1、1本科毕业论文（20 届）全站仪和 GPS-RTK 联合在地形测量中的应用所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期2GPS-RTK 与全站仪联合在地形测量中的应用【摘要】随着全站仪与 GPS-RTK 等测量仪器的应用及推广，已成为各测绘单位、公司进行地形测量的主要仪器。但是，GPS-RTK 和全站仪都有各自的优缺点，对于地形复杂的测区，如果只使用其中一种仪器，就可能会影响工程的进度。本文通过对比 GPS-RTK 与全站仪的基本原理和优缺点，联合作业的流程，并结合实际的地形测量工程，探究如何将 GPS-RTK 技术与全站仪相结合，发挥各自优势，消除局限性，从而加快工程进度。最后指出了全
2、站仪与 GPS-RTK 技术进行数字测图的局限性及注意事项。【关键词】地形测量 GPS-RTK 全站仪 联合作业3目录1 引言 .51.1 研究的背景 .51.2 研究的目的与意义 .51.3 论文的主要研究内容 .52 基于全站仪和 GPS-RTK 的数字测图 .52.1 GPS-RTK 简介和测量原理 .52.2 全站仪简介和测量原理 .52.3 GPS-RTK 和全站仪的优缺点比较 .62.4 GPS-RTK 和全站仪联合测图的流程 .73.GPS-RTK 和全站仪联合测图的实例应用 .73.1 测区概况 .73.2 作业技术标准 .73.2.1 平面精度 .73.3.2 高程精度 .8
3、3.3 控制网的布设与测定 .83.4 碎部测量 .93.4.1 基于 GPS-RTK 的碎步测量 .93.4.2 基于全站仪的碎部测量 .93.5 数据传输与处理 .93.6 内业成图 .104 GPS-RTK 与全站仪联合测图时的注意事项 .115 结束语 .126 致谢语 .124引言1.1 研究的背景现由于专业测绘工作人员的新老更替，更多的年轻测绘人员走向 GPS-RTK 和全站仪相结合的地形测量生产前线，承担了大部分一线工作任务。但是这些测绘工作人员较缺少地形测量的现场工作经验，虽然数字话测绘软件自动成图功能很高，但是现场各种条件的限制和制约，例如地形复杂，作业人员的测量经验等，就使
4、得野外采集的数据绘出的地形图不能完全反映真实的地形 1。本文通过 GPS-RTK 与全站仪地形测量的实际，分析 GPS-RTK 与全站仪野外采集数据作业模式下的地形册来那个目前的优缺点，并且提供在质量保证的情况下加快工程进度的几点建议。1.2 研究的目的与意义地形测量在测绘行业工作中占据这举足轻重的地位，一些专业的测绘队伍中，地形测量的任务甚至可能占到每年的测量总任务量的 80以上 2。然而，用传统的数字测图手段进行地形图测绘，其效率已无法满足现在用户的要求。很多以效率为上的测绘单位只好采用人海战术，这无疑又造成了测图成本的增加，使测绘单位的利润降低。数字测图是测绘工程中一门非常重要的学科。而
5、提高数字测图效率的速度则成为测绘各界一直努力的方向 3。全站仪数字测图是大比例尺测量的主要方式。此方式是采用全站仪野外数据采集，然后室内使用的计算机进行内业编辑、成图，该方法是相对快速、方便且可直接形成数字化地形图，其缺点是对水平方向遮挡的克服能力较弱，造成不必要的设站，降低了生产效率 4。而随着 GPS-RTK 的诞生，明显改变了这一现状，测绘工作者根据全站仪和 GPS-RTK 各自的工作特点，发掘出一套全站仪联合 GPS-RTK 的数字测图方法，类似问题很大程度上得到了解决，并且在满足精度要求的前提下，大大地提高了测图效率和速度 5。1.3 论文的主要研究内容（1）本文主要对全站仪与 GP
6、S-RTK 联合进行数字测图方法进行探究，详细说明如何发挥全站仪与RTK 各自的测绘优势，进行高效率，高精度的数字测图。（2）在探究过程中总结，RTK 在数字测图的局限性，RTK 使用过程中的注意事项，以及全站仪结合 RTK 进行数字测图时应注意的问题。2 基于全站仪与 GPS-RTK 的数字测图2.1 GPS-RTK 简介和测量原理GPS-RTK 技术，通过架设基准站接收卫星进行实时载波相位结算，最后得到所需的三维坐标 2。节省人力，速度较快，工作效率高是 GPS-RTK 技术的特点 6。实时动态测量(RTK)Real Time Kinematic 定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位
7、技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。与传统的数字测量手段相比，RTK 测量具有精度高，操作简单，全天候操作，体积小，便于携带，广泛应用于各种测量领域 7。2.2 全站仪简介和测量原理全站仪一般以测角度测量，高差测量，水平测量，坐标测量等方法，得到测量所需的精度坐标。全站仪测角原理：两点之间照准过程需要转动度盘，从度盘上获取电信号，再将电信号转换为数字并显示角度值。全站仪测距原理：全站仪通过内置测距仪测量光波往返测点与仪器之间传播的时间来计算待测距离。计算公式如下：5D 为全站仪与待测点距离，C 为光速约 30 万 kms，t 为测量出光波在全站仪与待测点
8、之间往、返传播的时间。设未知点 C 坐标为（X C，Y C，Z C），测站点 A 坐标为（X A，Y A，Z A），后视点 B 坐标为（X B， YB，Z B），S 为侧站点与未知点距离， AB 为侧站点到已知点的坐标方位角， 为观测的水平角， 为观测的竖直角，i 为仪器高， v 为目标高，则未知点 C 坐标为： viSZsYACABAtan)180(ico对于式中的“”，当 AB+180时，为“+”，当 AB+180 时，为“-”。2.3 GPS-RTK 及全站仪的优缺点比较利用全站仪实施数字测图，其各种特点无不优越于传统的数字测图仪器，全站仪成为各种测绘工作不可或缺的测量工具。测站点与观测
9、点需要相互通视是全站仪进行数字测图的缺点，受地形和人为因素影响较大。若没有足够的控制点，则测图将会异常困难 8。用 GPS-RTK 进行野外作业，不但任意时间可测量，并且当坐标校正以后，控制点可不设立，故布置控制网的时间可以省去。无需通视，效率高，无累计误差，成果精度均匀，在地形简单，视野开阔的地区，明显优于于全站仪。但是当作业半径的限制或者测区位于密集、较高的建筑物的情况下，单基站模式较容易被影响，基站和卫星发出的相位信心难以被接收。尽管特定时间能满足测量要求，但其精度也不尽理想。表 2-1 全站仪与 RTK 优缺点对比对比项目 全站仪 GPS-RTK设站灵活性 灵活设站 利用控制点校正后，
10、无需设站操作复杂程度 操作简单，但相对于 RTK 稍显复杂 操作简单通视要求 要求测站点与观测点相互通视 无需通视测量精度（相同情况下） 较高 较高稳定性 稳定 稳定性受地貌影响较大所受限制类型 水平遮挡 竖直遮挡数据实时性 内业处理时才能知晓精度情况 可当场知晓点位信息与测量精度人力物力投入量 较大 小适用地形 高楼密集区域，上空遮挡较为严重区域 适用于视野开阔、水平方向遮挡且无较高上空遮挡区域2.4 GPS-RTK 与全站仪联合测图的流程常规测量作业工作需要遵循“从整体到局部，先控制后碎部，分级布网，逐级控制”原则。具体工序包括一级控制网、加密控制网、图根点控制、特征点数据采集和成图；从施
11、工流程来看，完成一个测区的测量工作往往需要数次进出作业现场，且多次在同一测站上设站，导致测量作业效率低下，也必将造成不必要的精度流失（如对中误差和定向误差的增加等）。（2-1）（2-2）t216针对上述情况以及 RTK 针对于全站仪缺点的补偿性，利用 RTK 协同全站仪采集数据方式进行作业，用以克服上述诸多弊端。利用 GPS-RTK 联合全站仪测量作业可分为两个阶段： 1、GPS-RTK 测量图根点。RTK 的测量精度完全可以满足图根控制的要求，利用 RTK 进行控制测量既能实时知晓定位结果，还能实时知道定位精度，大大提高了作业效率 9。2、碎部点数据采集。使用 RTK 和全站仪同时进行，这样
12、不但能解决水平方向遮挡(全站仪视线) 问题，同样也解决了上方遮挡(卫星信号 )问题，避免了因个别碎部点不通视而不得不搬站的影响。下图为基本流程。图 2-1 全站仪联合 GPS-RTK 进行数字测图基本流程3.GPS-RTK 与全站仪联合测图的实例应用3.1 测区概况测区位于福建省龙岩市武平县，离武平县城 27 千米。全乡面积大约 256 平方千米。下图为永平乡位置和测区情况。图 3-1 永平乡位置7图 3-2 部分测区概况图3.2 作业技术标准3.2.1 平面精度（1）主要地物点平面精度应满足的要求：表 3-1 为主要地物点精度指标主要地物点相对于邻近控制点的点位误差主要地物点中误差（cm）
13、限差（cm） 适用范围一级 5 10 高级商业用地、房产单价高的地物二级 7.5 15 普通住宅用地、房产单价适中的地物（2）其它地物点、地貌点平面精度应满足下表的要求：8表 3-2 为其它地物点、地貌点的点位中误差与间距中误差（图上 mm）地区分类 点位中误差 邻近地物点间距中误差旧街坊内部 0.5 0.4城市建筑区和平地、丘陵地 0.3 0.243.3.2 高程精度（1） 图根点高程注记至 0.01 米，基本等高距为 0.5 米，碎部点高程注记至 0.01 米，水准联测的控制点高程注记至 0.001 米，碎部点高程注记至 0.01 米 10。（2） 平坦地区的高程注记点相对于邻近图根点（及
14、以上各级控制点）的高程中误差不大于0.15m。（3） 其它各种地形高程精度以等高线插求点的高程中误差来衡量。表 3-3 等高线插求点的高程中误差地形类别 高山地 山地 丘陵地 平地高程中误差（等高线） 1m 0.66m 0.5m 0.33m3.3 控制网的布设与测定在测区均匀布设一定数量的图根点，并使用 RTK 测量出这些图根点的坐标，供测图使用。观测待定点之前设置机内精度阈值，设置点位中误差阈值为2.0 cm，高程中误差阈值为3.0cm，并取 10 次平滑数据。将图根点前缀设为 T，我们共布设了若干个图根点。部分图根点坐标如表 3-4 所示：表 3-4 图根控制点坐标点号 X Y ZJD18
15、 2797122.364 444182.798 373.438JN127 2797572.932 444712.499 372.899JN106 2797122.369 444182.801 373.434JN105 2797657.224 444666.350 367.196JN104 2797073.283 444466.948 370.156JD1 7 2797191.838 444295.255 367.108JN128 2797600.942 444674.898 368.3349图 3-3 部分图根点3.4 碎部测量3.4.1 基于 GPS-RTK 的碎步测量在地形较为开阔，四边没
16、有障碍物和较高的建筑物的情况下，可使用 RTK 进行快速的地形测量。使用 GPS-RTK 进行碎部测量，不必画草图，碎部点的记录存在特定的格式，这种格式包括点名、仪器高、编码，数字测图软件（CASS) 可识别，并且自动生成简单的图形。综上所述，使用 GPS-RTK 进行野外作业时，可一名测绘人员使用一台流动站的模式，将节省大量的时间。3.4.2 基于全站仪的碎部测量对于 RTK 信号不佳的区域，如树木较高的区域，建筑物较高的区域。使用全站仪进行碎部点采集。由于本项目精度要求不高，此处采用斜距法（即边角法）测量，无需事先将图根点数据上传至全站仪中，使用假设坐标进行观测。（1）对中整平，量取仪器高
17、；（2）开机界面，点击进入文件管理，创建新文件夹，该文件即为碎部点存储文件；（3）照准地物特征点，输入特征点相应的编码，按下全站仪上的观测键进行观测采集数据。其中线状地物在采集第二个以上特征点时需要输入编码“+”或者“-”连接起来，以便内业成图时易于识别。3.5 数据传输与处理使用数字测绘数据处理系统（河南地质测绘院）软件进行数据传输，将采用的碎部点以.dat 格式输10入计算机，输入过程中必须保持全站仪与软件的通讯参数一致（此处设置：协议：无 波特率：9600 数据位：8 位 奇偶位：无 停止位：1）图 3-4 碎部点坐标文件格式（左图为初始文件，右图为展点文件）上面左图为从全站仪中导出的原
18、数据文件，右图为 CASS 展点所需要的数据格式，利用 RTK 测量的图根点与原数据文件使用相应的软件进行计算，即可得到右图所示的 CASS 展点所需要的格式。3.6 内业成图将转好格式的数据文件及 GPS-RTK 采集的数据以展点和简码识别的方式展到利用 CASS8.0 软件中，再根据外业所输入的编码根据福建省 1：500 1：1000 1：2000 基本比例尺数字地形图测绘技术规定中的表示方式进行编辑，连线成图。对于 GPS-RTK 与全站仪联合测图精度的保证，可打印一份完成的地形图，到测区进行地物对比，检查是否有漏测、错测现象，并利用仪器进行任意的打点检查，若有遗漏或者错测，则应该及时补测，并在内业图中改正过来。下图为永平乡部分成果图。
