CN105005019A - 一种基于bds/gps rtk的地下管线测量方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法

技术领域

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

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***、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。

GPS技术是目前世界上应用最广泛、技术最成熟的导航定位***，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***)是我国自主研发的新一代卫星导航***，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***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***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：

1)现有方法过于依赖GPS技术进行地下管线测量；

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；

3)缺少基于BDS/GPS RTK技术的地下管线测量方法。

发明内容

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。

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：

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；

2)基准站根据不同观测历元(即t_i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；

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。

进一步的，伪距观测值计算方式如下：

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：

$P_r^j={\mathrm{\ρ}}_r^j+C({\mathrm{dt}}^j-{\mathrm{dT}}_r)+{\mathrm{d\ρ}}_r^j+d_{rion}^j+d_{rtrop}^j---\left(1\right)$

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；基准站接收机R在时刻t至第j颗卫星的真实距离；dt^j：第j颗卫星时钟相对于卫星导航***时的偏差；dT_r：基准接收机时钟相对于卫星导航***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；

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

${\mathrm{\ρ}}_r^j=\sqrt{{(X_R-X_j)}^2+{(Y_R-Y_j)}^2+{(Z_R-Z_j)}^2}---\left(2\right)$

式中，(X_R,Y_R,Z_R)是基准站R的三维已知坐标，(X_j,Y_j,Z_j)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:

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_r^j={\mathrm{\ρ}}_{rt}^j-P_r^j\\ =-C({\mathrm{dt}}^j-{\mathrm{dT}}_{rr})-{\mathrm{d\ρ}}_r^j-{\mathrm{\ρ}}_{rion}^j-d_{rtrop}^j\end{array}---\left(3\right)$

进一步的，载波相位观测值计算方式如下：

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：

${\mathrm{\Φ}}_k^j=\frac{f}{c}\mathrm{\ρ}+{\mathrm{f\δt}}_a-{\mathrm{f\δt}}_b-\frac{f}{c}{\mathrm{\δ\ρ}}_1-\frac{f}{c}{\mathrm{\ρ}}_2+N_k^j---\left(4\right)$

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，δ为时间系数，N_k ^j为载波相位整周数。

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：

对在t_i时刻k、j卫星观测值的站间单差观测值SD₁₂ ^k(t_i)和SD₁₂ ^j(t_i)求差，得到星站的二次差分DD₁₂ ^kj(t_i)即为双差观测值：

$\begin{array}{c}{\mathrm{DD}}_{12}^{kj}\left(t_i\right)={\mathrm{SD}}_{12}^J\left(t_i\right)-{\mathrm{SD}}_{12}^k\left(t_i\right)\\ ={\mathrm{\φ}}_2^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_1^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_2^k\left(t_i\right)+{\mathrm{\φ}}_1^k\left(t_i\right)\end{array}---\left(5\right)$

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：

$\begin{array}{c}{\mathrm{DD}}_{12}^{kj}\left(t_i\right)={\mathrm{\φ}}_2^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_1^j\left(t_i\right){\mathrm{\φ}}_2^k\left(t_i\right)+{\mathrm{\φ}}_1^k\left(t_i\right)\\ =(-f^j/c)({\mathrm{\ρ}}_2^j-{\mathrm{\ρ}}_1^j-{\mathrm{\δ\ρ}}_2^j+{\mathrm{\δ\ρ}}_1^j)+(f^k/c)({\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\ρ}}_1^k-{\mathrm{\δ\ρ}}_2^k+{\mathrm{\δ\ρ}}_1^k)+N_{12}^{kj}\end{array}---\left(6\right)$

式中， $N_{12}^{kj}=N_2^j-N_1^j-N_2^k+N_1^k$

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：

$V_{12}^{kj}\left(t_i\right)=a_{12}^{kj}{\mathrm{\δx}}_{12}+b_{12}^{kj}{\mathrm{\δy}}_{12}+c_{12}^{kj}{\mathrm{\δz}}_{12}+{\mathrm{\δN}}_{12}^{kj}+W_{12}^{kj}---\left(7\right)$

式中，

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{12}^{kj}=1/2f/c({\mathrm{\Δx}}_1^k/{\mathrm{\ρ}}_1^k+{\mathrm{\Δx}}_2^k/{\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\Δx}}_1^j/{\mathrm{\ρ}}_1^j+{\mathrm{\Δx}}_2^j/{\mathrm{\ρ}}_2^j)\\ b_{12}^{kj}=1/2f/c({\mathrm{\Δy}}_1^k/{\mathrm{\ρ}}_1^k+{\mathrm{\Δy}}_2^k/{\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\Δx}}_1^j/{\mathrm{\ρ}}_1^j+{\mathrm{\Δy}}_2^j/{\mathrm{\ρ}}_2^j)\\ c_{12}^{kj}=1/2f/c({\mathrm{\Δz}}_1^k/{\mathrm{\ρ}}_1^k+{\mathrm{\Δz}}_2^k/{\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\Δz}}_1^j/{\mathrm{\ρ}}_1^j+{\mathrm{\Δz}}_2^j/{\mathrm{\ρ}}_2^j)\\ W_{12}^{kj}=a_{12}^{kj}{\mathrm{\Δx}}_{12}^0+b_{12}^{kj}{\mathrm{\Δy}}_{12}^0+c_{12}^{kj}{\mathrm{\Δz}}_{12}^0+{\left(N_{12}^{kj}\right)}^0+{\mathrm{\Δ}}_{12}^{kj}-{\mathrm{DD}}_{12}^{kj}\end{array}\right.---\left(8\right)$

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t_i时刻)可分别列出类似的各历元时刻的一组误差方程。在t_i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。

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：

NX+B＝0         (9)

式中，N＝A^T·A，B＝A^TL，可解得X为：

X＝-N^－1B＝A^TA^－1(A^TL)         (10) 

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。

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_{12}={\mathrm{\Δx}}_{12}^0+{\mathrm{\δx}}_{12}\\ {\mathrm{\Δy}}_{12}={\mathrm{\Δy}}_{12}^0+{\mathrm{\δy}}_{12}\\ {\mathrm{\Δz}}_{12}={\mathrm{\Δz}}_{12}^0+{\mathrm{\δz}}_{12}\end{array}\right.---\left(11\right)$

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：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2=x_1+{\mathrm{\Δx}}_{12}+{\mathrm{\δx}}_{12}\\ y_2=y_1+{\mathrm{\Δy}}_{12}+{\mathrm{\δy}}_{12}\\ z_2=z_1+{\mathrm{\Δz}}_{12}+{\mathrm{\δz}}_{12}\end{array}\right.---\left(12\right)$

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：

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)。

2)本发明利用BDS/GPS双模***的优势，摆脱了传统GPS RTK方式的测量方式，在保证定位精度的前提下，更好地提高地下管线测量工程的国家安全。

附图说明

图1是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

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：

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，

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；

(1)伪距观测值计算

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：

$P_r^j={\mathrm{\ρ}}_r^j+C({\mathrm{dt}}^j-{\mathrm{dT}}_r)+{\mathrm{d\ρ}}_r^j+d_{rion}^j+d_{rtrop}^j---\left(1\right)$

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；基准站接收机R在时刻t至第j颗卫星的真实距离；dt^j：第j颗卫星时钟相对于卫星导航***时的偏差；dT_r：基准接收机时钟相对于卫星导航***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。

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

${\mathrm{\ρ}}_r^j=\sqrt{{(X_R-X_j)}^2+{(Y_R-Y_j)}^2+{(Z_R-Z_j)}^2}---\left(2\right)$

式中，(X_R,Y_R,Z_R)是基准站R的三维已知坐标，(X_j,Y_j,Z_j)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:

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_r^j={\mathrm{\ρ}}_{rt}^j-P_r^j\\ =-C({\mathrm{dt}}^j-{\mathrm{dT}}_{rr})-{\mathrm{d\ρ}}_r^j-d_{rion}^j-d_{rtrop}^j\end{array}---\left(3\right)$

(2)载波相位观测值计算

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：

${\mathrm{\Φ}}_k^j=\frac{f}{c}\mathrm{\ρ}+{\mathrm{f\δt}}_a-{\mathrm{f\δt}}_b-\frac{f}{c}{\mathrm{\δ\ρ}}_1-\frac{f}{c}{\mathrm{\ρ}}_2+N_k^j---\left(4\right)$

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，δ为时间系数，N_k ^j为载波相位整周数。

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；

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：

$P_r^j={\mathrm{\ρ}}_r^j+C({\mathrm{dt}}^j-{\mathrm{dT}}_r)+{\mathrm{d\ρ}}_r^j+d_{rion}^j+d_{rtrop}^j---\left(1\right)$

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；基准站接收机R在时刻t至第j颗卫星的真实距离；dt^j：第j颗卫星时钟相对于卫星导航***时的偏差；dT_r：基准接收机时钟相对于卫星导航***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；

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

${\mathrm{\ρ}}_r^j=\sqrt{{(X_R-X_j)}^2+{(Y_R-Y_j)}^2+{(Z_R-Z_j)}^2}---\left(2\right)$

式中，(X_R,Y_R,Z_R)是基准站R的三维已知坐标，(X_j,Y_j,Z_j)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:

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_r^j={\mathrm{\ρ}}_{rt}^j-P_r^j\\ =-C({\mathrm{dt}}^j-{\mathrm{dT}}_{rr})-{\mathrm{d\ρ}}_r^j-{\mathrm{\ρ}}_{rion}^j-d_{rtrop}^j\end{array}---\left(3\right)$

载波相位观测值计算方式如下：

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：

${\mathrm{\Φ}}_k^j=\frac{f}{c}\mathrm{\ρ}+{\mathrm{f\δt}}_a-{\mathrm{f\δt}}_b-\frac{f}{c}{\mathrm{\δ\ρ}}_1-\frac{f}{c}{\mathrm{\ρ}}_2+N_k^j---\left(4\right)$

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，δ为时间系数，N_k ^j为载波相位整周数。

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。

对在t_i时刻k、j卫星观测值的站间单差观测值SD₁₂ ^k(t_i)和SD₁₂ ^j(t_i)求差，得到星站的二次差分DD₁₂ ^kj(t_i)即为双差观测值：

$\begin{array}{c}{\mathrm{DD}}_{12}^{kj}\left(t_i\right)={\mathrm{SD}}_{12}^J\left(t_i\right)-{\mathrm{SD}}_{12}^k\left(t_i\right)\\ ={\mathrm{\φ}}_2^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_1^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_2^k\left(t_i\right)+{\mathrm{\φ}}_1^k\left(t_i\right)\end{array}---\left(5\right)$

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：

$\begin{array}{c}{\mathrm{DD}}_{12}^{kj}\left(t_i\right)={\mathrm{\φ}}_2^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_1^j\left(t_i\right){\mathrm{\φ}}_2^k\left(t_i\right)+{\mathrm{\φ}}_1^k\left(t_i\right)\\ =(-f^j/c)({\mathrm{\ρ}}_2^j-{\mathrm{\ρ}}_1^j-{\mathrm{\δ\ρ}}_2^j+{\mathrm{\δ\ρ}}_1^j)+(f^k/c)({\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\ρ}}_1^k-{\mathrm{\δ\ρ}}_2^k+{\mathrm{\δ\ρ}}_1^k)+N_{12}^{kj}\end{array}---\left(6\right)$

式中， $N_{12}^{kj}=N_2^j-N_1^j-N_2^k+N_1^k$

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：

$V_{12}^{kj}\left(t_i\right)=a_{12}^{kj}{\mathrm{\δx}}_{12}+{b_{12}}^{kj}{\mathrm{\δy}}_{12}+c_{12}^{kj}{\mathrm{\δz}}_{12}+{\mathrm{\δN}}_{12}^{kj}+W_{12}^{kj}---\left(7\right)$

式中，

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{12}^{kj}=1/2f/c({\mathrm{\Δx}}_1^k/{\mathrm{\ρ}}_1^k+{\mathrm{\Δx}}_2^k/{\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\Δx}}_1^j/{\mathrm{\ρ}}_1^j+{\mathrm{\Δx}}_2^j/{\mathrm{\ρ}}_2^j)\\ b_{12}^{kj}=1/2f/c({\mathrm{\Δy}}_1^k/{\mathrm{\ρ}}_1^k+{\mathrm{\Δy}}_2^k/{\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\Δx}}_1^j/{\mathrm{\ρ}}_1^j+{\mathrm{\Δy}}_2^j/{\mathrm{\ρ}}_2^j)\\ c_{12}^{kj}=1/2f/c({\mathrm{\Δz}}_1^k/{\mathrm{\ρ}}_1^k+{\mathrm{\Δz}}_2^k/{\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\Δz}}_1^j/{\mathrm{\ρ}}_1^j+{\mathrm{\Δz}}_2^j/{\mathrm{\ρ}}_2^j)\\ W_{12}^{kj}=a_{12}^{kj}{\mathrm{\Δx}}_{12}^0+b_{12}^{kj}{\mathrm{\Δy}}_{12}^0+c_{12}^{kj}{\mathrm{\Δz}}_{12}^0+{\left(N_{12}^{kj}\right)}^0+{\mathrm{\Δ}}_{12}^{kj}-{\mathrm{DD}}_{12}^{kj}\end{array}\right.---\left(8\right)$

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t_i时刻)可分别列出类似的各历元时刻的一组误差方程。在t_i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。

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：

NX+B＝0   (9)

式中，N＝A^T·A，B＝A^TL，可解得X为：

X＝-N^－1B＝A^TA^－1(A^TL)   (10) 

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。

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_{12}={\mathrm{\Δx}}_{12}^0+{\mathrm{\δx}}_{12}\\ {\mathrm{\Δy}}_{12}={\mathrm{\Δy}}_{12}^0+{\mathrm{\δy}}_{12}\\ {\mathrm{\Δz}}_{12}={\mathrm{\Δz}}_{12}^0+{\mathrm{\δz}}_{12}\end{array}\right.---\left(11\right)$

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：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2=x_1+{\mathrm{\Δx}}_{12}+{\mathrm{\δx}}_{12}\\ y_2=y_1+{\mathrm{\Δy}}_{12}+{\mathrm{\δy}}_{12}\\ z_2=z_1+{\mathrm{\Δz}}_{12}+{\mathrm{\δz}}_{12}\end{array}\right.---\left(12\right)$

5)根据以上公式，控制点K1、K2、K3的实测数据如下：

(1)K1点实测数据 

①K1点采集数据

K1 点采集数据列表

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

 

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

②K1数据计算结果

(2)K2点实测数据 

①K2点采集数据

K2 点采集数据列表

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

 

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

②K2数据计算结果

(3)K3点实测数据 

①K3点采集数据

K3 点采集数据列表

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

 

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

②K3数据计算结果

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。

Claims (5)

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：

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；

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。

2.根据权利要求1所述的一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法，其特征在于：伪距观测值计算方式如下：

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：

$P_r^j={\mathrm{\ρ}}_r^j+C({\mathrm{dt}}^j-{\mathrm{dT}}_r)+{\mathrm{d\ρ}}_r^j+d_{rion}^j+d_{rtrop}^j---\left(1\right)$

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；基准站接收机R在时刻t至第j颗卫星的真实距离；dt^j：第j颗卫星时钟相对于卫星导航***时的偏差；dT_r：基准接收机时钟相对于卫星导航***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；

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

${\mathrm{\ρ}}_r^j=\sqrt{{(X_R-X_j)}^2+{(Y_R-Y_j)}^2+{(Z_R-Z_j)}^2}---\left(2\right)$

式中，(X_R,Y_R,Z_R)是基准站R的三维已知坐标，(X_j,Y_j,Z_j)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:

$\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ\ρ}}_r^j={\mathrm{\ρ}}_{rt}^j-P_r^j\\ =-C({\mathrm{dt}}^j-{\mathrm{dT}}_{rr})-{\mathrm{d\ρ}}_r^j-d_{rion}^j-d_{rtrop}^j\end{array}---\left(3\right).$

3.根据权利要求1所述的一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法，其特征在于：载波相位观测值计算方式如下：

${\mathrm{\Φ}}_k^j=\frac{f}{c}\mathrm{\ρ}+{\mathrm{f\δt}}_a-{\mathrm{f\δt}}_b-\frac{f}{c}{\mathrm{\δ\ρ}}_1-\frac{f}{c}{\mathrm{\ρ}}_2+N_k^j---\left(4\right)$

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，δ为时间系数，N_k ^j为载波相位整周数。

4.根据权利要求1所述的一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法，其特征在于：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：

对在t_i时刻k、j卫星观测值的站间单差观测值SD₁₂ ^k(t_i)和SD₁₂ ^j(t_i)求差，得到星站的二次差分DD₁₂ ^kj(t_i)即为双差观测值：

$\begin{array}{c}{\mathrm{DD}}_{12}^{kj}\left(t_i\right)={\mathrm{SD}}_{12}^j\left(t_i\right)-{\mathrm{SD}}_{12}^k\left(t_i\right)\\ ={\mathrm{\φ}}_2^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_1^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_2^k\left(t_i\right)+{\mathrm{\φ}}_1^k\left(t_i\right)\end{array}---\left(5\right)$

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：

$\begin{array}{c}{\mathrm{DD}}_{12}^{kj}\left(t_i\right)={\mathrm{\φ}}_2^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_1^j\left(t_i\right)-{\mathrm{\φ}}_2^k\left(t_i\right)+{\mathrm{\φ}}_1^k\left(t_i\right)\\ =(-f^j/c)({\mathrm{\ρ}}_2^j-{\mathrm{\ρ}}_1^j-{\mathrm{\δ\ρ}}_2^j+{\mathrm{\δ\ρ}}_1^j)+(f^k/c)({\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\ρ}}_1^k-{\mathrm{\δ\ρ}}_2^k+{\mathrm{\δ\ρ}}_1^k)+N_{12}^{kj}\end{array}---\left(6\right)$

式中， $N_{12}^{kj}=N_2^j-N_1^j-N_2^k+N_1^k$

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：

$V_{12}^{kj}\left(t_i\right)=a_{12}^{kj}{\mathrm{\δx}}_{12}+{b_{12}}^{kj}{\mathrm{\δy}}_{12}+c_{12}^{kj}{\mathrm{\δz}}_{12}+{\mathrm{\δN}}_{12}^{kj}+W_{12}^{kj}---\left(7\right)$

式中，

$\left\{\begin{array}{c}{a}_{12}^{kj}=1/2f/c({\mathrm{\Δx}}_1^k/{\mathrm{\ρ}}_1^k+{\mathrm{\Δx}}_2^k/{\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\Δx}}_1^j/{\mathrm{\ρ}}_1^j+{\mathrm{\Δx}}_2^j/{\mathrm{\ρ}}_2^j)\\ b_{12}^{kj}=1/2f/c({\mathrm{\Δy}}_1^k/{\mathrm{\ρ}}_1^k+{\mathrm{\Δy}}_2^k/{\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\Δy}}_1^j/{\mathrm{\ρ}}_1^j+{\mathrm{\Δy}}_2^j/{\mathrm{\ρ}}_2^j)\\ c_{12}^{kj}=1/2f/c({\mathrm{\Δz}}_1^k/{\mathrm{\ρ}}_1^k+{\mathrm{\Δz}}_2^k/{\mathrm{\ρ}}_2^k-{\mathrm{\Δz}}_1^j/{\mathrm{\ρ}}_1^j+{\mathrm{\Δz}}_2^j/{\mathrm{\ρ}}_2^j)\\ W_{12}^{kj}=a_{12}^{kj}{\mathrm{\Δx}}_{12}^0+b_{12}^{kj}{\mathrm{\Δy}}_{12}^0+c_{12}^{kj}{\mathrm{\Δz}}_{12}^0+{\left(N_{12}^{kj}\right)}^0+{\mathrm{\Δ}}_{12}^{kj}-{\mathrm{DD}}_{12}^{kj}\end{array}\right.---\left(8\right)$

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t_i时刻)可分别列出类似的各历元时刻的一组误差方程，在t_i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，

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：

NX+B＝0   (9)

式中，N＝A^T·A，B＝A^TL，可解得X为：

X＝-N^－1B＝A^TA^－1(A^TL)   (10)

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：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Δx}}_{12}={\mathrm{\Δx}}_{12}^0+{\mathrm{\δx}}_{12}\\ {\mathrm{\Δy}}_{12}={\mathrm{\Δy}}_{12}^0+{\mathrm{\δy}}_{12}\\ {\mathrm{\Δz}}_{12}={\mathrm{\Δz}}_{12}^0+{\mathrm{\δz}}_{12}\end{array}\right.---\left(11\right).$

5.根据权利要求1所述的一种基于BDS/GPS RTK的地下管线测量方法，其特征在于：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：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_2=x_1+{\mathrm{\Δx}}_{12}+{\mathrm{\δx}}_{12}\\ y_2=y_1+{\mathrm{\Δy}}_{12}+{\mathrm{\δy}}_{12}\\ z_2=z_1+{\mathrm{\Δz}}_{12}+{\mathrm{\δz}}_{12}\end{array}\right.---\left(12\right).$