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全站仪与GPS-RTK在地形测量中的应用.doc

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全站仪 GPSRTK 地形 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: 全站仪与 GPS-RTK 在地形测量中的应用 资源工程学院全站仪与 GPS-RTK在地形测量中的应用【摘要】随着测量技术的迅速发展,全站仪与 RTK 技术在测量中普遍应用。通过地形测量的不断发展,全站仪与RTK 有各自的测量优势,在复杂的测区范围内进行测量,在地形测量过程中把两者有效的结合起来,通过介绍其各自的其原理、组成,全站仪与 RTK 联合测量技术在地形测量中的的应用方案,从图根控制测量到碎部测量等过程的研究。结合地形特点分析其作业过程和影响因素,证明全站仪与 GPS-RTK 技术在实用中的精度,体现出联合测量技术的方便、快捷、高效。【关键词】全站;GPS-RTK ;地形测量;数据采集 目录1.引言 .................................................................................11.1 课题研究的背景 ..................................................................11.2 地形测量的现状 ..................................................................11.3 在地形测量中全站仪与 GPS-RTK 联合测量技术的意义 ..................................11.4 研究内容 ........................................................................12.全站仪与 GPS-RTK技术 ................................................................12.1 全站仪技术的原理 ................................................................22.2 RTK 技术的原理 ..................................................................22.3 RTK 测量系统的组成 ..............................................................23.全站仪与 GPS-RTK联合测量技术在地形测量中的应用方案 ..................................23.1 全站仪与 RTK 技术在地形测量中的技术方案简述 ......................................23.2 准备工作 ........................................................................23.3 控制网布设 ......................................................................33.4 图根控制测量 ....................................................................43.5 全站仪与 GPS-RTK 在地形测量中所测地貌及测量方法 ..................................63.6 GPS-RTK 碎部点测量 ..............................................................73.7 全站仪碎部点测量 ................................................................73.8 内业处理 ........................................................................84.总结 ...............................................................................104.1 地形测量中快速外业测量的方法技巧 ...............................................104.2 在内业处理中采用南方 CASS 绘图的方法技巧 ........................................11致谢语 ................................................................................12参考文献 ..............................................................................1411.引言 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,如今早已成为我们生活中必不可少的一部分。随着科学技术的迅速向前推进,以各种类型的全站仪、GPS-RTK技术等先进测量仪器和技术的广泛应用,地形测量自动化和数字化基本成熟,实现自动化与智能化。1.1课题研究的背景任何一种高科技工具的出现,都是社会生产力发展到一定阶段的产物,测图就是一个很好的例证,当代信息技术的迅速进步地形测量早已进入“全数字化测图”阶段,不管是在技术的哪个方面,都给人智能的感觉。从测图的历程来看,由早先的小平板仪、大平板仪、经纬仪、水准仪、测距仪到全站仪、GPS-RTK,测图的方法也由当初的手工测图发展到如今普遍采用的数字测图。1.2地形测量的现状在地形测量中,某些测区范围内,单一的使用全站仪或 GPS-RTK 测量地形图,不能满足测量的需要,在使用全站仪测量地形图的时候,必须用控制点坐标设置测站和定后视,每次设站都需要输入站点和后视点的坐标或者从仪器中调取坐标数据,在空旷的测区内,外业测量时耗时耗力,迫使加大工作量,如果亮度太暗,两个测点之间不能相互看到,其测量精度会受到影响;GPS-RTK 在高压线、高大建筑物、树下等,不容易收到信号,这样就会使测量速度、精度等受到影响,所以只有使用全站仪才可以进行操作,因此在测量范围之内,必须把全站仪与 RTK 结合一起,才可以更好的完成工作。1.3在地形测量中全站仪与 GPS-RTK联合测量技术的意义通过对全站仪与 RTK 技术的了解,RTK 具有作业自动化、集成化程度高,测量方法多样,RTK 技术不要求两点间通视,且定位精度高,数据安全可靠,没有误差积累,在一般的地形地势下,高质量的 RTK 设站一次测量范围为 10km 半径以内,很大程度上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,操作简便、数据处理功能力强。为保证地形测量工作高质量、高精度、快速、高效的进行,采用全站仪与 GPS-RTK 两个结合使用,在某些较为复杂的测区中,使得两者在测量过程中充分发挥其各自的优势,因此本次课题研究为,如果把两者结合起来,可实现优势互补,在追求测量工作高质量、高精度、快速、高效的进行等各方面因素中起到很好的作用。1.4 研究内容通过对本次论文的研究,阐述了如何将全站仪与 GPS-RTK 在地形测量中的应用,与传统测量方法相比较,两种仪器的结合使用,在某些复杂的测区环境中,大大的节省了工作时间,提高了工作效率、测量精度等方面有诸多优越性,具体研究的内容如下:(1)全站仪技术与 RTK 技术在某些复杂测区中的使用优势(2)地形测量中图根控制测量方法(3) 全站仪与 GPS-RTK 在地形测量中所测地貌及测量方法(4)地形测量中 GPS-RTK 与全站仪在碎部点测量中注意的问题与方法(5)地形测量的内业处理。2.全站仪与 GPS-RTK 技术全站仪是一种兼有自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统。RTK 技术又称载波相位动态实时差分技术,能够实时地提供测量点在指定坐标系中的三维坐标,并且达到厘米级精度。 22.1全站仪技术的原理全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器,与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘,将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数,使测角操作简单化,且可避免读数误差的产生。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能,以及数据通讯功能,进一步提高了测量作业的自动化程度。2.2 RTK技术的原理RTK技术就是差分技术中的载波相位差分技术,是实时处理两个测站载波相位观测量的差分方法。即将一台GPS 接收机安装完成后对GPS 卫星进行观测,将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上,再通过基准站电台发射出去;流动站在对GPS 卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时,也通过流动站电台接收由基准站电台发射的信号,经解调得到基准站的载波相位观测量;流动站的GPS 接收机再利用运动中求解的技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度,最后求出厘米级精度流动站的位置。2.3 RTK测量系统的组成RTK-GPS测量系统中最少应包含两台或多台GPS接收机,其中一台设为基准站,另外一台或多台分别设于移动站,并且每台流动站配一台手簿。基准站应设在测区内较高点上。基准站的作用是采集各种观测值,并经由数据链实时发送给移动站。RTK测量的软件系统,实时动态测量软件系统应具备的基本功能为:整周未知数的快速解算、实时解算用户站在WGS-84坐标系中的三维坐标、进行坐标系统的转换、求解坐标系之间的转换参数、解算结果的质量分析与评价、作业模式的选择与转换、测量结果的显示与绘图。3.全站仪与 GPS-RTK 联合测量技术在地形测量中的应用方案3.1 全站仪与 RTK技术在地形测量中的技术方案简述搜集与该测图相关的已知资料,对整个测区进行大致勘察,测区图根点要布设均匀,按相关资料与规范布置控制图根点的疏密程度,图根点尽量设在空旷点的地方,容易接受卫星。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。在测区解算时,为提高转换参数的可靠性,整理测区的已知控制点资料选择参数点时,控制点尽可能均匀分布在整个测区,尽可能避免从一端向另一端无限制的外推,有控制点坐标可直接输入手簿,没有时也可以先进行点校验后在进行采集来进行解算。在测量过程中,选择最方便可靠的点进行点校验,RTK观测流动站的架设要牢固,流动站与基准站之间避免信号干扰。根据数据采集时间,卫星数量等,并应用专业软件进行结算提高精度,每天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,以保证数据的精度。RTK进行数据采集时多数以山地田地为主,高大建筑少的地方,居民区多由全站仪进行数据采集。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。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。按照相关的技术规范要求,本次论文以莆田市秀屿区东埔镇的地形图测绘为例,在复杂多变的地形环境中,全站仪与GPS-RTK的结合使用,使测量工作高质量的完成。3.2准备工作3.2.1资料搜集查找和该测图相关的内容资料,可以向该项目的甲方等索要,资料主要用于已知点、RTK相关数据、精度、测区概况、技术要求等的提供,能更方便在测量工作中的顺利进行,并确保工作质量。33.2.2现场踏勘对该测区进行大体的勘察,选出基准站设置的最佳地理位置,尽量在高地、高大建筑物少、人流量稀少、通讯设备少的地方进行,再了解其余的情况,更好的分配RTK和全站仪的使用,尽可能做到各个环节恰到好处,提高工作质量和工作效率。3.2.3测区概况该测区是莆田市秀屿区东埔镇规划建设地段,测区集中在靠近海洋的农村乡镇地区,所测区域建筑物分布密集,并且集中,建筑物造型复杂,田地周边区域地形起伏,交通方便,高大建筑物较多, 山体起伏,田地集中。测区向东南不远就是大海,经过踏勘该测区建筑物区域周边 RTK 作业无大的影响,房屋测区内 RTK 作业影响较大,使用全站仪测量影响不大。测区面积约 3 平方千米。3.3 控制网布设本次 GPS 控制网布设的测区位于莆田市秀屿区东埔镇规划建设地段,配合规划建设部对该地区的规划建设,需要对秀屿区东埔镇的地形进行测量,该测区范围面积为 3 平方千米,必须要对该测区控制测量。测量时使用 GPS 全球定位系统,根据国标要求,严格按照规范操作,作业时布设 E 级 GPS 点11 个,联测该镇境内的 D 级 GPS 点构成 E 级 GPS 控制网。3.3.1选点在该测区内点位沿着线路两侧布设,考虑到施工放样时的方便,防止在施工过程当中被破坏,在布设时,我们确保点位置不能离线路太远也不能离线路太近。3.3.2 埋点根据该测区复杂的地形地貌,按照实地情况考虑点的埋设深度,该测区土质疏松,埋的点位深度为 80cm,方能保证施工时控制点的稳定。3.3.3 检查采用高程用电子水准仪测量,测量数据仪器自动记录,由于每一测站自动提示超限与否,经检查最后往返程不超限。平面用 GPS 测量比较简单,但是我们确保测量过程当中不随意开关机。3.3.4 计算、平差按照有关部门要求,测区测量平差数据严格使用软件平差。具体成果如下图 3-1 所示:4图 3-1 GPS 网图3.4图根控制测量3.4.1图根点布设在东浦镇测区内布设图根点时,根据本测区的地形地貌布设了控制图根点的疏密,在布设过程中我们把图根点布设在空旷的、不容易破坏的马路上,并且容易接受卫星的地方。所用材质为铁钉与红油漆,这样不易动或变形,确保牢固。RTK 图根控制在布设方面,比较随意简约,在点与点之间通视要求不太严格。布设时图根点的布设以点组的形式,每组必须要有通视的图根点,确保在安置全站仪测量时定向和测站检核,图根点之间的距离随点位而定,一般没有超过 100m。RTK 技术打破了分级布网,逐级控制的原则,简化控制测量繁锁的工作,一个测区可一次性整体布网,整体平差,控制网可以是任意混合,所需控制点数目比传统白纸测图大大减少,图根控制的加密可与碎部测量同时进行。该测区的图根控制网共 285 个点,其中 11 个 E 级 GPS 控制点作为起算数据。图根点必须保持两个或两个以上的点通视,设计过程中充分利用每一个已有控制点,将 E 级 GPS 点嵌入图根网中。下表为部分图根控制点(见表 4-1)表 4-1 图根控制点莆田市东埔镇度下村图根控制成果表点名 坐标 X 坐标 X 高程 材质DX1 2782977.504 403220.259 16.56 铁钉DX2 2782949.558 403212.270 16.93 铁钉DX3 2782724.635 403469.184 14.29 铁钉DX4 2782986.788 403304.798 16.06 铁钉DX5 2782907.612 403343.851 16.20 铁钉DX6 2782828.914 403398.781 15.53 铁钉DX7 2782776.342 403432.040 14.71 铁钉DX8 2782673.221 403395.291 10.08 铁钉DX9 2782620.217 403460.819 10.98 铁钉DX10 2782613.453 403516.572 12.28 铁钉DX11 2782545.722 403570.416 14.28 铁钉DX12 2782508.031 403579.482 14.13 铁钉DX13 2782571.317 403640.328 18.60 铁钉DX14 2782672.605 403587.013 18.26 铁钉DX15 2782652.682 403675.745 18.00 铁钉DX16 2782700.322 403624.232 16.97 铁钉DX17 2783028.082 403234.326 15.34 铁钉DX18 2783062.699 403866.748 4.98 铁钉DX19 2783026.067 403884.809 6.51 铁钉DX20 2783130.933 403815.319 5.45 铁钉DX21 2783159.050 403780.992 7.52 铁钉DX22 2783152.366 403722.453 8.56 铁钉DX23 2783156.568 403687.444 8.82 铁钉5DX24 2783120.477 403695.030 6.82 铁钉DX25 2783080.078 403706.293 5.68 铁钉使用南方 cass7.0 软件绘制控制点展开图,如下图 3-2 所示图 3-2 控制点展开图3.4.2测量配置仪器:中海达 V8 V9 V30 GNSS 双星 RTK 系统,1+3 仪器,全站仪有科力达 宾得 拓普康 南方,脚架,卷尺,涂写工具数套。中海达 V8 V9 V30 GNSS 双星 RTK 系统接收机精度:(1)静态后处理精度:平面:±2.5mm+1ppm,高程:±5.0mm+1ppm(2)RTK 定位精度:平面:±1cm+1ppm,高程:±2cm+1ppm(3)码差分定位精度:0.45m(CEP) (4)单机定位精度:1.5m(CEP)人员:流动站 1 人 1 台配戴脚架,携带手簿 3 人,涂写点号 1 人,携带全站仪 3 人,携带物品 2 人。3.4.3基准站和流动站的设定由于该测区地形复杂,基准站设在测区中间部位,并在较高的建筑上,摆放平稳,最后根据已知的资料进行设定。6具体操作为基准站设置:我们选在测区中部一个村子里的一个空房架上,因为没有居住人也便于收取和设置,此房架也很高。 (以内置网络 GPRS 为例)首先打开【项目】→【新建】→ 输入项目名(度下村) →【√】 (见图 3-3)图 3-3 新建项目设置成功后手簿上方会显示已知点。设置流动站数据需要和基准站中数据要一致,特别注意小组号和分组号流动站一定要和基准站相同,再检测移动站是否可以获得固定解在进行单点校验时,我们选择了在村子边缘的控制点上,主要是里居住地近,方便。 本人提出,在进行点校验时,所选的控制点一定要方便,以免浪费时间。为了查看点校验没有正确一般在点校验完成之后进行一下点放样进行检测是否正确外业测量:为了保证图根控制成果的精度,要求流动站要摆放在脚架上,一定要尽可能达到完美居中。施测时,流动站作业的有效卫星不少于 5 个,平面和高程精度均<5cm。将坐标存储模式设置为平滑存储(次数为 20 至 30 次) ,调整天线高,在同一点分别采集两个坐标数据,较差<5cm 时取均值作为该点图根成果。具体操作:将仪器在待定点上整平对中、量取天线高,待其精度达到固定解状态,点击 平滑(20 至 30 秒)采集,便可存储控制点坐标并输入点号、天线高等信息。然后,改变天线高(通过调整脚架来实现)再进行一次测量。 (见图 3-4)图 3-4 多次数据采集3.5 全站仪与 GPS-RTK在地形测量中所测地貌及测量方法在地形测量所测区域范围内,为保证其精度满足规范需要,工期如期完工,所测成果图清晰准确,根据所测地形选择使用的测绘仪器,测量期间各要素要按照规范选择取舍,在测量过程中,绘制草图必须遵守“看不清不绘”的原则。草图现场完成。一般情况下山体、管线及垣栅、道路、水系、地貌及土质、植被等要用 RTK 测量,而居民地、房屋、独立地物等一般需要全站仪测量,地形图上所有居民地、道路(包括市镇、巷)、山岭、沟谷、河流等自然地理名称,以及主要单位等名称,均需进行调7查核实,正确注记。3.5.1全站仪的测量方法(1)全站仪定向 1、设站,对全站仪对准、整平、量仪器高,在一已知点架全站仪,另一已知点点放棱镜 。 2、定向,坐标测量时输入定向点坐标,角度测量时,测站点定向牢记要置零。3、查看,所测数据与已知数据相比较,看是否在限差范围内,如果超出限差再重复上面的步骤进行测量,没有超出则开始测量碎部点。(2)测图 注意事项为:如果是用棱镜测量的必须在全站仪中输入棱镜高,如果为免棱镜测量则无需输入,测图完成后,导出数据,用 cass 作图,就好了。3.5.2 GPS-RTK的测量方法(1)有基准站的首先要架基站,基站需要两个脚架,一台 rtk,一个基座,一个接受天线带有连接电台的数据线,一个电台,还有一条连接电台与 rtk 的数据线。(2)准备工作都连接好后,就可以设置连接基站了,再连接移动台,连接移动台点校正时,可以进行一点三参数校正,两点四参数校正,三点七参数校正,一般进行一点三参数校正,特别在进行三参数校正时,首先要建立新的工程文件,或者也可以套用之前用过的工程而适合今天用的文件时,就可以套用了。 (3) 点击点测量,输入参数、天线高等,输入控制点的坐标,点击点校正-三参数校正-点击确认保存,最后再进行点校验,与已知点的坐标做个对比,看看是否在限差范围内,如果是就可以进行测量了,如果不是就要检查所输入的数据了。3.6 GPS-RTK碎部点测量3.6.1点校验每次开工前都要在方便的控制点上进行一次点校验,在放样实测一下该点,以保证数据的精度。3.6.2碎部采集RTK 进行数据采集时大多数以山地田地为主,建筑物区域间的道路,高大建筑少的地方,居民区多由全站仪进行数据采集。3.7全站仪碎部点测量如果单一的使 GPS-RTK 测量地形图,GPS-RTK 在高压线、高大建筑物、树下等,就很难接收到卫星和无线电信号,这样就会使测量速度、精度等受到影响。因此在使用 RTK 条件不利的情况下,使用全站仪才能够快速解决上述因素所带来的不便,下面以拓普康为例,采用角度距离测量的测量方法,可以在测量过程中能提高测量速度,提高测量效率。3.7.1 测量代码规定为测量方便,假如我们把所有的地物地貌赋予不同的代码,部分地物代码规定(见表 4-2)表 4-2 EPS 山维软件地物地貌代码248 柱子 107 不埋石图根点563 小路 233 台阶904 高程 564 阶梯路120 地类界 922 加固的坎200 房屋 921 未加固的坎148 花圃 547 等外公路133 行树 406 旗杆667 消火栓 680 栅栏 栏杆128 散树 677 水稻田的符号
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