毕业设计（论文）-全站仪和GPS-RTK在地形测量中的联合应用.docx

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 专 业： 测绘工程 班 级： 2011测绘（2）班 学 号： 2011092632 姓 名： 王珍文 指导教师： 陈绍杰 职称： 教授 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资源工程学院 测绘工程2011092632 王珍文 指导老师：陈绍杰【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111.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。（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。6.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 899， 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K469886.396501890.700 386.66 铁钉K569930.673501995.475 384.98 铁钉B169849.955501804.639 382.27铁钉B269848.431501733.000 379.36铁钉B369899.590 501650.945 375.79铁钉B469962.128501562.362 371.38 铁钉B570017.544501457.827 366.53铁钉B670036.550501371.939 365.87铁钉B769919.686 501296.869 368.29 铁钉B869799.869 501266.397 371.66铁钉B969723.280501269.152374.31 铁钉B1069715.938501337.524 375.48铁钉B1169715.299501495.038 375.87铁钉B1269627.365501479.123 383.82 铁钉B1369602.024501551.612 384.42 铁钉B1469547.282 501547,561 387.98铁钉B1569492.795 501554.935 390.58 铁钉B1669479.598501617,735 392.40铁钉B1769467.506 501707.476 392.85 铁钉B1869463.735 501839.314 399.40铁钉B1969464.134 501945.364 400.74铁钉B2069470.114502075.613 401.59 铁钉B2169559.945502077.852396.38铁钉B2269639.022 502124.700 396.49 铁钉B2369738.844 502123.077 396.77铁钉B2469849.416502108.049391.62铁钉B2569927.030502091.887388.46铁钉B2669976.207502075.786385.65铁钉B2769931.742501995.029384.97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信号的地方可以配合使用全站仪进行观测。测区内所有地物代码采用汉语拼音的首字母进行标注方便记忆。6.4.1 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。（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。6.4.2 RTK的操作流程： 在测区范围内找一个相对集中，且无遮挡物的楼房，把基站架设在该楼顶。打开【GPS】在接收机信息里找到基准站设置点击【位置】（输入天线高数据）点击【数据链】（输入小组号等相关信息）然后点击【其他】根据设计书选择或添加最后点【确定】。如图6-2所示: 图6-2 设置基站 打开【参数】在坐标系统中点击【点较验】输入点坐标【平滑】【计算】点击【应用】, 如图6-3所示: 图6-3 点校正然后点击【测量】【F2】输入点号、仪器高和编码等相关信息，点采集后在屏幕上可以显示出点及路线，然后测一个已知控制点，来核对坐标是否正确，若不正确，则重新进行点校验和核对另一个已知点。如图6-4所示: 图6-4 数据采集使用RTK仪器通过上述操作流程采集并记录测区内点坐标数据以“dat”格式保存在仪器的内部存储卡中。6.5内业处理在处理数据之前，要先将以“dat”格式保存的数据文件用记事本的方式打开，进行数据查看，错误的数据要删除，为成图的质量做准备。部分测量数据如图6-5所示： 图6-5 部分数据确保数据无误之后，打开南方CASS7.0软件，在工具栏中点击【绘图处理】选项展开下拉菜单然后点击下拉菜单中的【展野外测点点号】选项，出现野外测点点号。【简码识别】也是在绘图处理的下拉菜单之中。如图6-6所示: 图6-6 数字绘图步骤1之后再点击【绘图处理】展开下拉菜单选择【简码识别】对所得的数据进行分析识别，同时进行图形的绘制。对数据中特殊地形地貌的标记，以及特殊的地物和分界点都要清楚的注明。与此同时把点的高程可以展在另外一个图层，这个操作可以先关闭之前的点号图层，便于分析图形。经过一系列的操作处理，便可以得到当天所测的图形。如图6-7所示：图6-7 数字绘图步骤2通常在使用CASS7.0软件时，将当天的测量成果进行简码识别以后，部分的测量编码在这一过程中，识别不出来，同时在测量的时候，可能会遇到一些测不到的点，这时候则需要依靠白天在做外业的时候的印象和当时所画的草图进行简单的绘图处理。隔天测量的时候，如果前一天图形中有任何漏测或者测量错误的地方，一定要进行重测。回去之后，将当天的成果和前一天的图形进行综合，从而完善测量的成果图。如果，测区较大，就需要待成果图出来以后进行打印，然后拿着成果图去现场进行作比较，若有不对的地方，要进行补测，反之，则可以得出最终的成果。部分最终成果图如图6-8、6-9所示：图6-8数据成果图部分展示1（同心广场）图6-9数据成果图部分展示2（学生宿舍）7总结通过对RTK、全站仪在城市大比例尺数字测图中的应用的研究，使我更加明白了在当前地面数字测图的模式中，对于RTK和全站仪联合数字测图的模式最快捷、满足生产精度、同时又具有操作简易、高效率的特点。是当前测量人员进行地面数字化测图的首选。在实地进行测绘工作时候，可以根据测区的具体情况如：视野的开阔开阔程度、 建筑物等遮挡物的分布情况、是否有高精度的要求、是否通视良好等，来相应的选择测量仪器。全站仪作为传统的测量仪器有着较高的精度、不需要信号源等优点、但同时存在需要耗费大量的人力物力导致其效率较低。然后随着RTK技术的发展，RTK技术恰好具有高效率、不需要投入大量的人力等优点能够有效的弥补全站仪的不足之处，全站仪和GPS-RTK两者之间优劣互补，使其在当前地面数字化测图中应用十分广泛。致谢语大学四年的生活就要划上一句号，我想这个句号应该是完美的，我们同学和老师一路走来，时间过得飞快，但也很充实，在期间老师的理论与实际相结合的教学方法是我们获益良多，在去年的实习过程，就是很好的证明，四年的求学之路，在老师、同学们的一路陪伴下，走得辛苦却也满载而归。在撰写论文期间老师对我孜孜不倦的指导，是我很受感动，在此致以最真挚的感谢。以后也许我们不会从事这个行业但不论在哪个行业发展，都要记住这么一点，为人处世像老师们一样能够和他人分享你的经验与知识，我亲爱的老师和同学们，你们会永远停留在我记忆的深处。 最后感谢那些陪伴着我，和我一起渡过大学四年的，陪我走过这些风风雨雨。我深深爱着的老师和同学们。参考文献1张晓东.地形测量M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2009.5 2薛国坤.GPS RTK技术在城市测量中的实践和认识J.20093郑巍.浅析RTK技术优缺点J.活力20094佟贵新，于真珍.全站型电子速测仪J.品牌与标准化20125张雷.GPS结合全站仪在数字测图中的应用J.科技与企业20116徐绍铨GPS测量原理及应用M.武汉：武汉大学出版社，2008,25-307徐淑春,冯磊,马卉.南方灵锐S86 GPS RTK在煤田火区探测中的应用J.测绘与空间地理信息20118贾晓堂,浅析.GPS-RTK作业中的难点问题.矿业科学技术20089潘正风.数字测图原理与方法M.武汉：武汉大学出版，2004,166-16710贾彬,沈小明.GPS RTK技术替代常规控制测量的应用分析.11胡文玉.GPS-RTK技术在道路放线中的应用J.山西建筑,2006,32(22):358-359.12张太鹏.基于GPS峨KT技术的数字测图应用J.现代企业教育2010(16).Total station and GPS - RTK combined application in topographic surveyResource Engineering Surveying Enginee