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全站仪与RTK配合下的新农村测图.doc

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全站仪 RTK 配合 新农村
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1龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目: 全站仪与 RTK 配合下的新农村测图 资源工程学院龙岩学院毕业论文(设计)开题报告2012 年 4 月 6 日论文(设计)题目:全站仪与 RTK 配合下的新农村测图姓名 年级 2008 级 所在院系 资源工程学院专业 测绘工程 指导教师开展本课题的意义及工作内容:课题意义:仅用全站仪进行数字化测图,就必须建立图根控制网,这样须投入大量的时间、人力、财力;2仅用 RTK 进行测图时,由于卫星的截止高度角必须大于 15°,它在遇到高大建筑物或在树下时,就很难接收到卫星和无线电信号,也就无法进行测量。如果将全站仪与 RTK 配合进行数字测图的话,完全可以优劣互补,大大提高工作效率,如今这种方法已经在福建省新农村规划测图中得到了广泛的运用。工作内容:(1)探讨传统数字测图的理论和方法;(2)探讨现代化数字测量中全站仪与 RTK 的使用及适用;(3)探讨数字测图的内业数据处理过程;(4)最后通过实例分析全站仪与 RTK 在实际情况下的运用。总体安排及进度:1、4月 05 日—4 月13 日 收集相关论文材料,确定题目,并完成开题报告。2、4月 13 日—4 月20 日 整理相关资料,列出论文提纲,着手论文第一部分写作3、4月 21 日—5 月02 日 完成论文第二、三部分的写作。4、5 月 05 日—5 月 20 日 完成论文雏形;形成初稿。5、5 月 21 日—5 月 31 日 根据老师的指导对论文进行修改和完善,并最终完成论文正稿。课题预期达到的效果:全站仪与 RTK 配合下进行数字测图适用于测区内的大面积地形中分布有多块居民地的地形图测绘,通过此方法能够很好的把测量地形与测量房屋进行分工,做到优劣互补,物尽其用。提高测图的工作效率。指导教师意见:签名:全站仪与 RTK 配合下的新农村测图【摘要】随着科技的不断发展,传统的测量模式因其局限性,已很难满足现代化建设对地形图的需求,测量仪器的推陈出新,更推动各种测量模式的不断改进。如今全站仪与 RTK 已成为各个测绘单位进行数字测图的主流仪器。近几年来,福建省各地正如火如荼的进行着新农村规划图测绘工作,农村地区地物、地貌分布的复杂性使得单独使用一种仪器进行数字测图会出现很大的困难,为此提出全站仪与 RTK 配合下进行新农村测图的方案,同时通过福安市康厝乡长潭村新农村测图工作,来了解全站仪与 RTK 在实际测图过程中是如何分工合作,最终完成测图任务的。3【关键字】全站仪;RTK;数字测图;南方 cass 软件;新农村规划图。目录1、引言..................................................................................................................................................................52、各种地形测量模式..........................................................................................................................................52.1、传统地形测量......................................................................................................................................52.2、全站仪地形测量..................................................................................................................................52.3、RTK 地形测量.......................................................................................................................................52.4、全站仪与 RTK 配合进行地形测量......................................................................................................63、全站仪..............................................................................................................................................................63.1、全站仪概述..........................................................................................................................................63.2、全站仪的构造......................................................................................................................................64、RTK....................................................................................................................................................................74.1、RTK 概述及原理...................................................................................................................................744.2、RTK 系统的组成 [4]...............................................................................................................................84.3、RTK 测量的优劣点...............................................................................................................................85、福安市康厝乡长潭村新农村测图中全站仪与 RTK 的配合使用..................................................................95.1、新农村测图特点..................................................................................................................................95.2、测区概况..............................................................................................................................................95.3、已有测绘资料和作业依据..................................................................................................................95.4、控制测量............................................................................................................................................105.5、野外数据采集及内业处理................................................................................................................125.6、RTK 成果的质量检验.........................................................................................................................156、结语................................................................................................................................................................167、致谢语............................................................................................................................................................17参考文献..............................................................................................................................................................171、引言目前 GPS 和全站仪的仪器的价格普遍大幅下降,已成为各个测绘单位使用的主流仪器,然而这两种仪器有他们各自的特点和适合环境,对于复杂地形,单独使用其中一种进行地形图测绘已很难满足需要,这就使得全站仪与 RTK 配合进行地形图测绘模式的出现。这种相辅相成的模式在近几年福建省各地新农村规划图测绘工作中发挥着巨大的作用,它以其高效便捷的工作方式,成为农村测图的首选。本文通过福安市康厝乡长潭村新农村测图工作,来了解全站仪与 RTK 在实际测图过程中是如何分工合作的。2、各种地形测量模式52.1、传统地形测量传统的地形测量通常被称作“白纸测图”,是利用测量仪器对地球表面局部区域内的各种地物、地貌特征点的空间位置进行测定,以一定的比例尺和规定的符号将其绘制在图纸上,这种模式比较典型的两种方式就是“大平板仪测图“和”经纬仪测图(又称“小平板测图”)”。传统测图过程中,测量数据的精度由于人为展点绘制和图纸伸缩变形等因素的影响会有很大的降低,并且工序繁杂,工作量大、质量难以管理,纸制地形图自身又有其局限性如:更新不方便、承载信息量小等因素,使得传统地形测量难以适应时代的发展,逐渐被其他测量模式所代替。2.2、全站仪地形测量全站仪地形测量是地面数字测图的方法之一,主要是利用全站仪采集数据,以电子手簿为载体进行数据记录,同时人工绘制标注测点点号草图,到室内将测量数据直接由手簿传输到计算机,然后人工按照绘制的草图编辑图形文件,并键入计算机自动成图,经人机交互编辑修改,最终生成数字地形图,这种方法称为草图法测图。随着全站仪的迅猛发展,开发了智能化的外业采集软件,以及计算机成图软件能直接对接收的地形信息数据进行处理,编码法测图迅速取代了草图法测图,这种方法通过全站仪采集数据,并以全站仪自带内存储器进行数据存储,同时人工赋予各数据编码,到室内后通过数据传输设备将观测数据导入计算机,计算机通过成图软件识别编码,就可以大致构造出原始草图,并可直接在草图上进行编辑修改,最终生成数字地形图,这种方法是我国目前各个测绘单位用得最多的数字测图方法。采用全站仪进行数字测图,设站灵活,操作简单,自动记录,自动计算,直接获取地面点三维坐标,所得到的数字地图的精度高,只要采取一定的措施,重要地物相对于邻近的控制点的精度控制在 5cm 内是可以做到的,缺点是要求通视,受地形和人为因素影响大; 并且前期需要布设控制点组成控制网,作业量大,投入也大,外业时间较长; 所耗费的人力、物力与财力也是比较大的[1]。2.3、RTK 地形测量随着科学技术的不断发展,测量的仪器和模式也在不断的变化,20 世纪出现了载波相位差分技术,又称 RTK(Real Time Kinematic)实时动态定位技术。这种测量模式是位于基准站的 GPS 接收机通过数据链将其观察值及基准站坐标信息一起发给流动站的 GPS 接收机,流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据,还要采集 GPS 观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,同时给出厘米级定位结果。流动站可处于静止状态,也可处于运动状态;可在固定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度的搜索求解。在整周末知数解固定后,即可进行每个历元的实时处理,只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形,则流动站可随时给出厘米级定位结果。RTK 测量技术在运用中有其显著的优势,它定位精度高、观察时间短、操作简便,可进行全天候作业,而且观察站之间无需通视,这是光学仪器所不能做到的,更重要的是使用 RTK 技术进行地形测量时省去了建立图根控制的环节,大大减少了测量所需的时间、人力和物力,如今 RTK 已经成为开阔地区地面数字测图的主要方法。但是 RTK 测量技术并不是万能的,它也有其局限性,由于卫星的截止高度角必须大于 15°,它在遇到高大建筑物或在树下就很难接收到卫星和无线电信号。况且也不能完全使 GPS 接收机接近建筑物的拐角,也就无法进行测量,可以这么说,RTK 技术对于高精度的房屋测量基本上是无能为力的。这就使得我们下面介绍的这种测量方式的产生。2.4、全站仪与 RTK 配合进行地形测量6GPS 和全站仪在地形图测量上各有所长。在地物密集地区,全站仪由于测距速度快,测距镜头灵巧,可以最大限度的接近地物特征点的位置,具有 GPS 测量无法相比的优点;而在开阔地区,GPS 测量所具有的速度快,主站和移动站不需要通视,作业劳动强度小等优点,完全可以替代全站仪进行作业。用 RTK 与全站仪联合测图,即对空旷地区的地貌和部分地物用 RTK 测量,对村庄、城市内的建筑物、构筑物用 RTK 实时给出临时图根点的三维坐标,然后用全站仪进行碎部测量,这样可以大大加快测量速度,提高工作效率。而不用在整个测区布设复杂的闭合控制网,提高了测图效率和精度。这种测量方式既利用 RTK 作业效率高、定位精度好、没有误差积累、操做简便等优势来克服全站仪的不足,又运用全站仪的优势来弥补 RTK 工作受卫星状况限制、高程异常、精度和稳定性等问题。达到优势互补、减少误差、提高效率、保证质量等目的。已经成为大比例尺地形图测量主要手段。下面介绍下这种测量模式各部分的组成及其在福建省新农村规划图测绘工作中的运用。3、全站仪3.1、全站仪概述全站仪是全站型电子速测仪(Electronic Total Station)的简称。它是集电子经纬仪、光电测距仪、微处理器为一体的高技术测量仪器,是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作,所以称之为全站仪。全站仪的发展经历了从组合式即光电测距仪与光学经纬仪组合,或光电测距仪与电子经纬仪组合,到整体式即将光电测距仪的光波发射接收系统的光轴和经纬仪的视准轴组合为同轴的整体式全站仪等几个阶段。全站仪几乎可以用在所有的测量领域。3.2、全站仪的构造全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器,可以用图 3-1 来解释一台全站仪的系统构成,它的外部结构如图(3-2)。7图 3-1 全站仪系统组成图 3-2 全站仪外部构造4、RTK4.1、RTK 概述及原理RTK(Real Time Kinematic)实时动态测量系统,它是集计算机技术、数字通讯技术、无线电技术和GPS 测量定位技术为一体的组合系统。 [2] RTK 作业具有自动化、集成化程度高,测绘功能强大,可胜8任各种测绘内、外业。对作业条件要求低,只要满足 RTK 的基本工作条件,它就能轻松地进行快速的高精度定位作业,操作简便只需一人进行测量,属于真正的一人操作系统。且其观察精度可达到厘米级,完全能够满足地形测量的精度要求。RTK 技术的实现是基于载波相位差分技术,其原理(如图 4-1)是在基准站上固定一台 GPS 接收机,对卫星进行连续观测,并通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站,流动站一方面接收数据链来自基准站的数据,另外一方面采集 GPS 观测数据,并根据相对定位原理在系统内对数据实时处理,同时给出厘米级三维坐标定位结果。 [3]图 4-1 载波相位差分原理4.2、RTK 系统的组成 [4]RTK 系统由基准站、若干个流动站及无线电通讯系统三部分组成。基准站包括 GPS 接收机(能够接收、发射基准站伪距和载波相位观测值)、GPS 天线、基准站无线电台(能将基准站观测的伪距和载波相位观测值发送给移动站)、电源(12 伏蓄电瓶)及基准站控制器等部分。流动站由以下几个部分组成:GPS 接收机(进行伪距和载波相位观测、差分处理基准站与移动站的载波相位观测值)、GPS 天线、流动站无线电接收电台(接收基准站观测的伪距和载波相位观测值、基准站坐标)、供 GPS 接收机和无线电使用的电源及流动站控制器等部分。参见图 4-2。图 4-2 RTK 系统组成4.3、RTK 测量的优劣点RTK 测量,可全天候不受地点和时间的限制连续进行,省去了大量的控制测量时间,无需与测站通视使得点位选择更加灵活,工作效率很高,定位精度高,而且误差都是互不相关的偶然误差,作业自动化、集成化程度高,对于电磁波通视良好,地形简单的地区 RTK 测量的优势尤为明显。但在单基站模式下受到作业半径的限制或遇到高大障碍物,就很难接收到卫星和无线电信号,即使能够得到数据,精度也受很大影响 [5]。95、福安市康厝乡长潭村新农村测图中全站仪与 RTK 的配合使用5.1、新农村测图特点在农村进行测图与城镇测图有很大的不同,农村地区地物、地貌分布复杂,且一个行政村常常分散着两个及两个以上的自然村。利用 RTK GPS 或全站仪单独实施地面数字测图野外数据采集,既有长处,也有不足。如果单独使用 RTK 进行测图,它能精确快捷的对天空开阔满足电磁波通视的地形(如田地、道路等)进行测量,但是它对密集的房屋和由高树构成的林地、山地却无能为力;如果单独使用全站仪进行测图,则必须先进行选点施测建立控制网,且控制点之间必须通视,控制点数量必须满足测图需要,这些无疑都将耗费大量的人力、物力和时间,更重要的是农村居民地普遍较为分散,使得布设控制网将是一个很大且不合算的工程。正因为上述两种方式所反映的情况,使我们有理由相信全站仪配合 RTK 进行测量将是解决新农村测图最有效的途径。下面将通过福安市康厝乡长潭村的新农村规划图测绘工作来谈谈全站仪与 RTK 如何配合进行新农村测图。5.2、测区概况福安市位于福建省东北部,台湾海峡西岸,地处闽东中心。年均气温 13.6℃~19.8℃,年降雨量1350~2050 毫米。长潭村系福安市康厝乡纯少数民族村(畲族),位于福安市西部,东距金半洋村小坑交界,西与杨梅山小坑为界,北连后门山顶,南河接下浦线。村落面积 0.7 平方公里,辖 3 个自然村,4 个村民小组,测区内道路畅通,交通便利,已经由地测院布设了 2 个通视的 E 级 GPS 点作为首级的控制。5.3、已有测绘资料和作业依据5.3.1、已有测绘资料福建省测绘地理信息局于 2004 年施测的全省 C 级 GPS 控制网,提供高精度的 1980 西安坐标系和2000 国家大地坐标成果,可作为本项目平面控制点的起算数据。在测区附近的其它高等级 GPS 控制点和 FJCORS 系统也可以使用。福建省测绘地理信息局于 2004 年完成的全省大地水准面精化成果,可以作为本项目高程控制起算使用。在测区附近的其它等级水准点也可以使用。测区内已知的两个控制点如下表(5-1)。表 5-1 已知平面控制点 点号 纵坐标 X(m) 横坐标 Y(m) 高程 H(m)CT01 2994859.156 457966.077 49.330CT02 2994606.84 458063.05 27.5575.3.2、引用标准与作业依据3.1 GB/T 20257.1-2007《1:500 1:1000 1:2000 地形图图式》,以下简称《图式》3.2 GB/T 18314-2009《全球定位系统(GPS)测量规范》3.3 CJJ 73-97《全球定位系统城市测量技术规程》103.4 CH/T 2009-2010《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》3.5 CJJ 8-99《城市测量规范》,以下简称《规范》3.6 GB 12898-2009《国家三、四等水准测量规范》3.7 GB/T18316-2008《数字测绘成果质量检查与验收》3.8 FCB 001-2005《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》,以下简称《福建省技术规定》。5.4、控制测量5.4.1、平面控制测量考虑测区范围较小,本次布网以 E 级 GPS 控制点作为测区的首级控制。首级控制利用 C 级 GPS 控制点为起算点与检测点,以行政村为单位,每个行政村视测绘面积大小不同布设,一般一个村布设 2至 3 个 E 级 GPS 控制点,按 E 级 GPS 进行静态观测和平差。 [6]5.4.2、高程控制测量GPS 控制点的高程计算采用 GPS 大地高结合福建省全省(似)大地水准面精化成果进行求算,高程取至 0.001m。CT01、CT02 两点的高程均为平面动态 RTK 高程四等水准联测,足以满足本次测量任务的测量精度要求,所以我们以这两个点为高程基准进行了平面高程控制测量的布控。5.4.3 、RTK 图根控制测量利用全站仪与 RTK 配合进行测图的作业模式可以分为两大步骤:一是利用 RTK 测量图根控制点,取代了以往布设严密导线控制网,用全站仪测量导线数据并内业平差解算控制点坐标的方法。二是碎部点数据采集时全站仪与 RTK 的分工与合作。现在先来了解下 RTK 如何进行图根控制测量的。(一)图根点的布设要求(1)图根控制在本测区布设的 E 级 GPS 点的基础上,采用 RTK 测量的方法进行图根加密。这种方法比以往布设闭合控制网,全站仪观测后进行内业平差求得控制点坐标,既省时又省力。(2)图根点的标志位于沙、土质地上的普通图根点,须打入木桩其中间钉入铁钉作为中心标志;位于水泥地、沥青地的普通图根点,在其中心标志位打入直径约 7mm 的水泥钉(或刻石),并以红漆绘出方框及点号。(3)埋石点以基本图幅(500×500mm)为单位,每幅不应少于 3 个(包括高级点在内),不满幅测图面积大于 1/2 图幅时,至少应有 2 个埋石点,具体要求按照《福建省技术规定》第 4.4 条执行。埋石点应注意均匀分布,并应做到至少与另一个点互相通视。图根埋石点的中心标志必须使用刻有十字标志的铆钉。(二)RTK 测量主要技术要求(根据《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》6.2 制定):表 5-2 RTK 地形测量主要技术要求等 级图上点位中误差(mm)高程中误差与基准站的距离(km)观测次数 起算点等级图根点 ≤±0.1 1/10 基本等高距 ≤7 ≥2平面三级、高程等外以上
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