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全站仪配合RTK技术在数字测图方面的应用.doc

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全站仪 配合 RTK 技术 数字 方面 应用
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目:全站仪配合 RTK 技术在数字测图方面的应用资源工程学院全站仪配合 RTK 技术在数字测图方面的应用【摘要】随着信息高速时代的到来,以前的测量仪器渐渐满足不了现代社会建设的需要,因此需要一些现代化的仪器来完成测量工作,如全站仪,RTK。这些新鲜血液的加入使测绘行业发生了很大的变化,全站仪成了测图工作中的常用仪器,并且测图的精度很高,能满足大部分的测图要求。然而 RTK 配合全站仪进行测图,互相弥补了测量之间的不足,极大的促进了数字测图的发展。文章中通过简述全站仪和 RTK 的原理及应用,阐述全站仪和 RTK 在测图中的配合使用,说明 RTK 与全站仪分别在测图中的优缺点,最后结合实例验证,以此来表述全站仪配合 RTK 在数字测图中的应用。【关键词】全站仪,RTK,数字测图,地形图目录1.引言 .................................................................................12.简述全站仪和 RTK技术 .................................................................12.1 全站仪的原理及应用 .............................................................................................................................12.1.1 全站仪的原理 ..............................................................................................................................12.1.2 全站仪的实际应用 ......................................................................................................................12.2 全站仪的精度要求 .................................................................................................................................12.3RTK 技术的原理及应用 .........................................................................................................................22.3.1RTK 技术的原理 ..........................................................................................................................22.3.2RTK 技术的应用 ..........................................................................................................................32.4RTK 的误差来源及应对措施 .................................................................................................................33.数字测图中 RTK与全站仪的配合使用 .....................................................43.1 测图过程中的使用 .................................................................................................................................43.2 全站仪在数字测图中的优缺点 .............................................................................................................43.3RTK 在数字测图中的优缺点 .................................................................................................................54.测量地区资料 .........................................................................54.1 测区概况 .................................................................................................................................................54.2 测量内容 .................................................................................................................................................55.工程实例 .............................................................................55.1 控制测量 .................................................................................................................................................55.1.1 控制测量中的步骤与出现的问题 ..............................................................................................55.1.2 控制测量技术指标和要求 ..........................................................................................................65.1.3 控制测量数据处理与成果 ..........................................................................................................75.2 碎部测量 .................................................................................................................................................95.2.1 碎部测量的步骤及实际中出现的问题 ......................................................................................95.2.2 碎部测量数据处理与成果 ........................................................................................................116.结束语 ..............................................................................14致谢语 ................................................................................15参考文献 ..............................................................................1611.引言随着科学技术的发展,科技已经成为各个行业的重要手段,我们所在的测绘行业也没有例外,也产生了新技术,如 RTK 技术。在数字测图方面,传统测图所得到的成果在社会的进步中逐渐满足不了现代社会的需求,因此,我们使用现代化的仪器进行测图。目前测图工作大部分是使用 RTK 和全站仪进行数字测图,使测图这方面产生了巨大的改变。一般的测图工作中是使用全站仪外业测量,之后在室内计算机成图,但是,在一些地形复杂的地方使用全站仪测量则很困难,RTK 可以很好的解决这个问题。因此全站仪配合 RTK 进行数字测图,不仅在测量过程中的优缺点可以进行互补,还能更好的完成测量任务,提高测图效率。这一举措,对数字测图方面将会产生重大的影响。2.简述全站仪和 RTK技术2.1全站仪的原理及应用全站仪是全站型电子速测仪的简称,它集电子经纬仪,光电测距仪和微处理器于一体。 [1]全站仪的基本功能是当仪器找到测量目标时,转动仪器上的微调螺旋,把目标与目镜中的十字丝中心对准,按下测量键,会自动完成测量数据的显示和存储等步骤。2.1.1全站仪的原理全站仪原理有两种,一种是全站仪的测角原理,另一种是全站仪的测距原理。全站仪的测角原理一般是通过角度度盘和角度感应器配合获得所需的测量数据,而全站仪的测距原理则是使用仪器发出的光线在待测距离间往返一次,得到其所花费的时间,再使用公式可以计算出待测的距离。2.1.2全站仪的实际应用(1)在控制测量中的应用在控制测量中,使用全站仪的测量功能,能很好的完成导线测量,尤其是在道路等地方布设的导线。有时候测量一些不能通视的控制点,全站仪可以通过前方交会和后方交会等方法来测出所需的数据,并且精度也能满足要求。(2)在碎部测量中的应用在碎部测量中,使用全站仪的基本测量功能,就可以自动的完成测量,并保存数据。全站仪可以360 度旋转,可以很方便的测量该控制点附近的碎部点,所以全站仪在碎部测量中也是被广泛使用。(3)在工程放样中的应用在放样测量时,可以直接使用全站仪的放样测量功能,将设计图纸上的建筑物,道路等的位置准确测设到指定位置,钉下木桩,做好标记,即可。这种方法测量速度很快,使全站仪能在工程中更好的发挥出自己的优势。2.2全站仪的精度要求测量中需要特定的条件,数据的精度要求更是重中之重。全站仪能满足大部分测量所需的精度要求,因此被广泛的应用于精度比较高的测量中,以下列举导线测量的部分精度要求,见表 2-12表 2-1 导线测量的主要精度要求测回数等级导线长度 km平均边长 km测角中误差(″)测距中误差 mm测距相对中误差 J2 J6方位角闭合差(″)相对闭合差(″)四等 9 1.5 2.5 18 ≤1/80000 6 - 5√n ≤1/35000一级 4 0.5 5 15 ≤1/30000 2 4 10√n ≤1/15000二级 2.4 0.25 8 15 ≤1/14000 1 3 10√n ≤1/10000三级 1.2 0.1 12 15 ≤1/7000 1 2 24√n ≤1/50002.3RTK 技术的原理及应用2.3.1RTK技术的原理RTK 技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,也可以称作实时载波相位差分定位技术,能实时地提供测站的位置信息,并且精度很高,可以达到厘米级。 [2]RTK 技术的原理是使用两台接收机,其中一台设置为基准站,其位置固定不动,另一台设置为移动站,其位置随着测量的需要变化,基准站通过数据链将测量到的载波相位值和坐标等数据信息实时传送给移动站,移动站除了接收基准站传送过来的数据信息,同时还需要收集 GPS 的观测数据,结合接收到的数据和收集到的数据进行数据实时处理,即可得到移动站的三维坐标等所需的数据,并且精度高。RTK 原理图如图 2-2 所示3图 2-2 RTK 原理图2.3.2RTK技术的应用(1)在控制测量中的应用由于城市建设的需要,需要布设导线控制网来测量,由于种种原因,控制点很容易损坏,使用全站仪等仪器测量时要求测站点间通视,并且测量时很麻烦,精度容易出现偏差。而 GPS 静态测量由于不用考虑通视这点,精度也比较高,但是需要测量完再进行数据处理,不能马上得到所需的结果,而且如果发现有错误,那只能返工了。所以 RTK 技术在精度和工作效率等方面都有很大的优势,能在控制测量中很好的应用。(2)在碎部测量中的应用在碎部测量中,先把仪器到控制点的位置进行校正,校正后再开始碎部测量。测量时仅需几秒就可以得到所要的数据,并自动存储在仪器中,还可以不必要画草图,这样大大提高了测量的速度和工作效率,在碎部测量中取得了很大的优势。(3)在摄影测量中的应用在摄影测量中,是通过拍摄的像片来进行处理从而获得所要的数据。在测量地区布设一系列的平高控制点,使用传统测量的方法是利用全站仪等仪器来布设导线,但是由于测量面积太大,测量时间比较长,利用 RTK 技术测量速度快,并且精度也比较高,能满足测量的需要。2.4RTK 的误差来源及应对措施RTK 也会有误差,误差来源多种多样,但是我们可以通过一些手段来削弱误差,提高我们的精度,以下是整理的常见误差来源与应对措施,见下表 2-34表 2-3 误差来源与应对措施误差来源 削弱误差的措施建立卫星跟踪网独立测轨卫星星历误差采用轨道改进法利用双频观测量利用电离层改正模型电离层误差利用同步观测值之差利用模型进行改正对流层误差利用同步观测量求差并且缩短距离尽量远离光滑,平静的湖面或池子等地方测站尽量不要设在山坡,山谷等地方多路径误差远离高层建筑物和易发射的实物天线相位中心位置误差 经常检查下天线是否偏离要求的范围天气影响 选择天气情况稳定的时候测量3.数字测图中 RTK与全站仪的配合使用数字测图中,需要遵守“先整体再局部,先控制再碎部”的原则,这可以减小测量时的误差积累,在实际中广泛使用。3.1测图过程中的使用测图的步骤,先确定测图的区域和收集测图区域的一些中央子午线等重要参数,为测图工作做准备。然后选择控制点,布设导线网,使用全站仪进行导线测量,并且得出所布设控制网中控制点的坐标,再使用 RTK 检验坐标是否正确。如果两者测出控制点的坐标值相近,就可以着手准备碎部测量的工作了,如果两者测出的坐标值相差较大,就要重测。通过对比全站仪和 RTK 的数据,可以发现是哪个区域出错了,再对出错的区域进行重测,数据处理后可得到正确的数据。由于控制点精度要求高,所以控制测量中是主要使用全站仪,RTK 进行辅助。碎部测量是建立在控制测量的基础上,所以控制点的精度必须要高。如道路,河流等精度要求不是很高的地方可以用 RTK 技术进行测量,这样可以增加工作效率,而建筑物等精度要求比较高的地方使用全站仪,两者结合起来得到所要的数据,回到室内通过把仪器连接到电脑上,把数据导入到软件中,利用软件进行绘图,最后就可以得到地形图了。3.2全站仪在数字测图中的优缺点优点:测图时布设控制网的方式灵活,方便测图测出的控制点的精度比较高,能满足测图的需要5适合地形比较简单的地区,成图容易缺点:测量时测站间需要保持通视,在一些地形复杂的地区,测量工作容易受阻全站仪比较重,测量地形图的范围较大时,移站时所花的时间比较多存在误差积累,会导致偏差容易产生人为因素造成的失误,如记错点号,输错坐标等情况测量时至少要 3 个人才能进行测量工作3.3RTK 在数字测图中的优缺点优点:控制点的精度比较高,没有误差积累RTK 的自动化程度较高,测量控制点时操作简单碎部测量时的工作效率比较高,打点的速度很快RTK 受外界影响较小,可以全天候的作业测图时只需一个人就可以进行测量工作缺点:在一些树木较多的地方,接收不到信号,无法进行碎部测量在一些平静的水面或池子,容易造成碎部点有误差在一些建筑物的拐角等地方,RTK 不方便测量有时候 RTK 测出的高程偏差太大了4.测量地区资料4.1测区概况测区位于龙岩学院校内,地处城市郊区,人员很多,测量区域内有湖泊,地形比较复杂,因此采用全站仪配合 RTK 的使用来进行测图。测量时使用南方全站仪和南方 RTK,平面坐标系统是 1980 西安坐标系统,需要完成的是 1:500 的地形图,其中测区有已知点 2 个,K5 和 K4,坐标如下:K5(2769930.673,39501995.475 ,384.980) ,K 4(2769886.396 ,39501890.700,386.657) ,这两个控制点作为测图区域平面控制的起算点。4.2测量内容以两个已知点作为起算点,K 4 为起始点,布设一个绕测图区域的控制网,使用全站仪进行导线测量,经过数据处理,获得控制点的坐标,再使用 RTK 进行检核,之后进行碎部测量,以测出的控制点为基础,使用南方全站仪和南方 RTK 配合,采集数据,最后通过南方 CASS 软件进行成图,得到需要的地形图。5.工程实例5.1控制测量对控制网进行布设、观测、计算并确定控制点位置的工作称为控制测量。 [3]控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。导线测量就是平面控制测量中的一种。在数字测图中,控制测量是很重要的一部分,数据精度要求高,可以为测量工作构建一个大概的框架,使测量工作能更好的进行下去,以下均以本次数字测图为例进行说明。5.1.1控制测量中的步骤与出现的问题控制测量的主要步骤有:选点和埋石,观测,数据处理等 3 个步骤。(1)选点首先去测量区域实地察看,然后根据测图的需要,围绕测量区域布设控制点,组成闭合导线或者附合导线等。选择的控制点能大致均匀分布在整个测量区域内,这样可以方便测图。控制点所在的位6置要方便放置全站仪并且要与周围的控制点保持通视,确定控制点的位置之后做上标记,方便下次测量使用。本次在测量区域一共选择了 29 个控制点,其中有 2 个已知点。(2)观测进行测量前要先对仪器进行检核,确保仪器没有问题,然后在已知点相邻的控制点上摆站,对中整平后就可以开始测量。测量时使用测回法来观测角度和距离,先盘左后视,盘左前视,再盘右前视,盘右后视,每测完一站都需要检查数据是否超过限差,如果没有超过限差就可以进行搬站,如果超过限差就要重测。(3)数据处理把测完的数据带回室内进行数据处理,再查看处理后的数据是否符合限差的范围,如果不符合,要进行返工,如果符合就可以把仪器中的数据导出,在计算机中使用软件进行成图,得到最终的结果。经过本次控制测量,发现了一些容易出现的问题,下面是我们测量中发现的一些问题:(1)要分清楚盘左和盘右,不能只使用盘左或盘右进行观测(2)测量时容易不小心碰到仪器,若发现没有对中控制点,就需要重新整平,测量(3)利用已知点坐标进行定向时,不能输错坐标,防止测量工作出现错误(4)数据要及时检查,当场发现可以重新测量,如果事后检查有错,再进行重测就会比较麻烦 5.1.2控制测量技术指标和要求测量完成后我们进行数据处理和成图,先把控制测量的成果整理出来,为之后的测量工作打下基础,以下是我们使用的控制测量技术指标和要求。技术指标《工程测量规范》GB50026-2007《测绘技术总结编写规定》CH/T 1001-2005《1:500,1:1000,1:2000 地形图图式》 (GB/T20257.1-2007) ;技术要求见下表 5-1 和表 5-2表 5-1 图根光电测距三角高程测量的技术要求仪器类型中丝法测回数垂直角较差、指标差较差(″)对向观测高差、单向两次高差较差(m)各方向推算的高程较差(m)附合路线或环线闭合差(mm)对向 1DJ6单向 2≤25 ≤0.4×S ≤0.2Hc ≤±40 D7表 5-2 图根光电测距导线测量的技术要求比例尺 附合导线长度(m) 平均边长 ( m) 导线相对闭 合差 测回数(DJ 6) 方向角闭合差 (″) 测距方法与测 回数1:500 900 801:1000 1800 1501:2000 3000 250≤1/4000 1 ≤±40 n单程观测 15.1.3控制测量数据处理与成果表 5-3 导线数据处理表点号 观测角°′″ 坐标方位角 °′″ 边长 S/m Δ X/m Δ Y/m h/m X/m Y/m Z/mK5 69930.673 501995.475 384.98067 05 29K4 -2180 32 36 69886.396 501890.700 386.657247 03 07 93.461 -1-36.440 +3-86.064 -1-4.384B1 -2201 43 51 69849.955 501804.639 382.272268 46 56 71.657 -1-1.523 +2-71.641 -1-2.914B2 -2213 09 38 69848.431 501733.000 379.357301 56 32 96.700 -1+51.160 +3-82.058 -1-3.565B3 -2183 16 45 69899.590 501650.945 375.791305 13 15 108.438 -1+62.539 +4-88.581 -1-4.408B4 -2172 42 30 69962.128 501562.362 371.382297 55 43 118.320 -2+55.418 +4-104.539 -1-4.854B5 -3164 33 01 70017.544 501457.827 366.527282 28 42 87.969 -1+19.007 +3-85.891 -0.653B6 -2110 14 24 70036.550 501371.939 365.874212 43 04 138.899 -3-116.862 +5-75.075 -1+2.413B7 -2161 33 14161 33 14161 33 1469919.685 501296.869 368.286194 16 16 123.630 -2-119.815 +4-30.476 -1+3.376B8 -2163 40 16 699799.868 501266.397 271.661177 56 30 76.638 -1-76.588 +2+2.753 -1+2.652B9 -295 56 03 69723.279 501269.152 374.31293 52 31 108.616 -1-7.341 +4+108.368 -1+1.166B10 -2176 26 10 69715.937 501377.524 375.477B11 -2279 57 0190 18 39 117.512 -1-0.638 +4+117.510 0+0.356 69715.298 501495.038 375.833
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