集全站仪和GPS(RTK)联合数字测图（一）

　　论文关键词：rtk　全站仪　数字测图　cass5.1　地形测量　gps

　　论文摘要：数字测图是在测量工作中利用电子计算机技术将野外数据采集系统与内业机助制图系统相结合,其目标是实现信息采集处理的数字化、自动化、信息化。数字测图可以缩短作业时间,减轻劳动强度,提高成果精度。数字测图系统主要由数据输入、数据处理和数据输出3部分组成,数字测图作业模式中测记式数字测图应用最为广泛。大比例尺数字测图正以其测图精度高，成图速度快等优势逐步的取代传统的，以平板仪为主的模拟测图。与传统的模拟测图相比，数字测图的质量控制关键点更多、内容与方法更为复杂。gps 新技术的出现,可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标,在地形测量中已得到广泛地应用。本文介绍了gps(rtk) 配合全站仪的作业流程, 简要阐明了其在地形测量中的应用。在利用实测数据成图的过程中, 解决一些常见的问题, 并给出解决的办法及依据, 同时给出一些有益的结论, 以适应实际使用的需要。

　　abstract：the digitized mapping technique is to combine the field data collection system with the computer assisted mapping system in surveys by computer aims to realize the information collected and processed digitally and digitized mapping technique can cut short the working time,lighten the labor intensity and enhance the precision of the system consists of three parts,such as data input,data processing and data survey-record digitized mapping technique is widely used in the digitized mapping working its superiority over traditional plane-table mapping in accuracy and efficiency,the large scale digital mapping is becoming more and more ed with traditional analogue mapping,digital mapping has more quality control pivotai points,and its contents and methods are more the appearance of new technology gps ,the coordinate of different levels controlling points may be surveyed in high precision and it has been applied widely in topographic operation process of gps(rtk) electronic tachometer is introduced and its application in topographic survey is briefly illustrated. solutions to some problems usually occur in the mapping process using actually measured data and some helpful conclusions are given for practical use.

　　key words : rtk; electronic tachometer ; digital mapping ; cass5.1;topographic survey;gps

　　第1章 绪 论

　　1.1 前言

　　目前在我国，获取数字地图的主要方法有三种：原图数字化，航测数字成图，地面数字测图[1]。但不管那种方法，其主要作业过程均为三个步骤：数据采集，数据处理及地形图的数据输出（打印图纸、提供软盘等）。这里我们主要讲述一下地面数字化。

　　在没有合乎要求的大比例尺地图的地区或该地区测绘经费比充足，可直接采用地面数字测图的方法，该方法也称为内外业一体化数字测图，是我国目前个测绘单位用得最多的数字测图方法。采用该方法所得到的数字地图的特点是精度高，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。但它所耗费的人力、物力与财力也是比较大的。

　　随着测绘科学技术的发展,传统的测图方法正逐步被不断涌现的新仪器、新设备、新技术、新方法所取代。gps - rtk(以下简称rtk) 与全站仪联合进行数字化测绘地形图就是一种行之有效的新方法。

　　rtk与全站仪联合测绘地形图,可以优劣互补。如果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;如仅用rtk测图,可以省去建立图根控制这个中间环节,节省大量的时间、人力和财力,同时还可以全天侯地观测。由于卫星的截止高度角必须大于13°- 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。如果用rtk与全站仪联合测图,上述弊端就可以克服。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。这样可以大大加快测量速度,提高工作效率。

　　随着gps 定位精度的提高、硬件性能的改善, gps 得到越来越广泛的应用。同时,全站仪也因其数据采集自动化程度高、大大释放劳动力等优势,成为勘测、设计、施工和管理不可或缺的测量工具。但随着工程质量要求的不断提高,测量用户已不再局限于只使用gps 或全站仪中的一种,在实际测量工作中,同样一个工程中gps 的测量成果常为全站仪所用,全站仪测量值又常作为检校gps 作业的依据。用gps 完成控制比用常规仪器要快得多。它不要站间通视,也无需庞大的作业队伍,精度高、作业快、费用省、应用灵活。一些先进的接收机和天线技术把外业观测时间压缩到最短的同时,仍能获得最优的数据,在灵敏度、可靠性、抗干扰能力方面都有优异的表现。静态、快速静态通过载波相位差分可以达到很高的精度(10-6d～10-8d) 。r t k 技术能实时提供观测点的三维坐标,并达到厘米级的精度。它的普及极大地拓展了gps 的使用空间,使gps 从只能做控制测量的局面中摆脱出来,而开始广泛运用于工程测量。现在商用r t k 接收机可实现20 hz 高速独立采样与输出,整周未知数初始化时间仅需8 s , 并提供独立检核,内置锂电池可支持1 个工作日连续作业。全站仪是一种兼有电子测距、电子测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统。面对多层次的需求,各种精度等级、各种功能类型的仪器也纷纷面世。尤其是以无棱镜测量、自动目标识别、自动跟踪等代表新技术潮流的功能将使工作得以更高效、精确地完成。如今,已被广泛应用于控制测量、地形测量、地籍与房产测量、施工放样、工业测量及近海定位等方面。随着电子全站仪、gps(rtk)及电子计算机的普及，及它们在测量仪器中的比例逐渐增大，它们在数字地形图、地籍图的应用也在日趋广泛。地形图的成图方法正在逐步的由传统的白纸法成图像数字测图方向发展。特别是我国的东部沿海发达地区，数字测图几乎占据了大部分的地形图测绘市场。在地形测量中, 传统的方法是经纬仪配合小平板仪的方法, 在小平板仪上进行展点, 再通过手摇数字化仪得到数字化图, 由于受到人为操作误差的影响, 误差可达到0.12 mm 以上, 对大比例尺的地形图的精度影响比较大。随着gps（rtk）系统的不断改进, 已经达到了比较满意的精度要求, 可以满足常规测量的要求, 尤其对于开阔的地段(主要是田野、公路、河流、沟、渠、塘等) 直接采用全球卫星定位系统中的实时动态定位(rtk) 测量模式进行全数字野外数据采集。对于树木较多或房屋密集的村庄等, 采用rtk 测定图根点, 通过全站仪的采集碎部点。

　　基于此, 我们在实践中尝试利用rtk 配合全站仪进行野外数据采集, 然后在cass5.1 环境下进行数字化成图, 结果显示该方案是可行的。但是受到仪器数量的限制，有些学生对全站仪和gps(rtk) 在数字成图中使用的机会较少，甚至对此只是一般性的了解。所以通过本课题的完成，能够使这些学生掌握好全站仪与gps(rtk)集和数字成图，为今后承担测图工程奠定坚实基础。

　　1.2 本章小结

　　综上所述,采用gps(rtk)与全站仪联合进行数字化测图,它不仅可以减少作业人员和作业工序,而且可以提高采集数据的速度和质量,从而有效地提高了工作效率。因此,它是一种行之有效的测图方法。

　　第2章 仪器及软件

　　2.1 gps(rtk)简介、系统组成及其基本原理[2]

　　2.1.1 gps(rtk) 简介

　　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;它是gps 测量技术发展中的一个新突破。rtk 定位精度高,可以全天侯作业, 每个点的误差均为不累积的随机偶然误差。

　　实时动态测量的基本思路是: 在基准站安设一台gps 接收机,对所有可见gps 卫星进行连续的观测,并将观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站(流动站); 在流动站上, gps 接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理实时地计算并显示出流动站的三维坐标及精度。

　　2.1.2 gps(rtk) 系统的组成

　　gps(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、gps 天线、无线电通讯发射系统、供gps 接收机和无线电台使用的电源(汽车用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、gps 天线、无线电通讯接听系统、供gps 接收机和无线电使用的电源及流动站控制器等部分。用框图表示参见图2.1：

　　图2.1 rtk-gps 系统结构图

　　2.1.3 gps(rtk) 的基本原理

　　gps 系统包括三大部分:地面监控部分、空间卫星部分、用户接收部分,各部分均有各自独立的功能和作用,同时又相互配合形成一个有机整体系统。对于静态gps 测量系统, gps 系统需要二台或二台以上接收机进行同步观测,记录的数据用软件进行事后处理可得到两测站间的精密wgs -84 坐标系统的基线向量,经过平差、坐标转换等工作,才能求得未知的三维坐标。现场无法求得结果,不具备实时性。rtk 实时相对定位原理如图2.2 所示：

图2.2 rtk 实时相对定位原理

　　图2.3 gps(rtk)数据流程如图

　　基准站把接收道的所有卫星信息（包括伪距和载波相位观测值）和基准站的一些信息(如基站坐标天线高等) 都通过无线电通讯系统传递到流动站，流动站在接收卫星数据的同时也接受基准站传递的卫星数据。流动站完成初始化后,把接收到的基准站信息传送到控制器内并将基准站的载波观测信号进行差分处理,即可实时求得未知点的坐标。数据流程如图2.3 所示.

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