基于ＲＴＫ－ＧＰＳ技术的海拔高测量设备及其测量方法技术

本发明专利技术涉及一种海拔高的测量方法和设备，具体来说是一种利用ＲＴＫ－ＧＰＳ在测量领域的应用技术精确测量海拔高的方法和设备，适合于地球表面、特别是中国地区表面目标的精确海拔高测量。本发明专利技术针对现有ＲＴＫ－ＧＰＳ技术在测量方面存在的不足、综合成本高和对测量正常高的迫切需求，引入重力物理场，并结合本发明专利技术的测量设备，测量设备包括基准站，移动站等，移动站还包括采用高精度ＧＰＳ　　ＯＥＭ主板，抗多径专用天线，高频无线电台和电源组合成一个袖珍移动站单元；再通过测量设备测量、计算，不仅能高精度地给出观测点的经度、纬度和高程，还可以给出海拔高和精确的海拔高差，其功能强大，测量精度高、速度快，操作简单易学，成熟度较高，风险较小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种海拔高的测量方法和设备，具体来说是一种利用RTK-GPS在测量领域的应用技术精确测量海拔高的方法和设备。适合于地球表面、特别是中国地区表面目标的精确海拔高测量。
技术介绍
GPS(全球定位系统)是美国建立的一套卫星导航定位系统。其提供的GPS信标已成为全球共享的资源，在导航、测量等领域发挥了巨大的作用。采用两台或多台GPS接收机进行同步测量，可以精确地得到两台或多台GPS天线间的相对坐标，这种方法称为差分GPS测量。如果GPS接收机利用载波相位动态实时差分(RTK)方法，不仅可以快速给出待测参数，而且可达到厘米级甚至毫米级别测量精度。虽然上述采用RTK-GPS定位技术可精确确定出空间点的三维位置，但令人遗憾的是，其所确定出的高程是相对于特定参考椭球的，即所谓的大地高，而不是在实际应用中被广泛采用的与地球重力位密切相关的海拔高。
技术实现思路
针对现有RTK-GPS技术在测量方面存在的不足、综合成本高和对测量正常高的迫切需求，本专利技术提供一种基于RTK-GPS技术的海拔高测量方法，它不仅能高精度地给出观测点的经度、纬度和高程，而且还可以给出海拔高和精确的海拔高差。本专利技术还提供一种基于RTK-GPS技术的海拔高测量设备。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为一种基于RTK-GPS技术的海拔高测量设备及其测量方法，其特殊之处在于基于RTK-GPS技术的海拔高测量设备包括基准站和移动站，基准站为一GPS接收机，在利用载波相位动态实时差分方法(RTK)作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站；移动站为一GPS接收机，移动站包括采用高精度GPS OEM主板，抗多径专用天线，高频无线电台和电源组合成一个袖珍移动站单元；移动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级海拔定位结果。上述的基于RTK-GPS技术的海拔高测量设备的测量方法，其步骤如下第一步模型建立先利用RTK-GPS测量高精度的获得待求点的三维空间位置，用测得的三维大地位置与高精度地球引力位模型，计算该点的重力位，进而不用水准测量仅采用计算方法获得地球位基数，从而确定待求点的正常高，即确定正常高用GPS测量结合地球引力位模型计算实现，无需用传统的几何水准测量，故称之为GPS重力位水准；第二步建立基准站在锁定卫星5颗以上时，即可进入设置，启动基准站；第三步建立移动站在锁定与基准站相同卫星和获取其误差值后，解算出待测点精确的经度、纬度和大地高；第四步验潮站重力位的计算对于任一GPS/水准点i，可以写出位差方程 ΔWi＝(WT-W0)i＝γiHi+Wi-W0式中WT为过验潮站T水尺零点的水准面的位，W0为大地水准面的位(假定已知)；H为点i的正常高，γ为点i相应的平均正常重力，W为点i的重力位。既然有n个GPS/水准点，便有n个这样的‘观测’位差；假设各个位差有等方差，则重力位差ΔW的最或然值即为各位差的算术平均值，即ΔW^=W^T-W0]]>=1nΣΔWi]]>=1nΣ(γ‾iHi+Wi-W0)]]>通过验潮站的水淮面为高程基准面，WT即为高程基准面的位。世界上局部高程基准面与大地水准面的高度偏差通常小于1m；当WT不能精确求定时，可代之以大地水准面的位W0，此时大地水准面即为高程基准面；WT可以利用我国GPS水准点资料事先计算出来；第五步地球位基数的计算一点的重力位W，是地球引力位V和地球旋转所致的离心力位Φ之和，即W＝V+Φ Φ=12ω2(x2+y2)]]>C＝WT-WP第六步平均正常重力的计算参考椭球面和似地形面之间的平均正常重力γ按式计算γ‾=γ0]]>通过上式计算平均正常重力γ要用到HN，这通过H和γ循环迭代计算； 第七步显示、输出数据通过上述过程，得出待测点精确的经度、纬度和海拔高，将其显示在输出设备上并标识存储，供进一步使用。本专利技术相对于现有技术，不仅能高精度地给出观测点的经度、纬度和高程，而且根据先进算法与数据库软件处理，还可以给出海拔高和精确的海拔高差，其功能强大，测量精度高、速度快，操作简单易学，成熟度较高，风险较小。附图说明图1是本专利技术的原理框图；图2是本专利技术测量方法的流程图。具体实施例方式常规的GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK-GPS是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(Real-time kinematic)方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。本专利技术采用了载波相位观测值，由基准站和移动站组成。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中的三维定位结果，并达到厘米级精度。在RTK作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站。移动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，历时不到一秒钟。移动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成周模糊度的搜索求解。在整周末知数解固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则移动站可随时给出厘米级定位结果。本专利技术基于RTK-GPS技术的海拔高测量设备包括基准站和移动站，基准站为一GPS接收机，在利用载波相位动态实时差分方法(RTK)作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站；移动站为一GPS接收机，移动站包括采用高精度GPS OEM主板，抗多径专用天线，高频无线电台和电源组合成一个袖珍移动站单元；移动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果。本专利技术海拔高测量设备的一些主要技术参数通道 独立24通道跟踪信号 L1/L2静态平面精度 5mm+1ppm静态高程精度 1cm+1ppm静态作用距离 优于50公里静态内存 内置32MRTK平面精度 2cm+1ppmRTK高程精度 3cm+1ppm通讯方式 USB、串口数据链 25W/10W(发射功率)RTK初始化时间典型12秒参见图1，图1是本专利技术的原理框图；在测绘工作中，通常将大地高作为地面点的第三维坐标。为了便于比较任意两点的高度差异，还需要确定一个高程的起算点或基准面(我国采用1985年黄海平均海水面作为我国统一的高程基准面)。高程总是相对某一起算面来度量的，大地水准面既是一个几何面，又是一个物理面，更重要的是大地水准面是静止的海水面，因此，在测绘工作中选择大地水准面作为高程起算面，这种高程度量系统称为海拔高程系统；在大地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＲＴＫ－ＧＰＳ技术的海拔高测量设备及其测量方法，其特征在于：基于ＲＴＫ－ＧＰＳ技术的海拔高测量设备包括基准站和移动站，基准站为一ＧＰＳ接收机，在利用载波相位动态实时差分方法（ＲＴＫ）作业模式下，基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站；移动站为一ＧＰＳ接收机，移动站包括采用高精度ＧＰＳＯＥＭ主板，抗多径专用天线，高频无线电台和电源组合成一个袖珍移动站单元；移动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集ＧＰＳ观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级海拔定位结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏子卿，易蓬，杨进，
申请(专利权)人：西安展意信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]