测绘工程专业本科毕业论文

本 科 毕 业 设 计（论文）

题目 GPS RTK用于图根控制的研究

院（系部）测绘与国土信息工程学院 专业名称 测绘工程 年级班级 测绘工程09-05 学生姓名 王金明 指导教师

2013年05月29日

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摘 要

GPS RTK(Real Time Kinematic）技术是指载波相位实时动态差分GPS定位技术，它具有实时、定位精度高、操作简便等特点，被广泛地应用于地形图测绘、碎部测量等测量领域，是GPS发展的新形式，是GPS应用的重大里程碑。它的出现为各种控制测量、地形测图和工程放样等带来了曙光，极大地提高了测量工作的外业作业效率。为了扩大GPS RTK技术在测量工作中的应用范围,满足高精度的测量要求以及建立大面积的测量控制网的需要，拟通过具体的设计试验探寻出实用的测量方法来代替传统的常规测量方法，使测量工作更简便快捷。但是就目前来说，由于受卫星信号、接收机状态、测站周围环境及仪器操作的影响，RTK定位有时会出现失真,其成果不可能百分之百的可靠，为了将RTK更好地服务于测绘工程，有必要对RTK的测量精度进行研究和分析。

论文研究内容：

⑴ 介绍GPS RTK的基本原理。

⑵ 用RTK观测的点位坐标与静态GPS观测的成果进行对比、检测分析，从而来检测RTK成果的质量。

⑶ 用RTK观测的点位坐标与全站仪观测的导线点成果进行对比、检测分析,从而来检测RTK成果的质量。

关键词:GPS RTK； 图根控制; 精度分析

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Abstract

The technology of GPS RTK， namely， the technology of the carrier phase

real—time dynamic differential positioning， has the characteristics of the real time， the higher positioning accuracy and the simplicity. The technology which is a new method of the development of GPS and a significant milestone of the application of GPS is widely used in topographic mapping， scattered measurements and other measurement fields。 The coming of GPS RTK brings new dawn to all sorts of controlling measurements and the mapping of the geography and improves the efficiency of the field operations of the measurement enormously 。I intend to seek out a practical measurement in place of the conventional one in order to expend the field of application of GPS RTK ,satisfy the demand of the precision and the requirement of establishing a widespread range of controlling of the measurement and make the measurement much easier and quicker . But now, due to the efffects of the satellite signal， receiver state， surrounding environment and instrument operation， RTK may be fuzzy sometimes, so the results cannot be reliable absolutely. In order to make RTK serve for engineering of surveying and mapping better， it is necessary to research and analysis the accuracy of RTK measurement。

The research content of this paper：

⑴ Introduce the basic principle of GPS RTK.

⑵ Compare and analysis the result of point coordinate by the observation of RTK and result by the observation of static GPS， and use this detect the quality of RTK.

⑶ Compare and analysis the results of point coordinate by the observation of RTK and traverse points by the observation of total station, and use this detect the quality of RTK。

Keywords: GPS RTK；mapping control；precisi

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目录

1 绪论 .................................................................... 3 1。1 研究目及意义 ....................................................... 3 1。2 国内外研究现状 ..................................................... 4 1。3 论文主要内容 ....................................................... 6 2 GPS RTK定位原理 ........................................................ 7 2。1 GPS测量原理 ....................................................... 7 2.1.1 GPS系统简介 ................................................... 7 2。1。2 GPS系统原理及其特点 .......................................... 8 2.1。3 GPS网的布设 ................................................... 9 2。2 GPS RTK测量原理 ................................................... 11 2.2.1 GPS RTK原理 ................................................... 11 2。2。2 GPS RTK系统的组成 ........................................... 13 2。2.3 GPS RTK技术优点 .............................................. 14 2.2.4 GPS RTK定位的关键技术 ......................................... 15 2.2.5 GPS RTK的局限性 ............................................... 17 2.2.6 RTK测量应注意事项 ............................................. 19 2。3 RTK常规操作流程 .................................................. 20 3 GPS RTK用于图根控制应用的研究 ......................................... 30 3。1研究实例一 ........................................................ 30 3。1.1 实验概况 ...................................................... 30

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3.1.2 实验方法 ....................................................... 30 3.1。3 精度评定及结论 ................................................ 31 3.2研究实例二 ......................................................... 32 3.2.1 工程概况 ....................................................... 32 3.2。2 实验方法 ...................................................... 34 3。2。3 精度评定及结论 ............................................... 35 4 结论与展望 ............................................................. 37 4。1 结论 .............................................................. 37 4。2展望 .............................................................. 37 致 谢 ................................................................... 39 参 考 文 献 .............................................................. 40

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1 绪论

1.1 研究目及意义

GPS(Global Positioning System) ,即全球卫星定位系统,自问世以来,作为测量定位新技术，广泛应用于陆海空领域的导航和为测量，在大地测量及工程测量应用领域中产生了前所未有的影响，该系统可以在全球范围内全天候地为地面目标提供信息，从而确定该目标在地面上的精确位置、速度、运行方面等参数。随着GPS技术的不断发展，其应用已遍及各种测量领域，特别是GPS实时动态插分RTK(Real Time Kinematic）技术的迅速发展和完善,在常规测量领域里越来越得到广泛的应用.

目前国内外GPS的应用领域主要分为导航与测绘两个方面。

（1) 如今在导航领域，GPS技术根据需要已经开发出非常完善且功能强大的交通导航系统,主要功能包括信息查询、车辆跟踪、话务指挥、出行路线规划、紧急援救等。 （2） 在大地测量、地籍测量、资源勘探中，GPS与传统的测量手段相比，也有着巨大的优势；在工程测量中,GPS可以用来建立各种道路工程控制网及测定控制点等;GPS技术同时也被应用于其他大型工程的控制测量中,其检测精度达到了毫米级，具有明显的经济和社会效益。

现今静态GPS越来越多地应用于高精度控制网的建立方面,采用相位差分可以达到厘米甚至毫米级精度，与常规测量方法比较，静态GPS具有以下特点：

（1）操作简便，数据处理能力强。常规的水准仪、经纬仪进行测量时，都要用笔进行现场的记录，并进行数据的限差计算。RTK测量只要事先设定限差就可以对数据自动的进行取舍和记录。测量结果可以直接导入计算机，不需人工输入。

（2）作业效率高，使用人员少。常规的水准仪、经纬仪和全站仪等测量仪器，在进行测量时均需要经常地搬站，而且完成一项任务通常需要3、4个人一起工作。GPS RTK技术在一般情况下，仅需一人操作，几秒钟就可取得坐标值。在平坦地区，一次可测完半径为3．5～7kin的测区范围。在山区时，可加设中转站,降低了搬站次数，提高了工作效率。

（3）与传统测量比较，作业条件要求减少.传统的常规测量需要观测点间通视,并且还要在白天等有利的观测条件时观测等；而RTK受通视条件、能见度、气候、季节等因素影响和小，适于全天候作业等。

（4）作业自动化、集成化程度高、适用范围广.常规测量仪器只能在某种工程中适用，而RTK以其独有的特点,在地形测绘、工程放样等方面均可完成.

（5）定位精度高,数据可靠，没有误差积累。常规测量方法的作业中,路线往往都是连

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续的，误差很容易一站一站的积累下去.RTK测量的是的点位，测量点之间不存在联系，因此误差不会积累。常规测中人的操作占主导地位，难免会出现较大的偏差。而RTK测量是自动进行的,过程中不需人为的读数等操作,所以测量数据比较稳定和可靠.GPS RTK由于其不需要数据后处理就能得到厘米级的实时定位数据的特点，在测绘领域中大放异彩，与常规测量技术相比,它使测量工程缩短了工期，降低了成本，减少了人员的投入,使测量变得更加方便简单。

目前GPS RTK在测绘领域中已经应用于生产的方面有地形图测绘，碎部测量，道路中桩测量放样，横断面测量，纵断面地面线测量等，在满足测量精度的同时,也大大提高了作业效率，备受测量人士的青睐。随着GPS应用领域的进一步扩展，既能满足实时测绘，又能满足精密导航的GPS技术成为人们研究的重点，为此开发出了实时载波相位差分GPS技术，也就是RTK(Real Time Kinematic）技术。GPS RTK定位是基于GPS载波相位观测值的实时动态测量技术，它是由一台或多台基准站接收机、一台以上流动站接收机以及用于数据传输链组成的定位系统。在GPS RTK作业模式下，基准站接收机借助数据链将其观测值及坐标信息发送给流动站接收机，流动站将采集到的GPS观测数据和接收来自基准站的数据组成差分观测值进行实时处理，求得流动站点的三维位置(X、Y、Z)。

GPS RTK 的测量成果的精度与全站仪相比较不及全站仪，可靠性同样不及全站仪.GPS RTK虽然作业实时快速，但是由于RTK的局限性，在不利情况下电子手簿上显示的高精度往往不能代表该RTK测量成果的精度，它缺少必要的检核条件,因此其测量成果的真实精度有多高,需要分析检验，也就是数据质量需要检核，因此这也就决定了RTK成果有必要进行检测与分析,如果轻易相信接收机手簿上的精度显示，采用这样的数据势必会影响施工的质量，造成重大的经济损失.特别是稳定性方面观测数据的误差具体多大，或者从理论上来评价还值得研究，加之目前行业对RTK测量还没有一个统一的作业规范，因此在其测量精度和作业方式上众说纷纭，对GPS RTK测量结果的精度进行检测是十分必要的，是有其现实意义的，本论文正是基于这一点来提出研究.

因此论文主要研究以下两个方面：（1）图根控制:对GPS RTK获得的图根控制点的坐标的精度及可靠性进行研究；（2)理论价值：通过实际例子得到的数据进行比对,得出结论。

1。2 国内外研究现状

GPS实时动态差分RTK技术是近年来出现的测量高新技术，实践证明其应用能大大提高工作效率，减轻劳动强度，成果质量可靠等,从而提高经济效益，给测绘工作带来了巨大的影响.由于RTK容易受到卫星状况、外界环境等影响，加上不能像静态GPS测量有检核条件，因此RTK有其局限性，故RTK测量成果的精度和可靠性都需要进行

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验证。针对GPS RTK的精度可靠性的研究，很多学者提出了很多精度分析的方法，比如列举影响GPS RTK测量的因素，提出改善影响因素条件来提高精度,如郭建东等[1]采用的方法是把数据和控制点进行对比，看看它们误差的差别。但由于进行GPS RTK测量的时候，各点之间孤立,构不成几何图形,缺少检核条件,点位坐标接收精度的可靠性无法验证，很难估计，用坐标或边长差值的大小来判断测量成果的可靠性，但究竟多大的差值才能说明其精度可靠，并没有一个量度指标,黑志坚[2]出了测量成果的坐标检测法精度估计和测量成果的边长检测法精度估计的两种方式，有一定的理论和工程指导意义。

郭建东等的已知点位比较法，即作为测量起算数据的高级控制网,一般用静态GPS获得，具有很高的可靠性,可以通过将己知点纳入到测量链中的方式进行检查。罗满建等

[3］

实际工程来验证精度，用静态观测值和真实值来对比GPS RTK的成果，从而来检核

RTK数据。潘宝玉［4］论正确求解坐标转换参数，合理设置基准站和作业半径，还有观测卫星的图形强度要高等来提高GPS RTK成果的精度.不少学者对数据检验也提出了一些方法，如宋良学、王传海等［5]对精度进行了分析，还对可靠性来进行研究，通过改善影响GPS RTK的数据精度的因素来提高准确性，讨论GPS RTK的点的准确度和误差。还有文章只从GPS RTK的技术上来研究其精度的问题。

朱正华等［6]出了五个方法来对GPS RTK的成果数据进行质量控制,如快速静态比较法，这种方法是在进行观测的同时，对某些点再进行一次快速静态观测，事后对这些点的成果和快速静态成果进行比较分析,通过两种作业模式的比较，来检查动态初始化的可靠性以及数据链的稳定性，从而检查成果是否有质量问题.复测比较法:这种方法有两方面的含义：其一，是在每次迁移基准站后先复测前一基准站上已测过的点1—3个，并现场比较其成果，从而判断数据链工作的可靠性，确认没有问题以后,才进行新的观测；其二，是在每次重新初始化成功后，先复测附近已测过的点l—3个，现场比较其成果，从而判断这次的初始化是否正确可靠，确认初始化没有问题以后,才进行新的观测。其次还有电台变频法：其原理就是这种方法是在测区内建立两个或两个以上的参考站，每个参考站都用各自不同的频率发射差分改正数据;流动站进行观测时，其电台配有变频开关，可以选择接收不同的参考站发射的差分改正数据，从而在每个点上实时地接收某一个参考站的差分改正数据，即可获得1个成果。此后电台切换为另一个频率，又可接收到另一个参考站的差分改正数据,得到同一点的另一个成果，实时地比较多个成果的数据，就可以判断这次观测有无质量问题,该方法具有实时性，是数据质量检核的一个创新。

其他还有穿线比较法，这种方法和复测比较法略有不同,是在某一部分测区的测量基本完成后,重新布测1条测量链，用于对整个测区内的成果进行质量控制,该测区内每一条测量链上取1个点，组成新的l条测量链,即根据新布测的新链的成果来判断该测区内全部的测量链是否有质量问题.张志勇[7]分别在不同的已知点上做基站从而对比测量结果的质量；但通过GPS RTK获得的点的坐标的成果质量还不可靠.赵军［8］RTK测量的过程

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中,发现RTK工作时存在时间段的影响。张子江［9]GPS测量数据来检核RTK数据的精度,从而对RTK的精度做了一些重要的分析，张孝军［10］表探讨了基站距离对GPS RTK测量精度的影响，对本文研究精度有很好的指导意义，总之这些学者为检核GPS RTK数据结果的精度和可靠性研究都提了很多值得借鉴的方法，为继续研究GPS RTK数据结果的精度分析有一定的指导意义。

在探讨GPS RTK定位的精度分析中,国外的研究学者对GPS RTK测量过程进行了分析,如Jaysatalich［11]对天宝的GPS仪器进行RTK测试，发现其仪器的精度在正常情况下，观测的距离可以达到10km，平面的精度都在厘米级； El—Mowafy[12]过研究高度角与GPS RTK的结果的误差大小关系,发现高度角对RTK测量结果有很大的影响，从而来研究RTK的精度问题，A．Nickitopoulou，K.Protopsalti，S．Stiros［13］过分析GPS在建筑物测量时来研究GPS测量数据的精度,并分析高度角大小对GPS测量成果的影响，从而来分析结果的准确性，Jinjun Guo［14］过研究GPS RTK在桥梁中的应用,继而来研究探讨RTK成果的精度,得到了一些重要的结论,总之很多国内外学者都对RTK测量结果进行精度与可靠性的研究,这些研究成果都值得参考与学习，为今后研究分析RTK的精度有着重要的意义.

RTK技术虽然是GPS应用的一个飞跃，极大的拓展了GPS的使用空间，使GPS从只能做平面控制测量的局面中摆脱出来，而开始广泛应用于工程测量，但RTK技术有着一定的局限性，主要表现为：用户需要架设本地的参考站，使流动站和参考站距离受到（<15km).网络RTK技术解决了上述局限。网络RTK系统是集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理和GPS定位技术于一身的系统，网络RTK系统包括3个部分：控制中心、固定站和用户部分。控制中心（Control center）为整个系统的核心，它即是通讯控制中心，也是数据处理中心.它通过通讯线（光缆，ISDN,电话线)与所有的固定参考站通讯；通过无线网络(GSM，CDMA，GPRS⋯ ）与移动用户通讯。由计算机实时控制整个系统的运行。目前国内很多地方都在建立CORS系统,连续运行跟踪站的建设已经进入蓬勃发展的阶段,因此有必要对网络RTK系统的技术及其应用现状进行一些研究. 1.3 论文主要内容

论文主要研究内容：

（1) 简要介绍GPS RTK的基本测量原理。

(2） 三等导线测量与RTK测量成果对比、检测分析,从而来检测RTK成果的质量。 （3） 采用静态GPS测量的方法解算出一些点的精确坐标，用这些比较可靠点的坐标来检核GPS RTK测量成果，检验RTK测量成果的质量。

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2 GPS RTK定位原理

2。1 GPS测量原理 2.1.1 GPS系统简介

GPS全球定位系统是美国国防部门主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。该系统从20世纪70年代开始设计、研制，历经23年进入全功能使用阶段，GPS作为新一代卫星导航与定位系统，不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此，发展全球定位系统(GPS)已成为美国导航技术现代化的最重要标志,并且被视为本世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就.GPS最初主要用于军事和涉及到国家重要利益的民用领域，可实现飞机舰船的导航、目标定位、调动、武器的精确制导等。鉴于GPS巨大的实用价值，美国总统克林顿颁布法令，将GPS向民用领域免费开放，同时在2000年5月1日起停止SA,即不再对民用定位码加入人为干扰，使民用定位精度大大提高。现在GPS已发展成为一个高速成长的产业，广泛应用于目标定位、航海航空、测量等民用行业。目前，GPS精密定位技术已经广泛地渗透到经济建设和科学技术等许多领域，如大地测量、资源勘测、航空、卫星遥感、运动物件的定位和测速以及精密时间的传递。

整个GPS系统由三部分组成：空间部分;地面控制部分；用户设备部分。 （1）空间部分—GPS卫星星座

全球定位系统的空间卫星星座，由24颗卫星组成，其中包括3颗备用卫星。卫星分布在6个轨道面内，每个轨道面上分布有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为55o，各轨道平面升交点的赤经相差60o。在相邻轨道上，卫星的升交距角相差30o，轨道平均高度约20200km，卫星运行周期为11小时58分。因此，同一观测站上，每天出现的卫星分布图形相同,只是每天提前约4分钟。每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上，同时位于地平线的卫星数目,随时间和地点而异，最少为4颗，最多可以达11颗. （2）地面控制部分(地面监控系统)

GPS的控制部分由分布在全球的由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，这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个，位于美国克罗拉多(Colorado）的法尔孔(Falcon)空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历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，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷(Hawaii)、阿松森群岛(Ascencion）、狄哥伽西

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亚(Diego Garcia）、卡瓦加兰(Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛(Ascencion)、狄哥伽西亚(Diego Garcia)、卡瓦加兰（Kwajalein），注入站的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。

（3)用户设备部分（主要是各种型号的接收机）

GPS接收机可以捕获到按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信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置,甚至三维速度和时间。 2。1.2 GPS系统原理及其特点

GPS系统原理是利用GPS进行定位的基本原理,就是把卫星视为“飞行”的控制点，在已知其瞬时坐标的条件下,以GPS卫星和用户接收机天线之间距离或距离差为观测值,进行空间距离后方交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。GPS定位的方法主要有两类：伪距法、载波相位测量法。下面简要介绍一下这两种定位方法的原理。 （1）伪距法定位原理

GPS定位采用的是被动式单程测距。由于卫星发射信号时刻由卫星钟确定，接收信号时刻由接收机钟确定，因此在测定卫星至接收机的距离中，不可避免的产生两台钟不同步的误差影响,由卫星钟、接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定差值，所以称其为伪距。伪距法定位原理是:在某一瞬时利用GPS接收机测定至少四颗卫星的伪距，根据己知的卫星位置和伪距观测值，采用交会法即可求得接收机的三维坐标和时钟改正数。伪距法定位的数学模型为：

［ (xsjx)2+（ysjy)2+(zsjz)2]1/2–cδtk=ρj+δρ1j+δρ2j–cδtj （2—1)

式中：j-卫星号;

ρj —接收机距第j颗卫星的伪距，cδtk —接收机钟差;

cδtj-第j颗卫星号瞬间的钟差，δρ1j，δρ2j—分别为电离层和对流层的改正项。 （2)载波相位定位原理

载波相位测量采用波长较短的非码测量系统，把载波作为量测信号，对载波进行相位测量可以达到很高的精度。载波相位测量原理如下:若卫星S发出一载波信号，该信号在某一时刻在接收机R处产生的相位为ФR，在卫星S处的相位为ФS，若载波相位波长为A，则卫星S至接收机R的距离为ρ=λ(ФS—ФR)，但无法测到ФS，如果使接收机的震荡器产生一个频率与初相和卫星载波信号完全相同的基准信号，就使问题迎刃而

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解，因为任何一个瞬间在接收机处的基准信号的相位就等于卫星处载波信号的相位。因此载波相位观测量(ФS—ФR）就等于接收机接收到的卫星信号与接收机产生的基准信号的相位之差Ф(rb）—Ф(ra)，因此根据某一瞬间的载波相位测量值就可求得该瞬间从卫星到接收机的距离ρ值。 （3) GPS系统基本特点

从1978年发射的第一颗GPS试验卫星至今，人们利用该系统进行了大量的定位应用及相关研究，GPS系统具有以下几个主要特点:

1）全球覆盖连续导航定位。GPS有24颗卫星，且分布科学合理，所以在地球上和近地空间上任何一点，均可以连续同步地观测4颗以上卫星,实现全球、全天候连续导航定位。

2） 高精度三维定位.GPS能连续为各类用户提供三维位置、三维速度和精确时间信息。

3） 实时导航定位。利用GPS进行导航定位即可完成一次定位,对高动态用户尤其重要。

4） 被动式全天候导航定位。这种导航定位不仅除蔽性好,而且可以容纳无数多用户. 5） 抗干扰性能好、保密性强。 （4） GPS与传统测量技术的比较

GPS定位技术在各种控制测量中得到广泛应用，从1982年第一代测量型无码GPS接收机投入市场以来，在应用基础的研究、应用领域的开拓、硬件和软件的开发等方面，都得到了蓬勃的发展.目前，GPS定位技术所达到的定位精度,使测量工作的模式,理念产生了性的变化，相对传统的测量技术来说,GPS定位技术主要有以下特点:

1） 两站点之间不用通视。

2) GPS测量精度受天气（雨、雪、温度高低和湿度大小）影响很小。 3） GPS测量的速度快于传统测量方式。 4) GPS提供全球统一的坐标结果。

5） GPS测量的数字结果能方便地传输到地图或GIS系统中。 2。1。3 GPS网的布设

GPS网的设计需要考虑诸多因素，其核心是如何高质量低成本完成既定的测量任务。GPS网的设计包括网型构造、精度、基准等方面的设计，此外对于外业工作具体实施，还应考虑观测时段、时间、测站位置的选择,接收机的类型及数量，交通后勤等因素。

GPS网是由同步图形作为基本图形扩展延伸得到的，当采用不同的连接方式时,网形结构随之会有不同形状。GPS网的布设就是如何将各同步图形合理地衔接成一个有机整体，使之达到精度高，可靠性强，且作业量和作业经费少的要求。GPS网的布设按网

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的构成形式分为：星形网、点连式网、边连式网、网连式网。GPS控制网网形设计的一般原则：

（1）GPS网中不应存在自由基线。所谓自由基线是指不构成闭合图形的基线，由于自由基线不具备发现粗差的能力，因而必须避免出现，也就是GPS网一般应通过基线构成闭合图形。

(2） GPS网中的闭合条件中基线数不可过多。网中各点最好有3条或更多基线分支，以保证检核条件，提高网的可靠性，使网的精度、可靠性较均匀。

（3） GPS网应以“每个点至少设站观测两次\"的原则布网。这样不同接收机数测量构成的网之精度和可靠性指标比较接近。

（4） 为了实现GPS网与地面网之间的坐标转换，GPS网至少应与地面网有2个重合点。研究和实践表明，应有3～5个精度较高、分布均匀的地面点作为GPS网的一部分,以便GPS成果较好地转换至地面网中.同时,还应与相当数量的地面水准点重合，以提供大地水准面的研究资料,实现GPS大地高向正常高的转换。

（5） 为了便于观察,GPS点应选择在交通便利、视野开阔、容易到达的地方。尽管GPS网的观测不需要考虑通视的问题,但是为了便于用经典方法扩展，至少应与网中另一点通视.

在GPS测量中,与同步图形相对应的,还有非同步图形或称为异步图形,即有不同时段的基线构成图形。GPS的网中的异步环实质上仅起到了多余观测的作用，是剔除粗差的有效手段。和传统的测量手段相比，GPS外业操作中除了量取天线高度及仪器的对中整平外，几乎没有其它的人为误差因素；对于在较短时间内完成的一段GPS网,系统所引起的粗差会在整个网中体现,而单条基线只要观测条件满足，基线解算良好，应认为其结果可靠。

控制网的可靠性是用于衡量网辨别粗差，抵抗粗差影响能力的度量指标，一般分为内可靠性指标和外可靠性指标.内可靠性是指在一定的置信水平和检验功效下，可以发现网中存在的粗差的最小值，即当粗差为多大时,可以在网中发现并指出。外可靠性是指不可发现的粗差对网的坐标未知参数的影响，即未能发现的粗差对测量成果的影响值。

进行控制网的可靠性设计,首先应给出相应的可靠性设计标准，即可靠性指标的确定，由于GPS控制网观测与传统控制网大相径庭，所以,GPS控制网可靠性指标的确定，既有与传统控制网相同的地方,也有许多不同之处。因此，可根据GPS网的特点，在网的设计阶段考虑网的可靠性,以发现尽可能小的粗差和减少不可发现的粗差对网的坐标未知参数的影响。

GPS网的优化设计中，应当根据网的用途，提出确定网的基准的方法和原则。我们布设GPS网的基准包括网的位置基准、方向基准和尺度基准。而确定网的基准，是通过网的整体平差来实现的.

在GPS网的整体平差中，可能含有两类观测量，即相对观测量和绝对观测量。在

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仅含有相对观测量的GPS网中,网的方向基准和尺度基准，由在平差计算中作为相关观测量的基线向量唯一地确定。而网的位置基准，则决定于所取网点坐标的近似值系统和平差方法。在GPS网包含点的坐标观测量的情况下，网的位置基准，取决于这些网点的坐标值及其精度。

GPS网的基准设计，一般主要是指确定网的位置基准问题。通常可根据情况，选取以下方法来确定:

(1)在网中选若干点的坐标值并加以固定。

（2）选网中若干点（直到全部点）的坐标值并给以适当的权。 1) 选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权。 2) 网中的点均不固定，通过自由网拟合平差，确定网的位置基准.

前两种方法，对平差计算则存在若干约束条件，其约束条件的多少,取决于在网中所选点的数量,这种方法通常称为约束法。而后两种方法，对GPS网定位的约束条件最少，所以通常称为最小约束法;

约束平差法,在确定网的位置基准的同时，对GPS网的方向和尺度也会产生影响，其影响程度与约束条件的多少及所取观测值的精度有关。当网中已知点的坐标含有较大的误差,或其权难以可靠地确定时,将会对网的定向与尺度产生不利的影响。虽然从理论上说，在网的平差计算中,给所有位置赋以适当的权,是最为严格的方法，但是，如何确定已知位置的权，及其与网中其它观测量权的比例关系,则是一个需要慎重考虑的问题。以最小约束法进行GPS网的平差,对网的定向与尺度没有影响，也就是说，不管采用上述哪种最小约束法，平差后网的方向和尺度,以及网中元素（边长、方位或坐标差）的相对精度都是相同的，但网的位置及点位精度却不相同。

在一般情况下，对于一些区域性的GPS网，如城市、矿山和工程GPS网，是否精确位于地心坐标系统，并不特别重要,因此，这时应多采用最小约束平差法。但对于一个大范围的GPS网，而且要求精确地位于WGS—84协议地球坐标系时，或者在具有一组分布适宜的，高精度的已知点时,为改善GPS网的定向和尺度，考虑约束平差法才有意义。

2.2 GPS RTK测量原理 2。2.1 GPS RTK原理

RTK又称载波相位动态实时差分(Real — time kinematic)，是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，主要由两部分组成，即基准站和流动站。基准站连续把观测到的卫星数据发射出去，流动站实时差分处理基准站和流动站的载波相位观测值，获取所在点的坐标、高程和精度指标。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［2］。

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观测时将一台GPS接收机安装在已知点（称为基准站）上对GPS卫星进行观测，同时将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数、水准面拟合参数、预设精度指标等输入控制手簿。将采集的的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上，再通过基准站电台发射出去。另一台接收机置于流动站，流动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时,也通过流动站电台接收由基准站电台发射的信号，经解调得到基准站的载波相位观测量。流动站的GPS接收机再利用OTF(运动中求解整周模糊度）技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度，最后求出厘米级精度流动站的位置。并随时将实测精度与预设精度指标比较，一旦实测精度达到预设精度，实施记录，本站测量结束（见图2-1).可见这种测量方法的关键是求解起始的整周模糊度即初始化,并能始终保持。因此RTK测量除要求有足够数量的卫星和卫星具有较好的几何分布外，还要求基准站与流动站间的数据通讯必须良好。 天线 天线 电源 接收机 无线电发射系统 显示控制器 无线电接受系统 接收机 控制 电 源 基准站 流动站

图2—1 RTK原理图

发射线

RTK作业模式主要包括:

（1)快速静态测量,采用这种模式,要求GPS接收机在用户站上静止地进行观测。在观测的过程中，连同接收基准站的同步观测数据，实时地解算整周未知数和用户站的三维坐标。用户站的GPS接收机在流动过程之中，可以不必保持对GPS卫星的连续跟踪； (2)准动态测量，在流动过程之中，要求保持对于GPS卫星的连续跟踪，否则进行重新初始化；

（3）动态测量，与前面相同首先要静止观测数分钟，以完成初始化，运动的接收机以预定的时间间隔采样，确定位置.在流动过程当中，要求保持对GPS卫星的连续跟踪。

常规的GPS测量方法，需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而GPS RTK是

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能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，它的出现广泛应用于以下几个方面：①各种控制测量；②地形测图;③放样；④在海洋测绘中的应用（海洋测绘主要包括海上定位、海洋大地测量和水下地形测量）,极大地提高了外业作业效率.

GPS RTK测量是将一台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行观测，将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上,再通过基准站电台发射出去，流动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时，也通过流动站电台接收由基准站电台发射的信号，经解调得到基准站的载波相位观测量;流动站的GPS接收机再利用OTF（运动中求解整周模糊度）技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度，最后求出厘米级的精度流动站的位置，具体过程可以参照图2。这种测量方法的关键是求解起始的整周模糊度即初始化,并能始终保持。因此GPS RTK测量除要求有足够数量的卫星和卫星具有较好的几何分布外，还要求基准站与流动站间的数据通讯必须良好.

图2—2 GPS RTK数据流程示意图

用户 流动站三维坐标 坐标转换和高程拟合 电台 基准站信息 解求流动站实时坐标WGS84 基准站接收发射 解求两站间实时基线 接受 流动站接收机 GPS信号 流动站参数 GPS信号 2。2.2 GPS RTK系统的组成

GPS RTK实时定位系统由以下几个部分组成:

（1）基准站：主要由一台GPS接收机、GPS天线、电台和通讯天线组成。其作用是采集各种观测值,并由电台实时发送给流动站。GPS接收机的功能是接收、处理和存储

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卫星信号，一个GPS RTK系统至少需要两台GPS接收机，一台基准站,一台流动站。 1）基准站结构:一套基准站GPS接收机及天线、的基准站发射电台及天线、有可能配置电子手薄（如果接收机无显示面板时）。由于基准站设置次数少，一般与流动站共用电子手薄,使用电子手薄设置完基准站后，转给流动站使用.

2)流动站结构：外业测量作业时,可以使用多台流动站同时作业，每一套流动站的结构为：一套流动作业的GPS接收机及天线、流动站接收信号的电台（有的厂家可以将其内置在GPS接收机）及天线、设置和显示使用电子手薄。

3）中继站电台：为了扩展GPS RTK作业范围和距离，必要时可以在基准站和流动站之间设立中继站电台。 4）无线电数据链：

① 基准站发射电台：一般为外置的电台。

② 流动站接收电台：可以内置在GPS接收机内部，也有外置的电台。 ③ 中继站电台：可以转发接收站信号，既接收机准站发送的信号又将接收信号发送出去,一般是的外置电台

（2）流动站：主要由一台或多台GPS接收机、GPS天线、接收电台及通讯天线组成,其作用是接收参考站所发射的各种观测信息,再对其与参考站间基线进行解算，实时获得该点坐标。

（3）随机软件,主要用于处理数据及形成成果数据文件.

1）电子手薄:由于GPS RTK作业过程中流动站一般将GPS接收机和电台背在背部为了建立测量项目、建立坐标系统,设置测量形式和参数、设置电台参数实时阅读、存储测量坐标和精度，设计放样坐标或参数、指导放样等，一般采用手持式的电子手薄比较方便.

2。2.3 GPS RTK技术优点

与静态GPS的比较RTK有以下优点：

（1）测量外业容易受到地形、气候、季节、森林覆盖等诸多因素的影响,使测量精度、作业速度都受到很大，在能见度低、难通视的情况下，有些测量作业根本无法进行。而GPS实时动态测量（RTK）技术的出现，较地解决了这个问题。

(2）定位精度较高，数据也安全可靠，测站间无需通视。在没有现成基准控制点或基准点被破坏而造成的控制点不足的地区和由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区能进行快速的高精度定位计算。

（3）综合测绘能力强，作业集成度高，易实现自动化,可胜任各种测绘内、外业。参考站能够为不同用户提供多路多项信息输出服务，流动站利用内装式软件控制系统，无需人工干预便可自动进行整周未知数的动态初始化解算，使辅助测量工作极大减少，作

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业精度也完全由它来控制、记录并呈现给指挥管理中心,从而使自动化作业指挥系统的建立成为可能。

（4）操作简便，容易使用，对作业条件要求不高，数据输入、处理、存储能力强，与计算机、其他测量仪器通信方便.随着微电子技术的进步，GPS RTK 接收机的性能不断改进，使用起来相当容易,在任何条件下都能操作。集成化GPS RTK接收机已经问世,例如leica公司推出的MCGPS1000 接收机,能实时地提供每秒10 次厘米级GPS定位成果输出，而点位成果的时间延迟不超过0。03s

（5）作业人员少，定位速度快，综合效益高。接收机仅需一个人操作，在待测点呆上1、2秒即可获得该点坐标。其他辅助费用少，外业效率高;内业便于利用计算机处理,集成度高，节省人力.

2。2。4 GPS RTK定位的关键技术

RTK(Real Time Kinematic)实时动态测量其基本原理为载波相位实时差分，因而流动

站不仅要接收卫星信号，而且要接收基准站的信号，由机内处理软件进行实时差分处理，求解测站点与基准站间的基线向量.进行GPS RTK定位时，基准站将观测值及其已知坐标通过数据链发送给流动站，流动站不仅采集GPS观测数据还要接受通过数据链电台送来的基准站数据，并在流动站上形成差分观测之后实时求出流动站坐标,其精度可达到厘米级，GPS RTK关键技术有如下几点： （1） 数据传输技术

GPS RTK技术要求基准站实时向流动站发送信息，要求信息发送量大，数据可靠及误码率小，移动数据通信技术促成GPS RTK数据传输技术的成熟。数据传输速度不低于9600波特率，无中继站传输范围也可达到20km。 （2）数据处理技术

实时厘米级定位精度GPS测量要求快速解出整周模糊度，因而需要实时处理相位搜索判断相位观测值的初始整周模糊度，常用搜索方法有:FARA法,OTF法.FARA法最早由Frei.E和Beulter。G提出用于快速静态GPS作业方案上,以整体统计理论为依据，在某已知值的解空间内，搜索一组方差和最小的似然函数整周数的解集,判断最有显著性，观测时间减少到5分钟左右。随后，又出现组合波搜索技术和目前的Z跟踪技术以及共同跟踪技术；科技的发展令人目眩，2000年Ashtech又推出采用instant—GPS RTK的Zxtreme接收机；随着GPS在动态定位领域的发展，特别是GPS RTK技术的发展，专家学者提出了各种求解动态测量中相位整周模糊度的OTF。总体上来讲，按其所用数学思想的不同.OTF法可分为四类：双频伪距法，模糊度函数法,最小二乘搜索法和模糊度协方差阵法。 (3）坐标转换参数的求解

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在GPS静态测量中，不同坐标系的坐标转换是在数据后处理时进行的，而对于RTK测量，要求实时得出待测点在实用坐标系（1980年西安坐标系、1954年北京坐标系或地方坐标系等)中的坐标，因此，坐标转换问题就显得尤为重要。

坐标转换参数的求解方法，一般是在RTK作业前首先在测区做一定数量的静态GPS控制点,与地方坐标系的控制点联测,以同时获取GPS点的WGS—84坐标系统坐标和地方坐标系统坐标，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，如果测区内的已知控制点己经有地方坐标系坐标和WGS-84坐标系坐标，则可直接利用随机软件求解坐标转换参数。

求解坐标转换参数所使用的已知控制点（通常称作基准点)的精度、密度及分布状况对坐标转换参数的求解质量有着直接影响。因此,所选定的基准点要求精度要高，并且应均匀分布在测区周围,基准点的数量视测区的大小一般取3-6点为宜，一般地，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，经比较后选择残差较小、精度较高的一组参数使用。

由于坐标转换参数求解精度与已知点两套坐标的精度和区域内点位的分布有关，因此坐标转换参数是有区域性的,它仅适用于已知点所圈定的区域和临近地区，其外推精度明显低于内插精度，因此,在一个测区求解的坐标转换参数不能直接应用到其它测区。 （4）基准站的设置

GPS卫星处在2×104km多的高空，从卫星发出的信号到接收机接收,中间要经过电离层、对流层以及来自多方面的干扰，其信号一般十分微弱,通常只有50～180dB。同时，由于RTK数据链采用超高频(UHF）电磁波,它的传输距离与接收天线的高度、地球曲率半径以及大气折射等因素有关。因此，要提高GPS信号接收的质量，基准站必须远离各种强电磁干扰源(如微波站、寻呼台发射塔、变电站、高压线、电视台等)；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、大型建筑等）；另外，要求基准站电台天线和移动站天线之间无大的遮挡物(如高层建筑物、高山等)，且天线应尽量设置高一些,以提高数传电台的传输距离。 （5)作业半径的

移动站离开基准站的最大距离称作RTK的作业半径，它的大小取决于基准站电台信号的传输距离，且对RTK测量的速度和精度有着直接影响.

GPS RTK技术在应用中遇到的其中一个问题就是参考站校正数据的有效作用距离,GPS误差的空间相关性随参考站和移动站距离的增加而逐渐失去线性，因此在较长距离下(单频〉10km，双频>30km)，经过差分处理后的用户数据仍然含有很大的观测误差，从而导致定位精度的降低和无法解算载波相位的整周模糊度。所以，为了保证得到满意的定位精度，传统GPS RTK作业距离都非常有限。

目前，常用的单、双频RTK系统的数据链电台多为美国PC公司的35W(基准站)和2W（移动站）电台.实验表明，当两山顶能够通视,移动站距基准站47km时，也可收

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到差分信号，但是，在城镇作业时，如果两点之间有较高的房屋遮挡，即使相距1km也很难进行RTK测量。

近年来，随着GPS技术的不断完善，仪器制造商竟相采用先进技术，有效地扩大了RTK的作业范围。例如山东省地质测绘院使用的Trimble5700双频GPS接收机所采用的RTK技术，通过对GPS内部处理器、天线结构的改造以及对实时数据处理软件的完善，采用自适应双频处理技术，最大限度的利用L1和L的码及载波相位观测值,在使用Tirmmark3-25W电台进行数据链传输时，其单机站RTK的覆盖范围可达1250km2，即RTK测量的作业半径为20km，且定位精度可达1cm±l×10-6D(水平）和2cm±2×10—6D（垂直)。但是,如果在建筑物或树木比较多的地区作业，移动站接收电台的信号会比较弱且容易失锁而且高程精度较差。因此，RTK的作业半径控制在10km以内为宜，当信号受影响严重时，还应进一步缩短作业半径，以提高RTK测量的精度和速度。 2。2。5 GPS RTK的局限性

GPS RTK也有其局限性，了解其局限性可确保GPS RTK测量成功，最主要的局限性其实不在于GPS RTK本身,而是源于整个GPS系统;如前所述，GPS依靠的是接收从地面以上约两万公里的卫星发射来的无线电信号，相对而言，这些信号频率高、功率低，不易穿透可能阻挡卫星和GPS接收机之间视线的障碍物;事实上,存在于GPS接收机和卫星之间路径上的任何物体都会对系统的操作产生有害影响，有些物体如房屋，会完全屏蔽卫星信号。因此,GPS不能在室内使用，同样原因，GPS也不能在隧道内或水下使用，有些物体如树木会部分阻挡、反射或折射信号；GPS信号的接收在树林茂密的地区会很差,树林中有时会有足够的信号来计算概略位置，但信号清晰度难以达到厘米水平的精确定位。因此,GPS RTK在林区作业有一定的局限性，这并不是说，GPS RTK只适用于四周对空开阔的地区，总结RTK的局限性表现为: （1）多路径效应问题

这也是静态GPS、快速静态GPS技术所面临的问题.多路径效应是RTK定位测量中最严重的误差,一般情况下，多路径误差在1—5cm，且多路径误差的大小常以5—20min的周期变化.多路径效应如图2-3：

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反射波 直射波 河南理工大学本科毕业论文

图2-3 多路径效应示意图

(2） 受卫星状况

在高山峡谷深处、密集森林区及城市高楼密布区，卫星信号被遮挡时间较长，使一天中可作业时间受到。 （3）环境因素的影响

中午GPS受电离层干扰大，共用卫星数少，常接收不到所需卫星，因而初始化时间长甚至不能初始化，也就无法进行动态测量.另外，RTK信号还受反射物(大面积水域、大型建筑物）、高压线、电视台、无线电发射站、微波站等干扰源的环境影响。 （4） 数据链传输过程中的干扰

动态数据链传输易受到障碍物如高大山体、高大建筑物和各种高频信号源的干扰，在传输过程中衰减严重，严重影响测量精度和作业半径。 （5)初始化（确定整周模糊度)的时间和可靠性问题

初始化是RTK系统能否实时准确定位的关键，其置信度通常为95％~99％，且缺乏检核条件，个别点可能会出现粗差，在山区、一般林区及城镇密楼区等地作业时,GPS卫星信号被阻挡机会较多,容易造成卫星失锁。参考站数据信号中断，经常需要重新初始化，测量的精度和效率都受影响。 （6) 测量成果的精度及可靠性问题

RTK测量的精度和稳定性都不及全站仪，特别是稳定性方面，这是由于RTK较容易受卫星状况、天气状况、数据链传输状况影响的缘故；不同生产厂家的RTK作业系统,其测量精度和稳定性差别较大，可靠性随流动站距参考站的距离增大而降低,误差会随距离的增加而增长，误差增长使流动站与参考站的距离受到. （7)高程异常问题

RTK作业模式要求高程的转换必须精确。但我国现有的高程图异常在有些地区，尤其是山区存在较大误差，在有些地区还是空白，这就使得将GPS大地高程转换至海拔高程的工作变得相当困难，精度也不均匀。因此在进行转化的时候必须注意以下几点：

1) 控制点的数量应足够；一般来讲，平面控制应至少三个，高程控制应根据地形

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地貌条件,数量要求会更多（比如五个或以上）以确保拟合精度要求。

2) 控制点的控制范围和分布的合理性；控制范围应以能够覆盖整个测区为原则，所谓分布的合理性主要是指控制点区域分布的均匀性。

3） 每个控制点应具备相互位置关系精确的WGS—84大地坐标，以确保转换关系的正确性。

(8） 电台电量不足问题

RTK耗电量较大，需要多个大容量电池、电瓶才能保证连续作业，尤其在电力供应缺乏的偏远作业区会受到严重，同时得到的数据也有可能出现问题。 （9) 形成不了闭合环，缺乏检核条件

由于在GPS RTK测量中，形成不了闭合环，缺乏检核条件,因此有其先天的缺陷性，也正是由于信号可能被树木、或者障碍物等妨碍，使得GPS RTK的测量受到了很大的。

2。2。6 RTK测量应注意事项

GPS RTK技术已为测量界普遍地接受,并得到越来越广泛的应用,不断尝试新的方法，提高RTK观测精度，拓宽RTK的应用领域,是测量工作者一直努力的目标。这次RTK图根控制测量试验用实践证明了RTK做图根控制的可行性，展现了RTK的优越性，当然我们也应该认识到RTK自身所存在的不足,积极探索,创造更实用、更经济的测量方法,为测量事业做贡献。通过此次设计试验,可以得出以下结论和建议:

(1）RTK用于图根控制测量是完全可行的，可以代替常规测量方法进行图根控制测量；RTK可以代替全站仪等进行导线测量，RTK方法比传统方法大大节省人力；其作业效率是传统方法的3~4倍；

（2) 基准站和流动站的距离有一定的.要求达到厘米级精度时，基准站和流动站距离不能超过15km,达到亚厘米级精度时距离不能超过10km.RTK作图根控制的观测时间,不能太短，也不需太长，3～5min可，这样既可保证精度,又可保证效率；采样率为3～5s均可，不会对测量结果产生大的影响；

(3）图根控制测量前要对已知点进行检核。控制点布设时应避开高压线、高大建筑物、大面积水域，实在无法回避的地方应采取增加观测时间、增加观测次数来提高精度.RTK在树多、靠近房屋的地方接受信号难，固定太慢，此时除要尽量使RTK基准站立在较为有利的地方外,若用全站仪与GPS RTK技术联合作业，可以优势互补,大大提高作业效率；

（4） 基准站和流动站必须有4个以上公共卫星，当信号受阻、卫星失锁时应重新进行初始化。一般要求RTK在一个工作区域范围内至少有4个校正点，而且最好使工作区域包含在校正点所形成的区域内，因在之外的工作区域测量精度会有所降低，随距

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离渐降。校正点宜尽量在工作区域外围分布均匀;

（5） 使用Trimble RTK设备时,测量完一个校正点后储存，此时弹出的界面是用来显示已知点坐标与测得的校正点坐标之间残差的,一般在lcm左右，如果发现有几个厘米的或更大，说明已知点坐标精度比较低或有误，可换个已知点或删除不用；

RTK进行测量的同时要不断改进其不足，利用其优势为我们提高工作效率，创造更多的经济和社会效益。

为了保证RTK测量的精度、速度（初始化时间)和可靠性,除了正确求解坐标转换参数、合理设置基准站和作业半径外，在RTK测量中还应注意以下几点: (1)观测卫星的图形强度要高

在进行坐标解算时，所采用的卫星数越多,分布越均匀，则GDOP值越小，RTK的精确性和可靠性越高，且初始化的时间也越短。因此，一般情况下，在接收卫星数保持5颗以上，且GDOP〈6时，才能进行RTK测量。 （2） 作业员的责任心要强

作业员的专业水平、经验和责任心对RTK成果的精确性和可靠性有着严重的影响。作业时,接收机的对中、整平、天线高的量取及已知点坐标输入、坐标转换参数及天线高等数据的任何误差,都将影响RTK测量的全部坐标.因此，要求作业员必须具有强烈的责任心,认真严格地按规程操作。另外，对仪器基座和测杆上的水准器等必须定期严格校正，以避免系统误差的影响。 （3）观测成果要注意检核

为了保证RTK准确性，作业中必须注重成果的检核,在进行RTK测量时，先要用电子手簿操作进行坐标转化等问题，因此,新测的坐标必须先要到已知点上进行测量，从手簿上可以看到坐标与精度显示,如果坐标显示与已知坐标很接近，至少在米级相同时才可以进行测量,从而确保坐标转化的准确性。 2。3 RTK常规操作流程

以中海达HI-RTK为例介绍其常规操作流程.如图2-4，基准站架设在非已知点,坐标椭球为“北京—54\"椭球，坐标系为自定义坐标系，子午线为本测区子午线（114:00），施工坐标分别为：（单位：米）=12986 ，=12436， 具体操作流程如下：

（1)基站设置

=56;

=10000 ，

=10000 ，

=40 ；

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图2—4基站设置

1）连接好GPS，将GPS对中、整平（最好在C点做个临时点位标记，以便下次作业；若只测一次，则可以不做标记且不用对中)

2）打开GPS主机电源,在GPS主机的面板上设置GPS接收机为BASE(基站）模式

（2)、手薄设置

1）运行手薄上的RTK程序 按电源键打开GPS+手簿，双击桌面上的HI—road RTK。exe文件，打开道路测量软件.

图2-5测量界面

错误!、点击【项目】→【新建】→ 输入项目名 →【√】

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图2-6新建项目

错误!点击左上角下拉菜单【坐标系统】 设置坐标系统参数,如图2-7

a．点击椭球选项，源椭球选择WGS84，当地椭球选择北京54或者国家80，其它不需改

图2—7坐标系统参数设置

b。再点击设置投影参数， 设置子午线经度（度：分:秒）示例输入114:00:00 c选择转换模型：椭球转换模型选无

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图2-8模型转换示意图

d。平面转换 模型选择无 e.高程拟合模型选择无

图2—9平面转换、高程拟合

f.依次各个设置好后，点击文件，输入一个坐标系统的名称，再点击保存 ，文件保存成功，点击确定。

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图2—10输入坐标系统

3）打开GPS选项，点击接收机信息下面的连接GPS,通过蓝牙连接上后会弹出所连GPS主机的机身编号，点击OK

图2—11蓝牙连接GPS

4）点击GPS，再点击接收机信息，点击 “基准站设置\"(进入“设基站”属性页)固定基准站坐标

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图2-12基准站设置

5)采集单点定位解 点击“平滑”按钮 (采集单点定位解），软件自动进入平滑界面, 并自动平滑10次，当软件自动平滑采集单点定位解结束后，点击【√】。输入天线高，点击确定,当主机面板上的信号灯正常发射后,基准站设置成功。并断开GPS。

图2-13采集单点定位解

（2）求转换参数

1）建立控制点库：点击项目，打开控制点库，点击添加按钮，输入点名和相应的坐标,再点击【√】.

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图2—14建立控制点库

2）在A点架好移动台

错误!打开GPS主机电源,在GPS主机的液晶面板上设置GPS接收机为（移动站)模式 错误!用蓝牙连接好移动台，将GPS天线对中、整平。

a. 进入测量主界面，当显示固定后才可以采集坐标，当移动台对在已知点上对中好后，就可以按平滑记录采集了，平滑完后按√。然后输入点名和天线高。

图2-15平滑记录采集

b.在B点架设GPS,重复上面（2）的操作步骤

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图2-16基站设置

c。求转换参数，如图2—17

图2—17参数转换

d。计算类型选择四参数+高程拟合，高程拟合模型选择固定差改正，然后点击添加,在源点中导入刚刚采集的记录点，在目标中导入输入的相应控制点坐标，点击保存。

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图2-18参数转换

e。再输入另外一点，然后点击解算，四参数的结果DX和DY一般较小，旋转在0度左右,缩放最好在0.9999-1。0000之间，平面和高程残差越小越好，确认无误后,点击运用.这时会弹出坐标系统，平面转换和高程拟合都应用了新数据点，保存即可。

图2—19参数转换

3)碎部测量

点击测量，即进入碎部测量模式，点击小红旗或者按手簿上的F2键,采集碎部坐标。数据保存在记录点库里，记录点库可以在左下角打开。

图2—20碎部测量

4）放样

点左上角碎部测量选择2点放样，再点左下角那个箭头进行选择放样的点，然后

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根据提示进行放样.在放样的过程中可以进行碎步点采集,同样是按小红旗或者F2键。

图2—2放样

5）碎部数据成果导出

在点击左上角按钮，打开记录点库，选择右下角的导出按钮，选择对应的格式，在上面输入文件名，然后点确定就可以导出了。

图2—22导出碎部数据

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3 GPS RTK用于图根控制应用的研究

3。1研究实例一 3.1.1 实验概况

实验地点选在河南理工大学南校区,南校区地势平坦，视野开阔，控制点也比较多，有利于GPS点的选取和观测。

图3—1 第一组图根控制点分布图 图3-2 第二组图根控制点分布图

该测区有No．1、No．2、No．3、No．4、No．5、No．6、No．7 和K0、K3、K4、K5、K7、K8、K11、K12共15个点，它们的坐标先用三等导线测量得到。第一组点（图3—1） No．2、No．3、No．4、No．5、No．6、No．7 以No．1为基准站,用RTK测量另外各个点的坐标.第二组点（图3-2）K3、K4、K5、K7、K8、K11、K12以K0为基准站，用RTK测量另外各个点的坐标。 3.1.2 实验方法

GPS RTK测量所用的仪器为Trimble 5800 RTK测量系统，实验步骤如下： （1)将基准站架设在已知的No．1控制点上，启动手簿跟基准站连接，输入基准站已知的WGS—84坐标，然后将手簿与基准站的连接断开；

（2）流动站开机,等待接收机初始化，初始化完成后，将手簿和流动站连接后就可以开始RTK测量，注意在连接流动站的时候．流动站距离基站至少在30m之外,防止此时连接时手簿又和基准站连接，在确保连接上流动站后才可以进行RTK测量；

（3)在测量各检测点前先往手簿中的控制点库输入已知点的地方坐标和高程,用流动站测量出这些已知点的WGS-84坐标,计算本测区的坐标和高程转换参数;由于实验区域(河南理工大学南校区)地势比较平坦，且整个测区面积不到1km2，因此测区的坐标平面转换参数和高程拟合参数直接用Trimble 5800接收机手簿里自带的计算软件分别按四参数法和平面拟合法求得，之后就可以对各个点开始RTK测量.

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（4）手动采集测量数据，当手簿提示所测点的精度已经达到固定解(窄带）时，手动记录下该点数据，其它各点的测量依此进行，直至所有点观测完成,第二组点也是如此，本次实验流动站的观测均用手扶作业。

利用RTK进行图根控制测量应注意以下问题:

（1）图根控制测量前要对已知点进行检核。控制点布设时应避开高压线、高大建筑物、大面积水域，实在无法回避的地方应采取增加观测时间、增加观测次数来提高精度.

（2）基准站和流动站的距离有一定的。要求达到厘米级精度时，基准站和流动站距离不能超过15km，达到亚厘米级精度时距离不能超过10km。当超过这个距离时，定位精度就可靠。

(3）基准站和流动站必须有4个以上公共卫星，当信号受阻、卫星失锁时应重新进行初始化。

3.1。3 精度评定及结论

对两次测量成果进行对比分析，结果如表3-1、表3—2所示,其中ΔX、ΔY、ΔH分别表示导线测量和RTK测量得到的点的横坐标和纵坐标的差值以及高程的差值。

表3-1 第一组RTK成果与全站仪数据对比（No。1为基准站） 单位:m

点名 No.2

No。3 No.4 No.5 No.6 No.7

X

432。4828 432。4661 197。5108 197.5043 240.8130 240.8200 273.7252 273.7515 303。2461

Y

H

ΔX

ΔY

ΔS 0。018

0。008

0。008

0。042

0。042

0.050

ΔH —0.031

—0.028

—0.025

—0.011

-0.021

—0。025

1709.1202 95。3 1709.1137 95.420 1745.9956 95.409 1746。0010 95.437 2055.1319 95。529 2055.1282 95。554 2290。6068 94。129 2290.5742 94.140 2501.6005 93.744 0.017 0。006

0。006 -0。005

—0.007 0。004

-0。026 0.033 —0。017 0。039

—0.022 0.046

303。2634 2501.5619 93。765

328。3555 2681.0624 93。215 328.3770 2681.0160 93.240

由表3—1可得X坐标的差值（绝对值)最大为0。026m，Y坐标的差值（绝对值）最大为0.046m，点位误差(绝对值)最大值为0。051 m。

计算可得RTK测量精度X 方向Mx=±=±0。028m，点位精度Ms=±0.033m。

31

[]n=±0。017m，Y方向My=±[] n河南理工大学本科毕业论文

表3-2 第二组RTK成果与全站仪数据对比（K0为基准站) 单位：m

点名 K3 K4 K5 K7 K8 K11 K12

X

Y

H

ΔX -0。008

0。022 0.010 0。014

ΔY 0.003 -0.004

ΔS 0.009 0.015

ΔH —0。

777。9911 2467.29

94.156

055 -0.028 —0。

836.9462

2888.3659 93。921

032

836.9319 2888。3703 93。953 861.8691 3066。3016 93。784 777。9995 2467.2618 94。211 796。8492 2601。9559 94。128 796.8270 2601。9485 94。162 654。7042 2621.8654 94。226 654.6940 651.1934

2621.8528

94.226

765。4773 2377.9985 94。194 —0.005 765。4823 2377.9748 94。211

0.024 0。024 -0.017

0.007 0。023 -0.034 0.013 0。016 0.000

651。1726 2596.6225 94。349 -0。021 0。008 0.022

2596.6144 94。377

861。8560 3066。3296 93.744 —0。013 0.028 0.031 -0。040

由表3-2可得X坐标的差值（绝对值）最大为0。022m，Y坐标的差值（绝对值)最大为0。028m，点位误差（绝对值）最大值为0。031 m.

计算可得RTK测量精度X方向Mx=±=±0.015m,点位精度Ms=±0.021m。

因此通过RTK和全站仪测量结果进行比较，可以得到RTK测量成果可靠,观测的稳定性很好.在正常情况下保证有较好的布设方案和观测条件下,RTK测量在平面坐标上较差都在5cm以下，效果良好，RTK测量结果的精度较高. 3.2研究实例二 3。2.1 工程概况 (1)工程及仪器概况

南水北调中线干线一期工程河北省高邑赞皇段（HBZTJ9—7），地形南北高差25m，渠道长度15km，共布置各类交叉建筑物26座，包括渡槽1座、排洪涵洞1座，左岸排水4座，分水口门2座，渠渠交叉2座，该区域经常有雾不便于全站仪全天候作业，因此利用GPS RTK进行实时动态放样.

南方（灵锐S—86）双频接收机4台.静态平面精度：±3mm+1ppm；静态高程精度：

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[]n=±0.015m，Y方向My=±[] n河南理工大学本科毕业论文

±5mm+1ppm;静态作用距离：优于100km；RTK平面精度：±1cm+1ppm；RTK高程精度:±2cm+1ppm;RTK作用距离优于8km。 （2）平面控制网的布设

GPS控制网的基准点的精度对整个测量作业的精度造成很大的影响，渠道干线采用设计单位提供的C级GPS静态测绘点，水准等级为二级，高程系统采用国家1985高程基准，平面系统采用1954年北京坐标系统，1°分带。在C级GPS点下布设一级导线网,用四台南方S-86GPS同步进行静态测量。高程网及施工区附近的二等水准点为基准，采用符合水准测量方法，公布设了28个四等 GPS点。在布网时对基准点进行了筛选，采用按边连式三角布网，采用静态方法观测方式沿渠道的方向每0。5km~1km布设一个平面控制点。为了便于施工放样,沿渠道、构筑物附近利用全站仪加密布测了四等平面控制点控，用于渠道结构边线及构筑物放样、渠道现状的数据采集及渠道中桩放线时的检核，观测方式采用RTK进行观测。控制网如图3-3 （3）基准站设置及参数转换

我们按照渠道施工放样的规范要求15个GPS控制点兼作高程控制点，并通过分布均匀的已知三等水准数据进行曲面拟合法计算，得出各点的高程.以这些控制点作为GPS的基准站。对于GPS坐标参数的转换，我们使用的是南方灵锐S86型双频接收机由已知控制点求出四参数，然后在现场对这些控制点进行检核测量。

图3-3 南水北调工程7标段施工加密控制网平面控制图

(4）RTK施工应用 1） 地形图测绘

对于研究区域内的地形图绘制我们利用一台基准站，三台移动站沿渠道沿线及各个

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构筑物局部地形的测绘，对于一些地形低洼的地区由于GPS信号较弱我们采用全站仪与RTK相结合的方式进行局部测绘。

2） 线放样

在放样之前，首先在卡西欧5800中编好所要放样里程内的计算程序，然后在手薄中输入要放样的中线曲线要素，在手薄中自动生成线路图.在放线过程中,手薄中实时显示里程、偏距、实地高程，我们可以根据偏距在卡西欧计算器中结合设计算出所测点的设计高程，从而方便快捷指导渠道的施工。

3） 纵横断面测量

本工程包括了涵洞、渠道和倒虹吸等多个分项工程，纵、横断面测量工作量大、工期紧、精度要求高，若采用常规的地面测量方法，不仅效率低，而目很难保证测绘成果质量.本项目中采用RTK技术，按照中心桩号进行纵横断面测量的方法进行放样、收方，这样既保证了精度又节省了时间、人力物力，提高了效率.

3.2.2 实验方法

GPS控制网的基准点的精度对整个测量作业的精度造成很大的影响，渠道干线采用设计单位提供的C级GPS静态测绘点，水准等级为二级。在C级GPS点下布设一级导线网,用四台南方S—86 GPS同步进行静态测量。高程网及施工区附近的二等水准点为基准，采用附合水准测量方法，共布设了28个四等 GPS点.在布网时对基准点进行了

筛选，采用按边连式三角布网,采用静态方法观测方式沿渠道的方向每0.5km～1km布设一个平面控制点。对于本施工区的28个GPS四等加密控制点用控制点（ⅡML153、Ⅲ201、ⅡML141）建立模型，利用南方测绘GPS数据后处理软件4。4版进行数据平差处理，用点Ⅲ211-1、Ⅲ210—1、Ⅲ209-1进行检查（结果如表3—3），坐标平差后点位精度dxmax=1。876mm，dymax=1.763mm，dsmax=2.574mm，高程值不超过±6。1mm，其精度要求完全达到RTK采点的要求。

表3—3 静态GPS测量坐标平差后点位精度表

点名 M141 L142 Z033 Z034 Z021 Z022 Y020 L001

X 74484。28 73915。38 72799.52 73350。33 67280。55 67708。60 66833。96 66228.55

Y 40968。2 41273。694 40954。246 40685.374 41746。961 41662.502 41950.985 41967.236

34

ΔS（mm） ΔX（mm） 0。000 0。000 0.991 0.826 1.761 1.0 1。755 1.7

0。000 0。000 0。723 0.582 1.288 1.209 1.280 1。394

ΔY （mm) 0.000 0.000 0.678 0.587 1.201 1。107 1。200 1。287

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Y019 Y017 点名 Z016 Z018 Y015 Z013 Y014 Y012 Z012 2031 Y010 Z008 Y009 NJHZ Y007 Y006 Z003 Z005 Y004 Z001 Y002 201 M153

630。09 65869.49

X 65566。78 66029.03 65566.02 703。00 650.88 401。88 429.77 63504。04 63523.46 62628。66 63053。79 62032.59 62313。25 61959.79 61569.05 61779.50 61797.46 61203.96 61492.21 61102.02 61092.31

42032。233 42305。930 表3-3续

Y 42267。493 42037.739 42513。994 42818.402 42780。299 42968.772 42775.802 42473.497 42938。021 42769.622 42922.082 43170。390 43202。933 43692.952 44204.839 43815。830 43999。100 44452。272 44444。309 44365。854 43880.401

1。8 1。972

ΔS（mm) 2.062 1。970 2.062 2.180 2。180 2。281 2.281 2.335 2.335 2。395 2.387 2。428 2。428 2。479 2.551 2.479 2.541 2。574 2。574 0.000 0。000

1.394 1.453 ΔX（mm) 1。493 1。441 1.493 1。583 1.583 1.667 1。667 1.702 1。702 1.752 1。748 1.770 1.770 1.804 1.859 1.804 1。850 1。876 1.876 0。000 0.000

1。287 1.334 ΔY （mm） 1。423 1。344 1.423 1.499 1.499 1.557 1。557 1。599 1。599 1.634 1。626 1.661 1.661 1。700 1。747 1。700 1。743 1。763 1.763 0。000 0。000

3。2.3 精度评定及结论

对四等的控制点应用GPS RTK对一些基准点进行了检测，流动站最大距离为1。1km，最近距离为280m，平均距离为0。67km,全部施工区共检测基准点43点.

由表3-3可得X坐标的差值（绝对值）最大为1。876mm，Y坐标的差值（绝对值）最大为1。763mm.计算可得RTK测量精度 X方向Mx=±点位精度Ms=±2。021mm

由以上比较可知:

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=±1。474mm， Y方向My=±\\

=±1。382mm

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（1)RTK与GPS静态测量的坐标值（以静态测量值为坐标真值），在平面坐标上较差较小，RTK测量精度较高，成果可靠。

（2）采集的基准点精度符合《工程施工规范》要求，且观测稳定性良好。 （3）在保证有较好的布设方案和观测条件下，RTK测得四等GPS点平面坐标与静态GPS测设的精度比较接近，完全满足施工开挖控制测量等要求.

GPS RTK 技术在渠道施工测量中具有优越性，特别是对于土石方渠道开挖的作业，可方便的完成横断面复测、渠道中、边桩放样等工作，需要的人力少,定位精度高,放样速度快、控制距离长、测站间无需通视，在没有现成基准控制点或基准被破坏而造成的控制点不足的地区,或由于地形复杂、地物障碍而造成的难通视地区能进行高精度的定位计算，综合测绘能力强，对作业条件要求不高,数据输入、处理、存储能力强，与计算机通信方便,易实现自动化作业,操作简单，容易使用。

对于渠道施工中作业量最大的边桩放样,只需采用卡西欧编程计算器编制好相关的计算程序,测量人员即可在走动中实现随机、动态的边桩放样，不用任何现场计算操作,实现施工测量的轻松放样

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4 结论与展望

4。1 结论

本文研究了GPS RTK定位原理,布网方案、成果精度等,通过实验的方法检验了GPS RTK定位精度与传统的全站仪及GPS静态观察获取的点的坐标的精度，主要结论归纳为以下几点：

（1）通过对RTK和全站测量河南理工大学校区控制点的结果进行比较,可以得到RTK测量成果可靠，观测的稳定性很好.在正常情况下保证有较好的布设方案和观测条件下，RTK测量在平面坐标上较差都在5厘米以下，部分平面坐标较差还在毫米级，因此，RTK测量结果的精度较高。

（2) 通过对南水北制点检测结果与用静态测量的坐标值相比较，最大差值Δx=1.20cm，Δy=0。94cm,Δz=2.11cm。由以上比较结果可知，RTK测得四等GPS点平面坐标与静态GPS测设的精度比较接近，完全满足施工开挖控制测量等要求. (3)在进行RTK图根控制测量时，高大的建筑物、大量的树木、高压线、大面积水域会对RTK数据成果有一定的影响，所以在进行观测时要尽量避免高大的建筑物、大量的树木、高压线、大面积水域这些对测量成果造成影响的因素，以提高RTK图根控制测量的精度。

（4)观测卫星的图形强度要高，作业员的责任心要强，观测成果要注意检核，这些也是保证GPS RTK图根控制测量精度的因素，要严格遵守操作规程。 4.2展望

（1）随着测绘行业的发展，在未来的研究中,GPS RTK的利用前景将会越来越广阔。需要继续对GPS RTK在图根控制测量中成果的精度研究，可以从一些外界因素干扰的情况下进行测量，如高大建筑物、大量树木等附近，分析这些因素对RTK成果影响有多大，以便采取措施提高成果质量。

(2)GPS RTK在隐蔽地区测量的研究将成为以后RTK技术研究的重点.利用多种全球定位系统组合，如可以利用能够接收到GPS、GLONASS、Galileo的卫星信号的接收机来使隐蔽地区能够接收到更多的卫星信号,以适应信号弱的隐蔽地区。

（3）利用多种仪器组合，如将RTK与全站仪组合或与陀螺仪等测量仪器进行组合形成新的测绘仪器，从而能更灵活、方便的使用仪器在各种地形中进行测量工作，新技术的发展也必将进一步推动地形测量技术的发展。

（4）GPS RTK技术的强大功能与潜力尚未充分挖掘,与GIS集成、实时控制、综合自

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动化作业是其热点研究领域，我们有理由相信它在有关行业的应用中会更广泛、深入。

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致 谢

本研究及学位论文是在我的导师副教授的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严谨的治学态度、渊博的学术知识、诲人不倦的敬业精神以及宽容的待人风范使我获益颇多.从课题的选择到项目的最终完成，都始终给予我细心的指导和不懈的支持。谨向致以最衷心的感谢。两年多来,李教授不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，再次向致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起愉快的度过本科生活的梅园三号楼402的各位室友，感谢我们伟大的测绘09—05班，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成，四年来你们给了我太多太多。

四年大学，白驹过隙,在这里我成长了许多，交到了知心朋友,学到了专业知识，很想说,大学我不想离开……

在论文即将完成之际，我的心情无法平静,从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的谢意!

感谢我永远的母校，河南理工大学，我的学院，测绘与国土信息工程学院！ 最后，我要特别感谢我的家人，我的父母，没有你们含辛茹苦的养育，就没有今天的我.

愿把我的幸福和快乐都送给关心和支持过我的人,也愿他们一切如意。

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参 考 文 献

［1] 郭建东。GPS RTK测量的方法与精度试验。测绘科学,2006，31（3）：59-61。

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［3］ 潘宝玉，李宏伟。GPS RTK技术的特点及提高成果精度的技术关键.测绘工程.2003，12（4)：46-49

［4] 罗满建，廖超明,冯一军。GPS RTK测量精度检定方法探讨。工程地球物理学报.2004(12)：31-33 ［5] 张孝军，林云发.GPS RTK技术的测量精度探讨。人民长江。2005，36（10)：46-47

［6] 董平、吴成云。GPS RTK技术在大比例尺地形测图图根控制。铜陵：安徽铜陵市八一二地质队。2008

[7］俞永军。GPS RTK在图根控制测量中高程精度的探讨。杭州:浙江省水利水电勘测设计院。2008 [8］ 张志勇.双基准站GPS RTK检测及精度分析.测绘通报.2004(7）：21-23

[9] 王志康.GPS RTK技术在图根控制测量中的应用研究。山西：山西省地球物理化学勘察院测绘公司.2004

［10］ 王治军.GPS RTK技术在数字化图根控制测量中的应用。益阳：益阳市国土资源规划设计测绘院.2011

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[12］ 钱林春.GPS RTK在图根控制测量中的应用。哈尔滨：黑龙江第-测绘工程院.2007

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[14］ 谢文斌。GPS RTK在图根控制测量中的应用。鹤岗:鹤岗市城市规划设计院测量队.2008

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