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全站仪和GPS-RTK在地形测量中的联合应用.docx

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全站仪 GPSRTK 地形 测量 中的 联合 应用
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目: 全站仪和 GPS-RTK 在地形测量中的联合应用资源工程学院开题报告2015 年 1 月 25 日论文(设计)题目:全站仪和 GPS-RTK 在地形测量中的联合应用姓名 王珍文 年级 11 级 所在院系 资源工程学院专业 测绘工程 指导教师 陈绍杰开展本课题的意义及工作内容:意义:随着时代的进步发展,工程建设的需求也越来越大。建筑物的楼层也越来越高,进一步加深了工程测量的难度。GPS-RTK 技术相比传统技术方法具有有效、快速和精度高的特点。全站仪则具有稳定性好、精度高的特点。如何利用两种技术有效结合使用来解决这一问题成为业界关注的焦点。本文通过研究 RTK 技术和全站仪在地形测量中的联合应用,进一步提高 RTK 技术和全站仪在实际工程测量中的应用工作内容:利用 RTK 技术和全站仪进行地形测量,使用全站仪布设控制网、RTK 进行碎步测量,利用南方 CASS 软件进行绘制地形图。总体安排及进度:1 月 15 日至 1 月 20 日:整理收集资料确定论文题目,完成开题报告;1 月 21 日至 2 月 15 日:撰写论文提纲,完成论文初稿;2 月 16 日至 3 月 14 日:修改完善论文;3 月 14 日至 3 月 22 日:完成论文正稿,准备毕业答辩课题预期达到的效果:通过本次课题的研究,利用 GPS-RTK 技术和全站仪在野外进行数据采集,数据的分析整理。最后输入电脑利用南方 CASS 软件进行数字化成图。用时比起传统的手绘成图大大缩短,并且精度更高。实现快捷、高效的预期效果。指导教师意见:签名:全站仪和 GPS-RTK 在地形测量中的联合应用【 摘 要 】 在 测量的技术不断发展进步的条件下,全站仪与 RTK 的技术已慢慢地取代传统测量工具在地形测量方面的地位并得到广泛测量人员的认可。在地形测量技术不断发展今天,全站仪与 RTK 凭借着各自的技术特点,通过相互弥补不足之处能够对各种地形环境进行测图。本文通过对全站仪和 RTK 各自的原理、组成和工作方法进行介绍,并在地形测量过程中把两者有效的结合起来。从图根控制测量到碎部测量的过程。结合地形特点通过分析其作业流程和影响因素最后绘制出数字地形图,最终证明全站仪和 GPS-RTK 技术在实际地形测量的应用,体现出联合测量技术的方便、快捷、高效等优点。【 关键词】全站仪;GPS-RTK;地形测量;数字测图目录1.引言 .................................................................................11.1 课题研究的背景 ..................................................................11.2 地形测量的定义 ..................................................................11.3 地形测量的现状 ..................................................................11.4 关于地形测量使用中全站仪与 GPS-RTK 联合测量技术的意义 ............................12.全站仪的系统组成和相关事项说明 ..............................................................................................................12.1 全站仪的定义 ..........................................................................................................................................12.2 全站仪技术的原理 ................................................................12.3 全站仪使用注意事项 ..............................................................23. GPS-RTK 系统的组成和工作原理 .................................................................................................................23.1 GPS 系统组成 ....................................................................23.2 RTK 技术的定义 ..................................................................23.3 RTK 测量系统的组成 ..............................................................33.4 RTK 技术的工作原理 ..............................................................34.全站仪和 RTK 的技术特点和在数字化地形测图中的优缺点比较 ..............................................................34.1 全站仪的技术特点 ................................................................34.2 RTK 的技术特点 ..................................................................35.具体项目技术方案 ..........................................................................................................................................45.1 测量前准备 ......................................................................45.2 测量精度要求及坐标系统 ..........................................................45.3 仪器配备及人员安排 ..............................................................45.4 外业施测 ........................................................................45.5 内业数据处理 ....................................................................46.地形测量数字化测图实例分析 ......................................................................................................................56.1 测区概况 ........................................................................56.2 项目引用标准和作业依据 ..........................................................56.3 控制测量 ........................................................................56.4 碎部测量 ........................................................................66.5 内业处理 ........................................................................87.总结 ................................................................................................................................................................10致谢语 ..................................................................................................................................................................11参考文献 ..............................................................................................................................................................1111.引言 1.1 课题研究的背景科学进步发展总是给人更好的生活工作体验。就测量工具而言,由早先的小平板仪、大平板仪、经纬仪、水准仪、测距仪发展到全站仪、GPS-RTK,测图的方法也由当初的手工测图转变为如今普遍采用的数字测图。现代化测量工具相对于传统测量工具而言。具有效率更高、精度更高,测量条件的限制也没传统测量那么严格。数字测图较手工测图更为直接、快捷。1.2 地形测量的定义:地形测量主要是对工程所在地的地层、地貌、岩石、水文、构造等地质情况进行调查,用剖面图或平面图的形式反应各种地形、地质的形象,为工程建设的设计规划与建设提供有用的参数信息,将测定并经过数据分析处理后地标高低起伏形态、地物特征平面位置、高程,之后按照一定比例尺绘制于图纸上的,为城市、矿区以及各种工程建设提供服务,以满足城镇规划、矿山开采以的及各种经济建设需要 [1]。1.3 地形测量的现状虽然当前全站仪和 GPS-RTK 广泛应用于地形测量,但是某些地形条件较为复杂的测区范围内,由于现在的全站仪和 GPS-RTK 各自缺陷,单一的使用全站仪或者 GPS-RTK 进行地形测量并不能满足一些测量的需要,在使用全站仪测量地形图时候,必须要输入控制点的坐标设置测站和定后视,每次的设站都需要输入站点和后视点的坐标或者从直接全站仪中调取坐标数据,在类似操场这样空旷的测区用用全站仪进行外业测量时则会耗时耗力,迫使加大工作量,并且在天黑之后,由于光线太暗两个测站之间不能相互看到,其测量精度会受到影响;GPS-RTK 在高压线、高大建筑物、树下等地方,不容易收到信号或者由于其他原因接收不到卫星信号,这样则会使测量效率、数据精度等受到影响。因此在某些复杂的测量范围内,只有使用全站仪与 RTK 进行联合测量,才可以更好的完成工作。1.4 地形测量使用中全站仪与 GPS-RTK 的联合测量的技术意义通过对全站仪与 RTK 技术的了解,RTK 具有作业自动化、集成度高,操作简单快捷等特点方便记录测量,RTK 的技术不要求两点间通视的,且定位的精度高,数据的安全可靠,没有误差积累的 【2】 ,在一般地形地势下,高质量 RTK 设站一次的测量范围为 15km 半径以内的,很大的程度上减少了传统的测量所需控制点数量和测量仪器“搬站”次数的,仅需一人操作,操作简便、数据处理功能力强 【3】 。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。2.全站仪的系统组成和工作原理2.1 全站仪的定义全站仪:即全站型的电子测距仪(Electronic Total Station),是一种集光、机、电为一体高技术的测量仪器,是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体测绘仪器的系统【4】 。2.2 全站仪技术的原理全站仪的系统是一种集光、机、电为一体新型测角仪器,与光学的经纬仪比较电子的经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘的,将人工的光学测微读数代之以自动记录的和显示读数的,使测角的操作简单化,并且可避免读数误差产生 【5】 。电子的经纬仪自动记录、储存、计算的功能外,还有数据通2讯的功能,进一步的提高了测量作业自动化程度的 。2.3 全站仪使用注意事项:(1)全站仪的装卸时,操作人需要握住提手的,将其取出或装入仪器箱的时候,不可握住显示单元下部,要握住仪器的提手和底座。(2)如果握住仪器镜筒,则会影响全站仪内部的固定零件,从而降低仪器的精度。可以握住全站仪的基座部分,或双手握住望远镜的支架下部。(3)测量时需要避免阳光的直接照射,以免影响全站仪的观测精度。(4)在人流量较多的测量环境下,全站仪需要有专人在旁守护。以免行人触碰。(5)当仪器架设在光滑的表面时,一定要避免脚架滑倒。(6)当全站仪假设在三脚架上的时候,最好使用木制的三脚架,以免全站仪的测量精度受到影响。(7)测站距离较近的情况下,搬站的时候可将仪器连同三脚架一起靠在肩上,不过全站仪的整体要尽量的保持直立。(8)在搬站的时候,需要优先检查的全站仪与脚架连接是否牢固,可以把制动的螺旋稍微拧紧,以避免全站仪晃动。3. GPS-RTK 技术的原理3.1GPS 系统组成GPS 的系统是由空间星座的部分、地面监控的部分和用户设备的部分这三部分构成 【6】 ,如图 3-1所示:统的组成图3-1 GPS 系部分3.2 RTK技术的定义RTK的技术就是差分的技术中载波相位的差分技术,是实时处理的两个测站的载波相位观测量差分3的方法。即将一台GPS 接收机安装完成后对GPS 卫星进行观测,将采集载波相位的观测量调制到基准站电台载波上,再通过基准站的电台发射出去的。3.4 RTK 测量系统的组成一个完整的RTK-GPS测量系统中至少拥有两台或多台GPS的接收机,其中一台设为基准站的,另外一台或多台的GPS则分别设于移动站的,并且每台的流动站配备一台手簿。基准站的测区应设在测区内较高点上的。基准站作用是采集各种的观测值,并经由数据链实时的发送给移动站的 【7】 。RTK的测量软件系统,实时的动态测量软件系统应具备的基本功能为:整周的未知数快速的解算、实时的解算用户站在WGS-84的坐标系中的三维坐标、进行坐标系统的转换、求解坐标系之间转换的参数、解算结果的质量分析与评价、作业模式的选择与转换、测量的结果显示与绘图的成图输出 【8】 。3.3 RTK 的工作原理RTK 的工作原理是在两台接收机之间加上一套无线电通信系统,加上一套无线电通信系统之后可以使原本两台相对独立的接收机连成一个有机的整体;基准站把接收到的伪距、载波相位观测值和基准站的一些信息(如基准站的坐标和天线高等)都通过通信系统传送到流动站;流动站在接收卫星信号的同时,也接收基准站传送来的数据并进行处理:将基准站的载波信号与自身接收到的载波信号进行差分处理,即可实时求解出两站间的基线向量,同时输入相应的坐标,转换参数和投影参数,即可求得实用的未知点坐标 【9】 。4.全站仪和RTK的技术特点和在数字化地形测图中的优缺点比较4.1 全站仪的技术特点:4.1.1 优点:(1)全站仪有固定三脚架作为支架,测量过程稳定。(2)不需要接收卫星信号,所以不受树下、高大建筑等遮挡物以及星信号等因素影响。(3)全站仪使用灵活,任何地方都可以摆设,不受天气的影响。(4)全站仪在数字测图中的精度相对较高。4.1.2 缺点:(1)全站仪过于笨重,携带性不高。并且需要配合脚架、棱镜实用。(2)测站之间需要通视,对于有障碍物遮挡的地方就会受到约束。(3)测程短,在使用全站仪无棱镜功能时,全站仪的射程将会受到极大的限制。(4)全站仪的摆设麻烦,而且一般测量都需要定向,耗费人力、时间。(5)全站仪操作麻烦,数据采集也相对较繁琐,需要多人配合。4.2 RTK 的技术特点4.2.1 优点:(1)采用 RTK 技术进行测量时,不要求通视,便可直接进行测量。(2)全天候的作业、不会受到常规多个技术的条件限制的 【10】 。(3)测量简易,只需要一个人单独就可以完成相关的测量工作。(4)地形测量时,不需要定向,只需要连接相关网络和蓝牙就可直接采集数据,节约大量人力物力。(5)所测的位置可以很直观的在屏幕上显示。4.2.2 缺点:(1)受天气,信号影响大,尤其是在阴雨天气、云层较厚的时候,接收的信号容易受到影响。(2)在有手机、汽车或者其他信号干扰的时候也会受到影响。4(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)在城市大比例尺数字化测图中,信号容易被建筑物、树木等障碍物遮挡,使得 RTK 仪器在使用的过程中受到约束。5.具体项目技术方案5.1 测量前准备在外业测量开始之前,先将甲方提供的相关数据资料在电脑上进行整理。根据实际勘测的需要,将整理好的数据传输到外业测量的手簿里,方便外业测量时调用,以提高外业数据采集的效率。5.2 测量精度要求及坐标系统根据工程项目的需要,要求平面点位中误差≤±3cm,高程中误差≤±5cm。本次测区采用“西安80 坐标系统,高程系统采用 1985 国家高程基准”。5.3 仪器配备及人员安排仪器准备:中海达 RTK 基准站 1 台, 中海达 RTK 移动站 2 台, 全站仪一台,棱镜两个,三脚架两个,钢尺一把。人员安排:测量员 5 人一组,绘量员 1 人,记录员 1 人,立棱镜 2 人,轮流作业。5.4 外业施测首先将基站架设在楼顶,用移动站在测区范围内采集分布均匀的 2 个或 2 个以上控制点的 84 坐标,然后再输入龙岩新罗区的当地坐标,进行点校正,然后进行拟合,解算出转换参数,点校正完成后为了保证精度,通常要采集其他控制点的坐标,然后将采集的坐标与该控制点的原坐标进行对比,在精度范围之内,即可进行外业操作(反之要重新进行点校正) 【11】 。在进行外业的时候,首先将甲方提供的曲线要素做成相关文件传输到手簿里,一般只要通过在手簿上调用文件,在可进行地形测量,点的放样也可以进行。5.5 内业数据处理在测量过程开始时,一般以当天日期+字母为文件名,待当天外业工作完成后,立即导出数据,并用“dat”格式保存,传输成功后要是当天有错误数据应立即处理,以免绘图时出错,否则成图以后在进行处理会很麻烦,也会导致图形整体不美观。画图时切记要按规划设计书要求去做,以免造成不必要的麻烦,当天的内业尽量在当天完成,防止隔天或者更长时间在绘图时忘记,从而使成图出现错误。成图后对整体图形进行稍加修改,以保持整体的美观(植被被符号和高程成梅花状、图框、归层等等)。5.6注意事项在测量过程中,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【12】 。按照相关的技术规范要求,本次论文以龙岩市新罗区龙岩学院的地形图测绘为例,如何在复杂多变的地形环境中,高效使用全站仪和GPS-RTK仪器,使测量工作高质量的完成。56.地形测量数字化测图实例分析6.1 测区概况该测区是龙岩市新罗区东肖镇龙岩学院全校范围内规划建设地段,测区处在四面环山的城镇乡镇地区,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。测区周围的山峦,经过踏勘推断对测量人员进行周边 RTK 作业并无太大的影响,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 2 平方千米。6.2 项目引用标准和作业依据(1)《国家基本比例尺地图图式第一部分:1:500 1:1000 1:2000 地形图》, GB/T20257.1-2007,以下简称《图式》;(2)《城市测量规范》,CJJ 8—99, 以下简称《规范》;(3)《全球定位系统(GPS)测量规范》, GB/T 18314-2009;(4)《国家三、四等水准测量规范》,GB/T 12898-2009;(5)《国家大地测量基本技术规定》,GB 22021-2008 ;(6)《基础地理信息标准数据基本规定》,GB 21139-2007;(7)《数字测绘成果质量要求》,GB/T 17941-2009;(8)《测绘技术设计规定》,CH/T1004-2005(9)《测绘技术总结编写规定》,CH/T1001-2005(10)《福建省 1:500 1:1000 1:2000 基本比例尺数字地形图测绘技术规定》, FCB001-2005;6.3 控制测量在实验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、不容易破坏的空地或者马路上,并且是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。使用全站仪对图根控制点进行测量采集。 测区内的图根控制成果见表 6-1 所示:表 6-1 图根控制点图根控制点成果表点名 坐标 X 标 Y 高程 材质K4 69886.396 501890.700 386.66 铁钉K5 69930.673 501995.475 384.98 铁钉B1 69849.955 501804.639 382.27 铁钉B2 69848.431 501733.000 379.36 铁钉B3 69899.590 501650.945 375.79 铁钉B4 69962.128 501562.362 371.38 铁钉B5 70017.544 501457.827 366.53 铁钉B6 70036.550 501371.939 365.87 铁钉B7 69919.686 501296.869 368.29 铁钉B8 69799.869 501266.397 371.66 铁钉B9 69723.280 501269.152 374.31 铁钉B10 69715.938 501337.524 375.48 铁钉6B11 69715.299 501495.038 375.87 铁钉B12 69627.365 501479.123 383.82 铁钉B13 69602.024 501551.612 384.42 铁钉B14 69547.282 501547,561 387.98 铁钉B15 69492.795 501554.935 390.58 铁钉B16 69479.598 501617,735 392.40 铁钉B17 69467.506 501707.476 392.85 铁钉B18 69463.735 501839.314 399.40 铁钉B19 69464.134 501945.364 400.74 铁钉B20 69470.114 502075.613 401.59 铁钉B21 69559.945 502077.852 396.38 铁钉B22 69639.022 502124.700 396.49 铁钉B23 69738.844 502123.077 396.77 铁钉B24 69849.416 502108.049 391.62 铁钉B25 69927.030 502091.887 388.46 铁钉B26 69976.207 502075.786 385.65 铁钉B27 69931.742 501995.029 384.97 铁钉使用南方 cass7.0 软件绘制控制点分布图图 6-1 控制点分布图(图中蓝色小方块表示控制点)6.4 碎部测量碎部的测量是以控制点为基础的,测定的地物、地貌平面位置和高程,并将其绘制成地形图的工作。在测区内,由于测区范围大,而且地形复杂,导致测量人员工作量大大增加。可优先使用 GPS-RTK 进行碎部点测量。从而减少测量人员的工作量,而在有树荫下或者有高压线等遮挡 GPS 信号的
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