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RTK结合全站仪在数字化地形图测量中的应用.doc

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RTK 结合 全站仪 数字化 地形图 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 结合全站仪在数字化地形图测量中的应用资源工程学院2毕业论文(设计)开题报告2012 年 4 月 6 日论文(设计)题目:RTK 结合全站仪在数字化地形图测量中的应用姓名 年级 2008 级 所在院系 资源工程专业 测绘工程 指导教师开展本课题的意义及工作内容:意义:随着高新测绘技术的开发和应用,数字化测绘技术的应用得到迅速发展。利用 RTK 定位技术联合全站仪进行数字化测图,对提高整体工作效率是非常有意义的。在全站仪、RTK 等仪器,cass 等软件的支持下,提高了数字测图的准确性、效率性和全面性。同时降低了测图的成本。工作内容:本课题从数字化地形测量工作入手,叙述了控制测量、碎步测量与成果资料整理全数字地形图测绘中,各种相关流程、理论与应用规则等,以提高测量工作的效率和水平。总体安排及进度:1、4 月 5 日—-4 月 13 日 收集与 RTK 和全站仪测地形的相关论文材料,并完成开题报告。2、4 月 13 日—4 月 20 日 根据个人情况,可以修改论文题目。确定指导老师。.3、4 月 21 日—-5 月 4 日 整理分析收集的 RTK 结合全站仪测地形的相关论文材料,列出论文大纲,然后开始论文的写作。4、5 月 5 日—-5 月 20 日 完成论文内容,形成初稿,上交给指导老师。5、5 月 21 日—5 月 31 日 根据老师的指导和同学的建议对论文进行修改和完善,并最终完成论文正文。课题预期达到的效果:全面了解数字化测图的相关流程、理论、应用规则、RTK 与全站仪在数学化测图中的利与弊、RTK 与全站仪相互配合在未来数字化测图中的前景等。测绘出合格的图纸,同时减少测量工作期间的成本投入,提高数字测图的准确性、效率性和全面性。熟悉控制测量、野外数据采集及内业成图,数字化测图的整体流程及各部分的工作内容,更好的服务于各项工程。指导教师意见:签名:3RTK 结合全站仪在数字化地形图测量中的应用【摘要】 GPS(RTK)在当前测绘工程的应用越来越广泛,也越来越具重要性。同时随着科学技术的提高与仪器的发展,测图的方法也越来越丰富。本文主要介绍了当前应用最广、最普遍的测图方式,即 GPS(RTK )与全站仪相互结合的数字化测图。GPS 新技术的出现可以快速地测定各级控制点的坐标,在地形测量中已得到广泛应用。本文主要阐述了如何更好地应用 RTK 与全站仪在实际测图中的应用,发挥各自所长,补足互相的不足。让测图更具高效性,节省更多的人力物力。【关键字】 RTK ;全站仪;控制测量;图根控制测量;碎部测量4目录1.绪论 ............................................................................................................................................................................52. GPS(RTK) 组成及其工作原理 ..............................................................................................................................52.1 GPS(RTK)技术概述 : .......................................................................................................................................52.2 RTK 工作原理: ................................................................................................................................................53. 外业数据采集 .........................................................................................................................................................63.1 野外作业 ...........................................................................................................................................................63.2 RTK 配合全站仪测量碎部点 ...........................................................................................................................63.2.1 利用 RTK 测量图根控制点 ......................................................................................................................73.2.2 利用全站仪进行碎部点测量 ..................................................................................................................83.3 应用 RTK 测量碎部点 ....................................................................................................................................84 .数据处理 ...............................................................................................................................................................104.1 GPS 数据处理 ..................................................................................................................................................104.2 数据传输和内业成图 .....................................................................................................................................105.莆田市忠门镇 1 比 500 数字化测图实例分析 ..................................................................................................115.1 测区概况 ..........................................................................................................................................................115.2 E 级 GPS 点测量 ..............................................................................................................................................115.2.1 GPS 选点 ................................................................................................................................................115.2.2 GPS 点标石埋设 ....................................................................................................................................115.2.3 GPS 点观测 ............................................................................................................................................125.2.4 GPS 点平差 ............................................................................................................................................135.3 RTK 图根控制测量 ..........................................................................................................................................155.3.1 测量配置 ..................................................................................................................................................165.4 碎部测量 ..........................................................................................................................................................175.5 内业处理 ..........................................................................................................................................................176.外业操作的一些注意事项 ....................................................................................................................................186.1RTK 作业中需要注意的问题 ...........................................................................................................................186.2 全站仪作业需要注意的问题 ........................................................................................................................187 总结 ...........................................................................................................................................................................1851.绪论地形图在国民经济建设和国防建设方面占有重要地位,为国土资源开发利用,工程设计和施工,城市建设、工业、农业、交通、水利、林业、通信、地矿等部门的规划和管理提供地形图;为各种国防工程的规划、设计和施工、战略部署、战役指挥等提供地形图,已经是我们日常生活中不可缺少的一部分。随着科学技术的进步和计算机技术的迅猛发展及其向各个领域的渗透,以电子全站仪、GPS-RTK 技术等先进测量仪器和技术的广泛应用,地形测量向自动化和数字化方向发展,数字化测图技术应运而生。同时随着高科技的发展,测量也走过了,当时的手工绘图到数字化绘图。近年来全站仪测图已经基本上取代了经纬仪的平板测图,而且经度上也高于平板测图。随着工程的需要,测图的范围也越来越广、地形也相对更加复杂。此时如果还采用全站仪测图就有了很大的局限性。而 GPS RTK(GPS卫星全球定位系统;RTK 厘米级精度动态实时差分测量) 实时动态定位技术效率高,可以在作业现场提供经过检验的测量成果,能够在满足精度的前提下,摆脱后处理的负担和外业返工的困扰,加之GPS 系统的进一步稳定和完善,使 RTK 技术大大减少了工作程序。RTK 结合全站仪进行测绘工作,可以优劣互补。如果仅用全站仪进行测绘,就必须建立图根控制网,这样须投入大量的时间、人力、财力;如仅用 RTK 测图,可以省去建立图根控制这个中间环节,节省大量的时间、人力和财力,同时还可以全天侯地观测 [1]。由于卫星的截止高度角必须大于 15°,它在遇到高大建筑物或在树下时,就很难接收到卫星和无线电信号,也就无法进行测量。如果用 RTK与全站仪结合起来测图,上述弊端就可以克服。即在进行地形测量时,空旷地区的地形、地物用 RTK测之;村庄、城市内的建筑物、构筑物用 RTK 实时给出图根点的三维坐标,然后用全站仪测之。这样可以大大加快测量速度,提高工作效率。综上所述,采用 RTK 结合全站仪进行测绘工作,不仅可以减少作业人员和作业工序,而且可以提高采集数据的速度和质量,从而有效地提高了工作效率。因此,它是一种行之有效的测图方法。本文主要论述了全站仪如何配合 RTK 在大比例尺地形图中的应用。随着测绘科学技术的发展,传统的测绘方法正逐步被不断涌现的新仪器、新设备、新技术、新方法所取代。RTK 结合全站仪进行测绘工作就是一种行之有效的新方法。2. GPS(RTK) 组成及其工作原理2.1 GPS(RTK)技术概述:RTK(Real - time kinematic)又称实时动态差分测量系统,主要由接收设备,数据传输设备和软件系统三部分组成。它是以载波相位测量与数据传输技术相结合的,以载波相位测量为依据的实时差分 GPS(RTK)测量技术,是 GPS 测量技术发展里程中的一个标志,它是利用 2 台以上 GPS 接收机同时接收卫星信号,其中一台安置在已知坐标点上作为基准站,另一台用来测定未知点的坐标——移动站,基准站根据该点的准确坐标求出其到卫星的距离改正数并将这一改正数发给移动站,移动站根据这一改正数来改正其定位结果,从而大大提高定位精度。它能够实时的地提供测站点指定坐标系的三维定位结果,并达到厘米级精度。RTK 技术根据差分方法的不同分为修正法和差分法。修正法是将基准站的载波相位修正值发送给移动站,改正移动站接收到的载波相位,再解求坐标;差分法是将基准站采集到的载波相位发送给移动站,进行求差解算坐标。RTK 的关键技术主要是初始整周期模糊度的快速解算数据链的优质完成——实现高波特率数据传输的高可靠性和强抗干扰性 [2]。2.2 RTK 工作原理:将一台接收机置于基准站上,另一台或者几台几台接收机置于流动站上,基准站和流动站同时接收同一时间相同 GPS 卫星发射的信号,基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较,得到 GPS差分改正值。然后将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传递给共视卫星的流动站,以精化其GPS 观测值,得到经差分改正后流动站较准确的实时位置 [3]。RTK 工作原理及模式。(如图 2—1)6图 2—1RTK 工作原理图RTK 正常工作还需要具备以下三个条件:(1)基准站和移动站同时接收到 5 颗以上 GPS 卫星信号;(2)基准站和移动站同时接收到卫星信号和基准站发出的差分信号;(3)基准站和移动站要连续接收 GPS 卫星信号和基准站发出的差分信号。即移动站迁站过程中不能关机,不能失锁。否则RTK 须重新初始化3.外业数据采集全站仪配合 RTK 的作业流程主要有两部分,一个是外业数据采集,一个是内业数据处理。外业数据采集的基本步骤为:先控制→利用静态 GPS 做首级控制点→RTK、全站仪测量图根点→利用 RTK、全站仪测量碎步点→数字化成图。内业数据处理主要是 GPS 数据处理和数字化成图。3.1 野外作业GPS 网野业作业流程:(1)选点:按有关规定进行选点,点位应选在易于安置接收设备、且视野开阔的位置。点位要选在尽可能远离大功率无线电发射源、高压输电线、及交通便利、地基稳定、便于保存的地点。利用旧点时,要对旧点的完好性、稳定性、觇标是否安全做检查,符合要求才可利用。一级点之间至少要有一个方向可以相互通视。(2)埋石:在土质较好的沙石地面上埋设标石。并在标石上或附近注明点号及点位等级。(3)观测:捕获 GPS 卫星信号,进行跟踪、处理和量测,获取所需的定位信息和观测数据。(4)外业观测记录:同一历元的测码伪距观测值;载波相位观测值及相应的观测历元; GPS 卫星星历及卫星钟差参数等。 (5)求解转换参数:在测区架设两个基准站,分别测定待测点,并覆盖待测点整个范围的三、四等点以求解转换参数,并检测三、四等点以检查转换系数的准确性。(6)高程测量:因为目前所采用 RTK 技术施测待测点高程都很难达到四等水准精度要求,所以待测点高程一般采用四等水准方法施测。3.2 RTK 配合全站仪测量碎部点RTK 配合全站仪测量碎部点的模式主要可分为两个步骤:(1)利用 RTK 测量图根控制点 RTK技术进行控制测量可以大大提高工作效率;(2)利用全站仪和 RTK 联合测量碎部点。RTK 可以随时为全站仪提供图跟控制点,也可以解决单独使用 RTK 信号遮挡等原因造成的误差。为了保证精度居民地部分的地物点及地形点、高程点采用全站仪极坐标法测量。居民地外围较开阔的地区使用 RTK 定位进行测量。若遇到通视条件较差有遮挡不便于 RTK 测量的地区则采用全站仪极坐标法补充测量。73.2.1 利用 RTK 测量图根控制点 随着 GPS 全球定位系统技术的发展 RTK 测量得到了广泛应用,非建成区可以采用 RTK 的形式布设图根控制,直接测定三维坐标,RTK 高程经大地水准面精化作为最终成果直接用于测图。为了保证测区 RTK 图根控制点的测量精度,RTK 图根控制点的测量技术应按照一下要求 [4]: (1)测区坐标系统转换参数的获取a)在获取测区坐标系统转换参数时,可以直接利用已知的参数;b)在没有已知转换参数时,可以自行求解:2000 国家大地坐标系与 1980 西安坐标系转换参数的求解,应采用不少于 3 点 D 级 GPS 点以上的高等级起算点两套坐标系成果,所选起算点应均匀分布,且能控制整个测区;转换时应根据测区范围及具体情况,对起算点进行可靠性检验,采用合理的数学模型,进行多种点组合方式分别计算和优选;RTK 控制点测量转换参数的求解,不能采用现场点校正的方法进行。(2)基准站的安置应满足的条件(a)基准站应有高精度的坐标(含 2000 国家大地坐标与 1980 西安坐标) ,必须设在委托方提供的各等级控制点,若满足不了要求必须采用 GPS 静态测量技术利用已有 C、D 级 GPS 控制点加密 E级 GPS 点作为基准站设站点位; (b)基准站应选在地势较高、交通方便,天空较为开阔,周围无高度角超过 10°的障碍物,有利于卫星信号的接收和数据链发射的位置。采用移动通信技术进行数据传输时,基准站必须选择在测区有移动信号接收的位置;(c)为防止数据链丢失以及多路经效应的影响,周围无 GPS 信号反射物(大面积水域,大型建筑物等) ,无高压线、电视台、无线电发射站、微波站等干扰源。(3)流动站的技术要求(a)用数据采集器设置流动站的坐标系统转换参数,设置与基准站的通信。平面转换残差不应大于±3.5cm,高程拟合残差不应大于±4cm;(b)数据采集器设置控制点的单次观测的平面收敛精度不应大于 2cm,高程收敛精度不应大于3cm,观测时注意点位几何图形强度因子 PDOP 应不大于 6;(c)观测开始前应对仪器进行初始化,开机后 30 秒开始观测,获得固定解的时间不得超过 30 秒,否则宜断开通信链路,再次进行初始化操作。(d)每次观测之间流动站应重新初始化。作业过程中,如出信号失锁,应重新初始化,并经重合点测量检核合格后,方能继续作业;(e)流动站距基准站的距离不得超过 5km。流动站不宜在隐蔽地带、成片水域和强电磁波干扰源附近观测;(f)流动站应使用三脚架,在对中、整平,每次观测历元数据应不少于 20 个,采集间隔2s~5s,各次测量的平面坐标及大地高较差应不大于 4cm;(g)流动站观测两次,间隔不小于 30 秒,双观测值的平面坐标较差不大于±5.0cm,高程较差不大于±5.0cm,成果取中数作为最终成果;(h)每次作业开始前或者架设基准站后,均应进行至少一个同等级或高等级已知点的检核,平面坐标较差不应大于 7cm, 高程较差不应大于 10cm;(j) RTK 图根控制点高程应采用莆田市似大地水准面精化成果改化后作为最终成果高程数据。RTK 测量图跟控制点基准站的基本操作过程有:a.找一开阔高地架设好基准站b.主机和 GPS 天线连接。发射电台和 GPS 主机、电池的连接。如图 3—1c.基准站的参数设置:坐标系统的参数设置;接收机类型和天线类型设置;控制点坐标设置;发射电台的型号、发射频率和数据传输率设置;天线高和量高方式设置等。d.检查基准站的坐标是否正确。e.启动基准站、启动发射电台。基准点测量的常见问题有:a.坐标转换。一般已知点的 X 坐标需要加表示带号的两位数值。输入时需将其去掉。b.坐标系统的设置。注意设置中央子午线,旋转参数值等。c.检查差分改正数是否发射。若不能接收到差分信号,需要检查发射电台型号、数据传输率和发射频率等参数设置是否正确。8流动站的基本操作过程有:a.在合适的地点打木桩作为图根控制点,并用油漆将点位编号写在木桩上,并在附近做一些标记以便在碎部测量时容易找到。b.将 RTK 流动站置在该图根控制点上,待 GPS 整周模糊度固定后开始测量。测量时需能否接收到基准站的 RTK 差分信号,检查天线类型、天线高是否正确等。c.记录该点的点位坐标,填写好点之记。图 3—1RTK 基站3.2.2 利用全站仪进行碎部点测量每个全站仪测量小组一般需要配备 1 名观测员,1~2 名跑尺员。 (为了提高工作效率全站仪用编码测量不需要画草图人员。 )全站仪碎部测量的主要操作过程为:①将全站仪架设在控制点上,整平、对中、量仪器。设置好文件并输入测站点和后视点坐标。②定向。将棱镜竖在后视点上,并使水准泡居中,进行后视。③ 碎部点测量。在要测量的碎部点上立尺进行观测,或用免棱镜直接观测。3.3 应用 RTK 测量碎部点在地势平坦视野开阔的地方可以利用 RTK 进行碎部点测量,这样可以大大提高工作效率,节省人力、物力。(用 RTK 测平坦的地势一般 1~2 个人一组)一般碎部点的测量大多采用点模式,测量点的操作流程是:①架设仪器。将基准站架设在地势高,上空开阔、没有强电磁干扰、多路径误差影响较小的地方。②连接仪器。将 GPS 主机、天线、接收天线、控制器连接好。③启动主机打开【项目】并建立新工程。如图 3—29图 3—2定义坐标系统。如图 3—3图 3—3③参数设置。测量前应进行 GPS 主机类型、电台型号、接收机天线类型等参数的设置。如图 3—4图 3—4⑤输入天线高和测站名称。⑥进行点校正。⑦流动站开始测量。如图 3—510图 3—5在利用 RTK 进行碎部测量时,需要注意以下几点:①只有当在“固定解”状态下才可以开始进行测量。②当发现无差分信号时,立即停止作业并进行检查,如:基准备站可能没电了。③保持对 GPS 卫星的跟踪,移动站尽量保持垂直以免信号中断。④当“存储”功能键出现时,若满足要求则按“存储”键保存观测值,否则按“取消”放弃观测。4 .数据处理完成外业数据采集后,应尽快把数据传到电脑用 CASS 软件连出地形图。以免数据丢失或测量人员由于时间过长忘记连图时出现错误。4.1 GPS 数据处理GPS 数据处理主要包括 GPS 控制网平差(5.2.4 结合实例介绍平差步骤) 、RTK 数据的整理。GPS 网平差主要包括:无约束平差无约束平差以三维基线向量及其相应方差—协方差阵作为观测信息,以一个点的 WGS-84 系三维坐标为起算依据,进行 GPS 网的无约束平差。平差结果须提供各点在 WGS-84 系下的三维坐标、各基线向量及其改正数和其精度信息。无约束平差中,各基线分量改正数绝对值应满足: V△x≤ 3σ;V△y≤ 3σ;V△z≤ 3σσ—相应级别规定的精度(按网的实际平均边长计算) 。约束平差利用无约束平差后的可靠观测量,在 1980 西安坐标系下进行二维约束平差。平差中,对已知点坐标、已知距离和已知方位,可以强制约束,也可以加权约束。平差结果应输出在相应坐标系中的三维或二维坐标、基线向量改正数、基线边长、方位、转换参数及其精度信息 [5]。约束平差中,基线分量的改正数与无约束平差结果的同一基线相应改正数较差的绝对值应满足: dV⊿x≤2σ dV⊿y≤2σ dV⊿z≤2σσ—相应级别规定的精度(按网的实际平均边长计算) ;精度指标: E 级 GPS 控制网平差后网中最弱相邻点的相对点位中误差不大于 ±5cm,E 级 GPS网最弱边的边长相对中误差不应大于 1/20000。当边长小于 200m 时,边长中误差应小于 20mm。RTK 数据整理主要包括:数据存储格式的标准化;剔除含有粗差的观测值:把点文件传到电脑上,储存时选择 DAT 格式。用记事本打开点文件检查编码是否输错或忘记连接的。4.2 数据传输和内业成图采用CASS7.0 软件进行成图。CASS7.0 是在Auto CAD 平台上进行开发的新一代数字化地形地籍测图软件, 在成图功能方面较其它软件方便, 且成图效果好。将外业采集的流动站手簿储存的碎部点坐标等数据传输到电脑内。先用专用传输线将电脑和 GPS手簿连接起来,再用同步软件完成数据的传输与下载,将观测数据保存到电脑中。内外业成图检验将完成后的地形图与已有的数字化地图进行叠置,比较,查看它们的重合度。打印出样图,带到测区进行抽查检验。可以用全站仪检查图上明显地物点的平面坐标和高程,将其与图上对应点位置进行比较。最后,对地形点和地物点进行检查,查缺补漏,在样图上进行标注,内业处理时利用补测样图进行地形图的修改与补充。
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