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浅谈RTK及全站仪在征地中的应用.doc

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浅谈 RTK 全站仪 征地 中的 应用
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浅谈 RTK 及全站仪在征地中的应用【摘要】 当今的中国,正在经历着一个新旧交替和飞速发展的时期,随着国家在公共基础设施等方面投资地力度的不断加大,农村城市化的不断推进,越来越多的农村集体土地被国家征收或征用。随着 RTK 技术的不断发展,成熟,广泛应用于各种测量事业中。然而任何一种高新技术也存在着缺陷,其主要缺点是对测量环境要求苛刻。所以,在 RTK 无法满足测量要求时,可采取全站仪配合进行测量。本文介绍了 RTK 和全站仪在高陂镇富岭村1:1000 征地测量工作中的联合应用,采用 RTK 与全站仪在联合作业,使 RTK 与全站仪优势互补,在保证测量精度的前提下,可大幅度提高测量速度和效率。【关键词】 征地;RTK;全站仪 目 录1 引言...........................................................................2 1.1 征地测量的背景.............................................................21.2 RTK 及全站仪应用于征地测量中的意义.........................................21.3 RTK 及全站仪联合应用内容....................................................22 RTK 及全站仪概述................................................................22.1 RTK 测量原理简介............................................................22.2 RTK 精度的提高..............................................................32.3 RTR 技术的优点..............................................................42.4 全站仪测量原理.............................................................43 测区概况及技术方案.............................................................53.1 测区概况....................................................................53.2 规范依据....................................................................53.3 测量仪器和设备..............................................................53.4 已有资料的利用..............................................................54 RTK 及全站仪的应用实例........................................................54.1 应用 RTK 测量................................................................54.1.1 测量的前期工作.........................................................54.1.2 RTK 数据的采集..........................................................64.1.3 RTK 数据输出............................................................64.2 应用全站仪测量..............................................................84.2.1 全站仪数据采集.........................................................84.2.2 全站仪采集数据输出.....................................................84.3 内业数据处理...............................................................84.4 权属主及土地面积记录表.....................................................95 结语.........................................................................13致谢...........................................................................14参考文献........................................................................141.引言1.1 征地测量的背景 土地征收或征用(以下简称征地)主要指国家出于公共利益的需要,按照法定程序强制征用农民集体所有土地,并根据补偿标准一次性给予被征地者(包括土地所有权人、使用权人以及土地承包经营权的发包人、承包人、转包人等)一定的货币补偿,有的还必须按照要求进行必要的就业安置 [1]。 当今的中国,正在经历着一个新旧交替和飞速发展的时期,随着我国经济体制改革的顺利实施,社会主义市场经济的逐步建立,生产力得到空前的发展。随着国家在公共基础设施等方面投资地力度的不断加大,农村城市化的不断推进,越来越多的农村集体土地被国家征收或征用。在这个过程中,许多地方城市面貌焕然一新,这与各地方政府及测量人员所做的大量的工作是分不开的。城市的发展是一个不断进行再建设的过程。为了城市的整体规划,有时也为了国家专项工程建设的需要,有必要对原有建筑房屋进行拆除、搬迁,达到整体的整齐划一或对日益紧张的国有土地资源的合理利用。因为中国是一个地少人多的国家,所以合理地开发、利用土地资源对国家发展显得至关重要,而且土地的征收,拆迁工作关系着老百姓的切身利益,工作本身要求十分严谨、细致,又具有繁琐的特点 [2]。1.2 RTK 及全站仪应用于征地测量中的意义在征地测量中,引入了 RTK 测量技术后,改变了传统的测量模式,提高了测量精度和工作效率。但是,GPS 系统的总体设计方案是在 1973 年完成的,受当时的技术限制,总体设计方案存在很多不足,随着时间的推移和用户要求的日益提高,GPS 卫星的空间组成和卫星信号强度都不能满足当前测量的需要,当卫星系统位置对美国是最佳的时候,世界上有些国家在某一确定的时间段仍然不能很好的被卫星所覆盖。例如在中、低纬度地区每天总有两次盲区,每次大约为 20~30min,盲区时卫星几何图形结构强度较弱,在对空遮挡比较严重的地方 GPS 无法正常应用。当然 GPS 还会受到电离层,数据链电台传输距离,受对空通视环境等的影响 [3] 。可见,在这些情况下,RTK 是被“禁用”的。为了完成测量工作,在 RTK 无法取得精确数据的情况下,须使用全站仪配合 RTK 进行测量,以此来完成测量任务。 (1)RTK 的机动性强,此次征地测量中,因为大部分地区平坦开阔,接收的信号强,大大发挥了它的优势,而在小部分地区,如山脚,被树木遮挡的地区,RTK 没有信号,应用全站仪配合测量。 (2)作业效率高:在一般的地形地势下,RTK 设站一次即可测完 5km 半径的测区,大大减少了传统测量所需的控制点数量和测量仪器的“搬站”次数,仅仅需要一人操作即可。每次测量只需停留1~2 秒,就可以完成作业。绕田一周,即可采集到田地的形状,面积大小所需的数据。(3) 免除了测绘工作中需要通视的条件 曾经我们的土地测绘中,都需要保证每个观测站之间都能够保持通视,只有这样才能够达到测量的效果,这样可以方便引站,方便检核。而 RTK 技术就免去了这个条件,我们可以通过卫星定位系统来确定我们每个测站的具体位置,三维坐标,并且能够来进行有效的检核,最终以此来进行测量,这大大减少了我们实际测绘中的工作时间与工作费用,减少了测量人员的负担,也让我们测量时选点更加灵活,方便了测量。1.3 RTK 及全站仪联合应用内容论文将介绍 RTK 及全站仪联合应用于永定县高陂镇富岭村 1:1000 的征地测量。介绍 RTK 的工作原理及如何提高其测量精度,具体介绍 RTK 及全站仪在富岭村的测量实例:RTK 进行主要的测量,及在 RTK 无法单独使用的情况下,如山脚下,部分被树木遮挡的地方,我们使用全站仪配合测量。在征地测量中,二者能够形成优势互补,提高工作的效率,减低工作成本及测量人员的劳动强度。 2 RTK 及全站仪概述2.1 RTK 测量原理简介RTK 是以载波相位观测量为根据的实时差分 GPS 测量,它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的厘米级精度的三维定位结果。RTK 测量系统通常由三部分组成,即 GPS 信号接收部分(GPS 接收机及天线) 、实时数据传输部分(数据链,俗称电台)和实时数据处理部分(GPS 控制器及其随机实时数据处理软件) 。RTK 测量是根据 GPS 的相对定位理论,将一台接收机设置在已知点上(基准站) ,另一台或几台接收机放在待测点上(移动站) ,同步采集相同卫星的信号。基准站在接收 GPS 信号并进行载波相位测量的同时,通过数据链将其观测值、卫星跟踪状态和测站坐标信息一起传送给移动站;移动站通过数据链接收来自基准站的数据,然后利用 GPS 控制器内置的随机实时数据处理软件与本机采集的 GPS 观测数据组成差分观测值进行实时处理,实时给出待测点的坐标、高程及实测精度,并将实测精度与预设精度指标进行比较,一旦实测精度符合要求,手簿将提示测量人员记录该点的三维坐标及其精度。作业时,移动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在已知点上先进行初始化后再进入动态作业,也可在动态条件下直接开机,并在动态环境下完成整周模糊值的搜索求解。在整周模糊值固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持 4 颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则移动站可随时给出待测点的厘米级的三维坐标 [4]。 RTK 在测量中操作简便,机动性强,不但可以大幅度提高测量速度,而且能够有效的减轻测量人员的劳动强度。下图为 RTK 工作原理。如图 2-1 所示。 图 2-1 RTK 工作原理2.2 RTK 精度的提高1.正确设置测量系统参数 RTK 作业前,依据本测区控制资料的参数进行系统设置,包括椭球参数、中央子午线和投影高。对采用国家坐标系统的测区来说,采用单点校正模式并设置投影高,其定位精度可以达到 1cm 以内,能满足大部分测绘工作的精度需求。 2.选择理想地架设基准站:基准站架设的好坏,将直接影响移动站工作的速度,并对移动站测量质量有着深远的影响,因此用户注意使观测站位置具有以下条件:在 15°截止高度角以上的空间周围应没有障碍物;应注意避免附件有大面积的平静的水域,要减少多路径效应;附近也不应该存在强电磁辐射源,比如电视发射塔、雷达电视发射天线、高压电变电箱等,以免对 RTK 的电磁波信号造成干扰,用户如果在树木等对电磁传播影响较大的物体下设站,当接收机工作时,接收的卫星信号将产生畸变,影响 RTK 的差分质量,使得移动站很难得到固顶解;基准站离其距离不得小于 200m,且发射天线与 GPS 接收机天线不应相距太近,最好能在 3 米以上;基准站最好选在地势相对高的地方,以利于电台的作用距离;地面稳固,易于点的保存 [5]。3.基准站应严格的对中整平,最好是在脚架上安上基准座,调节水准气泡,对中,整平后,量取仪器高。仪器高应该采用钢卷尺在仪器的三个方向上量取三次后取平均值后使用。2.3 RTK 的技术优点1.RTK 的精度高 相比于从前的土地测绘技术,RTK 技术定位的精度更高,用高性能双频接收机动态水平定位精度可达到±1cm+1×10 -6,垂直精度为±2cm+2×10 -6,基本上能满足测量要求。2.容易使用、操作简便、具有可视性以及较强的数据处理能力。在设站的时候,只需要进行一些简单的设置,就能够实现边移动边获得测量的结果坐标或者是进行坐标的放样;能够实时的动态显示通过可靠性检验过的厘米级别精度的测量结果;具有较强的数据输入、存储、处理、转换以及输出的能力,可以方便快捷地和计算机以及其他的测量仪器进行通信。3.全天候工作 我们以前的测绘工作都是通过人工操作来完成的,根本无法实习真正的全天候工作,而 RTK 技术就能够实现这一目标,用仪器来实现任何地点,任何时间连续进行测绘工作,当然一般情况下也不受天气状况的影响,保证了数据的真实性。4.提供三维坐标 RTK 测量中,在精确测定观测站平面位置的同时,亦可确定观测站的大地高程。GPS 测量的这一特点,不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径,同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用,提供了重要的高程数据。5.测量站之间的相互通视一直被认为是测量学的难题,而通过 RTK 这一特点的应用使得选点更加灵活方便。但测量站的上空必须是开阔的,从而可以使接收 RTK 卫星信号不受到过多干扰。 2.4 全站仪测量基本原理全站仪三角高程测测高原理,如图 2-2 所示:图 2-2 全站仪三角高程测测高原理A 点为已知点,高程为 HA,求 G 点处的高程。由图上可得几何关系为h=D·tanσ+i-L, HB=HA+h=HA+D·tanσ+i-L其中 D 为 AB 两点间的平距,竖角 σ 都可从全站仪自动测得。坐标正算:如图 2-3 所示。图 2-3 坐标正算其中,A 点坐标为已知坐标ΔXAB=DAB·cosαAB ;ΔY AB =DAB·sinαAB ,因此 B 点坐标为XB=XA+DAB·cosαAB ;Y B=YB+DAB·sinαAB 。3.测区概况及技术方案3.1 测区概况永定县位于福建省西南部,北纬 24°23′-25°06′,东经 116°25′-117°05′,高陂镇位于永定县北部,东、北与新罗区相接,西与虎岗乡为邻,南靠坎市镇、堂堡乡,而富岭村属龙岩市永定县高陂镇的一个行政村,位于永定县东北部,在铜鼓山(石罗岐)东面的富岭溪畔,东与新罗区境内的悠远村毗邻,西面与平在村接壤,南靠和兴村,距县城 40 余公里,北与龙岩市新罗区交界,距龙岩市政府仅 20 公里,距镇政府 4 公里,是永定县的北大门。龙梅铁路和省道福三线贯穿而过,交通十分便捷。富岭村地形狭长,东西两面有山形似猛虎下山,因而得名。又因虎富偕音,后称富岭,村面积大约为二平方公里。测区位于省道两侧,面积大约为 800 亩。3.2 规范依据(1)GB/T7929-1995 《1:500,1:1000,1:2000 地形图图式》(2)GB/T 18314-2001 《全球定位系统(GPS)测量规范》(3)CJJ8 —99《城市测量规范》 ,下简称《规范》 ;(4)GB/T18314-2009《全球定位系统(GPS)测量规范》 ,下简称《GPS 规范》 ;(5)CH/T2009-2010《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》 ,下简称《RTK 规范》 ;对测区内没有可供使用的已知坐标起算数据的情况,我们先采用独立坐标系统进行测图,即用RTK 设独立系统坐标,假设坐标为:X=2000m,Y=3000m,H=100m。精度等级为 E 级。3.3 测量仪器和设备我们采用的测量设备是一套南方-灵锐 S86RTK 及一台莱卡 TPS400 系列全站仪。3.4 技术方案整个测区范围内地物和地貌并不复杂,地形起伏变化也不是很大,测区较为宽广开阔,适合应用RTK 进行测量,少部分地区为山地,RTK 受限。用 RTK 引点作为全站仪测量的起始点,用全站仪测量。RTK 基准站的摆设,按照 2.2 节 RTK 精度的提高,选择适合的地方摆站。进行数据采集时,采用 RTK 测量方法和全站仪极坐标测量方法。使用 RTK 测量时先架设好基准站,然后在假设坐标点上进行单点校正。进行观测后保存数据。使用全站仪测量时,使用全站仪先对中整平,设置测站后进行定向,然后观测并保存数据。3.4 已有图件资料的利用曾经测量的 1:2000 的地形图和福建省测绘局出版的 1:1 万地形图可供设计和生产作业参考。4 RTK 及全站仪应用实例4.1 应用 RTK 测量4.1.1 测量前期工作首先,基准站的连接,将长天线接到基准站上,长按开机键,注意观察仪器上的指示灯,DL 灯常亮,STA 灯五秒钟闪一次,表示处在静态模式 STA 灯常亮,DL 灯五秒钟快闪两次,表示处在动态模式动态时。使用时,我们使用的模式是动态模式。基准站架设 为了提高 RTK 的测量精度,我们把基准站架设在当地最高的民房屋顶上,确保了信号良好,使工作中能够顺利进行。 移动站的连接,取出长天线与移动站相连接,接着把移动站利用连接头固定在标杆上,之后开机。DL 灯常亮,STA 灯五秒钟闪一次,表示处在静态模式。动态模式时,DL 灯一秒钟闪一次。参数的设置 首先是新建一个工程,工程名一般为当天的日期,如 20110304,便于区分曾经的工作文件,以及在数据传输的时候能够清楚的,快速的找到文件。操作界面如下图 4-1 所示。图 4-1 RTK 操作界面还有椭球系的名称设置,我们测量时采用独立坐标系。在参数设置向导这一界面中,只需将中央子午线设置为 117,其余参数均无需设置。之后的四参数,七参数,及高程拟合参数都不用设置,跳过这些界面后,保存文件。单点校正:在工具栏中选择校正向导,然后选择基准站架设在未知点上,然后选择下一步,输入控制点的坐标及杆高,并在天线高出选择杆高。把杆立在控制点上,使得水准气泡居中,然后在手簿上按下测量键,再跟控制点坐标相比较,在误差允许范围内即可。最后保存这个点,校正完毕。误差一般为几毫米。4.1.2 RTK 数据采集数据采集时,采取两人一组,一人拿手簿,一人拿杆,相互配合。测过一段时间后,二者相互交换,这样减少测量人员体力消耗,更有效地完成测量任务。测区大部分地区开阔,四周没有遮挡,应用 RTK 进行测量,优势非常明显。测量时,通常为土地的权属主(村民们)带领着测量人员去他们所属的土地测量,一次性测出权属主拥有的全部土地。田地形状不一,几乎都是不规则多边形。而且农民们的土地也并不是每块都相邻,测量时常常东跑西跑,到处测量。每次测量时只需停留 1~2 秒,就可以完成作业。绕农田一周,即可采集到田地的形状,面积大小所需的数据,相比以前用皮尺丈量时候,测量精度,工作效率都大大提高了。而且工作成本也降低了许多。当然,RTK 也可以在手簿上设置成自动存储,这样在大片农田征地测量中也可提高工作效率,当然有利也有弊,当一不小心测错的话,这采集的点也会被自动保存,之后要打开点库删除该点。总体来说,无论选择哪种方法测量,小心认真为上。征地过程是个细致繁琐的过程,当土地权属者稍不满意,很有可能会要求重新测量,这在无形之中给测量人员带来麻烦。不仅是从工程进度上,还是测量人员自身的体力上。4.1.3 RTK 数据输出数据的导出,转换。数据线与电脑连接后,在手簿上打开工程之星,在操作界面中选择工程按钮,在子菜单中选择“文件输出”之后如图 4-2 所示图 4-2 文件输出界面点击源文件按钮,找到当日测量所保存的文件,接着在选择目标文件,将当日所测文件改名后保存,最后点击转换按钮,将改名后的文件转换后,退出工程之星。下图为某天所测的部分点图。如图 4-3。图 4-3 RTK 点输出图4.2 应用全站仪进行测量在应用 RTK 进行测量时,因为还有部分是山地,还有就是因为要进行征地,农田有些荒废了,长满杂草,或被树木所覆盖,影响 RTK 信号,得不到固定解,这样得出的数据是不合格的。因此在这种情况下使用全站仪配合 RTK 进行测量。4.2.1 全站仪数据采集征地过程中,测量一个废弃的房子,四周长了大树,刚好将其覆盖,中间没有遮挡,通视良好,我们使用全站仪测量。先利用 RTK 进行引点,一个作为基准点,一个为后视点,并记下坐标。在测站点上安置全站仪,进行对中、整平、然后开机。量取仪器高。首先,建立一个新的文件,用以保存今次测量采集的数据,接着设置测站,将测站的平面坐标、高程、仪器高、杆高等数据输入,并保存测站。之后,把后视点坐标输入全站仪,进行定向。定向时,持杆的人要让水准气泡保持居中,以此让杆垂直于水平面,而观测者则需先找准大致的方向,以便于在定向时能快速地找准目标。定向时,二者相互配合,让定向一次成功。测量,当立杆的测量人员立好后,观测者找准目标后即可测量,测一次,输入镜高后记录一次,接着再测下一个点。4.2.2 全站仪采集数据输出,如图 4-4 所示。图 4-4 全站仪点输出图4.3 内业数据处理应用南方 CASS 成图软件画图单击 CASS 软件的“绘图处理”按钮,在下拉菜单中选择“展野外测点点号” ,之后选择点保存的文件。展点图如图 4-3 和图 4-4 所示。绘图时,选择“绘图处理”目录下的简码识别功能,让其自动连线和绘图,然后根据测量时画的草图或者记录表等,用手动绘图修改错误的地方。标上地物属性,权属主的名字等。计算土地面积,之后也需注明。画图过程中存在争议的地方,需要对图进行实地检查,并在草图上与实际地貌不同的地方用铅笔标出来,最终将错误的连线根据草图重新连接,绘制成图。征地总成果图展示,如图 4-5 所示。
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