全站仪技术、RTK技术放样的基本原理与数据处理毕业论文.doc

武汉大学毕业设计(论文)全站仪技术、RTK技术放样的基本原理与数据处理毕业论文目录1 绪论11.1课题研究的目的和意义11.2工程施工放样技术研究现状21.3主要研究内容及论文结构42全站仪技术、RTK技术放样的基本原理与数据处理72.1 施工放样技术概述72.2全站仪放样技术的理论基础82.3 RTK技术放样的理论基础122.4全站仪放样与RTK放样的比较223关键技术及误差分析293.1 全站仪配合RTK放样的基本原理293.2全站仪配合RTK放样的数据处理333.3实例分析344结论与展望36参考文献38致谢40附录41671 绪论1.1课题研究的目的和意义设计图纸所表示的建筑物轮廓活着特征点往往是以角点坐标的形式表达的，测量放样就是要在待建的场地上确定设计坐标相对应的位置，并用标桩表示出来。目前常用的放样方法很简单，并成功的解决了很多工程问题，完成了数不清的工程项目，但随着测绘技术手段的不断发展和对建设工程高质量的要求，他们的缺点也越来越突出。主要包括以下几个方面：（1）传统阶段的工程施工放样，由于要用到钢尺丈量水平距离，对于距离较长或地形起伏较大的地区，放样工作则显得困难重重。对于有圆曲线或缓和曲线的工程施工放样则更加复杂，其测设大多采用偏角法或切线支距法，这些方法不仅有很多的内业计算，而且很容易产生累计误差，放样的精度不高，放样速度较慢。（2）全站仪坐标放样方法，无需做任何放样数据的计算，放样的工序简化了，放样的精度提高了，而且不受地形的限制。但是由于工地现场环境的复杂性，例如：堆料、不通视等因素的影响，降低了劳动效率，而且放样一个设计点往往需要来回多次移动目标，须23 人参加操作。（3）RTK技术的出现使施工放样有了突破性的发展， 不但克服了传统放样法和坐标放样法的缺点，而且具有观测时间短、精度高、无须通视、现场给出精确坐标等优点。但是，由于GPS测量适用于视野开阔、障碍物较少的新区建设。RTK技术克服了传统放样法和坐标放样法的缺点，并且具有观测时间短，精度高、无须通视、现场给出精确坐标等优点，特别适合道路等大批量设计点位的放样工作，尤其是道路边桩、征地范围线等放样。不需沿途布设图根控制点，从而减少了施工控制网的布设密度，节约经费，节省时间，提高了工作效率。然而，在对天通视困难的特殊地区，RTK 失锁较严重，放样效果往往不理想。因此，作业时一般用RTK施测较为宽阔地带的放样点，而在RTK失锁较严重和放样精度效果不理想区，用全站仪施测放样点。这样既避免了RTK测量所发生的特殊地区精度不能满足要求的情况，又避免了常规的全站仪放样的低效，使得两种仪器在实际测量中相得益彰，有效地提高了作业效率。1.2工程施工放样技术研究现状测绘技术的不断进步、测绘仪器及工具的不断更新和改进，促使工程施工放样工作越来越简化，精度也越来越高。1.2.1工程施工放样技术及其发展趋势工程施工放样技术一共经历了三个阶段，下面就工程的施工放样方法谈谈它所经历的三个发展阶段，并就每个阶段的方法指出其优缺点。第一阶段：传统阶段的工程施工放样指利用光学经纬仪、钢尺、水准仪等传统的测量仪器和工具来测设出点的平面位置和高程位置。在传统的工程施工放样中，由于要用到钢尺丈量水平距离，对于距离较长或地形起伏较大的地区，放样工作则显得困难重重。对于有圆曲线或缓和曲线的工程施工放样则更加复杂，其测设大多采用偏角法或切线支距法，这些方法很容易产生累计误差，放样的精度不高，而且放样的速度较慢。不仅有大量的内业计算，而且受地形限制，放样的速度较慢，放样的精度较低。但不可否认的是，它的放样原理正是工程施工放样方法向前发展的基础。第二阶段：全站仪坐标放样阶段从传统的经纬仪放样方法发展到全站仪坐标放样方法，无需做任何放样数据的计算，放样的工序简化了，放样的精度提高了，而且不受地形的限制。但是由于工地现场环境的复杂性，例如：堆料、不通视等因素的影响，降低了劳动效率，而且放样一个设计点往往需要来回多次移动目标，须23人参加操作。 第三阶段：RTK技术放样阶段RTK（Real Time Kinematic）技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，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。在RTK 作业模式下，基准站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。流动站可处于静止状态，也可处于运动状态。RTK技术的关键在于数据处理技术和数据传输技术。RTK 技术的出现使施工放样有了突破性的发展，不但克服了传统放样法和坐标放样法的缺点，而且具有观测时间短，精度高、无须通视、现场给出精确坐标等优点。经现场检测，在距离参考站约3 公里处，平面定位误差小于5cm，高程误差小10cm。GPS 接收机只要13min 就能进入RTK工作状态，在此状态下1min 内即可得到厘米级的点位精度。放样技术的联合使用是目前满足高精度工程放样的最佳方法。例如在全站仪放样时，可配合使用小钢尺等工具快速准确地找出放样点位；在全站仪坐标放样中，配合使用RTK解决高程放样以及工作量的问题。1.2.2全站仪配合RTK方法其发展趋势对于全站仪配合RTK技术，虽然我国学者也做了大量的工作,但该研究仍在探索之中。如：张书华，李小显介绍RTK协同全站仪联合采集数据应用于GIS 生产的作业流程，通过实例分析了图根控制与碎部点数据采集、分离和处理的方法。分离后的图根点数据以原始测量数据形式参与平差，获取图根点坐标。然后，对碎部点数据进行处理，经处理的数据以*.dat格式输入计算机编辑成图。避免了作业员重复进入同一作业区域，减少了工作量，提高了成果精度，方便了成图。王井利，刘玉梅，利用全站仪配合静态GPS的方法(GT法)进行自由设站，对GT法实施的关键问题进行论述，并建立GT法的计算模型，对静态GPS天线在不均匀转动条件下基线解算精度进行了实验。结果确定了全站仪配合静态GPS进行自由设站测量方法的计算模型；GPS天线在不均匀转动条件下，基线解算精度有较小的下降，但其误差较小，可满足地形测量的精度要求。得出结论：GT法可低成本解决地形测量中，因测区面积较大、地形复杂、地物遮挡等原因带来的频繁增加控制点或临时设置支点而降低工作效率的问题；明确了GPS天线在转动条件下的解算精度。解决全站仪测量时，通视困难条件下自由设站问题及其计算方法。陈学娣，李全海，谷川经过理论推导,得到采用RTK与全站仪联合作业的精度计算公式，并经实验证明该方法满足放样的精度要求。李清华，姜赟，提出了应用GPS-RTK与全站仪联合作业的方法，即在进行地形测量时，空旷地区的地形、地物用RTK 测之；村庄、城市内的建筑物、构筑物用RTK 实时给出图根点的三维坐标，然后用全站仪测之。用实践证明该方法是切实可行的。龚振文结合昆明市丰源路道路整治工程的道路测量中GPS定位技术和全站仪相配合使用的应用实践，论述两者的优化组合能够快速、准确和高效地完成测量任务，并取得了良好的经济效益和社会效益。1.3主要研究内容及论文结构本文主要采用全站仪配合RTK进行施工放样。首先分析总结全站仪、RTK进行施工放样的基本原理和数据处理流程，接着详细介绍全站仪合RTK进行数据处理过程中的几个关键问题，最后采用实际例子进行分析。本文技术路线图如图所示1.1所示。论文的研究内容安排如下：施工放样技术概述绪论SAR概述全站仪技术原理RTK技术原理SAR概述理论基础课题目的及意义SAR概述国内外研究现状研究内容和论文结构全站仪配合RTK技术概述数据处理及误差分析SAR概述实例分析SAR概述结论展望SAR概述展望技术应用分析关键技术误差分析结论 图1.1 本文技术路线图第一部分，绪论 阐述论文研究的背景及其研究意义，主要介绍目前施工放样技术的研究现状及存在的问题，并进行总结及分析。最后给出本文的主要研究内容和论文结构。第二部分，基本原理与数据处理流程 介绍全站仪放样、GPS-RTK技术放样的基本原理与数据处理，为后续全站仪配合RTK技术分析及在施工放样中的应用研究奠定基础。第三部分，关键技术以及精度评定详细介绍全站仪配合RTK放样方法应用，并用实例具体分析。第四部分，结论和展望总结本文研究内容，并提出研究中存在的不足和继续深入研究的工作。2 全站仪技术、RTK技术放样的基本原理与数据处理2.1施工放样技术概述施工放样的任务是把图纸上已设计好的各种工程建筑物、构筑物，按照设计的要求测设到相应的地面上，并设置各种标志，作为施工的依据，以衔接和指挥各工序的施工，保证建筑工程符合设计要求。放样的结果是得到实地上的标桩，标桩定在哪里，庞大的施工队伍就在哪里进行挖土、浇捣混凝土、吊装构件等一系列工作。如果放样出错且没有及时纠正，将会造成极大的损失。当工地上有好几个工作面同时开工时，正确的放样是保证它们衔接成整体的重要条件。由此可见，工程测量工作者责任重大，应该采取有效的措施杜绝工作中的一切错误，并保证施工所需的精度。设计图纸所表示的建筑物轮廓活着特征点往往是以角点坐标的形式表达的，测量放样就是要在待建的场地上确定设计坐标相对应的位置，并用标桩表示出来。测设点和高程是分开进行的。目前常用的传统的点位放样方法有直接放样方法和归化法放样。其中直接放样方法有坐标法放样、距离交会法、角度交会法、自由设站定位法。而坐标法放样也有两种方式：一种是常用的极坐标法，也就是采用经纬仪+测距仪或全站仪来放样；另一种是直接采用GPS RTK的方法放样。高程放样方法有水准仪放样法，全站仪无仪器高法，GPS RTK法。对于工程精度要求稍低的，可用钢卷尺直接丈量或用三角高程测量等方法。设计图纸所表示的建筑物轮廓或特征点往往是以角点坐标的形式表达的，测量放样就是要在待建的场地上确定设计坐标相对应的位置，并用标桩表示出来。施工放样中的坐标放样与高程放样是分开进行的2.1 施工放样方法2.2全站仪放样技术的理论基础2.2.1全站仪极坐标法放样过程全站仪坐标放样法不需要事先计算放样元素，只要提供坐标就可以，而且操作方便。将全站仪架设在已知点上，只要输入测站点、后视点以及放样点的三点坐标，瞄准后视点定向，按下反算方位角的定向键，则仪器自动将测站与后视的方位角设置在该方向上。然后按下放样键，仪器自动在屏幕上用左右箭头提示应该将仪器往左或右旋转，这样就可以使仪器到达设计的方向线上。接着通过测距离，仪器自动提示棱镜前后移动，直到放样出设计的距离。 若需要放样下一个点位，只要重新输入或调用待放样点的坐标即可，按下放样键后，仪器会自动提示旋转的角度和移动的距离。2.2.2全站仪无仪器高法放样高程设仪器高为i,棱镜高度为l,测距仪测得两点间的斜距为S,竖直角, 则AB两点的高差为: (2-4)式(2-4)是假设的水平面来起算的, 实际上, 高程的起算面是平均海水面。因此, 在较长距离测量时要考虑地球曲率和大气折光对高差的影响, 在高差计算中加两差改正, 即:(2-5)式中R为地球曲率半径,取6371 km,h球、h气为大气折光系数。一般来说, 两差改正很小, 当两点间的距离小于400 m 时, 可以不考虑。由式（2-5）可知： (2-6)由于角一般比大,因此,测距误差ms对测定高差的影响不是主要的,若采用对中杆, 仪器和棱镜高的测量误差mi,ml大约为1mm,竖直角的观测误差m对高差测定的影响与距离成正比,大气折光系数误差mk与距离的平方成正比, 这正是影响高差测定精度的两项主要误差。因此,除了要保证一定的竖直角观测精度外, 更要采取克服大气折光影响的措施,并限制一次传递高程的距离。如图2.2所示,三角高程测量的传统方法为:设A,B为地面上高度不同的两点。已知A点高程HA,只要知道A点对B点的高差HAB即可由HB= HA + HAB 得到B点的高程HB 。图中D为A、B 两点的水平距离; 为在A点观测B点时的垂直角; i 为测站点的仪器高;t为棱镜高HA 为A 点高程, HB为B点高程; V 为全站仪望远镜和棱镜之间的高差( V =Dtan) 。图2.2 传统三角高程测量原理首先假设A, B 两点相距不太远, 不考虑大气折光的影响。为了确定高差HAB , 可在A点架设全站仪, 在B点竖立跟踪杆,观测垂直角,并直接量取仪器高i 和棱镜高t,若A, B 两点间的水平距离为D, 则 HAB = V + i - t故 HB = HA + Dtan + i t (2-7)三角高程测量的新方法为: 假设B 点的高程已知, A 点的高程为未知, 这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。首先(2-7) 式可知:HA = HB - ( Dtan+ i - t ) ( 2-8)上式除了Dtan即V 的值可以用仪器直接测出外, i, t 都是未知的。但有一点可以确定即仪器一旦置好, i 值也将随之不变。同时选取跟踪杆作为反射棱镜, 假定t 值也固定不变。从(2-8)可知:HA + i - t = HB - Dtan = P ( 2-9)由(2-9) 可知, 基于上面的假设, HA + i- t 在任一测站上也是固定不变的, 而且可以计算出它的值P。具体操作过程如下: (1) 仪器任一置点, 但所选点位要求能和已知高程点通视。 (2) 用仪器照准已知高程点, 测出V 的值, 并算出P 的值( 此时与仪器高程测定有关常数如测站点高程, 仪器高, 棱镜高均为任一值。施测前不必设定) 。 (3) 将仪器测站点高程重新设定为P, 仪器高和棱镜高设为0 即可。 (4) 照准待测点测出其高程。 下面从理论上分析一下这种方法是否正确。结合式(2-7)，(2-9) HB= P + Dtan (2-10)式中HB 为待测点的高程; P 为测站中设定的测站点高程;D为测站点到待测点的水平距离; 为测站点到待测点的观测垂直角。 从(2- 10) 可知, 不同待测点的高程随着测站点到其的水平距离或观测垂直角的变化而改变。 将( 2-9) 代入(2-10) 可得:HB = HA + i - t + Dtan ( 2-11)按三角高程测量原理可得:HB = P + Dtan + i-t ( 2-12) 将(2-9) 代入(2-12) 可得:HB= HA + i - t + D,tan + i-t ( 2-13)这里i,t为0, 所以:HB = HA + i - t +Dtan (2- 14) 由( 2-11) , (2- 14) 可知, 两种方法测出的待测点高程在理论上是一致的。 2.3RTK技术放样的理论基础2.3.1RTK工作的基本原理 实时动态测量（RTK）测量的基本原理是：在基准站上安置一台GPS 接收机，对所有可见的GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据通过无线电传输设备，实时地发送给用户流动站。在用户流动站上，GPS 接收机在接收到GPS 卫星的同时，通过无线电设备，也接收到基准站传输来的观测数据。然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户流动站的三维坐标及其精度。其精华就是以载波相位观测值为基础。静态定位测量是用两台或两台以上GPS 接收机分别安置在一条或数条基线的端点，根据基线长度的要求及其精度，然后对观测值进行处理，可等到任一测站的精密的WGS-84 基线向量，再经过国家三角点或更高精度的A 级网点联测，坐标解算、平差、坐标传递、坐标转换工作。最终得到坐标，是需一段时间的工作。显然静态定位测量不具备实时性。GPS 实时动态（RTK）定位技术则是实时动态定位测量，只要在两台GPS 接收机的基础上，增加一套无线电数字传输设备系统，我们平时称之为电台，将两相对独立的GPS信号接收系统联成有机的整体。基准站通过电台将观测值数据和观测信息实时地传输给用户流站，流动站将基准站传来的载波相位观测信号与流动站本身的载波信号，形成基线进行实时数据处理，就能快速解算出两站间的基线值。由于接收机输入了相应的坐标转换和投影参数等，也就能实时地得到流动站测点坐标。所以，GPS实时测量（RTK）的关键除数据传输技术外，还需要超强的数据处理能力。2.3.2 RTK系统的详细介绍1、GPS接收系统 它是用来跟踪、处理、量测卫星信号的部分组成，又分单频接收机和双频接收机。单频接收机和双频接收机均可用于实时定位测量。但是单频机进行整周模糊度的初始化，需要比双频接收机要长，定位的结果受卫星星历误差、卫星针的钟差、以及卫星信号传播过程中，大气延误等的影响较为显著，且修正模型尚不完善，定位精度不稳定。双频接收机它能有效地减弱电离层对信号折射的影响，提高其定位精度的稳定性，所以，我们实际工作中一般都采用双频接收机。2、数据传输系统。 数据传输系统又称数据链。由基准站的发射台、接收机和流动站的接收机组成。它是实现实时动态定位测量的关键设备、数据传输设备，充分保证传输数据的可靠性。其频率和功率的选择主要决定于用户流动站与基准站之间的距离、环境质量、数据传输速度。为把基准站的信息及观测数据一并实时地传输到流站，并与流动站的观测数据进行实时处理、计算，就必须配备高质量的无线电通信设备（无线电信号调解器）。由于数据信息量大，还必须采用具有较高传输速度、波特率通常要在9600 19200 赫兹以上。利用数据实时传输系统，流动站可以随时看见基准点的工作状态和其它信息，这对于保证观测成果的质量和排除观测中发生失锁等一些问题十分有利。3、支持实时动态测量的软件系统。 软件系统的质量与功能，对于保障实时动态定位测量的可靠性、测量结果的精确性与可靠性，具有决定性意义。以观测载波相位为观测量的实时动态定位测量，其主要问题仍在于载波相位初始整周未知数的精确确定，流动观测中对卫星的连续跟踪，以及失锁后的重新初始化问题，由于当今快速解算和动态解算整周未知数技术的发展，为实时动态定位测量奠定了基础，运动的接收机，在整周模糊度解算出来以后，即可进行实理处理，只要保证锁定五颗以上卫星，并且有较好的星况和几何图形，就能随时显示流动站的空间位置，点位精度三维坐标值。2.3.3 RTK技术放样的基本原理 GPS RTK是一种全天候、全方位的新型测量系统，是目前实时、准确地确定待测点位置的最佳方式。它需要一台或多台流动站接收机，以及用于数据传输的电台。RTK定位技术是将基准站的相位观测数据及坐标信息通过数据链方式及时传送给用户，动态用户将收到的数据链连同自采集的相位观测数据进行实时差分处理，从而获得动态用户的实时三维位置。动态用户将实时位置与设计位置相比较，进而指导放样。GPS RTK的作业方法和作业流程分为五步 1、收集测区的控制点资料 任何测量工程进入测区，首先一定要收集测区的控制点坐标资料，包括控制点的坐标、等级、中央子午线、坐标系等。2、求定测区转换参数 GPS RTK测量是在WGS84 坐标系中进行的，而各种工程测量和定位是在当地坐标或我国北京54坐标上进行的，这之间存在坐标转换的问题。GPS静态测量中，坐标转换是在事后处理时进行的，而GPS RTK 是用于实时测量的，要求立即给出当地的坐标，因此坐标转换工作显得更加重要。 坐标转换必要的条件是：至少3个以上的大地点分别有WGS 84地心坐标，北京54坐标或当地坐标。利用Bursa型解求7个转换参数。当两个坐标系间的旋转角较小时，可采用Bursa模型（2-15）式中，x o、yo、zo是两个坐标系的平移参数， x 、 y 、 z 是两个坐标系的旋转参数， 是两个坐标系的尺度参数。 在计算转换参数时，要注意下面两点：已知点做好选在测区四周及中心，均匀分布，这样能有效地控制测区。如果选在测区的一端，应计算出满足给定的精度和控制的范围，切忌从一端无限制的向另一端外推。为了提高精度，可利用最小二乘法选3个以上的点求解转换参数。为了检验转换参数的精度和正确性，还可以选用几个点不参加计算，而代入公式起检验作用，经过检验满足要求的转换参数认为是可靠的。3.工程项目参数设置 根据GPS 实时动态差分软件的要求，应输入下列参数：当地坐标系（如北京54坐标系）的椭球参数，长轴和偏心率; 中央子午线；测区西南角和东北角的大致经纬度；测区坐标系间的转换参数；根据测量工程的要求，可输入放样点的设计坐标，以便野外实时放样。4.野外作业 将基准站GPS 接收机安置在参考点上，打开接收机，将设置的参数读入GPS 接收机，输入参考点的当地施工坐标和天线高，基准站GPS接收机通过转换参数将参考点的当地施工坐标化为WGS84 坐标，同时连续接收所有可视GPS 卫星信号，并通过数据发射电台将其测站坐标、观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态发送出去。流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时，接受来自基准站的数据，惊醒处理后获得流动站的三维WGS84坐标，再通过与基准站相同的坐标转换参数将WGS84转换为当地施工坐标，并在流动站的手控器上实时显示。接收机可将实时位置与设计值相比较，指导放样。需要指出的是，GPS测出的高程是以参考椭球面作为高程起算面的大地高，而工程测量采用的高程系统是以大地水准面为其算面的正高或正常高，两者存在较大差异；目前，我国有的城市或地区，已建立精化大地水准面模型，因而可以用GPS 取代传统的水准测量方法测定正高，真正实现GPS 的三维定位功能，但对有的城市或地区用GPS只测定平面位置，而高程仍采用传统的水准测量方法测定。5.野外实施（以公路施工放样为例）据实验，用1台流动站进行放线作业，一天可放松公路中3000多米（包括主点及细部点测设）；增至两台流动站交叉前进放线作业，则一天放线达67km,显然，按交叉前进作业方式，2台流动作业为最佳。GPS RTK定位技术具有与使用其他测量仪器所不同的优点。采用一般仪器，如全站仪测量等，既要求通视，又费工费时，而且精度不均匀。RTK 测量拥有彼此不通视条件下远距离传递三维坐标的优势，并且不会产生误差累积，应用RTK放样法能快速、高效率的完成测量放样任务。在公路施工放样中常用到的有两种施测模式：一种是根据路线桩号、交角及距中桩距离计算出点位坐标，转换成极距、极角后采用全站仪将该点位放出（简称为正算）；另一种是用全站仪测出某点的坐标，然后计算出该点在路线中对应的桩号及距中桩距离（简称为反算），再根据竖曲线、超高、加宽等参数来判断所测点与路线的位置关系。正算模式在指定桩号或坐标的点位放样中应中，反算模式则是边桩放样的一种高效率放样方法，RTK设备可得出动态适时坐标，非常适合采用反算模式进行随机桩号边桩放样、点位检测等，反算模式路线中由坐标算桩号的计算原理如下：1 、直接解算法（1）圆曲线段内的计算图2.4 圆曲线要素如图2.4，根据设计给出的曲线参数先计算出HY，YH 点及圆心O1点的坐标、放样时棱镜所处位置A点的坐标由仪器测出，根据HY，圆心O1及A点的坐标可以算出圆心角，则对应的弧长为：l=( /180) r故K桩号数据由HY 点桩号加上弧长得出，A 点距中桩的距离为A点距圆心O1距离减去半径r，若距离大于半径，则说明A 点在外侧，反之则在内侧。（2）缓和曲线段内的计算通过其法线方程来求解，曲线的法线方程为： x- x（l） x（l）+ y- y（l） y（l）=0 (2-16)式中x（l），y（l）为参数方程表达式缓和曲线采用回旋曲线时，其参数方程为： （2-17）对此方程式在一般情况应用中可不考虑高次项，取其前两项得： (2-18)对其求一阶导数得 (2-19)将式（2-17）、（2-18）代入式（2-16）化简得：(2-20) 该方程为关于弧长L 的一元高次方程，通过求解L，即L为何值时法线经过（x，y）点，也就解决了缓和曲线内由一点坐标推算桩号的问题。在一些殊情况下，例如一些线形效为特殊的互通立交匝道，回旋曲线参数方程多项式只取两位则不能满足要求，而取项多于两项不便于采用牛顿迭代法，此时可采用单点或双点割线法求解。 计算出弧长L 后，由ZH点的桩号加上弧长L 即可得出测点所对应的桩号K，以及中桩坐标，在桩号K处法距中桩距离为曲率半径的点的坐标。有了这些数据，即可算出测点距中桩的距离以及测点是在外侧还是在内侧。 采用直接计算法在判断出所测点位所处的线位是在圆曲线还是缓和曲线段后可很快的计算出结果，但是如果平曲线的组合比较复杂，则编制的计算程序通用性不是很强。对于比较复杂的线形组合，可采用逐渐趋近法。逐渐趋近法 图2.5 逐渐趋近法简单型先说明一公式，如图2.5 所示，A、B为已知点，A、B为由A、B出发的直线段的方位角，两方向线交于C点，则两相交线边长为式中若取=A，则s=sB；取=B，则s=sA。若A（B）的方向指向C 点，则所求SA（SB）为正，反之为负。图2中SA为正，SB为负。这个特性对于这种趋近计算是重要的。如图2.6 所示，F 为中线外一点，其坐标xF、yF已知，现要计算F 所对应的中桩桩号及沿路线法线方向到中线的距离FJ。为此，在中线上任取一初始桩号J1，先计算该桩号的切线方位角和坐标J1、xJ1、yJ1，过F作切线的垂线FG1，规定FG1的方向以指向切线的左方向为正，反之为负，利用上式计算J1G1 和FG1 长，且若G1 在切线前方则J1G1为正，反之为负。再在中线上取中桩号J2=J1+J1G1，得J2 点，重复以上计算过程，一般地有Ji +1=JI +J1G1，得J1，J2，Jn，d在| JnGn| 。计算终止得J=Jn，其坐标等已相应求得。为任选的一充分小量，按所需精度取的值，一般取=1mm就可满足精度要求了，要注意的是，的取值与Sx、Sy的计算精度有关，若取小于Sx、Sy计算精度，则可能出现不敛的象。同时根据FJn的符号可判断F点是在中线的左侧还是右侧。从以上计算过程可以看出，采用逐渐趋近法的关键是给出桩号后计算该点的切线方位角及坐标。公路路线一般由直线元、圆曲线元、缓和曲线元三种形式组成，曲线元与曲线元的连接点即为曲线元的端点。如果一个曲线元的长度及两个端点的曲率半径已经确定，则这个曲线元的形状和尺寸也就确定了，当给出曲线元起点的直角坐标和起点切线与x 轴的坐标方位角，曲线元在该坐标系下的位置即可确定。图2.6 趋近法原理示意图需要指出的是，为了使计算有规律，通用性强，适用于在计算机上计算，可以把任何一条线路的中线看作是由若干段圆曲线和缓和曲线两种线段相间光滑连线而成，当两相邻曲线段同为圆曲线或同为缓和曲线时，可以认为其中夹了一段长度为零的缓和曲线或圆曲线，以保持这种两种线段相间的性质，同时把曲线中插入的直线段看作是半径充分大的圆曲线。经过这样的处理，编制计算程序时就方便多了。下图为RTK系统数据流程图。流动站参数GPS信号流动站接受机解求流动站实时坐标（WGS84）流动站三位坐标坐标转换高程拟合解求两站间实时基线接受发射电台基准站接收机基准站信息用户GPS信号图2.7 RTK系统数据流程图2.4全站仪放样与RTK放样的比较全站仪操作简便、通俗易懂、数据处理简单，但必须要使点间相互通视。RTK与之相比，具有更大的优势：（1）无需点间相互通视。（2）操作简单、定位精度高、节省人力、效率高、效益好、没有误差积累。在厘米级精度的前提下，全站仪需要几个人配合起来才能作业，而RTK 流动站只需一人即可进行，如几个流动站同时作业更能大大加快整个工程的进度。（3）RTK 技术用坐标放样时，仅需把设计好的点位坐标导入到手簿中，根据手簿提示就可以找到放样点，同时也可以把记录其位置，便于精度统计，既迅速又方便。2.1放样方法比较全站仪放样法GPS RTK放样法精度精度受支站、多次对中等因素影响精度取决基准站的精度，数据误差不累计人员2个工作人员，1人观测，1人持镜1个工作人员（1人1个流动站）日工作量40点60点检核条件检核条件少，有返工现象实时监测，无返工现象内业工作量用计算统计，工作较繁琐放样点位误差直接导出但也存在一些缺点：（1）对于城区、密集林区放样，特别是小范围区域放样，RTK技术受到限制，相对来说，全站仪放样比较容易些（2）RTK技术放样，进行坐标系统定义时，需要至少3个控制点的两套坐标，即WGS84坐标和用户坐标，若无WGS84 坐标则需现场实测，费时费力。 （3）RTK技术受到“卫星信号、数据链和电台的制约”，卫星信号容易收到遮挡、电台的高频直线波不具有绕射的性质，影响RTK 的作业距离，随着广域差分增强系统（WAAS）的出现和普及，这个问题有望解决。但是对放样理论还需完善，对其坐标的计算还需编写程序实现。 2.4.2精度比较2.4.2.1全站仪放样坐标点的精度估算使用全站仪极坐标法放样，各项误差的来源及对放样点位误差的影响估算：全站仪极坐标法放样点点位中误差MP由测距边边长S(m) 、测距中误差ms (m) 、水平角中误差m () 和常数=206265共同构成, 其精度估算公式为: (2-21)而水平角中误差m () 包含了仪器整平对中误差、目标偏心误差、照准误差、仪器本身的测角精度以及外界的影响等。由式（2-21）可得 (2-22)顾及 因此 (2-23) 式( 2-23) 表明, 对一定的仪器设备, 采用相同的方法放样时, 误差相等的点分布在一个圆周上, 圆心为测站A 。因此对每一个放样控制点A, 可以根据点位放样精度m 计算圆半径S , 在半径范围内的放样点都可由此控制点放样。由式(2-21) 可看出, 放样点位误差中, 测距误差较小, 主要是测角误差。因此, 操作中应时时注意提高测角精度。2.4.2.2 RTK放样坐标点的精度估算在RTK放样测量过程中的影响精度的因素：1) 转换参数引起的精度损失；2）基准站与流动站之间的距离误差；3）基准站的误差。表2.2 全站仪测量与RTK测量成果对比表点名导线坐标测量成果/mRTK坐标测量成果/m差值/mxyxydxdyD156195.0810701.2356195.1110701.25-2.76-1.62D256631.7110853.8656631.7410853.88-2.31-2.28D356084.3710016.8856084.3810016.88-0.83-0.69D456407.7510133.3556407.7510133.340.550.45D556666.8810223.8856666.8710223.900.50-1.90D656097.9310377.1356097.9310377.150.60-2.26A156097.9310377.1356097.9310377.150.60-2.26A256497.3810492.6256497.3610492.651.88-2.87A356663.1810536.7456663.1810536.76-0.03-1.88A456865.3410699.8056865.3410699.80-0.04-0.01A556042.5210788.1756042.3410788.20-2.42-2.35A656895.0410936.6356895.0310936.661.51-2.27表2.2 为通过实际测量的一个实例成果图，是用两种测量方式进行测量的成果对比表，点布设时为RTK方式，使用的仪器为拓普康RTK，预设精度为3cm，基准站设在线路的中间，在布设完成后用苏一光全站仪进行了复测，复测时按一级导线精度要求测设，复测导线经严密平差后的单位权中误差为2.1，导线的实际精度优于规范中有关一级导线的精度要求。通过对比可以看出，两次成果中坐标最大差值为2.67，所测点的误差均小于5cm的规范要求。由表2.2，我们可以看出全站仪放样成果与RTK放样成果的差值有一部分为毫米级，但多数差值为厘米级。除A2点比较特别外(估计点位有移动)其他点位误差较大的点均位于两端，即RTK成果的误差与基准站的距离成正比。为了更直观地反映出全站仪放样成果与RTK放样成果的差值，绘制了差值折线图，如图2.8。图2.8全站仪放样成果与RTK 放样成果的对比2.4.2.2比较结果总结通过上面的工程实例分析，利用全站仪进行工程放样与利用RTK进行工程放样的精度都能够满足实际工程的需求，因此在实际放样过程中，我们可以根据现场的实际情况采用何种仪器进行放样。全站仪施工放样技术具有测量精度高（一般情况下可达毫米级），仪器的集成化、自动化和智能化程度高等优点。直接利用施工控制点和放样点的坐标进行放样工作，避免了大量的放样数据的准备工作，提高了施工测量的工效，同时也减少了施工放样中可能出现的差错。缺点是：不通视、人为影响、堆料等因素的影响，往往会降低了工作效率，不但浪费时间和精力，而且定位精度也受到影响。利用RTK放样不但克服了传统放样法和坐标放样法的缺点，而且具有观测时间短，精度高、无须视、现场给出精确坐标等优点，但其放样精度远远不及全站仪。RTK 技术仍存在许多误差，例：外界因素所造成的误差我们要特别注意，如多路径效应等。通过以上的分析可以看出，利用全站仪进行工程放样与利用RTK进行工程放样的精度都能够满足实际工程的需求，因此在实际放样过程中，我们可以根据现场的实际情况采用何种仪器进行放样。全站仪施工放样技术具有测量精度高（一般情况下可达毫米级），仪器的集成化、自动化和智能化程度高等优点。直接利用施工控制点和放样点的坐标进行放样工作，避免了大量的放样数据的准备工作，提高了施工测量的工效，同时也减少了施工放样中可能出现的差错。缺点是：不通视、人为影响、堆料等因素的影响，往往会降低了工作效率，不但浪费时间和精力，而且定位精度也受到影响。 RTK测量存在的不足GPS的RTK技术在放样过程中也存在着一些问题和不足，主要是卫星可见度、空间障碍与信号干扰等问题。如在茂密的树林里无法接收到卫星信号，因而无法进行工作。而在峡谷，天空的临空面小，能见的卫星个数较少（GPS静态测量最少需要4 颗卫星，RTK动态测量最少需要5 颗卫星），导致工作无法完成，或精度达不到要求（RTK动态测量如只收到4 颗卫星，只能达到分米级精度）。天空中易受到障碍物如大树、高大建筑物以及各种高频传号源的干扰，作业半径和精度都会受到影响。随着技术的进步，这些问题正不断得到解决，如采用双星系（或多星系统）的GPS测量仪（除美国的NAVRAR/GPS 系统外，还有俄国的GLONASS 全球导航卫星系统，目前正在研制的欧洲伽利略定位系等），接收的卫星数目增加约1 倍或更多，适应范围将更加广阔。3 关键技术及误差分析RTK具有全天候、多功能、作业效率高、定位精度好、无误差积累、高度集成和自动化、操作简便、数据处理能力强等优点，但是RTK在作业时，还存在着受卫星状况限制、受天空环境影响、数据链传输受干扰高程异常和稳定性等问题。全站仪的测角和量边功能加上机器内置计算程序几乎可以完成所有的测量工作，但是在实际工作中，全站仪仍然存在着一些不尽如人意的地方，如全站仪在作业时，还需要进行定向和检查，作业距离较短，视线被遮挡不得不经常搬站，作业效率低下，造成不必要的精度流失。由第二章可以得出作业时一般用RTK施测较为宽阔地带的放样点,而在RTK失锁较严重和放样精度效果不理想区,用全站仪施测放样点。这样既避免RTK测量所发生的特殊地区精度不能满足要求的情况,又避免常规的全站仪放样的低效,使得两种仪器在实际测量中相得益彰,有效地提高了作业效率。3.1全站仪配合RTK放样的基本原理图3.1 全站仪配合RTK放样的原理图3.1.1 全站仪配合RTK放样的基本原理如图3.1所示,放样点C位于对天通视困难的区域,使用RTK放样精度达不到要求,A、B 两点位于宽阔地带,是由RTK 实施放样的点位,精度可以达到要求。然而对于C 点, 卫星信号严重失锁,无法进行RTK放样,所以此时全站仪测量的精度高和稳定性好的优点就得以展示。运用全站仪极坐标法放样点C,可先用RTK 放样的A、B 点作为已知测量控制点,将全站仪安置在A点,后视B 点定向,通过移动棱镜的位置来放样C点。3.1 .2 作业模式常规测量工作遵循“从整体到局部，先控制后碎部，分级布网，逐级控制”原则。具体工序包括首级控制网、加密控制网、图根控制网、特征点数据采集和成图。从施工流程可以看出，完成一个测区的测量工作需要数次进出作业现场。在同一测站上多次设站，导致作业效率低下，数次设站也将造成不必要的精度流失(如对中误差和定向误差增加等) 。针对上述情况，利用RTK协同全站仪联合作业，用以克服作业过程中工序过多的弊端。简化原有的首级、加密、图根的选点、观测、计算过程，再据此进行界址、特征点数据采集的作业方式。从而达到提高作业效率，加快施工进度，减少对中误差和定向误差，保证成果质量，节省人力物力的目的。利用RTK与全站仪联合测量的作业模式分为两个步骤:1)利用RTK测量图根控制点，多数文献的大量试验表明，GPS RTK可以满足图根控制的要求。RTK 技术进行控制测量既能实时知道定位结果，又能实时知道定位精度。这样可以大大提高作业效率。2)利用全站仪和GPS RTK联合测量碎部点，这样不但能解决水平方向遮挡(全站仪) 问题，也解决了上方遮挡( GPS RTK)问题，避免了单独使用GPS RTK 或全站仪作业的局限性。 应该注意的是在全站仪利用GPS RTK 所测的图根点进行设站时，要进行必要的检核，这样才可以避免GPS RTK信号遮挡等原因造成的粗差，保证测图精度。如果已知控制点离测区很远，为了加快放样进度，在RTK 组引测控制点时，全站仪组则先在测区内用假定坐标系统和高程系统进行测图，外业结束后，参照RTK 所测控制点坐标利用数字成图软件中坐标转换功能进行坐标转换。这样就打破“先控制、后碎部”的原则，为外业工作节约了时间。GPS RTK与全站仪联合作业，达到了优势互补、简化程序、减少误差、提高效率、保证质量、节省人力和物力等目的，在目前不失为一种行之有效的作业模式。3.1 .3放样步骤在一些对卫星信号比较隐蔽的区域,无法用RTK进行数据采集,此时用用流动站在附近稍微比较开阔且卫星信号较好的区域,测量能相互通视的两个点坐标,作为全站仪控制点,为了提高该控制点的精度,流动站在该点放置的时间尽量的长(20 秒左右)一些。如图3.2所示,在A点设站,B为后视,这样可得出A ,B两点之间的位置关系,在后视定向结束后,用坐标测量模式测出B点的坐标,以检查是否有输入错误和定向误差。对于地物、地貌等特征点可按地形测量规范有关