RTK技术在公路测量中的应用毕业设计论文
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1、RTK技术在公路测量中的应用RTK technology in the Highway Survey总计 毕业设计(论文) 15 页 表 格 0 个插 图 4 幅13摘 要20世纪90年代以来,GPS全球定位系统在应用领域的研究取得了迅速进展。测绘行业首先将GPS应用于大地测量,并进一步将该项技术推广到工程测量之中。目前动态测量实时定位的GPS载波相位差分技术(简称RTK定位技术,Rcal Time Kinemadc)已经被广泛应用,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统中的三维定位结果,并达到厘米级精度,其已在施工放样实践中成功应用。在公
2、路勘浏中,RTK技术与传统的测量方法相比,具有以下明显的特点: GPS定位精度高而且不受环境和距离长短的限制,非常适合地形条件复杂、互不通视的地区;GPS高精度的高程测量,是GPS测量应用的重要领域;GPS RTK技术将完全改变公路测量模式,它能实时得到所要点的空间三维坐标,很适合线路、桥梁、隧道等工程的勘测并可直接进行实地实时放样、中桩测量和点位测量基础; GPS测量可大大提高了工作效和成果质量,为测量自动化、数字化打下了坚实的基础,同时也极大地降低了劳动强度,减少了野外砍伐工作量。大大提高了生产作业效率。但是由于卫星它在遇到高大建筑物或树时,就很难接收到卫星和无线电信号,也就无法进行测,所
3、以在那种情况下我们又要用到全站仪配合RTK来进行道路横断的测量和道路中线的放样,大大加大了工作的效率。关键词:GPS RTK技术,道路横断面测量,道路中线放样Abstract Since the 90s of the 20th century, GPS global positioning system in the application of research in the field has made rapid progress. GPS survey and mapping industry first applied geodesy, and further extended to
4、 the engineering survey of the technology into. Currently real-time dynamic measurements of GPS Carrier Phase Positioning technology (referred to as RTK positioning technology, Rcal Time Kinemadc) has been widely used, RTK carrier phase positioning technology is based on observations of real-time dy
5、namic positioning technology, it can provide real-time measurement site in the specified coordinate system in three-dimensional positioning results, and to achieve centimeter-level accuracy, which has been in the construction setting practice successfully.Survey visit of the road, RTK technology wit
6、h traditional measurement methods, has the following distinctive features: GPS positioning accuracy. And distances from the environment and the restrictions, very suitable for complex terrain conditions, each region Sight; GPS precise leveling, GPS measurement applications is an important area; GPS
7、RTK technology will completely change the road measurement mode, it immediately obtain the three-dimensional coordinates of points of space, it is suitable for lines, bridges, tunnels and other works of the investigation. Setting field Shi Shi and directly, in the measurement and point level measure
8、ment of pile foundation; GPS measurements can greatly improve work efficiency and quality of the outcome, for the measurement automation, digital has laid a solid foundation, but also greatly reduce the labor intensity, reduced the field cut down the workload. Greatly increased the efficiency of pro
9、duction operations. However, due to tall buildings in case of satellite it is or tree, it is difficult to receive satellite and radio signals will not be able to test, so in that case we have to use Total Station with RTK to road cross-sectional Measurement and Setting Out Center Line and greatly in
10、creased efficiency.Key words: GPS RTK technology, cross section measurements, road Centerline Layout 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 GPS卫星定位技术的发展11.2 RTK技术的兴起2第二章 RTK技术的基本原理及应用32.1 RTK技术测量的基本原理32.2 RTK系统的基本组成42.3 RTK技术的优点及误差来源4第三章 全站仪配合RTK进行道路中线放样73.1 概述73.2 放样内业数据准备73.3 RTK外业放样83.4全站仪配合RTK放样的方法93.5 全站仪
11、与GPS的比较9第四章 道路纵横断面测量114.1 道路纵断面测量114.2 道路横断面测量11结 论13参考文献:14致 谢15第一章 绪论1.1 GPS卫星定位技术的发展1.1.1GPS全球定位系统的建立1973年12月,美国国防部批准他的海陆空三军联合研制新的卫星导航系统:NAVSTAR/GPS。G PS系统包括三大部分:空间部分GPS卫星星座,地面控制部分地面监控系统,用户设备部分GPS信号接收机。(1)GPS卫星星座:由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成GPS卫星星座,记作(21+3)GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,卫星高度为20200km,轨道倾角为55度,卫星运
12、行周期为11小时58分(恒星时12小时),载波频率为1575.42 MHz和1227.60 MHz。(2)地面监控系统:包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。作用:监测和控制卫星运行,编算卫星星历(导航电文),保持系统时间。(3)GPS信号接收机:任务是能够捕获到一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号,并跟踪这些卫星的运行,对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理,以便测量出GPS信号从卫星到接受机天线的传播时间。1.1.2 GPS的特点GPS系统具有以下特点:(1)定位精度高;(2)观测时间短;(3)测站间无需通视;(4)可提供三维坐标;(5)操作简便;(6)全天候工作;(7)功能多,
13、应用广。GPS应用广泛,可以进行海陆空的导航,导弹的制导,大地测量和工程测量的精密定位,时间的传递和速度的测量等。1.2 RTK技术的兴起随着通信技术和信号处理技术的快速发展,更精确、更有效的定位方式层出不穷,实时动态测量技术(Real Time Kinematic,简称RTK)就是其中比较有代表性的技术之一。实时动态测量的基本思想是在基准站上安置一台GPS接收机,对所有可见GPS卫星进行连续地观测,并将其观测数据,通过无线电传输设备,实时地发送给用户观测站。在用户站上,GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时的计算并显
14、示用户站的三维坐标及其精度。RTK技术始于20世纪90年代初,经过十几年的发展,它的技术已趋于成熟,并以其实时、高效的特点广泛应用于控制测量、地形测图、工程测量等实际生产中,并且受到测绘人士的热烈欢迎。目前,我国国内很多单位都配置了RTK接收机。第二章 RTK技术的基本原理及应用2.1 RTK技术测量的基本原理 实时动态(Real Time Kinematic-一RTK)测量系统,是GPS测量技术与数据,传输技术相结合,而构成的组合系统。是GPS测量技术发展中的一个新的突破。RTK测量技术,是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS(RTD GPS)测量技术,我们知道,GPS测量工作的模式有多种
15、,如静态、快速静态、准动态和动态相对定位等。但是,利用这些测量模式,如果不与数据传输系统相结合,其定位结果均需通过观测数据的测后处理而获得。由于观测数据需在测后处理,所以上述各种测量模式,不仅无法实时地给出观测站的定位结果,而且也无法对基准站和用户站观测数据的质量,进行实时地检核,因而难以避免在数据后处理中发现不合格的观测成果,需要进行返工重测的情况。过去解决这一问题的措施,主要是延长观测时间,以获取大量的多余观测量来保障测量结果的可靠性。但这样以来,便显著地降低了GPS测量工作的效率。 图1-1 RTK原理示意图实时动态测量的基本原理,如图1-1所示。在基准站上安置一台GPS接收机,对所有可
16、见GPS卫星进行连续地观测,并将其观测数据通过无线电传输设备,实时地发送给用户观测站。在用户站上,GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时,通过无线电传输设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理,实时地计算并显示用户站的三维坐标,其精度可达到厘米级。这样通过实时计算的定位结果,便可监测基准站与用户站观测结果的质量和解算结果的收敛情况,从而可实时地判定解算结果是否成功,以减少冗余观测,缩短观测时间。 2.2 RTK系统的基本组成RTK技术就是动态的实时定位技术,它已经在工程上得到了广泛的应用,已经成为了工程上不可缺少的一项新技术了。 RTK测量系统的组成RTK测量系统主要由GPS接收
17、设备、数据传输系统和软件系统构成。(1)GPS接收设备在基准站和用户站上,分别设置双频GPS接收机。由于双频观测值不仅精度高,而且有利于快速准确地解算整周未知数。当基准站为多用户服务时,其接收机的采样率应与用户接收机采用率最高的相一致。(2)数据传输设备数据传输设备也称数据链,由基准站的无线电发射台与用户站的接收机组成,其频率和功率的选择主要取决于用户站与基准站的距离、环境质量、数据的传输速度。(3)软件系统支持实时动态测量的软件系统的质量和功能,对于保障实时动态测量的可行性、测量结果的可靠性和精确性,具有决定性意义。2.3 RTK技术的优点及误差来源RTK技术有着方便快捷的特点,但是毫无疑问
18、的是利用RTK测量的成果也是存在着误差的,导致误差的原因很多,我们在实践当中要先熟知这些误差的来源,了解减小误差的方法,从而使我们得到的测量成果更加精确。2.3.1 RTK技术的优点工作效率高。在一般的地形地势下,高质量的RTK设站一次即可测完4km半径的测区大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的设站次数,移动站一人操作即可,劳动强度低,作业速度快,提高了工作效率。定位精度高。只要满足RTK的基本工作条件,在一定的作业半径范围内(一般为4km),RTK的平面精度和高程精度都能达到cm级。全天候作业。RTK测量不要求基准站、移动站间光学通视,只要求满足“电磁波通视”。因此和传统测量相比,
19、RTK测量受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制小,在传统测量看来难于开展作业的地区,只要满足RTK的基本工作条件,它也能进行快速的高精度定位,使测量工作变得更容易更轻松。RTK测量自动化、集成化程度高,数据处理能力强。RTK可进行多种测量内、外业工作。移动站利用软件控制系统,无需人工干预便可自动实现多种测绘功能,减少了辅助测量工作和人为误差,保证了作业精度。操作简单,易于使用。现在的仪器一般都提供中文菜单,只要在设站时进行简单的设置,就可方便地获得三维坐标。数据输入、存储、处理、转换和输出能力强,能方便地与计算机、其他测量仪器通信。2.3.2误差来源及消弱措施利用RTK测量的时候有
20、许多可能的因素会导致误差从而影响我们的测量结果,为确保测量时的精度,我们来了解一下其误差来源及消弱的措施等等。卫星信号传播误差卫星信号传播误差包括:信号穿过地球上空电离层和对流层时所产生的误差,以及信号到达地面时产生反射信号面引起的多路径干扰误差。多路径干扰误差在消除多路径效应方面可在接收机设置时选取多径抑制。在树林、河边、高楼附近等地点测设时,适当延长观测时间来消除。与接收设备有关的误差与接收设备有关的误差主要包括天线相位中心偏差误差和仪器对中误差。天线相位中心位置偏移误差,这项误差在毫米至厘米级,对RTK来讲不算很大,中桩放样时可适当延长观测时间以消除误差。仪器对中误差在架设基准站时应严格
21、对中整平,尽量减小基准站对中误差。流动站放样时,应在圆水准泡居中时查看点位精度,以消除流动站不对中带来的误差。测量中不可避免的就是测量的精度误差,为了提高测量成果的精度要求,我们需了解测量时可能影响精度的误差来源和减小误差来源的措施。第三章 全站仪配合RTK进行道路中线放样3.1 概述工程放样是工程测量的一个分支,其主要任务是按照设计和施工的要求,将图纸上设计建(构)筑物的点位在现场标定出来。施工放悱必须遵循“从总体到局部”,“先控制后碎步”的原则,现阶段平面施工放样常采用全站仪极坐标法或RTK坐标法进行放样。公路中线放样目前采用较多的是利用全站仪,由测得地面2 点之间的水平距离和方位角,然后
22、通过测站指挥前视经过几次反复,将一个中桩标定在地面上。这种方法要求2 点之间必须通视,而在实际中经常会遇到2 点不通视的情况,为此,还要另外采用支点等形式来进行测设。这样做既降低了工作效率,又降低了点的精度,加上方法的局限性,作业效率不高,严重制约了工程建设的进度及质量。放样技术的进步在于技术的改造,GPS-RTK 技术是目前)RTK 的最新技术,引入RTK 技术应当是其首选。3.2 放样内业数据准备我们在GPS放样的常用方法是先从CAD设计图纸上查找放样点位的坐标,然后通过GPS手簿键盘提前或现场手工输入坐标数据,再进行现场放样。显而易见,由于手工输入这一环节,不仅影响了放样的速度,而且容易
23、出错。尤其当放样点数多、工期短、任务紧迫并要求集中放样时,这种影响更为严重。为此在实践中可以利用CASS等数字化测图软件中的指定点生成数据文件、多义线顶点生成数据文件、地籍测量等功能,将设计点提取形成数据文件。再利用软件中数据文件合并功能或其它相应功能,将已知坐标数据和设计点坐标数据整合成一个数据文件。将整合后的数据文件传输到RTK手簿内存文件中,现场放样时根据放样点位示意图或点号顺序直接诃出各点点名进行放样,从而真正实现了GPSRTK放样的内外一体化。利用CASS软件打开高速路设计平面图加入CASS绘图环境,检查设计图纸坐标与测量坐标是否一致。如果不一致,利用CASS绘图软件功能及AutoC
24、AD的缩放、图层控制、平移、旋转等功能对这些平面图进行修改和编辑,使设计图纸上已标注的测量坐标值与查询的测量坐标值一致,并使平面图内容尽量简洁。然后利用CSAA软件中工程应用中的指定生成坐标文件将道路中桩点数据提取形成数据文件,具体操作流程如下:3.3 RTK外业放样使用RTK进行直线放样的原理:将直线和终点坐标输入到流动站的手簿中,便可根据工程的需要放样中线上的任意点。在内业工作完成后,我们就可以进行下一步的RTK外业放样工作了,操作步骤如下:1) 放样设置。打开RTK接收机以及手簿以后,看仪器信号如何,在有信号满足测量需要的时候打开RTK手簿的放样功能,打开已经内业生成好的指定坐标文件,按
25、照界面提示输入需要放样的点号。2) 放样需要的点。RTK中放样功能中选择需要的点进行放样。图上信息会指示你距放样点的距离和方向, 如图所示。按照图上信息指示,移动流动站,直至流动站移动到X 坐标、Y 坐标的偏差满足精度要求的位置为止。3) 在已经放样好中点的地方打上中点桩并标上点号,一般会在这个桩子上系上一条红色的塑料袋以方便以后施工人员寻找此道路中点。3.4全站仪配合RTK放样的方法RTK技术的出现使施工放样有了突破性的发展,不但克服了传统放样法和坐标放样法的缺点,而且具有观测时间短,精度高、无须通视、现场给出精确坐标等优点,特别适合道路等大批量设计点位的放样工作,尤其是道路边桩、征地范围线
26、等放样。不需沿途布设图根控制点,从而减少了施工控制网的布设密度,节约经费,节省时间,提高了工作效率。然而,在对天通视困难的特殊地区,RTK失锁较严重,放样效果往往不理想。因此,作业时一般用RTK施测较为宽阔地带的放样点,而在RTK失锁较严重和放样精度效果不理想区,用全站仪施测放样点。这样既避免了RTK测量所发生的特殊地区精度不能满足要求的情况,又避免了常规的全站仪放样的低效,使得两种仪器在实际测量中相得益彰,有效地提高了作业效率。下面是点放样的原理(1)先在放样点的大致位置立棱镜。(2)对其进行观测,测出当前棱镜位置的坐标。 (3)将当前坐标与放样点的坐标相比较,计算出其差值。距离差值 dD
27、和角度差 dHR 或纵向差值X 和横向差值Y 。 (4)根据显示的 dD、dHR 或X 、Y ,逐渐找到放样点的位置。 3.5 全站仪与GPS的比较在工程施工中我们也使用全站仪进行测量来补点或补桩使用较多。为突出GPS在实际运用中的优势将两种仪器进行比较。3. 51 作业条件的比较:全站仪测量是通过测取两点之问的平距及方位角,从而确定点位。因此,要求两点之间必须通视,并且视线良好。遇到视线遮挡,须采用支点等形式来传递点位坐标及测放中桩。在雾雨天气时。地表蒸汽较大直接影响测量的精度与进度。RTK技术在测量时,由于是单点作业,因此受环境及人为因素影响较小。可以在雾雨天等恶劣天气下进行全天侯工作。而
28、全站仪则不行。但当视空受到阻时,测量会较为困难,因此在树木、建筑较多处,测量的精度及效率都会降低。3. 52 作业速度及效率的比较:全站仪在测量和放样时是由测站指挥前点移动棱镜到相应的位置去,需要几次反复才能将点位定下来。测景过程中搬站、清除障碍物等工作会浪费很多时间。另外测量时须大家配合作业配合的熟练程度也会影响作业的速度。GPS作业对区域内的站点之间不要求通视流动站与基准站之间的联系是建证在无线电波基础上对流动站来讲,仪器会引导你去相应位置,如不合适,可自由调整,无须交流,从而提高作业速度。因此。从某种意义上说,流动站越多作业越快。3. 53 作业精度的比较:全站仪测量时,由于受干扰因此较
29、多,因此常采取一一些铺助方法。如利用支点放样,这样测最出的点位精度会比正常放出的点位精度低。当遇到长直线时常需要搬站,而搬站的误差会累积到点位中误差从而影响整体测量精度。GPSRTK测量时。其点位精度是实时显示的,所测点和放样的点位精度大致相同,不存在累积误差困此可以保证点位精度的均匀性。综上所述全站仪与GPSRTK测量系统将长期共存互为补充。但RTK比全站仪将更具优势。我们要视不同的工程要求选择不同的测量仪器,总得来说两者都具备了良好的精度测量和方便快捷的特点,同时两者也都有各自不同的缺点因素等等所以我们要视不同工程的条件来选择合适的测量仪器.第四章 道路纵横断面测量4.1 道路纵断面测量4
30、.1.1 道路纵断面什么是道路的纵断面?道路的竖向剖面称为纵断面,它是反映道路的竖向线形。纵断面的规划和设计的主要内容包括坡度、坡长、转折点的设计。在规划阶段,应确定设计线路上的控制点标高;设计阶段还须计算土方、护坡、挡土墙工程量等。最大纵坡是根据车辆爬坡能力、行车密度、行车速度、安全性、道路等级、程难易程度等确定的。对于坡长也有一定的限制。竖向线形的设计要力求平顺和缓,保证行车安全和一定的设计车速;技术经济上的要求是路基稳定,结合地形,尽量减少土方工程量。4.1.2 道路纵断面测量道路的纵断面测量的目的就是测定线路中桩处的高程,绘制纵断面图,为线路设计提供基础资料。工作步骤 “先基平 后中平
31、”纵断面测量常分两步实施,一是基平测量,二是中平测量基平测量,就是沿线布设BM(国家标准水准点)点,进行高程控制测量的工作采用高差法计算,使用水准仪、全站仪均可BM点沿路线两侧分布,稍离线路中线,以免受施工影响而破坏1km左右设一固定BM点,300500m设一临时Bkl点,地形复杂,路桥结合部、路隧结合部等处需要加密高程系统纳入国家统一的高程系统中平测量,是在基平测量基础上,测量每个中桩的高程,即从一个BM点出发,逐桩测量,附合到下一个BM点根据中平资料绘出纵断面图,从而能够直观地掌控纵线高低起伏状态中平测量采用全站仪测量点的高程。纵断面测量是在中桩放样的同时进行的。在中桩位置立棱镜,输入仪器
32、高和棱镜高,即可利用全站仪“三维坐标测量”功能,在(导线)控制点上,测出中桩处的地面高程。4.2 道路横断面测量4.2.1 道路横断面道路横断面规划和设计的主要内容包括:车行道和人行道的布置,路面各部分宽度的确定,路面横坡的设计,交通分隔带、停车带、林荫带、公共交通站台等在路面的布置,地下管线的布置,多层式道路对地上层、地面层、地下层的布置。主市道路横断面路型和宽度。同一条道路在不同段落可以有不同的横断面。要依据设计车速、交通量、交通流特征以及地形、用地面积、建筑物性质、环境特点等设计城4.2.2 道路横断面测量测设横断面采集的是沿线路法线方向地形变化点相对于中线点的高差和水平距离数据,或者是
33、地形变化点的高程和到中线点的水平距离数据。根据这两项数据就可以绘制某里程处的横断面图。首先我们是直接用RTK从道路中线往道路两边开始测量,主要是测量高程,第一步我们安排一个人站在道路中桩上指挥,以便使用RTK测量的人员方便知道道路的中桩在哪里,然后分别沿道路中桩往道路两边测量2040m的距离,在我们测量的过程当中,如果遇到的是平坦的地区,一般是每隔8m左右测量一个点,如果遇到高差大的地区,则需要视情况而定加密高程点,把高程变化明显的地形地物测量出来。在测量的过程当中要时刻观察站在道路中桩指挥的人员,以免测量的距离偏离或者超出。使用RTK测量很方便快捷,但是使用RTK测量也有它的缺点,如果遇到信
34、号不好的时候,例如遇到了高压电线等影响了RTK接收的信号时,我们就要采用全站仪来测量了,操作步骤(1)设站。在线路中线点上设站。 (2)输入起始数据。将该中线点的点号、假定坐标(X,Y)及高程Z、仪器高、觇标高等输入全站仪 (3)定向。(4))观测。在完成上述步骤后,开始观测,并存储。当线路中线点不能设站时,可用RTK由前面的中线点上放出该断面上的一点,在放出的点上进行操作。结 论RTK技术是GPS定位技术的一个新的里程牌,它不仅具有GPS技术的所有优点,而且可以实时获得观测结果及精度,大大提高了作业效率并开拓了GPS新的应用领域。RTK在地形复杂、通视不好的地区放样的效率高,比全站仪效率高2
35、3倍,并减少了作业人员的劳动强度。全站仪在RTK失锁较严重和放样精度效果不理想区,优势尽显无疑,RTK与全站仪配合放样,可发挥各自的优势,大大提高放样的速度与效益。理论计算与试验数据说明RTK与全站仪配合放样的精度可以满足工程放样的要求。参考文献:1徐绍铨 张华海等. GPS测量原理及应用 .武汉大学出版社2003.2李永胜.GPS-RTK技术简介及在公路测量中的应用.北京测绘.2005(1)3潘宝玉等.提高RTK测量成果精度的技术关键. 地矿测绘2003(19)4潘宝玉等.RTK技术的特点及提高成果精度的技术关键. 地矿测绘.2003(12)5期刊论文李仕东 GPS-RTK技术在高等级公路横断面测量中的应用 -测绘工程2005,14(1)6期刊论文郝彦青 GPS-RTK技术在工程测量中的应用与注意事项 -现代企业文化2009(30)7周兴顺.赵卫GPS RTK技术应用于高速公路中桩放样期刊论文-华东公路 2002(4)8期刊论文林华.邓建.纵横断面测量一种新方法的探讨 -安徽地质2009,19(2)9韦积海.符永好GPS RTK技术在纵横断面测量中的应用 2007
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