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RTK在安溪县镇东村11000地形图测绘中的应用.doc

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RTK 安溪县 镇东村 11000 地形图 测绘 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 在安溪县镇东村 1:1000 地形图测绘中的应用 资源工程学院2开题报告2012 年 4 月 6 日论文(设计)题目:RTK 在安溪县镇东村 1:1000 地形图测绘中的应用姓名 年级 2008 级 所在院系 资源工程学院专业 测绘工程 指导教师开展本课题的意义及工作内容:课题意义:随着 GPS 的迅速发展,RTK 逐渐应用在各个广大工程里甚至还包括军事上,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,在这几年里 RTK 被广泛的使用,其操作简便,容易使用,数据处理能力强。RTK 作业自动化、集成化程度高,测绘功能强大。降低了作业条件要求,定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累。还有就是其作业效率完全盖过传统的地形图测绘。工作内容:(1)RTK 作业流程及施测步骤;(2)测区概况及附近平面高程控制点,已有测区及周边地图资料;(3)测量技术设计书,控制点(图根点)选点、埋石、施测资料、 ;(4)RTK 技术优点、缺点。总体安排及进度:1、4月1日—4月6日 收集相关论文材料,在老师的指导下确定题目,并完成开题报告。2、4月7日—4月19日 在老师的指导下对开题报告进行修改,明确论文的核心思想及写作方向,了解论文的背景及意义,并拟定提纲。3、5月1日—5月20日 确定论文结构及基本内容,不断和指导老师交流,完成论文各个部分写作,初步完成论文。4、5 月 21 日—6 月 10 日 完成论文的初稿,根据老师的指导,对论文进行修改完善,并最终完成正稿。 课题预期达到的效果:RTK 的使用彻底改变传统的地形图测绘,减少人力,扩大了有效工作的范围,而且大大提高了外业作业效率,RTK 具有快速、高效且精度高;不受通视、障碍物及地形条件的影响;不受两站间距离长短的限制特点,所以,到目前为止,GPS-RTK 的广泛使用有目共睹,不仅是我们测量界的一大笔财富,间接推动中国经济的发展。指导教师意见:签名:3RTK 在安溪县镇东村 1:1000 地形图测绘中的应用[摘要]:GPS RTK 技术是 GPS 测量技术发展的一个新突破,其蕴含着巨大的技术潜力。目前,在这几年里 RTK 被广泛使用,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,完全盖过传统的地形图测绘。而本文主要介绍 RTK 技术在大比例尺测图上的应用,然后以 RTK 技术在测区内大比例尺测图及控制测量中的应用为研究对象,通过这个项目的技术方案以及工程的具体实施过程阐述了 RTK 技术运用于测量工作中的各种技术要求和注意事项,如 RTK 技术的优、缺点。[关键词]:RTK 技术; GPS; 控制测量 ;精度目录41. 数字地形图测绘 ......................................................................................................................................................51.1 数字化测图概念 ..................................................................................................................................................51.2 数字测图的特点 ..................................................................................................................................................51.3 数字测图作业的常用模式 ...............................................................................................................................52.RTK 技术的概述 ........................................................................................................................................................62.1 RTK 的工作原理 .................................................................................................................................................62.1.1 基本原理 ......................................................................................................................................................62.1.1 工作原理 ......................................................................................................................................................62.2 系统组成 ..............................................................................................................................................................63 RTK 技术在地形测图上的应用 ................................................................................................................................83.1 测区概况 ..............................................................................................................................................................83.1.1 作业依据 ......................................................................................................................................................83.1.2 作业方法 ......................................................................................................................................................83.2 RTK 图根控制测量 .............................................................................................................................................83.2.1 图根点的布设 ..............................................................................................................................................83.2.2 选点 ...............................................................................................................................................................93.2.3 RTK 测量技术要求 ......................................................................................................................................93.2.4 RTK 测量技术方法 ......................................................................................................................................93.2.5 RTK 数据后处理 ........................................................................................................................................103.1 RTK 碎部测量及软件成图 ...............................................................................................................................123.3.1 RTK 碎部测量 ............................................................................................................................................123.3.2 RTK 数据传输及软件成图 ........................................................................................................................124 RTK 在实践中存在优点、缺点 ..............................................................................................................................144.1 RTK 优点 ...........................................................................................................................................................144.2 RTK 缺点 ...........................................................................................................................................................145 提高 RTK 作业效率的方法 ....................................................................................................................................146 结论 ..........................................................................................................................................................................157 致谢语 ......................................................................................................................................................................15参考文献 ......................................................................................................................................................................1651. 数字地形图测绘1.1 数字化测图概念 随着电子计算机技术日新月异的发展及其在测绘领域的广泛应用,20 世纪 80 年代产生了电子速测仪,数字化测图是以计算机为核心在外连输入输出设备硬件、软件的条件下通过计算机对地形空间数据进行处理得到数字地图,需要时也可用数控绘图仪绘制所需的地形图或各种专题地图。 广义的数字化测图又称为计算机成图主要包括:地面数字测图、地图数字化成图、航测数字测图、计算机地图制图。在实际工作中大比例尺数字化测图主要指野外实地测量即地面数字测图,也称野外数字化测图。数字测图系统主要由数据输入、数据处理和数据输出三部分组成流程如下:地形图采集 数据处理与采集 成果与图形输出。数字化测图的基本思想: 数字化测图就是将采集的各种有关的地物和地貌信息转化为数字形式,通过数据接口传输给计算机进行处理,得到内容丰富的电子地图,需要时由电子计算机的图形输出设备(如显示器、绘图仪)绘出地形图或各种专题地图。数字化测图的运行示意图数据采集点位信息、特征信息数据传输、绘草图数据处理、地物模型、地貌模型、屏幕编辑、绘图文件存盘地图。1.2 数字测图的特点(1)点位精度高(2)改进了作业方式(3)便于成果的更新(4)避免因图纸伸缩带来的各种误差(5)能以各种形式输出成果(7)方便成果的深加工利用(8)可作为GIS的重要信息源1.3 数字测图作业的常用模式由于软件设计者思路不同,使用的设备不同,数字测图有不同的作业模式。归纳而言,可区分为两大作业模式,即数字测记模式(简称测记式)和电子平板测绘模式(简称电子平板) 。数字测记模式就是用全站仪(或普通测量仪器)在野外测量地形特征点的点位,用电子手簿(或PC卡)记录测点的几何信息及其属性信息,或配合草图在室内将测量数据由电子手簿传输到计算机,经人机交互编辑成图。测记式外业设备轻便,操作方便,野外作业时间短。由于是“盲式”作业,对于较复杂的地形,通常要绘制草图。电子平板测绘模式就是全站仪、加便携机、加相应测图软件,实施外业测图的模式。这种模式将便携机的屏幕模拟测板在野外直接测图,可及时发现并纠正测量错误,外业工作完成,图也就出来了,实现了内外业一体化。从实际作业来看,数字测图的作业模式是多种多样的。不同软件支配不同的作业模式,一种软件可支配多种测图模式。由于用户的设备不同,要求不同,作业习惯不同,细分目前我国数字测图作业模式大致有如下几种:(1) 、全站仪与电子手簿测图模式;(2) 、普通经纬仪与电子手簿测图模式;(3) 、平板仪测图与数字化仪数字化测图模式;(4) 、旧图数字化成图模式;(5) 、测站电子平板测图模式;62.RTK 技术的概述2.1 RTK 的工作原理常规的测图方法通常是先布设控制网点,这种控制网一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网。最后依据加密的控制点和图根控制点,测定地物点和地形点在图上的位置并按照一定的规律和符号绘制成的平面图。GPS 新技术的出现,可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标。特别是应用 RTK 新技术,甚至可以不布设各级控制点,仅依据一定数量的基准控制点,便可以高精度并快速地测定地形点、地物点的坐标,利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图,然后通过计算机个绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。应用 RTK 技术进行定位时要求基准站接受机实时地把观测数据及已知数据实时传输给流动站 GPS 接受机,流动站快速求解整周模糊度,在观测到四颗卫星后,可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。这比 GPS 静态、快速静态定位需要事后进行处理来说,其定位效率会大大提高。故 RTK 技术一出现,其在测量中的应用立刻受到人们的重视和青睐。它的出现为各种控制测量、地形测图、工程放样带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。2.1.1 基本原理(1)RTK 测量技术的组成部分:①基准站接收机②数据链③流动站接收机 (2)RTK 测量技术工作原理:①RTK 定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,它能够实时的提 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流动站,流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 差分观测值进行实室处理,同时给出厘米级定位结果,历时不到一秒钟。 2.1.1 工作原理通常由一个基准站和一个或多个流动站组成.基准站一般架设在已知点(平面坐标或高程已知) 上,点位一般位于测区中间、视野开阔、周围无高大的树木、楼房等建筑物影响,远离强电磁波发射源和大面积的水面.如果事先没有确定地心坐标(WGS-84)与当地坐标系的转换参数,也可以将基准站架设在符合上述条件的未知点上,流动站依次设置在待测点上观测。基准站和流动站同时接收卫星信号基准站通过连接的电台将测站坐标,伪距观测值,载波相位观测值,卫星跟踪状态和接收机工作状态发送给流动站。流动站接收该信息后与卫星信息进行实时差分平差处理,实时得到流动站的三维坐标及其观测精度信息。 2.2 系统组成(1)基准站的组成 ①GPS 接收机及其天线:用语接收 GPS 卫星信号;②无线电传输设备:包括电台、手机通讯模块及发射天线,用于发射基站无线电信号;③电子手簿:用语设置基准站和电台的各项参数。(2)流动站的组成 ①GPS 接收机及其天线:用于接收 GPS 卫星信号;②无线电接收电台及其天线:用于接收基站电台发射的无线电信号;③电子手簿:用语设置流动站和接收电台的各项参数,通过手簿进行各项测量的操作。 (3)与 RTK 系统相配套的软件:用于 RTK 作业之前和之后相关测量数据进行处理。RTK 系统各部件的连接关系见下图 [1](图 1)7(图 1)83 RTK 技术在地形测图上的应用3.1 测区概况测区位于安溪县参内乡镇东村,测区面积约为 0.8 平方公里,房子密度稀疏,比较分散,其中高差较大。测区属于农村,房屋结构比较简单,测区内地形有林地、桉树林、茶叶地及稻田等。其中茶园相对比较好测,基本上都可以用等高线来表示。 3.1.1 作业依据(1)GB/T20257.1-2007《1:500,1:1000,1:2000 地形图图式 》 ,以下简称《图式》(2)GB/T18314-2009《全球定位系统(GPS)测量规范》 (3)CH/T2009-2010《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》(4)GB/T18316-2008《数字测绘成果质量检查与验收》(5)FCB 001-2005《福建省 1:500,1:1000,1:2000 基本比例尺数字地形图测绘技术规定》 ,以下简称《福建省技术规定》(6)CH/T 1004-2005《测绘技术设计规定》3.1.2 作业方法(1)测区内已布设 2 个 E 级 GPS 控制点(ZD1 、ZD2) ,在此基础上我们对测区布设图根控制点,该测区为西安 80 坐标系,根据规定中央子午线为 117°。作业前求定测区转换参数,即确定 WGS84 与西安 80 坐标系之间的转换参数,即校正后之后进行测量,遇到建筑物或卫星信号比较弱则采用全站仪测量法,内业采用南方 CASS8.0 成图软件进行成图。根据规范我们采用全站仪对图根控制进行精度检查其△x≤±0.050m,△y≤±0.050m,△h≤±0.050m。转换参数见下表(表 1):(表 1) 点名 水平残差 垂直残差 转换参数 方法ZD1 0 0ZD2 0 0北平移量(m):1.464东平移量(m):-116.541旋转:-0°0′36.10980″比例因子:1.0000846471水平和垂直(2)基准站的选择也是至关重要的,基准站安置应选择地势较高,视空无遮挡、电台有良好覆盖域的地方,最好选择在测区内高大建筑物上。为防止数据链的丢失和多路径效应,基准站周围应无GPS 信号反射物(大型建筑物)、200m 范围内无高压电线、电视台、无线电发射台等干扰源。3.2 RTK 图根控制测量3.2.1 图根点的布设本测区图根控制,在测区 E 级 GPS 控制点的基础上,采用华测 GPS-RTK 方法定位进行加密,图根点的密度以满足测图需要为原则。因地形限制,图根点也可以采用在高等级控制点上直接利用全站仪测出图根点坐标的方法进行图根控制工作,可布设不多于三条边的支导线,其水平角、垂直角、距离单程各观测一个测回,水平角首站应观测两个已知方向,其固定角的理论值与观测值不应超过±40″,最大边长不超过 300m,支导线长度不超过 900m。图根点的标志位于沙、土质地上的普通图根点,须打入木桩,木桩顶面规格不小于 3×3cm,其中间钉入铁钉作为中心标志;木桩长度视实际情况而定,以保持稳固为原则。位于水泥地、沥青地的普通图根点,在其中心标志位打入直径约 7mm 的水泥钉(或刻石) ,并以红漆绘出方框及点号。埋石点以基本图幅为单位, 1:1000 地形测图每幅不应少于 3 个(包括高级点在内) ,应注意均匀分布,并保持相邻埋石点方向通视。图根埋石点的中心标志必须使用刻有十字标志的铆钉,标石规格为:标顶 12cm×12cm,标底 20cm×20cm,标高 60cm。图根点命名以镇为单位,每个村用 26 个英文字母其中一个字母表示,埋石点前加“T” ,如在本镇该村则刚好用“TC”如:TC01、TC02……如下图所示(图 2)9102T C(图 2)3.2.2 选点(1)应设在易于摆放 GPS 接收机并且视野开阔地方。(2)的点位要显著,视场周围高度角 15°以上不应有障碍物,以减少 GPS 信号被遮挡或障碍物吸收。(3)应远离大功率无线电发射源(如电视塔、微波站等)其距离不少于 200m;远离高压输电线,其距离不得少于 50m。以避免其产生的电磁场对 GPS 信号的干扰。 (4)附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体如大面积水体(河流、湖泊、沼泽等) 、钢构房屋,以减弱多路径效应的影响。(5)应选在交通方便,有利于其它观测手段扩展与联测的地方。(6)基础稳定,易于点的保存,点间距离不应小于 200 米。(7)人员应按技术设计进行踏勘,在实地按要求选定点位。(8)GPS 布设形成的网形,应该有利于同步观测边、点联结3.2.3 RTK 测量技术要求(1)RTK 图根点测量时,地心坐标系与地方坐标系的转换关系可以在测区现场通过点校正的方法获取。(2)RTK 图根点高程的测定,通过流动站测得的大地高减去流动站的高程异常获得。(3)RTK 图根测量流动站观测时应采用三脚架对中、整平,每次观测历元数应大于 20 个。(4)RTK 图根点测量平面坐标转换残差不应大于图上±0.07mm。RTK 图根点测量高程拟合残差不应大于 1/12 基本等高距。(5)RTK 图根点测量平面测量各次测量点位较差不应大于图上 0.1mm,高程测量各次测量高程较差不应大于 1/10 基本等高距,各次结果取中数作为最后成果。3.2.4 RTK 测量技术方法(1)RTK 测量准备:检验当前站 RTK 作业的正确性,必须检查一点以上的已知控制点,当检核在设计限差要求范围内时,方可开始 RTK 测量。(2)基准站的设置要求:围应视野开阔,截止高度角应超过 15º;周围无信号反射物(大面积水域、大型建筑物等) ,以减少多路径干扰。并尽量避开交通要道、过往行人的干扰。基准站应尽量设置于相对制高点上,以方便发射出差分改正信号。基准站要远离微波塔、通信塔等大型点磁发射源 200米外,远离高压输电线路、通信线路 50 米外。为了节省控制器电量或用于流动站时,基准站在工作期间可关闭手持控制器后去掉。RTK 设备在作业时应尽量避免烈日暴晒或雨水淋湿。基准站工作期间,工作人员不能远离,要间隔一定时间检查设备工作状态,对不正常情况及时作出处理。(3)流动站的设置要求:RTK 作业前,应首先检查仪器内存或 PC 卡容量能否满足工作需要,应备足电源,流动站采用 2m 流动杆作业。(4)RTK 作业要求:检验有关指示灯与仪表显示正常后,方可进行自测试并输入测站号(测点号)、仪器高等信息。接收机启动后,观测员可使用专用功能键盘和选择菜单,查看测站信息接收卫星数、卫星号、卫星健康状况、各卫星信噪比、相位测量残差实时定位的结果及收敛值、存储介质记录和电源情况。RTK 观测期间不得在移动站天线附近 10 米内使用对讲机,不然会对观测数据造成影响。RTK作业期间,基准站不允许关机又重新启动、进行自测试、改变卫星截止高度角或仪器高度值测站名、10改变天线位置、关闭文件或删除文件等操作。在流动站作业时,接收机天线姿态要尽量保持垂直(流动杆放稳、放直) ,还有一个关键就是应尽量避免雷雨天气,RTK 基本条件要求件见下表:(表 2)(表 2) 卫星数 卫星高度角 PDOP 值≥5 15º 以上 ≤63.2.5 RTK 数据后处理 (1)编辑与输出:对多测回数据求平均值后,编辑成一定格式,或制作表格直接输出。(2)采用 GPS-RTK 进行图根控制测量,其高程计算应采用 GPS 大地高结合福建省(似)大地水准面精化成果进行计算。(3)数据输出结果见下表(表 3) (表 3)点名 X 坐标 Y 坐标 高程PDOP值卫星数高度角 X 平均 Y 平均 H 平均2781679.145622602.433408.763 3.780 6 13°ZD12781679.138622602.432408.755 3.947 6 13°2781679.142622602.433408.7592781843.063622730.261398.014 2.035 7 13°ZD22781843.065622730.259398.011 2.036 7 13°2781843.064622730.260398.0132781723.224622497.302415.219 1.780 9 13°TC01 2781723.223622497.303415.216 1.792 9 13°2781723.224622497.303415.2182781726.224622411.979419.745 1.755 9 13°TC02 2781726.225622411.978419.750 1.755 9 13°2781726.225622411.979419.7482781795.929622358.999426.371 1.842 9 13°TC03 2781795.928622358.994426.372 1.855 9 13°2781795.929622358.997426.3722781946.045622413.066403.451 2.017 9 13°TC04 2781946.045622413.066403.451 2.017 9 13°2781946.045622413.066403.4512781945.324622102.588450.082 1.995 8 13°TC05 2781945.320622102.586450.084 2.489 7 13°2781945.322622102.587450.0832782243.056622162.919442.667 2.452 9 13°TC06 2782243.056622162.920442.667 2.440 9 13°2782243.056622162.920442.6672782211.829622384.604441.891 2.213 8 13°TC07 2782211.827622384.603441.891 2.213 8 13°2782211.828622384.604441.891
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