全站儀和GPSRTK聯(lián)合在數(shù)字測圖中的應(yīng)用

1、全站儀和GNSS-RTK聯(lián)合在數(shù)字測圖中的應(yīng)用摘要：目前地面數(shù)字測圖一般都采用全站儀、GNSS-RTK或者兩者結(jié)合。全站儀測圖具有精度高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而GNSS-RTK具有精度高、工作距離長和不存在誤差累計(jì)等優(yōu)勢，為克服各自的不足，提出了數(shù)據(jù)采集中綜合應(yīng)用GNSS-RTK和全站儀的方法，開發(fā)設(shè)計(jì)了全站儀和GNSS-RTK集成的數(shù)字測圖系統(tǒng)，利用實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。針對(duì)集成中可能出現(xiàn)的問題給出解決辦法和措施，得出有益的結(jié)論，可以借鑒到類似的工程中。關(guān)鍵詞：GNSS-RTK,全站儀,數(shù)字測圖,地形測量0 引言傳統(tǒng)地形測量具有測量環(huán)節(jié)繁瑣、操作復(fù)雜、受測區(qū)環(huán)境、地形、地物以及人為操作的影響較大

2、等不足，很多時(shí)候測量精度達(dá)不到要求，而數(shù)字測圖具作業(yè)時(shí)間短、勞動(dòng)強(qiáng)度輕和成果精度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)信息采集處理的數(shù)字化和自動(dòng)化。采用全站儀進(jìn)行數(shù)字測圖作業(yè)效率高、提高成果的精度和改善野外作業(yè)環(huán)境，但在高山、林地、高大建筑物和海島地區(qū)等特殊的觀測環(huán)境，還會(huì)受到制約。而隨著GNSS系統(tǒng)的不斷完善、逐步建成和計(jì)劃的實(shí)施以及接收機(jī)靈敏度的不斷提高,尤其是我國北斗在亞太地區(qū)的公開服務(wù)，目前其應(yīng)用已經(jīng)滲透到測繪、軍事、交通運(yùn)輸、氣象、電力和水利等諸多領(lǐng)域，GNSS-RTK更是一種比較理想的數(shù)字測圖工具。在數(shù)字測圖中，如何將全站儀和GNSS-RTK合理有效的組合，實(shí)現(xiàn)其優(yōu)勢互補(bǔ)，達(dá)到數(shù)字測圖的無縫鏈接，實(shí)現(xiàn)

3、對(duì)于樹木較多或房屋密集的村莊等觀測環(huán)境數(shù)字測圖的目標(biāo)。提出了基于集全站儀和GNSS-RTK聯(lián)合測圖的方法，以解決測量應(yīng)用工程中的一大難題。1 全站儀數(shù)字測圖目前，全站儀數(shù)字測圖作業(yè)模式主要有如下三種1:（1）電子平板模式2子平板與全站儀連接，觀測數(shù)據(jù)直接傳入電子平板，現(xiàn)場成圖，該模式受到野外作業(yè)環(huán)境的限制，尤其是測區(qū)復(fù)雜環(huán)境時(shí)，不能完全了解所測碎部點(diǎn)的詳細(xì)情況，在一定程度上會(huì)影響外業(yè)效率，甚至數(shù)字地圖質(zhì)量。（2）草圖模式(數(shù)字測記模式):數(shù)據(jù)采集時(shí)，需繪制觀測草圖，并記錄所測地物的屬性信息和測點(diǎn)順序號(hào)；對(duì)照觀測草圖進(jìn)行內(nèi)業(yè)圖形編輯，其以作業(yè)成本低和簡單等優(yōu)點(diǎn)得以最廣泛的應(yīng)用的數(shù)字測圖模式，但其

4、最大的問題是內(nèi)業(yè)工作量大，不便于長期實(shí)施；（3）編碼模式:數(shù)據(jù)采集時(shí)，測量人員為每個(gè)碎部點(diǎn)輸入一個(gè)編碼，同時(shí)還需鍵入地物屬性、點(diǎn)與點(diǎn)之間的連線關(guān)系等眾多的編碼內(nèi)容；內(nèi)業(yè)成圖時(shí)，測圖軟件根據(jù)測點(diǎn)編號(hào)自動(dòng)完成測點(diǎn)連線形成數(shù)字地圖，其對(duì)觀測人員要求非常高3。上述作業(yè)模式均用全站儀獲得測點(diǎn)坐標(biāo)，地物屬性和各點(diǎn)之間的連接關(guān)系則是通過現(xiàn)場調(diào)查獲得；差別是兩類信息的記錄及結(jié)合方式不同。都能滿足成果質(zhì)量的要求，但各有利弊。2 GNSS-RTK數(shù)字測圖2.1 GNSS-RTK系統(tǒng)構(gòu)成在兩臺(tái)靜態(tài)型測量儀器間加上一套無線電數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，即數(shù)據(jù)鏈),將相對(duì)獨(dú)立的GPS信號(hào)接收系統(tǒng)連成一個(gè)有機(jī)整體，見圖1所示。基準(zhǔn)站把

5、接收到的所有衛(wèi)星信息(包括偽距和載波相位觀測值)和基準(zhǔn)站的一些信息(如基準(zhǔn)站的坐標(biāo)、天線高等)都通過通訊系統(tǒng)傳送到流動(dòng)站。流動(dòng)站本身在接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時(shí)，也接收基準(zhǔn)站傳送的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，在流動(dòng)站完成初始化后，并將基準(zhǔn)站的載波觀測信號(hào)與本身接收到的載波觀測信號(hào)進(jìn)行差分處理(基線），同時(shí)輸入相應(yīng)的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換參數(shù)和投影參數(shù)，即可實(shí)時(shí)求得實(shí)用的未知坐標(biāo)。圖1 GNSS-RTK系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 轉(zhuǎn)換參數(shù)求解及其精度評(píng)定GNSS衛(wèi)星觀測的坐標(biāo)系統(tǒng)為WGS-84、PZ90、CGCS 2000和GTRF，而在實(shí)際測量中通常采用北京54坐標(biāo)系、西安80國家坐標(biāo)系和地方坐標(biāo)系，為此，可采用7參數(shù)法或4參數(shù)法對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)

6、換。衛(wèi)星觀測坐標(biāo)使用已有的靜態(tài)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場采集方法獲得，與控制點(diǎn)進(jìn)行匹配以求得轉(zhuǎn)換參數(shù)，但應(yīng)注意控制點(diǎn)的數(shù)量及分布有關(guān)，以確保轉(zhuǎn)換參數(shù)的準(zhǔn)確性。為確保GNSS RTK觀測成果的質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制載波相位的整周模糊度固定解、均方根RMS、平面均方根HRMS和VRMS精度評(píng)定。3 集全站儀和GNSS-RTK數(shù)字測圖數(shù)據(jù)采集及使用過程見圖2所示：(1)采用RTK技術(shù)采集碎部點(diǎn)，經(jīng)基線解算后得出WGS-84系坐標(biāo)值。(2)對(duì)于平原、田野、湖泊等平坦地域可直接采用GPS中的實(shí)時(shí)定位測量模式完成數(shù)據(jù)采集，并根據(jù)實(shí)地情況進(jìn)行草圖繪制，對(duì)于遮擋物較多或在視野較為狹窄的地域可通過RTK設(shè)定圖根點(diǎn)，輔助全站儀采集地

7、形、地貌特征,實(shí)地繪制草圖，并將實(shí)地測量的數(shù)據(jù)交給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，而后由計(jì)算機(jī)生成。(3)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換并計(jì)算三維坐標(biāo)精確結(jié)果。(4)連接全站儀與計(jì)算機(jī)，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。(5)通過全站儀采集數(shù)據(jù)。(6)將數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確處理。(7)導(dǎo)出數(shù)據(jù)并將其以.dat格式存儲(chǔ)。(8)結(jié)合外業(yè)測量得到的草圖，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)編輯并生成圖。求解轉(zhuǎn)換參數(shù)轉(zhuǎn)換參數(shù)檢核RTK碎步測量全站儀碎部測量野外數(shù)據(jù)采集內(nèi)業(yè)整理與成圖計(jì)算機(jī)及相關(guān)軟件圖2 集成數(shù)據(jù)采集圖4 GNSS RTK與全站儀集成作業(yè)的具體實(shí)施4.1 測區(qū)概況清河門地處阜新市西北部，本次數(shù)字測圖任務(wù)位于該區(qū)的烏龍壩鎮(zhèn)，總體面積大約為48.8km2。采用

8、清河門國土局2010年在該區(qū)所做的城市一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)6個(gè)，由于點(diǎn)的分布比較平均，比較適合數(shù)字測圖的任務(wù)安排。4.2 儀器設(shè)備野外作業(yè)采用Trimble 5700型RTK-GPS接收機(jī)1+2套，配有尼康DTM-332全站儀兩臺(tái)套，本次測圖目的是對(duì)該地區(qū)的上地整理和統(tǒng)-規(guī)劃使用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。4.3 GPS RTK碎部點(diǎn)采集根據(jù)測區(qū)的實(shí)際情況，為提高測量效率和準(zhǔn)確度，具體分為以下幾個(gè)步驟4-5：(1)散點(diǎn)校正，根據(jù)需要對(duì)所選坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行校正。(2)設(shè)置圖根點(diǎn)，釆用RTK在烏龍壩鎮(zhèn)附近為全站儀提供3個(gè)圖根點(diǎn),并分別將其命名為WLB1、WLB2、WLB3，以利于野外數(shù)據(jù)的測量和收集。(3)全站儀等相關(guān)測圖儀器

9、的布設(shè)。(4)數(shù)據(jù)采集，圖根點(diǎn)設(shè)置完畢后，采用RTK測量模式對(duì)測區(qū)內(nèi)上空較為開闊的田野、公路、河流、等地形進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；考慮到附近有部分丘陵和低矮的山地，同時(shí)村莊附近及有信號(hào)遮擋的地區(qū)，通過采用全站儀進(jìn)行全數(shù)字野外數(shù)據(jù)采集，提高測量的精準(zhǔn)度。4.4 野外檢查和精度評(píng)估對(duì)采樣地圖編輯好后，采用HPjet5000PS繪圖儀繪制樣圖，而后現(xiàn)地對(duì)照、校正和核實(shí)，防止個(gè)別地形、地物標(biāo)識(shí)的錯(cuò)誤：(1)現(xiàn)地對(duì)照、地物檢查、地形比對(duì)、特殊地區(qū)標(biāo)識(shí)；對(duì)于漏測的地形、地物及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)測，并在數(shù)字測圖草圖中加以標(biāo)記，進(jìn)一步完善地圖數(shù)據(jù)。(2)將聯(lián)合測得的數(shù)據(jù)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，通過對(duì)照分析，95%的數(shù)據(jù)結(jié)果點(diǎn)誤差在

10、7;5cm以下，587點(diǎn)的平均誤差為±0.48cm，全部滿足規(guī)范要求6-8。5 結(jié)論(1)將傳統(tǒng)的地形測量與現(xiàn)代數(shù)字測量手段相結(jié)合，闡明了GNSS RTK配合全站儀的原理、方法和步驟，提高了測量精度和工作效率；(2)給出了GNSS RTK與全站儀相結(jié)合的工作流程，并在工程中具體實(shí)施，滿足1:500數(shù)字測圖的要求；(3)RTK是一種近實(shí)時(shí)的測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化測量、精確化定位和實(shí)時(shí)化作業(yè)的先進(jìn)的測量工具，攜帶方便，對(duì)于復(fù)雜地域的測量和大地測繪等帶來很大的方便。參考文獻(xiàn)1潘正風(fēng).數(shù)字測圖原理與方法M.武漢:武漢大學(xué)出版社,20042崔先國,蘇國猛,李云嶺.數(shù)字測圖與GIS數(shù)據(jù)擴(kuò)展的探討C/測繪通報(bào)測繪科學(xué)前沿技術(shù)論壇論文集.2009,(3):1-53張永彬,宋利杰,田桂峨.基于EVC 的掌上電子平板測圖系統(tǒng)開發(fā)J.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,27(6):836-8394胡虛懷,鄭若忠.基于windows CE