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RTK及全站仪在道路测量中的应用.doc

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RTK 全站仪 道路 测量 中的 应用
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目: RTK 及全站仪在道路测量中的应用 资源工程学院RTK 及全站仪在道路测量中的应用【摘要】全站仪在道路测量中是非常重要的测绘仪器,放样、纵横断面测量都需要全站仪。但是,花费的时间、人力财力比较多。如今随着 GPS 技术的快速发展,在道路测量中的应用不但快速便捷而且高效。在外业道路测量过程中,全站仪联合 RTK 合理使用可以得到一加一大于二的效果。这种道路测量的方法能够得到广泛应用。【关键词】RTK;全站仪;公路测量;应用目录1 引言 .................................................................................................................................................11.1 研究背景 .............................................................................................................................11.2 研究现状 .............................................................................................................................11.3 研究意义 .............................................................................................................................12 全站仪的简介和应用 .....................................................................................................................12.1 全站仪的简介 .....................................................................................................................12.2 全站仪在道路测量中的应用 .............................................................................................13、GPS 技术的简介和应用 ...............................................................................................................23.1、GPS 技术的简介 ...............................................................................................................23.2、GPS 技术在道路测量中的应用 .......................................................................................24、全站仪和 RTK 的技术特点 ..........................................................................................................34.1 全站仪的技术特点: ...........................................................................................................34.2 RTK 的技术特点 .................................................................................................................35、RTK 和全站仪作业精度比较 ......................................................................................................36、全站仪联合 RTK 道路测量 ..........................................................................................................46.1 全站仪和 RTK 联合在道路测量中的配合 .........................................................................46.2、RTK 和全站仪联合作业在道路测量中的应用 ...............................................................47、工程实例 ......................................................................................................................................57.1 工程概况 .............................................................................................................................57.2 作业依据 .............................................................................................................................57.3 工作实施 .............................................................................................................................5结束语 ..............................................................................................................................................11致谢 ..................................................................................................................................................11参考文献 ..........................................................................................................................................1111 引言1.1 研究背景俗话说,“要想富,先修路。”只要路到哪里,哪里就富裕和繁荣。道路与国家的经济发展息息相关。这几年,国家的道路建设在快速发展,新路修建,旧路翻修。我国道路建设的蓬勃发展也带动了国家的经济发展。修建道路对国家对人民都是非常有利的,对百姓而言方便人们的出行,也提高当地百姓的收入和生活水平。1.2 研究现状人们进行道路测量的时候都是采用全站仪等常规仪器,项目进度慢而且效率低,需要花费大量的时间、人力、物力、财力。这种测量方式已经跟不上国家道路建设快速发展的需求,不利于道路修建与国家的发展建设。1.3 研究意义GPS 技术在道路测量中的应用,使测量人员工作更加轻松且高效。灵活配置全站仪和RTK 的组合大大提高了野外测量效率两者在测量过程中可以优劣互补,相比传统的道路测量,节约大量时间、人力物力,提高效率[1]。为保证测量工作高质量、高精度、快速、高效的进行,采用全站仪与 GPS-RTK 两个结合使用,在某些较为复杂的测区中,使得两者在测量过程中充分发挥其各自的优势,把两者结合起来,可实现优势互补,在追求测量工作高质量、高精度、快速、高效的进行等各方面因素中起到很好的作用。2 全站仪的简介和应用2.1 全站仪的简介全站仪(Total Station),全称为全站型电子速测仪。它是一种集光、机、电为一体,并且具有测量水平角、垂直角、距离和高差的高技术测量仪器 [2]。因为其只要在测站上摆站一次就可以完成该站上的所有测量作业,所以被称为“全站仪” 。在实际测量中,大多数情况下需要角度和距离观测值,因此全站仪得到了广泛的应用。随着电子技术和激光技术的不断突破,全站仪的综合能力也不断提高,已由最初的电子测距、测角等基础性功能,逐渐发展为能够自动测角、测距、存储以及自动给出测量数据的全站型电子速测仪,其进一步将发展成具有自动识别目标功能的自动跟踪全站仪。2.2 全站仪在道路测量中的应用2.2.1 中线测量路线中线测量是把路线的设计中心线放样到实地上。分放线和中桩测设两步进行。放线:把纸上定线的各交点间的直线测设到地面上的工作。这时可用地面上的初测导线为依据,把每条直线段独立的测设出来,再将相邻两直线延长相交,定出线路中线的转向点。也可根据纸上定线的各交点的坐标,预先在室内计算出各直线段的长度和转向角,在实地按计算数据定出中线。中桩测设:在线路中线上测设百米桩、加桩、控制桩和曲线主点桩的工作。内容包括:丈量线路的直线长度,详细测设曲线,按规定要求设置中线桩 [3]。22.2.2 纵横断面测量1.纵断面测量测量人员可以利用全站仪测量道路纵断面,其实就是测出每个桩点的高程。这个步骤其实在标定各个中桩的时候就可以把它完成。其操作过程:1、设站,对全站仪对中、整平、量仪器高,在一已知点架全站仪,另一已知点放棱镜。2、定向,如果用坐标测量方法时输入定向点坐标。如果用角度测量方法时,测站点定向牢记要置零。3、查看(采用坐标测量时),所测数据与已知数据相比较,看是否在限差范围内,如果超出限差再重复上面的步骤进行测量,没有超出则开始测量各个桩点的高程,并把各桩点高程存储到计算机中。2.横断面测量当测量人员在测各个中桩点高程的时候,可以在线路的垂直方向,就是在中桩点的左右两边。选择适当的变坡点,测出其平面坐标和高程。然后和中桩点的高程一起传输到计算机中。这样,纵横断面的测量数据就全部存储到计算机中了,接着就可以应用专门的绘图软件把纵横断面给绘制出来。3、GPS 技术的简介和应用3.1、GPS 技术的简介GPS(Global Positioning System)即全球定位系统,它主要由用户接收系统、空间卫星系统以及地面监控系统三部分组合而成 [4],简单的说该系统是一种导航系统,它不仅具有授时和测距的功能,同时还可以向被授权的用户提供实时、连续、高精度的三维位置、三维速度和时间等信息 [5]。GPS卫星接收机主要由接收单元和天线单元构成,天线单元的主要作用是获取GPS信号的,而接收单元的主要作用是对GPS信号进行一些列复杂的处理,最终通过处理所得的实时数据为用户提供定位、测速、定时等服务,而GPS接收机中最重要的部分是数据微处理器,若没有它接收机将无法进行实时数据处理等重要工作 [6]。GPS卫星接收机的数据流程如图3-1。图3-1 GPS数据流示意图GPS不但可以全球、全天候的进行作业,还表现出操作自动化、测量精度高、工作效益高等明显的特点,现如今已成为主流的卫星导航与定位系统,并且军事、交通、资源勘探、工程施工等各个重要领域都发挥着至关重要的作用。3.2、GPS 技术在道路测量中的应用3.2.1 控制测量在进行道路测量工作之前,我们对以获取到的几个控制点作为已知点进行解算,利用3已知点和做好的未知点布设好 E 级 GPS 控制网。将复杂的大型建筑物布设在控制网其中,然后对其进行控制网静态测量。利用 RTK 技术对简单道路进行动态测量。通过 GPS 定位技术可以获得高精度,当观测达到 45 分钟以上,量取仪器高可以解算其拟合高程。有必要可以进行重复观测,以其降低控制点精度。3.2.2 道路的中线及纵、横断面放样在进行道路设计中的各项工作时,先将准备好的各主控点坐标输入建好的文件当中。然后将算好的起点方位角、直线距离、缓和曲线长度, 圆曲线半径 R 等重要基本数据编入该文件当中。最后通过手簿所建好的各种信息进行准确放样,通过该方法的进行,明显工作量减少,无需地物的阻挡,精度也可以明显的提高。在工作过程中,当需要在每条直线段或曲线段间进行添加桩, 然后按照仪器所显示的步骤进行放样。在进行纵断面放样时,其操作步骤与直线放样相似,将所需的设计数据及信息输入到电子手簿中,随即会生成在施工测量过程中所放样的点文件并存储起来,以便施工现场随时使用。4、全站仪和 RTK 的技术特点4.1 全站仪的技术特点:优点:1.不需要接收卫星信号,所以不受树下、高大建筑等遮挡物以及卫星信号等因素影响。2.全站仪使用灵活,所有计算过程全站仪都自动完成。3.免棱镜。在测距范围内对比较难测的地方,带来方便。 缺点:1.需要通视,对于有障碍物遮挡的地方就会受到约束。2.测程短,在使用全站仪无棱镜功能时,全站仪的测程将会大大受到限制。3.全站仪的摆设麻烦,而且一般测量都需要定向,耗费人力、时间。4.2 RTK 的技术特点优点:1.采用 RTK 技术进行测量时,不要求通视,便可直接进行测量。2.测量简单方便容易上手,只需要单独一人就可以完成相关的测量任务。3.地形测量时,不需要定向,只需要连接相关网络和蓝牙就可直接采集数据,节约大量人力物力。4.所测的位置可以很直观的在屏幕上显示。缺点:1.受天气,信号影响大,尤其是在阴雨天气、云层较厚的时候,接受的信号收到影响2.在有手机、汽车或者其他信号干扰的时候也会受到影响3.在江河湖泊、平静的水面时以及有玻璃等反射物时会引起多路径效应,影响接收信号。4.信号容易被建筑物、树木等障碍物遮挡,使得在使用过程中受到约束。 5、RTK 和全站仪作业精度比较由于环境因素的限制,利用支点来传递坐标所造成的累积误差往往对全站仪测量精度有着较大的影响。利用支点放样,虽然成功的完成了测量工作,但通过这种方法放样所得的点位精度往往会逊色于通过正常方法放出的点位精度。并且在遇到长直线时还需要搬站,4不仅浪费了工作时间,最重要的是还使点位中误差因其搬站的影响不断累积,从而影响整体测量精度。而利用 GPS-RTK 技术进行放样却不存在这样的累积误差,这是其优势,但地形(临近高大建筑物)、天气(如阴天)以及多路径效应等不确定因素的影响,同样会使GPS-RTK 技术在测量时产生各种误差,从而影响其精度。6、全站仪联合 RTK 道路测量6.1 全站仪和 RTK 联合在道路测量中的配合上文已经分别讲述了 RTK 和全站仪的技术特点,然后在实际生产当中,两者可以优劣互补,互相配合着使用,从而提高了生产效率。在道路过程中,对于空间相对开阔没有高大的建筑或者其他遮挡物的路面、相关地形等地方,这个时候就可以利用 RTK 测量,可以更加便捷、快速的采集到相应地物的坐标数据。如果是高大建筑物,或者在有遮挡物的情况下,这个时候就需要使用全站仪进行数据采集。总的来说,在道路测量中,如果仅仅用全站仪进行测量,就必须投入大量时间人力财力 [7]。 如果仅仅用 RTK 测量,虽然可以省去大量的财力人力,但由于其卫星和无线电信号的局限性,它在遇到树木或者高大建筑物的时候就无法进行有效的测量了。两者优劣互补,相互配合,这样搭配起来的测量才高效。6.2、RTK 和全站仪联合作业在道路测量中的应用 根据上文的阐述,在道路外野测量中,RTK 虽然便捷高效。但是,不能完全代替全站仪等常规测量仪器。例如在树木比较多的地方或者地区比较偏远卫星信号不好的地方,还有在房屋或建筑比较高大的地方。这时候就必须利用全站仪进行测量。下面介绍 RTK 和全站仪在道路中线测量和纵横断面测量中的应用。6.2.1 利用 RTK 和全站仪进行道路的中线测量 当在利用 RTK 技术进行道路的中线测量时,首先在测区范围内的控制点上进行基站的架设,对中,整平,将已知控制点坐标值输入仪器中,然后利用流动站进行多控制点进行参数的检验。如果检测其结果在误差允许范围内,即可进行我们需要测量的工作 [8]。当然,一般在福建省内,都用南方 cors 网进行工作,无需架设基准站,可以减少工作量。当道路经过比较偏远卫星信号较差的地方的时候。这时,就必须用全站仪来进行道路的中线测量。全站仪中线测量主要是根据极坐标原理设计而成的一套放样模式,测量时把测站点、后视点和放样点输入到全站仪中,全站仪可以自动快速地计算出待定中线点的距离偏差值和角度偏差值,这样就能精确地把中线点确定出来。6.2.2 利用 RTK 和全站仪进行公路的纵横面测量 在进行道路的纵横断面测量工作时,我们必须由其的细心,因为本项工作在整个道路设计中特别的重要。这项工作我们使用 RTK 结合全站仪来进行道路断面测量。先在地形起伏变化较小的测区利用 RTK 进行,采集所需的坐标及高程。当遇到复杂地形且植被较为茂密,通视角度远小于 15°,那我们必须就采用全站仪进行测量工作。对其直线桩位坐标及高程进行准确收集。在这项实际工作中,通过利用全站仪结合 RTK 技术进行道路的纵横面测量工作,使得整项工作量得到简化,我们也更加轻松,工作效率也提高了一大半 [9]。总而言之在任何一项工程中,结合本工程的地物地貌等特点,选取适合本工程的测量仪器和测量方法,是高质量完成道路设计的基本前提。57、工程实例7.1 工程概况长乐市东环路道路初定测任务。该工程(东环路)西起胪峰大道,东至金港路长乐市东环路道路工程总长 2540.584 米,设计路宽 50 米,本次定线长度为 2540.584 米,中桩定位2540.584 米,10 个交点,测设 BM 点 5 个,绘制全线纵断面图、绘制全线横断面图。本次测量道路示意图:图 7-1 道路示意图7.2 作业依据1、《城市测量规范》(CJJ/T 8-2011)、《公路勘测规范》(JTGC 10-2007)、《国家基本比例尺地图图式第 1 部分:1:500 1:1000 1:2000 地形图图式》(GBT 20257.1-2007);2、本院作业手册:《道路、桥梁工程测量作业指导书》;3、福州市规划设计研究院提供的长乐市东环路道路平面图、直曲表和逐桩坐标表(电子文件);4、平面坐标采用西安 1980 坐标系,高程采用 1985 国家高程基准,地形图比例尺 1:500。7.3 工作实施1.首先,进行控制点测量,控制点的选择埋设这里就不一一赘述了。该工程用 RTK 动态测量就能够达到所需精度。控制测量,数据如下表。表 7-1 控制点坐标表6控制点号X 坐标 Y 坐标 H 高程DH01 2872874.528 461617.818 5.809DH02 2872869.002 461696.441 5.238DH03 2872893.629 461754.996 5.187DH04 2872326.699 460343.071 5.125DH05 2872353.857 460461.667 3.820DH06 2872406.119 460616.182 4.522DH07 2872092.926 459909.404 4.118DH08 2872212.186 459960.085 3.921DH09 2872025.963 459595.555 6.830DH10 2872021.422 459447.025 5.5122.然后,根据这条道路的外界环境情况,可以采用 RTK 进行中桩放样,放样部分成果展示如下表表 7-2 中桩放样成果表73.接着,利用全站仪,野外采集数据,测量纵断面及横断面,下图是部分全站仪野外采集的数据。中桩点号 Y 坐标 X 坐标 H 高程k2+540.584 461675.824 2872882.984 18.079k2+540 461675.322 2872882.825 18.071k2+520 461656.836 2872874.939 18.207k2+500 461638.487 2872867.22 17.97k2+480 461619.994 2872859.394 19.107k2+460 461601.603 2872851.624 16.551k2+440 461583.259 2872843.663 16.278k2+420 461565.045 2872835.378 16.146k2+400 461547.11 2872826.543 16.121k2+360 461512.179 2872807.059 16.305k2+320 461478.649 2872785.289 16.182k2+300 461462.421 2872773.619 16.256k2+280 461446.464 2872761.56 16.364k2+240 461414.693 2872737.236 16.595k2+200 461382.16 2872713.981 17.82k2+180 461365.367 2872703.155 17.919k2+160 461348.203 2872692.854 18.04k2+140 461330.738 2872683.154 19.414K2+120 461312.781 2872674.153 17.318K2+100 461294.835 2872665.649 17.307K2+060 461257.803 2872650.434 17.508K2+020 461219.88 2872637.741 17.208K2 461200.597 2872632.269 17.298
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