基于实例的全站仪与RTK联合作业在数字化测图中的应用

　　摘要：本文论述了应用全站仪与RTK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采集；村庄和城市内的建筑物、构筑物用RTK测量出图根点的三维坐标，然后用全站仪采集。探讨其方法在实际应用中的价值，具有一定参考作用。
　　关键词：全站仪；RTK；数字化测图；联合作业
　　
　　1 概述
　　随着我国经济的发展,各项工程建设的不断实施,对地形图的实时性需求变得非常迫切。在数字化测图中,目前全站仪的应用已相当普遍,与传统平板测图相比数字化测图具有显著的经济技术优势。可概括为：测图劳动强度低、效率高；成果能满足数字化、信息化时代的需求；点位精度高，精度与比例尺无关；成果便于保存与更新；数据利用率高。由于传统测量的“先控制,后碎部”,受天气和通视等外界条件的影响,控制测量需要较长的时间,因而影响碎部测量的进行。RTK技术经过最近20年的发展,其应用日趋成熟,由于具有全天候、无需通视、定位精度高、测量时间短等优点,使得RTK应用于数字测图的图根加密控制和碎部测量成为可能，也减轻了测量人员的劳动强度，降低了安全隐患，提高了工作效率，从而更好更快地满足施工建设的要求。
　　2 全站仪简介及测量原理
　　全站仪全称为“全站型电子速测仪”（ElectronicTachometerTotolstation）通常又称为“电子全站仪”或“电子速测仪”。它是把测距、测角和微处理机等部分结合起来形成一体能够自动控制测距、测角、自动计算水平距离、高差、坐标增量等的测绘仪器，同时可自动显示、记录、存储和数据输出，全站仪又因其实现了测距的发射轴、接收轴与望远镜视准轴三轴共轴的结构，更适合于对移动目标及空间点的测量，内部有极其丰富的测量软件，可方便快捷地进行操作另外全站仪通过传输接口与计算机、绘图仪连接起来，配以数据处理软件和、绘图软件，可以实现测图的自动化，并具有坐标放样和自由建站等特点[1]。
　　3 RTK定位原理与要求
　　3.1定位原理
　　RTK定位技术是基于载波相位观测值的实时动态定位技术,系统主要有三部分组成:基准站、流动站(一个或多个)、数据链。一般情况下,基准站设在具有已知坐标的高等级控制点上,连续接收所有可视卫星信号,并将测站点坐标、载波相位观测值、伪距观测值、卫星跟踪状态及接收机工作状态等参考信息通过数据链发送给流动站,而流动站在跟踪GPS卫星信号的同时接收来自基准站的数据,通过差分处理解求与基准站之间的三维坐标增量△X、△Y、△Z,由此计算流动站的坐标[2]。
　　3.2观测要求
　　1)基准站站点的选择与仪器设置除了要满足《全球定位系统(GPS)测量规范》(CH2001-92,以下简称《规范》)要求外,还应该结合测区的实际情况,比如考虑到使用电台的功率与覆盖范围的关系,以及电台间数据传输的有效性,应将基准站架设在测区的中央,并尽可能布置在较高的位置上；距离高压线和无线电发射塔50m以上,避免强电源的干扰;远离大面积水域,避免多路径效应的发生。
　　2)流动站站点的仪器设置同样要满足《规范》要求,在进行图根加密测量时,虽然点的选择具有较大的灵活性,但要求在通视条件困难地区最少有一个通视方向,在开阔地带应有2-3个通视方向。
　　3.3定位精度
　　由于RTK定位的数据处理过程是计算基准站和流动站之间的基线向量即坐标增量的过程不存在网平差处理,因此精度评定跟静态测量基线处理的精度评定相似,一般使用两个指标:载波相位的整周模糊度是否固定和均方根RMS值。前者决定流动站点的坐标值是固定解还是浮动解,在RTK的有效范围内,浮动解的精度在分米级到米级之间,只有固定解才能达到厘米级的定位精度；后者直接确定了定位精度大小,值越小表示精度越高。
　　4 全站仪与RTK联合作业流程
　　4.1作业流程
　　全站仪联合RTK作业的工作流程主要分为：外业数据采集和内业数据处理。在数字化测图工程实施前要制定详细的作业流程，按制定的作业流程进行作业（见图1）。
　　
　　4.2 控制测量
　　首级控制测量需要进行控制的坐标联测，确定区域GPS坐标到地方坐标的转换参数。测区范围较大而控制点数量不足时还需要快速静态的方法适当加密GPS控制点，用作RTK测量的基准站。多数文献的大量试验表明[3][4]，RTK可以满足图根控制的要求。RTK技术进行控制测量既能够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。利用全站仪和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（RTK）问题，避免了单独使用RTK或全站仪作业的局限性。应该注意的是在全站仪利用RTK所测的图根点进行设站时，要进行必要的检核，这样才可以避免信号遮挡等原因造成的粗差，保证测图精度。
　　4.3 碎部测量
　　碎部点测量应充分利用图内的GPS网点、图根点，因地形条件、通视等情况影响，利用图根点设置测站，其密度仍不能满足测图要求时，可按需要增补少量的测站点（支站）。各种地形、地物要素的测定以RTK和全站仪实测的方法进行。当采用全站仪测量时，碎部点坐标测量可采用极坐标法、高程采用三角高程测量配以量距法和交会法等。
　　4.4 内业数据处理
　　（1）GPS数据处理。GPS控制点加密测量时，其基线解算和控制网平差采用随机自带软件，数据处理模式采用快速静态。主要包块无约束平差和约束平差。直接采用GPS进行控制点进行坐标联测时，可以利用GPS自带软件求解测区坐标转换参数，构建测区模型用以测定全站仪测站点或碎部点的数据采集。
　　（2）内业数字化成图处理。以江苏省地质测绘院自主开发的地图数字化系统MDIGS为例，将数据下载到计算机，通过编辑将数据统一存储为*.txt格式，为内业成图做好准备，通过数据展点将坐标导入软件中，根据碎部测量时绘制的草图或通过代码测图，进行内业构图和编辑处理，最后形成标准的数字化地形图。
　　5 全站仪与RTK联合作业的实例应用
　　5.1测区概况
　　某镇位于江苏省的东南部，是以工业为主的较发达城镇，本次数字测图任务覆盖该镇整个范围，南北长约5km，东西宽约3km,呈长方形分布，测区面积为15.20平方米。测区内有国道，省道以及乡村公路，交通非常便利，测区范围内有某县国土局05年所做的城市一级导线点4个，坐标系统为地方独立坐标系，高程系统为1985国家高程基准，可作为图根控制点的起算数据。
　　5.2作业技术标准
　　1)CH20012-92全球定位系统(GPS)测量规范；
　　2)CJJ8-99城市测量规范；
　　3)GB/T79292-199515001100012000地形图图式；
　　4)CH10022-95测绘产品验收规定；
　　5)CH10032-95测绘产品评定标准；
　　5.3仪器设备及成图规格
　　本次测图采用GPSTrimble5800型接收机1+2套，精测模式下，水平精度：10mm+1ppm，垂直精度：20mm+1ppm另外还配备有三台徕卡TC702全站仪。本次测图主要目的用于该镇的工矿土地利用率分析研究，成图比例尺为1:2000，等高距为1m；平面坐标系统采用该地区独立坐标系；高程系统采用1985国家高程基准。
　　5.4作业过程介绍
　　由于测区范围较小，本次布网以E级GPS控制网为测区首级控制网，共布设8个E级GPS点，采用边连接的方式将两个已知点和个选定点连接成下列网形（如图1所示），点位分布合理，密度均匀便于使用，符合GPS观测条件的要求。外业采用3台Trimble5800GPS接收机进行观测，共观测了27条基线，利用TGO1.62随机软件进行控制网的平差计算，基线解向量的解算均为双差固定解，各条基线均符合控制网的精度要求。本网共构成38个闭合环，其中：同步环7个，异步环31个，闭合环长度为：6428.173-2787.273m之间，水平偏差为：45.276-1.098mm之间，垂直偏差为：22.987-0.876mm之间，相对误差为：6.0-0.2ppm之间。平差后网中待定的点位中误差为：1.324mm-0.563mm之间，其中：A05点位中误差最大为1.324mm,A02点点位中误差最小为0.563mm；边长相对中误差为：1/2054678-1/467425之间，其中：相对中误差最弱的边为：A05-A04,其边长为897.123m，相对中误差为:1/467425,相对中误差最好的边为：IDDS-GE02,其边长为2987.634m，相对中误差为：1/2083763。本次首级控制测量成果符合规范要求，满足了本次测图及以后规划建设的需求。
　　6 结论
　　综上所述，RTK测图与全站仪测图各有优点和缺点，采用全站仪与RTK联合作业测绘地形图实现了GPS与全站仪的优势互补，实现了内外业一体化在面数字测图。在开阔地利用GPSRTK进行碎部测量，在居民地内或高大树下等GPS难以收到卫星和无线电信号时，可随时采用RTK模式布设图根控制点，利用全站仪进行补充测量，实现地形图的测绘这种方法作业组的人数较少，但可直接获得观测点的三维坐标不但精度高，而且速度快，在与绘图软件结合后，可直接得到数字地形图，不仅提高了测图效率，而且也增强了数据的共享性。这种测图方法不仅适应于平坦地区，且在山区更为有利。用全站仪和RTK联合数字化测图容易掌握、科技含量高、功能强大、可以实现测绘内外业一体化，大大减轻了测量人员的工作强度，减少了成本，提高了工作效率和测图精度。因此它是一种行之有效的测图方法。
　　参考文献：
　　[1]田振坤,刘素红,傅莺莺等.地形图新旧图幅编号自动检索算法及其可视化实现[J].20052测绘通报（2）61-63.
　　[2]周忠谟,易杰军,周洪.GPS卫星测量原理与应用[M]北京:测绘出版社,1997.215-217.
　　[3]石金峰,李新慧,杨培章RTK技术及其在控制测量中的应用[J]辽宁工程技术大学学报,2004,23(6):737-739.
　　[4]张子江,徐军RTK实时动态测量可靠性的检验[J].勘察科学技术,2002,4:49-51.

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