GPS和全站儀在數(shù)字測(cè)圖中的聯(lián)合運(yùn)用

1、GPS和全站儀在數(shù)字測(cè)圖中的聯(lián)合運(yùn)用周 鎮(zhèn)（天津市靜?？h土地整理中心）摘 要：GPS-RTK和全站儀各有其適用條件，對(duì)于復(fù)雜的測(cè)區(qū)環(huán)境（如測(cè)區(qū)上空有遮擋或是地形起伏較大、地物繁多等），如果單獨(dú)使用一種儀器進(jìn)行作業(yè),就可能會(huì)影響工程的進(jìn)度甚至無法完成項(xiàng)目。GPS和全站儀聯(lián)合測(cè)繪地形圖可以優(yōu)劣互補(bǔ)。為此，本文提出了應(yīng)用GPS-RTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)的方法，即在進(jìn)行地形測(cè)量時(shí)，空曠地區(qū)的地形、地物用RTK測(cè)之；村莊、城市內(nèi)的建筑物、構(gòu)筑物用RTK實(shí)時(shí)給出圖根點(diǎn)的三維坐標(biāo)，然后用全站儀測(cè)之。實(shí)踐證明該方法是切實(shí)可行的。關(guān)鍵詞：GPS-RTK；全站儀；聯(lián)合作業(yè)；數(shù)字測(cè)圖1 概述數(shù)字測(cè)圖是近幾年隨著計(jì)算機(jī)

2、、地面測(cè)量?jī)x器、數(shù)字測(cè)圖軟件的應(yīng)用而迅速發(fā)展起來的全新內(nèi)容，廣泛應(yīng)用于測(cè)繪生產(chǎn)、土地管理、城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)等部門。數(shù)字化測(cè)圖作為一種全解析機(jī)助測(cè)圖技術(shù)，與模擬測(cè)圖相比具有顯著優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景，是測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展前沿。作為反映測(cè)繪技術(shù)現(xiàn)代化水平的標(biāo)志之一，數(shù)字化測(cè)圖技術(shù)將逐步取代人工模擬測(cè)圖， 成為地形測(cè)圖的主流。目前，數(shù)字測(cè)圖野外數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要有全站儀與 GPSRTK，兩種測(cè)量方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其不足也是并存的。隨著工程質(zhì)量要求的不斷提高，單一 使用 GPSRTK或全站儀已經(jīng)滿足不了實(shí)際測(cè)量工作的需要，這樣就出現(xiàn)了在同一工程中同時(shí)采用兩種方法的聯(lián)合應(yīng)用， 即GPSRTK的測(cè)量成果常為全站

3、儀所用，全站儀測(cè)量值又常作為檢校GPS作業(yè)的依據(jù)，解決了水平方向遮擋（全站儀）問題，也解決了上方遮擋( GPSRTK) 問題，避免了單獨(dú)使用 GPSRTK或全站儀作業(yè)的局限性，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，可快速布設(shè)控制點(diǎn)，又能高精度快速地獲得三維坐標(biāo)。這樣可以大大加快測(cè)量速度，提高工作效率。 本文主要介紹GPSRTK和全站儀在數(shù)字測(cè)化測(cè)圖中的聯(lián)合應(yīng)用。2 全站儀與 GP SRT K數(shù)字測(cè)圖分析與比較 2.1全站儀簡(jiǎn)介及測(cè)量原理 “全站儀”全稱為“全站型電子速測(cè)儀”( Electronic Tachometer Totolstation) 通常又稱為“電子全站儀”或“電子速測(cè)儀”。它是把測(cè)距、測(cè)角

4、和微處理機(jī)等部分結(jié)合起來形成一體能夠 自動(dòng)控制測(cè)距、測(cè)角、自動(dòng)計(jì)算水平距離、高差、坐標(biāo)增量等的測(cè)繪儀器，同時(shí)可自動(dòng)顯示、記錄、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)輸出 ， 全站儀又因其實(shí)現(xiàn)了測(cè)距的發(fā)射軸、 接收軸與望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸三軸共軸的結(jié)構(gòu) ，更適合于對(duì)移動(dòng)目標(biāo)及空間點(diǎn)的測(cè)量，內(nèi)部有極其豐富的量軟件，可方便快捷地進(jìn)行操作。另外全站儀通過傳輸接口與計(jì)算機(jī)、繪圖儀連接起來，配以數(shù)據(jù)處理軟件和繪圖軟件，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)圖的自動(dòng)化，并具有坐標(biāo)放樣和自由建站等特點(diǎn)。利用全站儀進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖時(shí)，主要是通過極坐標(biāo)法獲得碎部點(diǎn)的坐標(biāo)，其測(cè)量原理為以測(cè)站為中心和依測(cè)站上的已知方向，測(cè)定已知方向與所求點(diǎn)方向間的角度和測(cè)量測(cè)站點(diǎn)到各碎部點(diǎn)的距離，以

5、確定所求點(diǎn)在圖上的位置。 2.2 GPSRTK簡(jiǎn)介及其基本原理 RTK( Real Ti me Kinematic)技術(shù)就是載波相位差分技術(shù)，是建立在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)測(cè)站的載波相位基礎(chǔ)上的?；鶞?zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)將采集的載波相位觀測(cè)量及測(cè)站坐標(biāo)信息一同發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站接收GPS 衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位曰。并組成相位差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)通過輸入的相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)。能實(shí)時(shí)給出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及精度。RTK技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展中的一個(gè)新的突破。具有定點(diǎn)速度快、誤差不積累、節(jié)省人力、作業(yè)效率 高等特，廣泛應(yīng)用于工程測(cè)量、數(shù)字化測(cè)圖等領(lǐng)域。 2.3 GPSRTK及全站

6、儀的優(yōu)缺點(diǎn)比較 采用全站儀進(jìn)行數(shù)字測(cè)圖，設(shè)站靈活，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)記錄，自動(dòng)計(jì)算，直接獲取地面點(diǎn)三維坐標(biāo)，成為勘測(cè)、設(shè)計(jì)、施工和管理不可或缺的測(cè)量工具。其缺點(diǎn)是要求通視，受地形和人為因素影響大；并且需建立足夠的控制點(diǎn)，作業(yè)量大，投入也大，外業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)；而GPS RTK測(cè)量，可全天候進(jìn)行，可省去大量的控制測(cè)量時(shí)間，無需與測(cè)站通視，工作效率很高，定位精度均勻，作業(yè)自動(dòng)化、集成化程度高，在地形簡(jiǎn)單，天空開闊的地區(qū)，其優(yōu)勢(shì)更加明顯，但在單基站的模式下受到作業(yè)半徑的限制或遇到高大障礙物時(shí)，就很難接收到衛(wèi)星和無線電信號(hào)，即使能夠得到數(shù)據(jù)，精度也受很大影響圈 。 3 GPSRTK與全站儀聯(lián)合作業(yè)方式研究 常規(guī)

7、測(cè)量工作遵循“ 從整體到局部， 先控制后碎部，分級(jí)布網(wǎng)，逐級(jí)控制”原則。具體工序包括首級(jí)控制網(wǎng)、加密控制網(wǎng)、圖根控制網(wǎng)、特征點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和成圖。從施工流程可 以看出，完成一個(gè)測(cè)區(qū)的測(cè)量工作需要數(shù)次進(jìn)出作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。在同一測(cè)站上多次設(shè)站，導(dǎo)致作業(yè)效率低下，數(shù)次設(shè)站也將造成不必要的精度流失( 如對(duì)中誤差和定向誤差增加等)。針對(duì)上述情況，利用RT K協(xié)同全站儀聯(lián)合采集數(shù)據(jù)方式進(jìn)行作業(yè)，用以克服作業(yè)過程中工序過多的弊端。簡(jiǎn)化原有的首級(jí)、加密、圖根的選點(diǎn)、觀測(cè)、計(jì)算過程，再據(jù)此進(jìn)行界址、特征點(diǎn)數(shù)據(jù)采集的作業(yè)方式。從而達(dá)到提高作業(yè)效率，加快施工進(jìn)度，減少對(duì)中誤差和定向誤差， 保證成果質(zhì)量，節(jié)省人力物力的目的。利

8、用RT K與全站儀聯(lián)合測(cè)量的作業(yè)模式分為兩個(gè)步驟： 1 ) 利用RTK測(cè)量圖根控制點(diǎn)，多數(shù)文獻(xiàn)的大量試驗(yàn)表明，GPSRTK可以滿足圖根控制的要求。RTK技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量既能夠?qū)崟r(shí)知道定位結(jié)果，又能實(shí)時(shí)知道定位精度。這樣可以大大提高作業(yè)效率。2 ) 利用全站儀和GPSRTK聯(lián)合測(cè)量碎部點(diǎn)，這樣不但能解決水平方向遮擋(全站儀)問題， 也解決了上方遮擋(GPSRTK)問題，避免了單獨(dú)使用 GPSRTK或全站儀作業(yè)的局限性。 應(yīng)該注意的是在全站儀利用GPSRTK所測(cè)的圖根點(diǎn)進(jìn)行設(shè)站時(shí)， 要進(jìn)行必要的檢核， 這樣才可以避免 GPSRT信號(hào)遮擋等原因造成的粗差，保證測(cè)圖精度。如果已知控制點(diǎn)離測(cè)區(qū)很遠(yuǎn)，為了

9、加快測(cè)圖進(jìn)度，在 R T K組引測(cè)控制點(diǎn)時(shí)，全站儀組則先在測(cè)區(qū)內(nèi)用假定坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)圖，外業(yè)結(jié)束后，參照 R T K所測(cè)控制點(diǎn)坐標(biāo)利用數(shù)字成圖軟件中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。這樣就打破“ 先控制、后碎部”的原則，為外業(yè)工作節(jié)約了時(shí)間。 4 結(jié)論 4. 1 地形測(cè)繪不需建立圖根控制可節(jié)省大量的人力和物力；在開闊的區(qū)域用RT K進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，有占用人員少、速度快等優(yōu)點(diǎn)；在通視不良好的區(qū)域，使用全站儀和RTK相結(jié)合，將發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，可大大加快數(shù)據(jù)采集速度，提高工作效率。4. 2 精度比較高用RTK采集數(shù)據(jù)時(shí)相鄰點(diǎn)位誤差相互獨(dú)立，不積累、不傳播，減少了人為的干預(yù)，自動(dòng)化程度較高，很大程度上避免了人為誤差，測(cè)圖精度相當(dāng)于傳統(tǒng)測(cè)圖法的圖根點(diǎn)精度。4.3 點(diǎn)位精度分布較均勻每個(gè)點(diǎn)的誤差均為隨機(jī)產(chǎn)生，不會(huì)像傳統(tǒng)測(cè)量一樣產(chǎn)生誤差積累，成果可靠。 參考文獻(xiàn) 1 張正祿，工程測(cè)量學(xué)M 武漢：武漢大學(xué)出版社，2005 2 張風(fēng)舉，張花海，控制測(cè)量學(xué)M 北京：煤炭工業(yè)出版社，1999 3 潘正風(fēng)，楊正堯，數(shù)字測(cè)圖原理與應(yīng)用M 武漢：武漢大學(xué)出版社，2004 4 宋偉東，王佩賢，數(shù)字測(cè)圖原