一种基于BDS/GPSRTK的地下管线测量方法 |
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申请号 | CN201510400348.4 | 申请日 | 2015-07-09 | 公开(公告)号 | CN105005019A | 公开(公告)日 | 2015-10-28 |
申请人 | 厦门精图信息技术股份有限公司; | 发明人 | 杨浩; 童丽闺; 乔志勇; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及北斗通信技术领域,具体涉及一种基于BDS/GPS RTK的地 下管 线测量方法。包括以下步骤:1)在坐标已知的管线测量点上设置1台BDS/GPS RTK接收机为基准站,在坐标未知的管线测量点上设置至少1台BDS/GPS RTK接收机为流动站;2)基准站根据不同观测历元接收到的卫星 信号 ,计算出伪距观测值、载波 相位 观测值;3)基准站实时将计算得到的伪距观测值、载波相位观测值,以及基准站坐标通过无线通信网络传送给流动站;4)流动站利用载波相位观测值,根据建立的双差观测值模型进行基线解算,得到误差方程,结合法方程,得到基线向量坐标平差值,5)利用基准站坐标和基线向量坐标平差值,求得流动站坐标。本发明安全性能高。 | ||||||
权利要求 | 1.一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法,其特征在于:包括以下步骤: |
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说明书全文 | 一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法技术领域[0001] 本发明涉及北斗通信技术领域,具体涉及一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法。 背景技术[0002] 近年来,随着城市快速发展,地下管线建设规模不足、管理水平不高等问题凸显,一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件,严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。为了更好的管理地下管线,必须掌握地下管线的位置和分布。 [0003] GPS技术是目前世界上应用最广泛、技术最成熟的导航定位系统,现有的地下管线测量工程,一般采用GPS技术进行测绘。但GPS在一些特殊的山区环境会遇到卫星信号差、通信比较困难的情况。BDS(北斗卫星导航系统)是我国自主研发的新一代卫星导航系统,提供定位、测速、授时服务。RTK(Real Time Kinematic)技术,是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法,它可使实时三维定位精度达到厘米级,有着实时、高效、不受通视条件限制等优点。目前,GPS RTK技术已经广泛应用于地下管线测量、控制测量、市政工程放样测量、地形碎步测量等城市工程测量中。出于战略和自身发展的需要,采用BDS/GPS双模系统可大大提升对地下管线测量的精度,同时还具备全天候运行、没有通讯盲区、融合卫星导航增强系统等优势,并可为RTK的测绘技术国产化带来了改革的契机。现有方法存在以下缺点: [0004] 1)现有方法过于依赖GPS技术进行地下管线测量; [0005] 2)急需一种安全性能高、更适合中国国情、信号强度高的地下管线测量方 法; [0006] 3)缺少基于BDS/GPS RTK技术的地下管线测量方法。 发明内容[0007] 解决上述技术问题,本发明提供了一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法,满足安全性能高、适合中国国情、信号强度高等需求。 [0008] 为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是,一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法,包括以下步骤: [0009] 1)在坐标已知的管线测量点上设置1台BDS/GPS RTK接收机接收卫星信号,且将该坐标已知的管线测量点上的BDS/GPS RTK接收机定义为基准站,在坐标未知的管线测量点上设置至少1台BDS/GPS RTK接收机接收卫星信号,且将该坐标未知的管线测量点上的BDS/GPS RTK接收机定义为流动站; [0010] 2)基准站根据不同观测历元(即ti时刻)接收到的卫星信号,计算出伪距观测值、载波相位观测值; [0011] 3)基准站实时将计算得到的伪距观测值、载波相位观测值,以及基准站坐标通过无线通信网络传送给流动站; [0012] 4)流动站利用载波相位观测值,根据建立的双差观测值模型进行基线解算,得到误差方程,结合法方程,得到基线向量坐标平差值, [0013] 5)利用基准站坐标和基线向量坐标平差值,求得流动站坐标。 [0014] 进一步的,伪距观测值计算方式如下: [0015] 伪距观测值是基准站接收机测得天线到卫星的距离,并将计算得到的真实距离与含有误差的测量值进行比较,利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求 出其偏差值,设基准站R测得至第j颗卫星的伪距为: [0016] [0017] 基准站接收机在时刻t测得的基准站至第j颗卫星的伪距; 基准站接收j机R在时刻t至第j颗卫星的真实距离;dt:第j颗卫星时钟相对于卫星导航系统时的偏差;dTr:基准接收机时钟相对于卫星导航系统时的偏差; 卫星星历误差在基准站引起的距离偏差; 电离层时延在基准站引起的距离偏差; 对流层时延在基准站引起的距离偏差;C:真空中的电磁波传播速度; [0018] 根据基准站的已知坐标和卫星星历,精确算得时刻t第j颗卫星至基准站R的真实距离 [0019] [0020] 式中,(XR,YR,ZR)是基准站R的三维已知坐标,(Xj,Yj,Zj)是第j颗卫星发射信号时刻的三维坐标。于是伪距改正值为: [0021] [0022] 进一步的,载波相位观测值计算方式如下: [0023] 载波相位定位是通过量测某时刻接收机相位与卫星相位的差值确定两者的距离确定测站坐标,实际计算时观测方程为: [0024] [0026] 进一步的,流动站利用载波相位观测值,运用双差观测值模型进行基线解 算,得到流动站坐标,具体包括以下步骤: [0027] 对在ti时刻k、j卫星观测值的站间单差观测值SD12k(ti)和SD12j(ti)求差,得到星kj站的二次差分DD12 (ti)即为双差观测值: [0028] [0029] 将载波相位观测值方程(4)式代入双差观测值方程(5),整理后可以得到双差观测值模型: [0030] [0031] 式中, [0033] [0034] 式中, [0035] [0036] 其中,a、b、c为基线向量,x、y、z为三维坐标值。对不同观测历元(即ti时刻)可分别列出类似的各历元时刻的一组误差方程。在ti历元,在基准站、流动站同时观测了k个卫星,在连续观测的情况下,共有n=M(k-1)个误差方程,其中M为观测历元个数。 [0037] 按照按各类双差观测值等权且彼此独立,即权阵P为单位阵,组成法方程: [0038] NX+B=0 (9)T T [0039] 式中,N=A·A,B=AL,可解得X为:-1 T -1 T [0040] X=-N B=AA (AL) (10) [0041] 根据建立起来的双差观测值模型方程式,通过解算误差方程及法方程得到基线向量坐标平差值。 [0042] [0043] 进一步的,利用已知的基准站坐标和基线向量坐标平差值,求得流动站坐标,具体公式如下: [0044] [0045] 本发明通过采用上述技术方案,与现有技术相比,具有如下优点: [0046] 1)本发明的基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法,将大大提高作业效率,在一般的地形地势下,设站一次即可测完高达19km半径的测区;相对常规RTK作业,可单人单机作业,几秒钟就可测量一个数据;测量标称精度可达到:±8mm+1ppm(平面),±11mm+1ppm(高程)。 具体实施方式[0049] 现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。 [0050] 作为一个具体的实施例,如图1所示,本发明的一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法,包括以下步骤: [0051] 1)在厦门软件园广场K0(2709403.01,467894.9170,32.1465)处架设1台 BDS/GPS RTK接收机作为基准站接收卫星信号,在K1、K2、K3控制点上采集坐标,每个控制点连续采集60次,查看它的内符合精度和外符合精度,内符合精度是60次采集的坐标之间的浮动值,外符合精度是测出来的坐标跟控制点的实际坐标的偏差值,其中K1、K2、K3与K0的作用距离分别是5.8公里、10公里和19.4公里, [0052] 2)基准站连续采集60次接收到的卫星信号,计算出伪距观测值、载波相位观测值; [0053] (1)伪距观测值计算 [0054] 伪距观测值是基准站接收机测得天线到卫星的距离,并将计算得到的真实距离与含有误差的测量值进行比较,利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差值。设基准站R测得至第j颗卫星的伪距为: [0055] [0056] 基准站接收机在时刻t测得的基准站至第j颗卫星的伪距; 基准站接收j机R在时刻t至第j颗卫星的真实距离;dt:第j颗卫星时钟相对于卫星导航系统时的偏差;dTr:基准接收机时钟相对于卫星导航系统时的偏差; 卫星星历误差在基准站引起的距离偏差; 电离层时延在基准站引起的距离偏差; 对流层时延在基准站引起的距离偏差;C:真空中的电磁波传播速度。 [0057] 根据基准站的已知坐标和卫星星历,精确算得时刻t第j颗卫星至基准站R的真实距离 [0058] [0059] 式中,(XR,YR,ZR)是基准站R的三维已知坐标,(Xj,Yj,Zj)是第j颗卫星发射信号时刻的三维坐标。于是伪距改正值为: [0060] [0061] (2)载波相位观测值计算 [0062] 载波相位定位是通过量测某时刻接收机相位与卫星相位的差值确定两者的距离确定测站坐标,实际计算时观测方程为: [0063] [0064] 式中,f为信号频率,c为电磁波传播速度;ρ为卫星至基准站之间的几何距离,δj为时间系数,Nk为载波相位整周数。 [0065] 3)基准站实时将计算得到的伪距观测值、载波相位观测值,以及基准站坐标通过无线通信网络传送给流动站; [0066] 伪距观测值是基准站接收机测得天线到卫星的距离,并将计算得到的真实距离与含有误差的测量值进行比较,利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差值,设基准站R测得至第j颗卫星的伪距为: [0067] [0068] 基准站接收机在时刻t测得的基准站至第j颗卫星的伪距; 基准站接收j机R在时刻t至第j颗卫星的真实距离;dt:第j颗卫星时钟相对于卫星导航系统时的偏差;dTr:基准接收机时钟相对于卫星导航系统时的偏差; 卫星星历误差在基准站引起的距离偏差; 电离层时延在基准站引起的距离偏差; 对流层时延在基准站引起的距离偏差;C:真空中的电磁波传播速度; [0069] 根据基准站的已知坐标和卫星星历,精确算得时刻t第j颗卫星至基准站R的真实距离 [0070] [0071] 式中,(XR,YR,ZR)是基准站R的三维已知坐标,(Xj,Yj,Zj)是第j颗卫星发射信号时刻的三维坐标。于是伪距改正值为: [0072] [0073] 载波相位观测值计算方式如下: [0074] 载波相位定位是通过量测某时刻接收机相位与卫星相位的差值确定两者的距离确定测站坐标,实际计算时观测方程为: [0075] [0076] 式中,f为信号频率,c为电磁波传播速度;ρ为卫星至基准站之间的几何距离,δj为时间系数,Nk为载波相位整周数。 [0077] 4)流动站利用载波相位观测值,根据建立的双差观测值模型进行基线解算,得到误差方程,结合法方程,得到基线向量坐标平差值。k j [0078] 对在ti时刻k、j卫星观测值的站间单差观测值SD12(ti)和SD12(ti)求差,得到星kj站的二次差分DD12 (ti)即为双差观测值: [0079] [0080] 将载波相位观测值方程(4)式代入双差观测值方程(5),整理后可以得到双差观测值模型: [0081] [0082] 式中, [0083] 用向量解算法解算双差观测值模型方程(6)式,得到误差方程为: [0084] [0085] 式中, [0086] [0087] 其中,a、b、c为基线向量,x、y、z为三维坐标值。对不同观测历元(即ti时刻)可分别列出类似的各历元时刻的一组误差方程。在ti历元,在基准站、流动站同时观测了k个卫星,在连续观测的情况下,共有n=M(k-1)个误差方程,其中M为观测历元个数。 [0088] 按照按各类双差观测值等权且彼此独立,即权阵P为单位阵,组成法方程: [0089] NX+B=0 (9) [0090] 式中,N=AT·A,B=ATL,可解得X为: [0091] X=-N-1B=ATA-1(ATL) (10) [0092] 根据建立起来的双差观测值模型方程式,通过解算误差方程及法方程得到基线向量坐标平差值。 [0093] [0094] 进一步的,利用已知的基准站坐标和基线向量坐标平差值,求得流动站坐标,具体公式如下: [0095] [0096] 5)根据以上公式,控制点K1、K2、K3的实测数据如下: [0097] (1)K1点实测数据 [0098] ①K1点采集数据 [0099] K1 点采集数据列表 [0100]点名 K1 与基准站距离 5.8KM 控制点坐标 2710435.082 462088.4788 19.9605 点号 X Y Z 1 2710435.102 462088.4655 19.9765 2 2710435.105 462088.4718 19.9795 3 2710435.101 462088.4864 19.9765 4 2710435.1 462088.4834 19.9815 5 2710435.099 462088.4829 19.9585 6 2710435.102 462088.4835 19.9405 7 2710435.109 462088.4783 19.9765 8 2710435.124 462088.4708 19.9725 9 2710435.115 462088.4609 19.9815 10 2710435.118 462088.474 19.9835 11 2710435.114 462088.4627 19.9735 12 2710435.114 462088.4684 19.9745 13 2710435.109 462088.4824 19.9715 14 2710435.098 462088.4792 19.9715 15 2710435.095 462088.4734 19.9695 16 2710435.093 462088.4746 19.9595 17 2710435.102 462088.4687 19.9615 18 2710435.095 462088.4661 19.9645 19 2710435.096 462088.4708 19.9745 20 2710435.09 462088.4726 19.9515 21 2710435.082 462088.4908 19.9305 22 2710435.077 462088.4784 19.9715 23 2710435.087 462088.4944 19.9585 24 2710435.085 462088.4958 19.9595 25 2710435.096 462088.4816 19.9755 26 2710435.102 462088.4724 19.9725 27 2710435.1 462088.4703 19.9545 28 2710435.099 462088.4773 19.9605 29 2710435.09 462088.4778 19.9725 30 2710435.077 462088.4779 19.9765 31 2710435.083 462088.4775 19.9625 32 2710435.073 462088.4642 19.9525 33 2710435.081 462088.4574 19.9625 34 2710435.088 462088.4626 19.9695 [0101]35 2710435.079 462088.4617 19.9475 36 2710435.074 462088.4716 19.9545 37 2710435.067 462088.4854 19.9445 38 2710435.065 462088.4667 19.9655 39 2710435.067 462088.475 19.9475 40 2710435.075 462088.4688 19.9405 41 2710435.09 462088.4701 19.9615 42 2710435.082 462088.4721 19.9915 43 2710435.068 462088.4741 19.9505 44 2710435.077 462088.4616 19.9595 45 2710435.086 462088.4652 19.9625 46 2710435.084 462088.4683 19.9575 47 2710435.085 462088.4713 19.9585 48 2710435.083 462088.4704 19.9445 49 2710435.086 462088.4758 19.9655 50 2710435.088 462088.4938 19.9645 51 2710435.083 462088.4965 19.9505 52 2710435.102 462088.4875 19.9665 53 2710435.106 462088.4682 19.9695 54 2710435.091 462088.4864 19.9445 55 2710435.075 462088.4723 19.9785 56 2710435.069 462088.4879 19.9475 57 2710435.08 462088.4829 19.9365 58 2710435.089 462088.4681 19.9665 59 2710435.096 462088.48 19.9475 60 2710435.076 462088.4783 19.9715 [0102] ②K1数据计算结果 [0103] [0104] (2)K2点实测数据 [0105] ①K2点采集数据 [0106] K2 点采集数据列表 [0107]点名 K2 与基准站距离 10KM 控制点坐标 2705897.346 458343.6116 42.9173 点号 X Y Z 1 2705897.344 458343.6045 42.8855 2 2705897.34 458343.617 42.8935 3 2705897.341 458343.6137 42.8875 4 2705897.346 458343.611 42.8885 5 2705897.343 458343.6045 42.8895 6 2705897.344 458343.6108 42.8915 7 2705897.34 458343.6096 42.8855 8 2705897.34 458343.6057 42.8795 9 2705897.344 458343.6047 42.8805 10 2705897.34 458343.6048 42.8775 11 2705897.344 458343.5979 42.9055 12 2705897.351 458343.6022 42.9015 13 2705897.353 458343.6066 42.9055 14 2705897.352 458343.6105 42.9175 15 2705897.347 458343.6113 42.8985 16 2705897.35 458343.6034 42.8915 17 2705897.347 458343.606 42.8895 18 2705897.342 458343.5996 42.8725 19 2705897.343 458343.6116 42.8885 20 2705897.348 458343.6067 42.8945 21 2705897.347 458343.604 42.8935 22 2705897.347 458343.6031 42.8865 23 2705897.349 458343.6002 42.8965 24 2705897.35 458343.5937 42.8935 25 2705897.35 458343.5894 42.9035 26 2705897.347 458343.6028 42.8955 27 2705897.346 458343.6039 42.9005 28 2705897.348 458343.6037 42.9245 29 2705897.345 458343.6076 42.9095 30 2705897.343 458343.6187 42.9045 31 2705897.346 458343.6188 42.9085 [0108]32 2705897.34 458343.6114 42.9035 33 2705897.346 458343.6031 42.8995 34 2705897.341 458343.6055 42.8915 35 2705897.337 458343.6189 42.8815 36 2705897.344 458343.624 42.8975 37 2705897.337 458343.6255 42.9065 38 2705897.343 458343.6224 42.9055 39 2705897.343 458343.623 42.9205 40 2705897.346 458343.6182 42.9215 41 2705897.344 458343.6185 42.9245 42 2705897.345 458343.6135 42.9275 43 2705897.35 458343.6061 42.9415 44 2705897.345 458343.6109 42.9415 45 2705897.352 458343.6136 42.9355 46 2705897.343 458343.6187 42.9315 47 2705897.348 458343.6092 42.9185 48 2705897.35 458343.6139 42.9345 49 2705897.357 458343.6056 42.9365 50 2705897.355 458343.6055 42.9455 51 2705897.348 458343.6136 42.9335 52 2705897.35 458343.6187 42.9315 53 2705897.351 458343.6213 42.9345 54 2705897.35 458343.618 42.9335 55 2705897.356 458343.619 42.9395 56 2705897.351 458343.6094 42.9165 57 2705897.36 458343.5958 42.9275 58 2705897.36 458343.6011 42.9275 59 2705897.361 458343.6108 42.9215 60 2705897.361 458343.6052 42.9375 [0109] ②K2数据计算结果 [0110] [0111] [0112] (3)K3点实测数据 [0113] ①K3点采集数据 [0114] K3 点采集数据列表 [0115]点名 K3 与基准站距离 19.4KM 控制点 2718530.627 458783.3212 16.8615 点号 X Y Z 1 2718530.631 458783.3316 16.8445 2 2718530.63 458783.3298 16.8115 3 2718530.638 458783.3222 16.7955 4 2718530.638 458783.3175 16.8015 5 2718530.641 458783.3196 16.8175 6 2718530.647 458783.3108 16.8175 7 2718530.638 458783.3226 16.8295 8 2718530.644 458783.3259 16.8265 9 2718530.638 458783.3203 16.8195 10 2718530.64 458783.321 16.8155 11 2718530.634 458783.3178 16.8085 12 2718530.633 458783.3145 16.8115 13 2718530.633 458783.3135 16.8125 14 2718530.636 458783.3174 16.8385 15 2718530.635 458783.3188 16.8515 16 2718530.63 458783.3276 16.8455 17 2718530.63 458783.3244 16.8275 18 2718530.629 458783.3184 16.8325 19 2718530.626 458783.3272 16.8505 20 2718530.622 458783.3242 16.8255 21 2718530.616 458783.3284 16.8395 22 2718530.613 458783.3294 16.8225 23 2718530.615 458783.3234 16.8295 24 2718530.611 458783.3322 16.8175 25 2718530.625 458783.3401 16.7855 26 2718530.622 458783.3362 16.7935 [0116]27 2718530.617 458783.3311 16.8345 28 2718530.615 458783.3287 16.8505 29 2718530.621 458783.3266 16.8505 30 2718530.621 458783.324 16.8645 31 2718530.622 458783.3285 16.8595 32 2718530.621 458783.3298 16.8525 33 2718530.624 458783.3257 16.8295 34 2718530.627 458783.322 16.8575 35 2718530.622 458783.325 16.8465 36 2718530.622 458783.3242 16.8425 37 2718530.62 458783.3288 16.8555 38 2718530.628 458783.3245 16.8615 39 2718530.626 458783.3281 16.8675 40 2718530.627 458783.3255 16.8675 41 2718530.619 458783.3322 16.8635 42 2718530.627 458783.3322 16.8725 43 2718530.624 458783.3318 16.8795 44 2718530.633 458783.332 16.8665 45 2718530.628 458783.3322 16.8455 46 2718530.629 458783.3326 16.8445 47 2718530.629 458783.3306 16.8575 48 2718530.628 458783.3299 16.8695 49 2718530.634 458783.3281 16.8815 50 2718530.638 458783.3215 16.8745 51 2718530.639 458783.3196 16.8625 52 2718530.631 458783.323 16.8575 53 2718530.632 458783.3231 16.8565 54 2718530.635 458783.3145 16.8525 55 2718530.636 458783.3235 16.8425 56 2718530.636 458783.331 16.8315 57 2718530.633 458783.3237 16.8475 58 2718530.641 458783.3189 16.8635 59 2718530.641 458783.3209 16.8625 60 2718530.643 458783.3099 16.8665 [0117] ②K3数据计算结果 [0118] [0119] [0120] 尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化,均为本发明的保护范围。 |