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RTK在地形测量上的应用研究.doc

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RTK 地形 测量 应用 研究
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1龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目: RTK 在地形测量上的应用研究 资源工程学院龙岩学院毕业论文(设计)开题报告2012 年 4 月 6 日论文(设计)题目:RTK 在地形测量上的应用研究姓名 年级 08 所在院系 资源工程学院2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:首先,提高地形测量的工作效率,节省人力。其次,证明 RTK 技术在地形测量中的精度,让 RTK 更多的应用于测量领域,并使更多的人了解 RTK 技术。课题中也提到一些实际问题的解决方法,包括数据采集与内业数据处理,本课题研究可以为我们今后工作遇到类似情况提供解决思路,最后,增强自己对 RTK 技术的认识,为今后测绘工作添砖加瓦。工作内容:第一部分介绍 RTK 在地形测量中的应用现状,根据现状引出本课题研究的意义;第二部分简要介绍了 RTK 的基本原理与组成,以及 RTK 误差的来源方式;第三部分着重写项目技术方案,包括准备工作、控制网的布设,碎步测量以及数据的内业处理;最后根据这个项目技术方案,我们开展江山地形测量。总体安排及进度:1、4月1日-4月6日 整理资料,确定论文题目,并完成开题报告2、4月7日-4月21日 确定指导老师,在指导老师的帮助下完成对开题报告的修改3、4 月 22 日-4 月 30 日整理分析收集论文的相关资料,列出提纲开始写作4、5 月 1 日-5 月 20 日完成论文的初步定稿,并咨询指导老师完成论文内容,初稿。并上交总结给老师,内容包括:现状介绍、RTK 原理、项目设计方案、根据方案开展工作5、5 月 21 日-6 月 10 日 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:通过本课题的研究总结出 RTK 外业使用经验,结合 RTK 外业操作方法及内业数据处理过程加以论述与推广。在实例中,通过对这些经验的使用,可以极大提高工作效率,坡度法的介绍更为我们今后地形测量提供了一种新的作业方法。指导教师意见:签名:引言 .......................................................................................................................................................................51.1 GPS 在地形测量中应用现状与前景 ....................................................51.2 研究意义 .........................................................................51.3 课题主要内容 .....................................................................52.RTK 概论 ............................................................................................................................................................532.1 RTK 基本原理 ......................................................................52.2 RTK 的系统组成 ...................................................................62.3 RTK 数据处理系统 ..................................................................62.4 RTK 技术误差来源和测量精度 ........................................................63 项目技术方案 ...................................................................................................................................................73.1 准备工作 ..........................................................................73.2 平面控制测量 .....................................................................73.3 碎部测量 ..........................................................................83.4 内业处理 ..........................................................................83.5 图纸的校对 ........................................................................84.野外测量实例 ...................................................................................................................................................84.1 测区概况 ..........................................................................84.2 测区控制网 .......................................................................84.3 碎部点测量 .......................................................................104.4 内业处理 ........................................................................114.5 图纸的校对 .......................................................................135、RTK 技术在实测中的使用经验 ....................................................................................................................13致谢 .....................................................................................................................................................................15参考文献 .............................................................................................................................................................16RTK 在地形测量上的应用研究资源工程学院 测绘工程专业2008092549 郑骥 指导教师 徐志刚【摘要】:随着测量技术的发展,RTK 技术在测量中的应用越来越来广泛。通过地形测量的发展前景,引出RTK 技术在地形测量中的应用情况,介绍其原理、组成。主要写出 RTK 技术在地形测量中的技术方案和 RTK 技术在地形测量中的应用实例,从图根控制测量到碎部测量再到成图一系列过程进行说明。以技术方案展开 RTK 技术在实践中应用情概况,并结合地形特点分析影响 RTK 作业过程和影响因素,证明 RTK 技术在实用中的精度,体现出 RTK 技术的方4便、快捷,以及 RTK 技术应用于地形测量的注意事项,并进行了总结。【关键词】:RTK;地形测量;项目设计书;应用实例引言1.1 GPS 在地形测量中应用现状与前景传统的地形测量是利用测量仪器对地球表面局部区域内的各种地物、地貌特征点的空间位置进行测定,以一定的比例尺并按图示符号将其绘制在图纸上,这种方法是图解法测图 [1] 。随着科学技术的进步和计算机技术的发展并利用到我们测绘领域上,以及 GPS-RTK 的实用,地形测量向着自动化和数字化方向发展,数字化测图逐渐成熟。使用 RTK 我们仅需一人背着仪器在要测的点上呆上一秒钟并输入特征编码,通过电子手簿,在点位精度合乎要求的情况下,把一个区域内的地形地物点测定后带回到室内,用专业测图软件得到我们想要的地形图 [2]。用 RTK 技术测定点位不需要点间通视,仅需一人操作,便可完成测图工作,大大提高了测图效率。5目前,国内已逐步采用 GPS 技术来进行地形测量。实践证明,在地形复杂的地区达到了常规方法难以实现的精度,同时也大大提前了工期。GPS 技术在点位控制测量中也具有广泛的应用前景,GPS 测量无需通视,减少了常规方法的中间环节。GPS 在控制点布设过程中,受外界环境影响小,并可构成较强的网形,在提高点位精度的同时对检测常规测量的支点也非常有效。1.2 研究意义本文通过研究 RTK 在江山地形测量中的应用,来体现出 RTK 在地形测量中无与伦比的优势,与传统全站仪控制测量相比,测站之间无需通视,对测区的地形要求比较低,而且相对精度比较高、观测时间缩短,操作更加简便,况且可以全天候作业。在现今经济发展形式大好的局面下,科技技术水平不断提高,RTK 的使用对于地形测量来说就像及时雨,不仅仅提高了工作效率,更使我们创造的社会价值进一步提高。从另一方面说,这也是进一步推广 RTK 技术在地形测量上的应用,并且使自己对于 RTK 的了解更上一层楼,掌握和总结更多的使用经验为自己将来的测绘事业打下坚实基础。1.3 课题主要内容论文第一章主要介绍 RTK 概念、优势同时简要介绍目前 RTK 在地形测量上的发展现状;第二章主要介绍 RTK 的组成、基本原理、误差来源;第三章主要根据实例制定的一个项目技术方案,包括准备工作,平面控制网,碎步测量以及数据内业处理;最后是根据这个技术方案,我们开展的此次江山地形测量。2.RTK 概论2.1 RTK 基本原理RTK (Real Time Kinematic)称实时动态载波相位差分。其设备是在两台静态型测量仪器间加上一套无线电数据通讯系统(也称数据链),将相对独立的GPS信号接收系统连成一个有机整体 [3]。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术,RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值,相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机,数据量比较大,一般都要求9600的波特率,这在无线电上不难实现 [4]。基准站把接收的所有卫星信和基准站的一些信息都通过系统传送到流动站,流动站本身在接收卫星数据的同时,也接收基准站传送的卫星的数据 [5]。在流动站完成初始化后,把接收到的基准站信息传到控制器内,并将基准站的载波观测信号与本身接收到的载波观测信号进行差分处理,一般来说RTK系统可达到厘米的定位精度,RTK的工作原理图 2-1电 源GSP 接收机无线电发射系统控制器 GSP 接收机 电 源无线电接收系统显示系统6基准站 移动站图 2-1 RTK 工作原理图2.2 RTK 的系统组成 GPS(RTK) 系统由基准站、若干个流动站及无线电通讯系统三部分组成。基准站包括:GPS 接收机、GPS 天线、无线电通讯发射系统、电源系统 及基准站控制器等部分 [6]。流动站由以下几个部分组成: GPS 接收机、GPS 天线、无线电接收系统、电源及流动站控制器等部分。RTK 的系统组成图见图 2-2。图 2-2 RTK 系统的组成图2.3 RTK 数据处理系统进行 RTK 定位时,基准站将观测值及其已知坐标通过数据链发送给流动站,流动站不仅采集 GPS观测数据还要接受通过数据链电台送来的基准站数据,并在流动站上形成差分观测之后实时求出流动站坐标,其精度可达到厘米级 [7]。在 GPS RTK 测量中,要求有三点:一是能接收 5 颗以上的 GPS 卫星;二是迁站过程中不能关机、不能失锁;三是必须能同时接收到 GPS 卫星的信号和基准站播发的差分信号。2.4 RTK 技术误差来源和测量精度如果要想了解 RTK 的主要误差来源,需要先了解 GPS 的主要误差源具体类别如下 [8]卫星部分:①星历误差②钟误差③相对论效应信号传播:①电离层②对流层③多路径效应信号接收:①钟的误差②位置误差③天线相位中心变化其他影响:①地球潮汐②负荷潮RTK 误差来源、测量精度及处理方法如下:针对天线相位中心变化,天线的机械中心和电子相位中心不重合误差一般达到 3-5cm,提高 RTK 精度方法天线检验校正;针对多路径误差,误差大小和周围的环境有关,一般误差 1-10cm 不等,提高精度的方法,选择不具反射面的点位,专业的天线,铺设吸电波材料等;针对信号干扰,提高精度的方法,远离干扰源;针对电离层误差,误差和电离层引起电磁波传播延迟有关,主要和太阳黑子活动、地理位置、季节变化、昼夜变化有关。提高精度的方法,两个以上观测站同步观测;利用电离层模型改正。太阳黑子活动剧烈时不宜观测,平静时一般误差为 5×10-6.73 项目技术方案3.1 准备工作 3.1.1 资料准备搜集与该测图相关的已知资料,可以向设计方或者甲方等,资料主要用于已知点的提供,RTK 相关数据的提供,精度的要求,测区概况和技术要求等,能更方便与工作的进行,保证工作质量。 3.1.2 技术准备对整个测区进行大致勘察,选出基准站设置位置(可选控制点或任意地方),尽量在高地,并且高大建筑物少,人流量少,通信设备少的地方,再了解其地形情况,更好的分配 RTK 和全站仪的使用,尽量达到完美配合,提高工作质量和提高工作效率。根据现场踏勘情况和工期进度要求,编写详细的分项施测方案,并报报甲方审批。 3.1.3 仪器准备根据本阶段测量工作的工期要求,对需要使用的测量设备提前做好鉴定工作,并按规定进行作业前校验。3.2 平面控制测量 3.2.1 布网方案首级控制网采用 E 级 GPS 控制网,GPS 控制网的布设应根据具体的地形情况、作业时卫星状况、精度要求等因素进行综合设计。因为 GPS 控制网作为首级控制网时,需采用其他测量方法进行加密。由于此次地形测量对于精度的要求,我们对控制网的布设采用平行四边形,将整个测区覆盖,并且做了一定数量的多于观测。考虑到山区地形复杂,次级控制网采用全站仪或 RTK 附和导线。 3.2.2 基准站和移动站的设定基准站尽量设在测区中间部位,并在较高的建筑上,摆放平稳后,再根据资料进行设定。注意基准站可设立在有精确坐标的已知点上,也可设在未知点上;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,城市测量首选测区中央的高大建筑物上;为防止数据链的丢失和多路径效应,周围应无 GPS 信号反射物(大型停车场,大型建筑物,车辆拥挤的街区等),200 m 范围内无高压电线、电视台、无线电发射台等干扰源;如果用基准站选择内置电台设置,考虑到南北极附近是卫星的空洞区,电台的天线应架设在 GPS 接收机的北方。在收取基准站时千万不要移动脚架,保证基准站位置。 (如果基准站设置在控制点上时则不用理会脚架的问题) 3.2.3 点校验在所测区域选择一个方便的控制点进行点校验,进行时水准气泡一定保持在居中状态,一面出现偏差,完成后在进行一次该点的点放样,以免点校验时出现差错。 3.2.4 图根点数据采集RTK 观测流动站的架设要牢固应用三脚架架设,流动站与基准站之间不得存在大功率的信号干扰。 RTK 观测的采样间隔为 1s,每次测量的历元数不小于 10 个;单次观测的平面收敛精度应不大于2cm,两次点位误差应不大于 5cm。RTK 观测的平面坐标成果取各次观测成果的平均值。 3.2.5 数据解算根据数据采集时间,卫星数量等,运用专业软件对相关参数进行解算,提高结果精度。3.3 碎部测量 3.3.1 点校验在地势高的山地或者房顶摆设好基站,确保仪器安全和信号的畅通,每次出工前都要在方便的控制点上进行一次点校验,在实测一下该点,以保证数据的正确性,做到不出错。 3.3.2 碎部采集RTK 进行数据采集时多数以山地为主,高大建筑少的地方,农田荒地多由全站仪进行数据采集。RTK 进行数据采集时,相应地物要用相应的编码代表,减少内业的工作量。83.4 内业处理 3.4.1 数据传输一般以当天日期为文件名,传输成功后要是有当天错误数据立即处理,以免绘图时出错,成图后在处理会很麻烦,也会导致图形的不美观。 3.4.2 成图画图时一定要按设计书要求去做,以免造成不必要的麻烦,当天可以完成的一定要在当天完成,以免以后忘记,使成图出现错误。成图后要将图保留一个备份,以免文件损坏,浪费时间。3.5 图纸的校对在内业完成地形图之后,我们还需进行图纸的校对,我们抽取 5%~10% 的抽查比例,并向公司提供成果验收报告。当抽查发现出现不符合要求的要重新测量,以保证成果的可靠性。4.野外测量实例4.1 测区概况本次地形测量主要测区在江山,委托于一家旅游开发公司对该村上的一块大约 200 亩的山地进行地形测量,作为旅游村建设的第一手资料。该测区地形复杂,丘陵连着丘陵,边界靠着一条公路,其他三面为山林中人为划定的边界线,测区内部主要以农田为主,多荒废,杂草生长。为了更好的完成此次任务,我小组多次下实地了解信息,制定周密的计划,利用引进来的已知点,进行点校正。在RTK 的使用上,对荒地沿着田埂测,在内业成图中对山坡地使用坡度法数据内业成图。4.2 测区控制网4.2.1 精度限定根据测区情况,采用 E 级 GPS 点作为基站,开始前联测测区内任意 E 级 GPS 控制点进行检核,当与原成果比较,点位误差≤±5.0cm,高程误差≤±5.0cm,方可对图根控制点进行采集,每次采用平滑形式采集 1 分钟,测段结束前联测测区内任意 E 级 GPS 控制点进行检核,读数与原成果比较,点位误差≤±5.0cm,高程误差≤±5.0cm,本站数据方可作为有效数据。4.2.2 首级控制网布设布设 GPS 首级控制网时,GPS 点除了要遵循 GPS 控制网布点的基本原则之外,还应满足以下要求:第一、点位四周障碍物的高度角应该小于 15。 ;点位布设应有利于下级控制加密。第二、每个 GPS 点至少能够与一个 GPS 点通视,便于进行下级加密。第三、点位要远离大功率无线发射源,距离应大于 200 米,远离高压电线,其距离应大于 50 米。控制点在布设好后,根据测区内原有的三个四等 GPS 点,用平差软件求出转换参数并设置好参数,再测量测区范围内的任意一个已知点,检查坐标数据。结果参见表 1:表 1 校正点坐标检测点 坐标 X 坐标 Y 高程 Z 备注公路 2787001.686 500501.628 498.367 已知坐标公路 2787102.463 500469.348 498.595 检测坐标由表 1 可得出坐标差在允许范围之内控制网图9图 4-1 GPS 首级控制网控制网平差后的平差成果:表 2 控制点坐标序号 点名 坐标 X 坐标 Y 高程 Z 备注1 A1 2787001.686 500501.628 498.781 已知点2 B1 2787102.463 500469.348 498.595 检测点3 C1 2787356.510 500692.877 511.943 布设点4 D1 2787323.735 500621.253 519.334 布设点4.2.3 RTK 图根控制测量外业实测1)图根点选点本测区由于 1.5m 至 2.5m 的小树较多,所以通视困难,所以在布点时,要求两点之间通视或两点以上相互通视,布点方式以组进行,每组两到多个点。在实际选点时,应便于安置设备和操作,视野开阔,视场内障碍物的高度角应小 15°,尽量选在空旷的地段,以减少 GPS 信号被遮挡或障碍物吸收。应远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站等),其距离不得小于 150m;远离高压输电线其距离不得小于 30m,以避免电磁场对 GPS 信号的干扰。附近不应有强干扰卫星信号接收的物体,并尽量避开大面积水域,以减弱多路径效应的影响。由于本测区多林地,通视条件较差。所以在实际选点时,多选在空旷的小山包上,也选在进山的路上。因为假值问题的存在,选点时一定要考虑周全。同时一定要做好标记,以便寻找。埋石一般选在视野宽阔,相邻图根点较多的点上。埋石严格按照设计书规定实施(见图 4-2)。2)RTK 技术在图根控制测量的实施基准站设置:我们选在测区里一块地势较高,视野空旷的荒地摆设基准站,打开点校正向导,输入校正点坐标完成校正工作,然后开始图根控制点的测量。下表 3 为图根控制点坐标表 3 ‘J P·0001J P·000810江山地形测量图根控制点坐标系:1980 西安坐标系 测量方式:GPS-RTK测量单位:福建省龙岩经纬测绘高程系:1985 国家高程基准 中央子午线:117° 测量时间:2012 年 3 月点号 等级 X(m) Y(m) H(m) 标石类 型 备注A1 E 级 2787001.686 500501.628498.781 埋石 无B2 E 级 2787102.463 500469.348 498.595 埋石 无TG01 一级图根 2787032.458 500451.656 476.281 铁钉 无TG02 一级图根 2787130.225 500580.979 483.75 铁钉 无TG03 一级图根 2787182.626 500546.997 503.37 铁钉 无TG04 一级图根 2787230.045 500611.066 531.45 铁钉 无TG05 一级图根 2787243.362 500656.587 539.08 铁钉 无TG06 一级图根 2787271.056 500692.920 545.67 铁钉 无4.3 碎部点测量碎部测量是地形测量关键的一步,如何进行数据采集才能节省时间是关键。在每天出工前,都要摆放好基准站,等信号接收完成后再离开,以免连接出现问题,浪费时间,进行数据采集前都要进行一次点校验。 (居民区应用全站仪进行施测,保证精度)在数据采集时,一定要准备充足,以免工作时出现错误,进行采集是要以小面积为单位,进行实测,以免漏测和测量不工整。在测量无法进行时(RTK 没有信号) ,如居民区,应记得其位置,用全站仪进行补测,查看附近是否有图根控制点,如没有,应在附近用 RTK 做两个图根控制点,做好标记,以免被损坏。 4.3.1 工作配置仪器:中海达 V8 GNSS 双星 RTK 系统,1+3 仪器一套,徕卡(TCR802power 2〞)一台,扩普康3 台,脚架和标杆若干,卷尺若干,对讲机若干,在加一些备用设备。人员:厨师 1 人(可以在家查看基站运转情况)测量员 15 名,其中 1 人是管理人员。流动站 3 台,1 台配置 2 人,全站仪 3 组,一组三人。
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