全站仪和GPS-RTK联合在数字测图中的应用

全站仪和GNSS-RTK联合在数字测图中的应用摘要：目前地面数字测图一般都采用全站仪、GNSS-RTK或者两者结合。全站仪测图具有精度高、使用方便等优点，而GNSS-RTK具有精度高、工作距离长和不存在误差累计等优势，为克服各自的不足，提出了数据采集中综合应用GNSS-RTK和全站仪的方法，开发设计了全站仪和GNSS-RTK集成的数字测图系统，利用实测数据对其进行验证。针对集成中可能出现的问题给出解决办法和措施，得出有益的结论，可以借鉴到类似的工程中。关键词：GNSS-RTK,全站仪,数字测图,地形测量0 引言传统地形测量具有测量环节繁琐、操作复杂、受测区环境、地形、地物以及人为操作的影响较大等不足，很多时候测量精度达不到要求，而数字测图具作业时间短、劳动强度轻和成果精度高等优点，能够实现信息采集处理的数字化和自动化。采用全站仪进行数字测图作业效率高、提高成果的精度和改善野外作业环境，但在高山、林地、高大建筑物和海岛地区等特殊的观测环境，还会受到制约。而随着GNSS系统的不断完善、逐步建成和计划的实施以及接收机灵敏度的不断提高,尤其是我国北斗在亚太地区的公开服务，目前其应用已经渗透到测绘、军事、交通运输、气象、电力和水利等诸多领域，GNSS-RTK更是一种比较理想的数字测图工具。在数字测图中，如何将全站仪和GNSS-RTK合理有效的组合，实现其优势互补，达到数字测图的无缝链接，实现对于树木较多或房屋密集的村庄等观测环境数字测图的目标。提出了基于集全站仪和GNSS-RTK联合测图的方法，以解决测量应用工程中的一大难题。1 全站仪数字测图目前，全站仪数字测图作业模式主要有如下三种1:（1）电子平板模式2子平板与全站仪连接，观测数据直接传入电子平板，现场成图，该模式受到野外作业环境的限制，尤其是测区复杂环境时，不能完全了解所测碎部点的详细情况，在一定程度上会影响外业效率，甚至数字地图质量。（2）草图模式(数字测记模式):数据采集时，需绘制观测草图，并记录所测地物的属性信息和测点顺序号；对照观测草图进行内业图形编辑，其以作业成本低和简单等优点得以最广泛的应用的数字测图模式，但其最大的问题是内业工作量大，不便于长期实施；（3）编码模式:数据采集时，测量人员为每个碎部点输入一个编码，同时还需键入地物属性、点与点之间的连线关系等众多的编码内容；内业成图时，测图软件根据测点编号自动完成测点连线形成数字地图，其对观测人员要求非常高3。上述作业模式均用全站仪获得测点坐标，地物属性和各点之间的连接关系则是通过现场调查获得；差别是两类信息的记录及结合方式不同。都能满足成果质量的要求，但各有利弊。2 GNSS-RTK数字测图2.1 GNSS-RTK系统构成在两台静态型测量仪器间加上一套无线电数据通讯系统，即数据链),将相对独立的GPS信号接收系统连成一个有机整体，见图1所示。基准站把接收到的所有卫星信息(包括伪距和载波相位观测值)和基准站的一些信息(如基准站的坐标、天线高等)都通过通讯系统传送到流动站。流动站本身在接收卫星数据的同时，也接收基准站传送的卫星数据，在流动站完成初始化后，并将基准站的载波观测信号与本身接收到的载波观测信号进行差分处理(基线），同时输入相应的坐标，转换参数和投影参数，即可实时求得实用的未知坐标。图1 GNSS-RTK系统结构图2.2 转换参数求解及其精度评定GNSS卫星观测的坐标系统为WGS-84、PZ90、CGCS 2000和GTRF，而在实际测量中通常采用北京54坐标系、西安80国家坐标系和地方坐标系，为此，可采用7参数法或4参数法对其进行转换。卫星观测坐标使用已有的静态数据或现场采集方法获得，与控制点进行匹配以求得转换参数，但应注意控制点的数量及分布有关，以确保转换参数的准确性。为确保GNSS RTK观测成果的质量，必须严格控制载波相位的整周模糊度固定解、均方根RMS、平面均方根HRMS和VRMS精度评定。3 集全站仪和GNSS-RTK数字测图数据采集及使用过程见图2所示：(1)采用RTK技术采集碎部点，经基线解算后得出WGS-84系坐标值。(2)对于平原、田野、湖泊等平坦地域可直接采用GPS中的实时定位测量模式完成数据采集，并根据实地情况进行草图绘制，对于遮挡物较多或在视野较为狭窄的地域可通过RTK设定图根点，辅助全站仪采集地形、地貌特征,实地绘制草图，并将实地测量的数据交给计算机进行处理，而后由计算机生成。(3)进行坐标转换并计算三维坐标精确结果。(4)连接全站仪与计算机，并进行相关设置。(5)通过全站仪采集数据。(6)将数据发送给计算机进行精确处理。(7)导出数据并将其以.dat格式存储。(8)结合外业测量得到的草图，通过计算机自动编辑并生成图。求解转换参数转换参数检核RTK碎步测量全站仪碎部测量野外数据采集内业整理与成图计算机及相关软件图2 集成数据采集图4 GNSS RTK与全站仪集成作业的具体实施4.1 测区概况清河门地处阜新市西北部，本次数字测图任务位于该区的乌龙坝镇，总体面积大约为48.8km2。采用清河门国土局2010年在该区所做的城市一级导线点6个，由于点的分布比较平均，比较适合数字测图的任务安排。4.2 仪器设备野外作业采用Trimble 5700型RTK-GPS接收机1+2套，配有尼康DTM-332全站仪两台套，本次测图目的是对该地区的上地整理和统-规划使用提供数据基础。4.3 GPS RTK碎部点采集根据测区的实际情况，为提高测量效率和准确度，具体分为以下几个步骤4-5：(1)散点校正，根据需要对所选坐标点进行校正。(2)设置图根点，釆用RTK在乌龙坝镇附近为全站仪提供3个图根点,并分别将其命名为WLB1、WLB2、WLB3，以利于野外数据的测量和收集。(3)全站仪等相关测图仪器的布设。(4)数据采集，图根点设置完毕后，采用RTK测量模式对测区内上空较为开阔的田野、公路、河流、等地形进行数据采集；考虑到附近有部分丘陵和低矮的山地，同时村庄附近及有信号遮挡的地区，通过采用全站仪进行全数字野外数据采集，提高测量的精准度。4.4 野外检查和精度评估对采样地图编辑好后，采用HPjet5000PS绘图仪绘制样图，而后现地对照、校正和核实，防止个别地形、地物标识的错误：(1)现地对照、地物检查、地形比对、特殊地区标识；对于漏测的地形、地物及时进行补测，并在数字测图草图中加以标记，进一步完善地图数据。(2)将联合测得的数据点的三维坐标，通过对照分析，95%的数据结果点误差在5cm以下，587点的平均误差为0.48cm，全部满足规范要求6-8。5 结论(1)将传统的地形测量与现代数字测量手段相结合，阐明了GNSS RTK配合全站仪的原理、方法和步骤，提高了测量精度和工作效率；(2)给出了GNSS RTK与全站仪相结合的工作流程，并在工程中具体实施，满足1:500数字测图的要求；(3)RTK是一种近实时的测量系统，实现数字化测量、精确化定位和实时化作业的先进的测量工具，携带方便，对于复杂地域的测量和大地测绘等带来很大的方便。参考文献1潘正风.数字测图原理与方法M.武汉:武汉大学出版社,20042崔先国,苏国猛,李云岭.数字测图与GIS数据扩展的探讨C/测绘通报测绘科学前沿技术论坛论文集.2009,(3):1-53张永彬,宋利杰,田桂峨.基于EVC 的掌上电子平板测图系统开发J.辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2008,27(6):836-8394胡虚怀,郑若忠.基于windows CE的