系统误差具有固定性，偶然误差具有随机性、不确定性，因此用户的专业水平和工作经验对提高测量成果的精度和可靠性起着很大的作用。作业员需具备外业采点、室内处理直至编辑成图的综合素质，具备快速判断异常情况、病态信号、粗差数据处理的能力。4.5 测量方法(技术设计)技术设计方案的合理性和准确性对测量成果的质量和可靠性也起着重大的影响。例如基准站的选择、坐标系的选择、观测时间的选择、质量控制方法等等。第5章 GPS测绘常见问题解
20、析5.1 S86-GPS常见错误问题1：JETT手簿状态处显示无数据？解决方法：(1) 在工程之星采集界面处，点击 设置连接仪器 查看其端口号：若是采用蓝牙连接移动站，则端口号应该设置成 3 ；若是采用数据线直接连接则端口号设置成 1。根据具体情况设置好，点击连接。(2) 若是由于蓝牙设备搜索不到导致的，则把工程之星软退出。点击 开始程序工具热启动 ，再打开软件即可。(3)若是由于移动站蓝牙初始化失败，则只需以六声关移动站，再开机即可。问题2：没有数据链信号，即空白的左上角的手机信号没有闪动条？ 解决方法：(1)查看移动站卫星颗数及PDOP值，卫星数要达到5颗且PDOP值达到3.5以下达到这个
21、状态后才会有信号条的闪动。(2)查看电台的通道是否跟信号条前的数字一致，若是不一致，点击 设置电台设置切换通道处选择与电台一致的数字再点击切换。退出即可，出现这种情况切换成功后一般要等待个30秒才会有信号条。问题3：移动站间断性的长鸣？解决办法：(1)查看基准站有没有发射，这个可以观察基准站中间的数据链发射灯，若是5秒内连续闪烁两次，说明发射正常，否则就是基准站没有发射（也可以通过电台上的TX发射数据灯查看，若是隔秒闪烁的话，说明基准站发射，否则代表没有发射）。这个看是不是基准站摆设的位置不太空旷，以至于卫星接收数据达不到解算条件，基准站不发射数据链。这种情况就只有换个开阔点的地方摆设基准站。
22、(2)若是基准站电池电量不足，可以更换一个12V，20AH以上的即可。(3)距离超出了RTK作用距离范围。问题4：校正参数或四参数提示错误？ 解决办法：(1)查看 齿轮快捷菜单转换 转换参数一般呈现出一种比较合理的数值，像要是两个坐标系之间旋转较大。其旋转角度肯定是比较大，一般选择标准54或是80，其旋转角度都回比较小，大概在5分至秒之间。最能体现错误的地方就是缩放比例，缩放比例肯定非常的趋近于1，通常都在0.9999*1.0000*之间。(2)出现此情况肯定是已知点的坐标输入不正确或是已知点坐标和原始坐标匹配错误。5.2 JETT手簿常见问题及解决方法问题1 按开机键时无反应？解决办法：(1
23、) 判断是否处于休眠状态。(2) 检查电池是否有电。(3) 检查连线是否正确。(4) 检查输出电源连接接口。(5) 检查输入电源。问题2 改变了系统设置后，当再重新开机时设置会恢复到原状？解决办法：改变任何系统设置，设置后都必须保存才能生效。问题3 从电脑向手簿传输数据后，重新开机时数据找不到？解决办法：(1) 确保传输数据已永久保存。有两种方法，一、传输数据到内置闪存；二、传输数据到CF 卡。(2) 有时，数据文件在电脑中隐藏的，必须在传输数据前改变数据属性设置，取消隐藏。问题4 无法通过ActiveSync 连接电脑？解决办法:(1) 检查是否以管理员的身份安装了ActiveSync。(2
24、) 检查连接电缆。(3) 检查数据通讯设置。(4) 确保连接串口是可用的。(5) 在ActiveSync 中设置连接串口类型（USB 或者串口或者网络）。问题5 屏幕显示太亮或者太暗?解决办法: 在控制面板中选择亮度调节按钮，调节屏幕亮度。问题6 光笔点击屏幕无反应?解决办法:屏幕没有校准，须重新校准屏幕。问题7 手簿运行过慢?解决办法:(1) 可能手簿中程序的内存空间剩余太小或者手簿中的内置闪存空间过小。(2) 在控制面板中选择任务管理器关闭其他程序，调节内存空间。(3) 也可通过删除不需要的数据来增加内存空间。问题8 手簿声音过小或者不发声?解决办法:在控制面板中选择音效管理器调节音量及声
25、音设置问题9 手簿不能识别CF卡? 解决办法:(1) CF 卡没有安装或者没有安装牢固(2) 重新安装CF 卡(3) 拔掉卡，清洗接口，重新安装问题10 停一会不用，手簿就自动进入休眠状态?解决办法:(1) 出厂默认设置中，手簿在使用电池时两分钟停用，即进入休眠状态，在使用外接交流电时，30 分钟不用即进入休眠状态。(2) 在控制面板中选择电源控制器进行调节。问题11 当点击触摸屏或者按键时听不到声音?解决办法:(1) 音量设置的过低或者已关闭。(2) 在控制面板中打开音效管理器，检查各项设置。第6章 测绘需注意的问题6.1 坐标转换参数的求解在GPS静态测量中，不同坐标系的坐标转换是在数据后
26、处理时进行的。而对于RTK测量，要求实时得出待测点在实用坐标系80西安坐标系、54北京坐标系或地方独立坐标系等中的坐标、因此，坐标转换问题就显得尤为重要。坐标转换参数求取方法有两种：一种是使用已有的静态数据，求出转换参数；另一种是现场采集，通过键入一定数量（要求3点以上）控制点的地方坐标，然后利用后处理软件或GPS控制器内置的实时处理软件求解坐标转换参数。当然，转换参数的准确性与控制点的数量及控制点的分布图形有关，在求解坐标转换参数时，应采取不同基准点的匹配方案，用不同的计算方法求得坐标转换参数，比较后选择残差较小、精度较高的一组参数使用。6.2 基准站设置RTK基准站设置需要考虑以下几个方面
27、的问题：首先要考虑基准站周围的环境，因为GPS接受的卫星信号经过20000km的空间传播，且有对流层、电离层、大气折射、反射等干扰，到达接受机的信号已经很微弱，通常只有50-80dB。其电台采用功率小（5W）超高频（UHF）电磁波，其频率一般为450-470MHZ，波长很短，其传输的距离跟天线高、地球的曲率半径和大气折射有关。同时，为了减少多路径效应的影响，基准站周围应无明显的大面积的信号反射物（如大面积水域、高山及大型建筑等）；所以基准站设置既要选择避开高层建筑物和各种强电磁干扰源（如微波站、寻呼台发射塔、变电站、高压线、电视台等），又要考虑让发射电台有一定的高度。另外基准站及流动站仪器的天
28、线高要十分精确地量取，这是影响RTK精度的一个十分重要的因素。6.3 多测数据多做比对为避免因人为及其他因素造成的错误，保证测量成果准确性，必须做到每天作业前、作业中、作业后都到已知点上做比测，每次更换基准站，更换转换参数时都进行比测。比测数据越全面、次数越多，越能说明测量成果的可靠性。第7章 测绘仪器与人员配备测绘仪器：本次测绘采用南方S86-GPS测绘仪，该设备主要包含以下部件，一个基准站，一个移动站，一个手簿，三角支架，一根对准标杆，仪器采用的数据处理软件为南方之星2.0。人员配置：本次测绘采用基于VPS技术的网络GPS和RTK测绘技术相结合的模式，故在前期找完基准点后，只要带一个移动站手持标杆跟手簿进行测绘即可，故只需2-3名测绘人员。 胡瑞颖