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全站仪与RTK结合的技术在地籍测量中的应用.doc

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全站仪 RTK 结合 技术 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 RTK 结合的技术在地籍测量中的应用资源工程学院论文(设计)题目:全站仪与 RTK 结合的技术在地籍测量中的应用姓名 李友志 年级 2011 级 所在院系 资源工程学院专业 测绘工程 指导教师 张高兴全站仪与 RTK 结合的技术在地籍测量中的应用【摘要】 土地管理工作的重要的基础之一就是地籍测量,它是以地籍调查为依据,以测量技术为手段,从控制到碎部,精确测出各类土地的位置与大小、境界、权属界址点的坐标与宗地面积以及地籍图,以满足土地管理部门以及其它国民经济建设部门的需要。由于现在城市不断进步,快速的变化让地籍测量工作越来越繁重。因此人们不得不寻开展本课题的意义:土地管理工作的重要的基础之一就是地籍测量,它是以地籍调查为依据,以测量技术为手段,从控制到碎部,精确测出各类土地的位置与大小、境界、权属界址点的坐标与宗地面积以及地籍图,以满足土地管理部门以及其它国民经济建设部门的需要。由于现在城市不断进步,快速的变化让地籍测量工作越来越繁重。因此人们不得不寻求新的方法来完成工作,这时候就出现新型的科学产品、让工作轻松便捷的新技术,它们来替代传统的技术手段。工作内容:1、简述国内地籍发展。2、地籍测量涉及到的作业方式。3、简单对比全站仪和 RTK 的特点。4、地籍测量的外、内业的工作流程。5、结论。总体安排及进度:2015 年 1 月 19 日~2015 年 1 月 25 日 收集整理资料,确定论文题目,完成开题报告2015 年 1 月 26 日~2015 年 2 月 1 日 撰写论文提纲,完成论文初稿2015 年 2 月 2 日~2015 年 3 月 8 日 修改论文2015 年 3 月 9 日~2015 年 3 月 15 日 补充资料,修改、完善论文2015 年 3 月 16 日~2015 年 3 月 22 日 修改论文并完成论文终稿,论文答辩课题预期达到的效果:本文从简述全站仪、RTK 技术的发展及工作特点来讨论地籍测量,根据测量过程中的实际问题提出解决的办法,最后结合工程实例分析评定。以此达到所阐述全站仪、RTK 在地籍测量的应用的优越性。指导教师意见:签名:求新的方法来完成工作,这时候就出现新型的科学产品、让工作轻松便捷的新技术,它们来替代传统的技术手段。本文结合全站仪及 GPS-RTK 的优缺点进行比较,就它们两者的技术在地籍测量工程中的应用进行学习讨论。 【关键字】 全站仪,RTK 技术;地籍测量;数字化目录1. 绪论 ................................................................................11.1 课题背景及研究的目的和意义 .....................................................11.1.1 课题背景 .................................................................11.1.2 研究的目的和意义 ........................................................11.2 国内地籍测绘发展现状 ...........................................................11.3 本文的主要研究内容 .............................................................12. 全站仪技术和 RTK 技术 ................................................................12.1 全站仪技术 .....................................................................12.1.1 全站仪的发展 .............................................................22.1.2 全站仪的工作过程 .........................................................22.1.3 全站仪的使用 .............................................................22.1.4 全站仪在地籍测量中的应用 .................................................22.2 rkt 技术 ........................................................................32.2.1 RTK 的发展 ................................................................32.2.2 RTK 的工作过程 ............................................................32.2.3 RTK 的使用 ................................................................32.2.4 RTK 在地籍测量中的应用 ....................................................43. 全站仪、RTK 的技术特点和对比 .........................................................43.1 全站仪技术特点 .................................................................43.2 RTK 技术特点 ....................................................................53.3 全站仪与 RTK 的比较 .............................................................53.3.1 使用环境的比较 ...........................................................53.3.2 测量人员的比较 ...........................................................53.3.3 测量误差的比较 ...........................................................53.3.4 引点方便性的比较 .........................................................53.3.5 测量距离的比较 ...........................................................54. 地籍测量工程实例分析 ................................................................64.1 项目简介 .......................................................................64.2 测区概况的了解 .................................................................64.3 坐标系统的选定 .................................................................64.4 作业依据与成果利用 .............................................................64.5 外业测量 .......................................................................74.5.1 首级控制网的布设 .........................................................74.5.2 技术要求 .................................................................74.6 图根控制测量 ...................................................................84.7 地籍碎部测量 ...................................................................84.8 内业编辑 .......................................................................84.9 实例小结 .......................................................................95. 结论与展望 ..........................................................................9致谢词 ................................................................................10参考文献 ..............................................................................1011. 绪论1.1 课题背景及研究的目的和意义1.1.1 课题背景随着时代的进步,以往的地籍只是提供服务给土地的税收、土地的产权保护,如今的地籍已经发生了翻天覆地的变化,同时它也为将来土地的利用、开发、管理提供重要的基础数据。因此,科学的使用紧缺的土地变得尤为重要。按一定的方法,对土地的面积、权属界位置等进行测量,就成为了地籍测量的工作。由于现代高效率的要求,人们为了得到更丰富、更细致的结果,便于更多的工作展开,传统的测量方法及管理模式已逐渐淡出我们视野。因此,我们需要用比以前更先进的测量技术手段来得到距地籍的数据资料,这样才能做到管理和决策的高效性和科学性。近些年来测量技术的快速发展,出现了新型测绘仪器和测量方法,其优势远大于传统的地籍测量方法,因为只有这样的进步才能满足人们对测量工作的精确性和现势性的要求。全站仪及 RTK 技术已经全方位的发展了,且对两者之间的比较一直就有很多。结合实际测量的不同需求及他们的优势,对他们的利用也会有选择性的不同。基于这一背景,本文着重阐述和研究全站仪、RTK 技术在测量过程中出现的问题和两者同时使用在地籍测量中应用的问题。1.1.2 研究的目的和意义随着一些测绘科技的发展,地籍测量的方法也多种多样了,工作流程也是越趋简便。这些方法中最重要的要属全站仪和 RTK 技术了,它们各有千秋。全站仪的短板在于不适合很大面积的测量工作,需要多人操作,费时费力,效率低。在这几个方面,RTK 都有绝对的优势。尽管利用 RTK 技术时,测站间不要求通视,且能全天候工作,但是其工作需要良好的工作环境。因此,两者之间各有各的优势所在,共同为地籍测量提供了技术支持。1.2 国内地籍测绘发展现状由于国内的种种原因、条件,导致我国的地籍测量工作进行的很缓慢。20 世纪末,地籍测量才已成为我国土地管理的重要部分,国家也才逐步制定很多的规程、规范对土地进行监测,达到土地管理的目的。同时逐步的形成了一系列新型的地籍测量的系统。随着测绘科技的不断发展,地籍已经逐步实现了数字化的方式,能轻松自主并且非常精确的完成任务,此方法体现的是非常高的自动化程度和测量精度。目前,数字化地籍测量正逐渐成为主要的地籍测量方法,其应用在逐步的完善和创新,已被普遍运用。它是利用 RTK 技术、全站仪进行野外测量,将野外采集的数据通过计算机的程序将其处理,生成可供用户利用的效果图。基于地籍测量的特殊性,当今的测绘技术主要分为 4 种模式,即 GPS 测量、野外数字测量、内业扫描数字化测量、数字摄影测量与遥感。GPS 定位技术已在我国城镇地籍测量中全面应用了,数字摄影测量与遥感技术这些年来也处在发展和完善的阶段中,对我国的地籍测量水平也有不小的提高。我国的地籍测量在近些年里有非常大的进步,伴着测绘科技不断的提高,地籍测量还将会有更大的变化。1.3 本文的主要研究内容 在已有的研究讨论的基础上,对该主题进行较深入的探讨。本文主要表明的是全站仪及 RTK 技术之间的对比,有操作方面、环境方面和精度方面等多方面的对比,并得出他们两者的优、缺点。将这两种手段与地籍测量结合起来进行研究,两者在地籍测量中都发挥各自的作用。2. 全站仪技术和 RTK 技术2.1 全站仪技术22.1.1 全站仪的发展随着测绘科技的发展,测量仪器也已经悄然发生变化。近些年,GPS 发展很迅速,虽然已经占领了大部分的大地测量领域,但在其他的一些领域当中,全站仪还是有着很重要的地位。因此,全站仪的更新的脚步从没停止过。全站仪的发展从无到有本已是跨越了一大步,它仍在不断的更新。全站仪早期的发展着重于硬件上(如重量的减轻等) ,全站仪中期的发展着重于软件(如水平距离的归化改算,误差的补偿与改正等) ,现今全站仪的发展不能仅仅从这两个方面来归纳它,全方位的发展体现了技术上的进步、思想观念的变化,例如在全站仪的基础上添加 GPS 接收机。可以说,全站仪正在面临着改朝换代的局面。2.1.2 全站仪的工作过程(1)全站仪的基本结构全站仪—全站型电子速测仪,是一种兼有电子测距、电子测角、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。(2)全站仪的工作原理全站仪是集光 、机、电、磁、电子计算机等多种技术为一体的新型仪器,它的测距和测角原理与测距仪和电子经纬仪的原理相同,但结构大不相同,全站仪将它们结合起来,一种多功能高效率的地面测量仪器。它自带一套完整的数据处理系统,能够快速而准确的得到处理后结果。组成全站仪的两种基础结构同时进行测量,与之前的一套系统配合一并完成此次测量。2.1.3 全站仪的使用(1)放样测量:利用手中已有的数据,根据工程设计的要求,把放样点在实际环境中测设出来。然后根据虚拟点与已有点之间的位置关系,利用这些数据将放样点在实际地点测定出来。放样时,利用存储在全站仪中的放样数据或是手动输入,照准棱镜,通过内部已编写的程序,自动得出放样点与实际点的三维差值,移动棱镜找到放样点,从而达到放样的目的。(2)悬高测量:测定空中某点距地面的距离。将仪器放置在测站上,将所需的已知数据输入到仪器中,变换测量模式为悬高测量,照准目标点测量,这样就能实时得到目标点的高度。全站仪的应用范围:全站仪由于其优良的性能和简易的操作已被广泛应用于控制测量、地形测量、面积测量、悬高测量、地籍测量、工程放样、变形观测等,而且在大型工业生产设备和构件的安装调试、船体设计与施工、大桥水坝的变形观测、地质灾害 监测及体育竞技等领域都得到了广泛应用。2.1.4 全站仪在地籍测量中的应用全站仪在地籍测量中的功能:(1)导线控制测量:一般应用于图根控制测量中,直接利用坐标法,在导线点上直接进行坐标改正,此方法更简便、易掌握。(2)碎步测量:在进行该测量步骤时,利用全站仪采取极坐标法进行野外数据采集。(3)其他:能完成一般测量方法无法完成的测量工作,例如距离交会、偏心测量。在地籍碎部测量中的应用: (1) 界址点测定 测定界址点准确的位置是土地产权管理的前提,地籍图中最重要的要素就是界址点。将全站仪正确的安放在测站点上,紧接着输入测站点坐标值与定向点的坐标值,仪器镜头对准该点就可以进行定向同时能检核,此后进行界址点的测量,就能得到下一个界址点的坐标值(Xj,Yj )。 (2) 地籍图测绘 3地籍图测绘中主要包括制作地籍图和宗地图。地籍图主要是反映地籍、地物、数字要素,在对图面不影响的情况下,一般要去除不重要的内容,但也一般要素还是要体现的充分、明显。宗地图简单来说就是一种具有法律效力的证明,以图的形式体现出来,也算土地证的一部分。 (3) 面积量算 在地籍测量中,面积量算是利用测量的各界址点来计算。这是为了将来的城市建设提供数据、依据。其方法一般用到两种,一是直接计算法,它的本质就是运用解析法直接计算;另外一种是图上量算法,此方法会出现较大的误差。2.2 rkt 技术2.2.1 RTK 的发展RTK 实质就是实时动态测量系统,他是及多种高科技于一体的的系统。它的工作原理和特点就是测量史上新突破,它不仅仅只在测绘领域有着美好的前景,它已经悄无声息的来到了我们的身边,帮助我们方便快捷的生活。2.2.2 RTK 的工作过程(1)RTK 的组成部分由三部分组成:基准站接收机、数据链、移动站接收机(2) RTK 技术工作原理在已知点上设置参考站,将卫星连续观测的所有数据通过无线电设备实时传递给移动站,移动站接收机不仅要获取卫星信号,还需要接收基准站传输的数据,然后利用相对定位的原理将该站的坐标求解出来。如图 2-1图 2-1 RTK 工作原理图(3) RTK 测量的基本工作流程①基准站设置;②流动站设置;③点校正;④实际流动点与已知点对比后的差值应在允许范围内;⑤移动 RTK 测量未知点。2.2.3 RTK 的使用RTK 的测量功能是相对单一的,但是应用广泛。其主要应用如下:(1) 控制测量众所周知,常规的测量需先从整体控制再到局部。整体控制测量时,必须做到面面俱到,方便后面的测量任务。局部加密控制时,需逐级布控,这种工作方式会浪费大量的人力和物力,这不是个很好的选择。但是采用 RTK 来进行首级布控时,就可以省略后面的加密过程,且不受通视点遮挡的限制。4(2) 碎部测量一般测量过程中,理论上最少 2 人就能满足。一般采取单人观测,另外一人跑点,跑点人员受观测人员指挥,这种测量方法会受测线长度、通视等难题的影响。但是,采用 RTK 采集野外碎部点时,仅一人操作即可以完成该测量工作。利用流动站来实现,在手簿设置不变的情况下,可增加工作的便捷性。(3) 施工放样一般情况下,采取常规仪器执行放样测量任务时,先将在内业处理好的放样数据进行测量,在实际环境中测设出该点。而 RTK 能一个人进行放样操作,且可以很容易的标定出各种类型的特征点,完成多种复杂的工作。且利用这种方法放样速度快,独立完成任务,测量工作者利用 RTK 的特有的功能将实时显示测量的点与已知点之间的位置关系,此过程无需耗费过多的人力、时间。无需测站支配,放样结果直观明了。(4) 水域、河道横断面测量 首先根据已有的基础数据对河流横断面进行设计,然后在实地进行对比判断该设计是否可行。随后在 已有的地形图中完成两岸端点的平面坐标查询,再将每个断面两岸端点的三维坐标输人手持计算机测绘软件,最后利用 RTK 测绘软件中的直线放样功能用移动站测出横断面上所需要的地面点,在专业软件的帮助下展出横断图。2.2.4 RTK 在地籍测量中的应用图根点及碎部点数据采集包括两个步骤:图根控制点的测定和碎部点的采集。RTK 技术在地籍测量中测量过程: (1)基准站的选定和建立。基准站的安置是顺利进行 RTK 测量的关键,因此在选址时需要注意:侧站点附近不能受到无线电的影响;附近没有会引起信号反射的物体;基准站站址及数据链电台发射天线必须具有一定的高度。 (2) 作业方法及步骤。①选择好坐标系。②设置好投影参数。③设置基准站④已知点的检核。 (3) 外业施测。基准站安放好仪器后且点校正完后就可以进行测量任务了,需要有一人移动仪器到各个界址上,同时记录下数据,这时就需要该作业人员认真仔细的完成并描绘出草图;而另一人只需在基准站就可以了。(4)内业处理。测量得到的数据是不可直接进行处理的,需将其转换为其他文件类型,可供用户操作。3. 全站仪、RTK 的技术特点和对比3.1 全站仪技术特点全站仪技术特点优点:(1)全站仪进行地籍测量时,其操作简单。且操作系统已接近 PC 桌面系统,这让以往复杂的操作变得简单化,很大条件上避免了人为操作的影响。(2)设站灵活,由于全站仪越来越轻便,灵活方便。因此不易受地形因素的影响,且不受天气的影响,在复杂的环境下也能很好的完成操作。(3)测量的自动化、快速化,这点在放样过程中体现的尤为明显,能自动计算出相应的数据,从而快速定位出放样位置。(4)全站仪在地籍测量中测量精度要求相对较高。(5)不需要卫星信号,因此不受室内室外、大树下、天气、卫星信号等因素的影响,这点是优于RTK 的。(6)处理数据快速、精准,由于全站仪有一套完整的数据处理系统,所以测距、测角非常精准,5从而快速准确完成测量任务。缺点:(1)测站点与被测点需要通视,如两者之间有遮挡物会严重影响测量结果。(2)南方全站仪测距较短,理论上是能做到 3 公里的测程,但实际受到某些条件的影响无法达到(望远镜的放大倍率问题) ,普通型号的全站仪测程更短。(3)整个测量过程至少要两个人操作,数据采集过程比较麻烦,耗费人力、时间。(4)尽管全站仪操作简便,但是其摆设过程比较麻烦。3.2 RTK 技术特点优点:(1)体积小、测站之间移动方便。(2)自动化程度高、操作简单,且测量过程简易,能单人完成相应的测量工作,不用过多消耗人力、时间。(3)利用 RTK 技术测量时,不作业距离远,且不需要考虑测站通视与否的问题,测的是独立的观测值,没有误差的累计,因此可直接测量。(4)能全天候工作,即使在夜晚也能保证测量精度。 (利用电磁波的传递)(5)手簿能显示测站的具体位置。缺点:(1)由于 RTK 测量是接收卫星信号,因此信号受天气的影响很大,尤其是阴雨天、云层比较厚的时候,信号很难接收。另外,易受电离作用的影响,尤其是中午信号影响更大。(2)在 RTK 工作的过程中,周围有手机或者是其他信号时,也会限制其正常接收信号。(3)在江河湖泊、平静的水面时以及有玻璃等反射物时会引起多路径效应,影响接收信号。(4)受空中遮挡物影响严重,在林区、山区等地区不易得到固定解,阻碍测量的进行,即使能接收信号,其测量精度也会降低。3.3 全站仪与 RTK 的比较3.3.1 使用环境的比较全站仪是人眼照准目的点的,光线太弱会很找到被测点位置,所以全站仪需要较强的光线。而RTK 不需要考虑光线强弱的问题,但是必须保证天气状况良好,恶劣的天气条件会影响卫星信号,而全站仪理论上任何天气下,都能使用。全站仪侧站点与被测点需通视,RTK 无需这要求。因此从这点来看,RTK 还是占据优势。3.3.2 测量人员的比较由于全站仪设备自身的问题,让测量过程必须多人操作。RTK 设备结构简单,其测量过程相对比较没那么复杂。因此全站仪测量至少两人配合操作,RTK 仅一人就能完成相应的测量任务。RTK 在这点上全面获胜,降低了人力、物力的消耗,效率大大增加。3.3.3 测量误差的比较一般测量的任务全站仪是不能一个测站完成的,必须多次搬站,这时测量的误差就立马呈现出来了。每个测站测量的结果不一定精准,这是必然的误差,搬站次数越多,累计误差就会越大,这点是全站仪无法解决的问题。而 RTK 是测站与基准站进行比拟差分,取它们的相对位置。简单地说,基准站是固定不动的,每次测量都只是移动站与基站两者之间相对移动,因此此过程不会产生累计误差。3.3.4 引点方便性的比较现在城市飞速发展,使得控制点逐渐变少。这就给我们测量时带来了问题,此时就需要引点。利用全站仪引点,肯定是会带来累计误差的,所以会降低测量精度,且此方法大量消耗人力、物力、时间,增加了测量的复杂性。如是采用 RTK 技术引点,其优势特别明显,可将几十公里内的点引入测区,6而且没有误差累计这一说法,大大提高了效率。如果点有问题了,还能及时修补。3.3.5 测量距离的比较全站仪理论的测程也只有 3 公里,但实际测距肯定大大折扣的,而普通型号的 RTK 可以达到 30 公里左右,全站仪在测量距离方面远不及 RTK。4. 地籍测量工程实例分析4.1 项目简介由于经济的快速发展,龙岩市的土地面积、土地利用状况都发生了很大的发的变化。因此需要对龙岩市附近区域进行测量,对国省道干线横九线永福龙车至新罗中甲段二级公路工程(新罗区)区域长度约为 16 公里、面积约为四万平方米 1:500 大比例尺地籍测量工作。的经度是东经 117°,纬度是北纬 24°。4.2 测区概况的了解中甲村地处曹溪街道东部,距龙岩市区 15 公里,面积 20.8 平方公里。中甲村受亚热带气候控制,气候温和,四季分明。年平均气温 19℃,年降水量 1880mm,平均降水天数 120~160 天。年日照时数1342.4~1707.2 小时。中甲村地势东边高,西边低,地界狭长椭圆形,高山环抱。侧区位于龙岩市曹溪镇中甲村、曹溪镇经杨村和铁山镇火德坑村,该地区的土地类型主要包括农田、省道、村道、小河流、沟渠、山林等。在此测区内,中甲村的地势相对平坦,大部分为田地,山林较少。但是中甲村中段的地形相对复杂,大部分为山林,该段户与户的土地权属不易辨认。经杨村地段大部分也是山林,比中甲村地段更为复杂。火德坑村地界地形和经杨村地形相似,地形复杂,大部分是属于山林。4.3 坐标系统的选定平面坐标系统采用“1980 西安坐标系” 。高程系统采用的是“1985 年国家高程基准” 。4.4 作业依据与成果利用作业依据:(1) 《全球定位系统(GPS)测量规范》 , GB/T 18314-2009;(2)CJJ8-99《城市测量规范》(3)GB/T1716-1997《1∶500、1∶1 000、1∶2 000 地形图数字化规范》(4) 《城镇地籍调查规程》 (TD1001-93)(5) 《测绘技术设计规定》 ,CH/T1004-2005成果利用:
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