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陈奕宝 (上海隧道工程质量检测有限公司,上海 201401)
中图分类号:TB2 文献标识码:A 文章编号:1003-2738(2012)05-0327-02
摘要: 现代技术的发展使得测绘技术不断更新,新的测绘方法促进了测绘精度、测绘水平的提高。本文着重介绍了全站仪测图和GPS-RTK技术两种测绘方法,对其工作原理、特点以及适用范围进行了总结,对相关工作人员有一定的借鉴作用。
关键词:全站仪;GPS-RTK;测绘方法一、引言现代科学技术的快速发展,极大的促进了地形测绘技术的更新,大比例地形图的测绘方法由现在的全站仪配合测图精灵、全站仪配合绘草图等方法替代了原来的经纬仪测图、平板白纸测图等,新的测绘方法无论在技术上还是在精度上都有了质的飞跃。此外,测量中采用的GPS-RTK技术,极大的提高了大比例地形图的测绘效率和精度。本文作者结合自己多年从事地形测绘的经验,对全站仪测绘和GPS-RTK技术进行了简要分析,对从事测绘作业的技术人员有一定的借鉴作用。
二、利用全站仪测绘地形图
(一)全站仪的主要特点。
全站仪具有耐用、精密、轻巧等特征,操作起来简单方便,内存大、测量精度高,可以实现乘常数加常数的改正、自动补偿改正、水平距离换算等。随着技术的发展,全站仪正向着标准化、智能型、开放性、全自动等方向发展,被防范用于建筑施工测量、地形图测绘等领域中。作为一种新型的测量仪器,全站仪特点主要有以下几点:①在进行地形图测绘时,可以同时进行地形测量和控制测量。②运用全站仪进行工程施工放样时,可将设计图纸中相关点快速的测设到地面上。③运用全站仪进行变形监测时,可以实现对地质灾害、建筑物变形等的实时监测。④运用控制测量时,全站仪具有后方交会、前方交会、导线测量等功能,测量精度高,仪器操作简单,可以大幅提高测量作业速度。⑤在一个测站就可以完成测量的全部内容,主要有高差测量、距离测量、角度测量等,并可以存储和传输测量数据。⑥全站仪可以借助传输设备实现与绘图仪、计算机的连接,进而构成一体式的测绘系统,极大的提升了地形图测绘的工作效率和测绘质量。
(二)主要工作过程介绍。
利用全站仪进行地形图测绘主要包括以下过程:采集数据、处理数据、编辑图形以及输出图形等。采集数据就是获取地形图测绘所需要的数据信息,主要是所测绘实体的属性以及空间位置等信息。外业采集可以有两种不同的工作方式,一种是在野外利用全站仪获取数据,将获得的数据存入全站仪的内存中,或者是将数据转存到掌上电脑中,之后再将转存的数据导入计算机中进行后期处理;另一种是直接将计算机与全站仪在野外进行连接,全站仪测量所获得的数据实时传输到与其相连的计算机中,实地添加地理属性,进而直接成图。
(三)测绘方法分析。
建立地形图测绘的平面控制坐标系。在正式进行地形图测绘前,应当先建立平面控制坐标系。实际操作中,一般是选用大地坐标系作为平面控制坐标系,这样可以很方便的利用已有的国家三角点。如果在所测绘的范围内不存在确定的控制点时,可以在测区内建立自己的直角坐标系,并以地球正磁北为零作为直角坐标系的起始方位角。
采集数据。在测区范围内选择一个视线开阔,可以观察到测区内绝大部分测点的点作为全站仪的站点,并在该点设置标记。将全站仪架设在站点上,将掌上电脑等设备连接到全站仪上,开启测图精灵进行数据的采集。在进行地貌、地物测绘时,所需要的测点有所区别,有多点地物、带状地物、独点地物等,因而就需要结合现场情况而分别对待。如在进行建筑物测绘时,就需要进行至少三个点的数据采集,而进行独点地物测绘时就只需要进行一个点的数据采集。在进行特殊地物测绘时应当依据地物的变化情况,合理确定采点的位置和数目,以求能够很好的控制其形状的变化,进而降低测量误差。此外,在进行数据采集时还应注意以下几点:①若测量时同时采用多个棱镜,应当尽可能的使各个棱镜的高度相当;若需要变化某一点棱镜高时,注意要更新改点的棱镜高。②测绘作业时,测绘人员应当配有对讲机,以便测量人员测绘时及时进行沟通,避免因沟通问题而出错。③在设置全站仪测点时,要明确机器所在点的点号,以及后视点的点号,若点号弄混将导致测量数据全部报废。
数据处理。依据测点坐标,参照测图要求进行地形图的绘制,而目前全站仪测图主要是采用CASS测图软件来实施,该款软件是以Auto CAD为平台的数字化测绘数据采集系统,通过其“电子平板”的作业方式,可以连接全站仪的所有数据接口,进而达到自动输入记录所采集到的数据,并在野外作业的条件下就可以完成地形图的绘制;或者是利用掌上电脑下载测图精灵数据,之后再结合数据在CASS上完成制图。参照实地测量时所绘制的草图进行地形图的绘制,将各个测点用标准符号相连,在完成地物绘制后,结合测区实际的地形情况进行等高线的绘制,以对其进行修补。由于不同的纸张变形存在差异,地形图与卫星图像二者的投影不同等原因,使得地形图与卫星图片放在一起时不能达到完全重合,这时就需要通过两图的对照比较,以局部重合的办法进行地物的绘制。期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在已经能获得地图、航拍图片等资料的前提下,进行实地考察并设置判读标志,譬如地名、结构、房屋层次等文字符号,进而实现对地形图地貌的绘制。
三、利用GPS-RTK测绘地形图
(一)工作基本原理及技术特点。
GPS-RTK是一种实时动态定位技术,以载波相位观测值为基础,可以实时提供测点的三维定位结果。GPS-RTK通常由三部分构成:①基准站,主要为双频GPS接收机;②流动站,主要是实时差分软件系统以及双频GPS接收机;③数据链,主要是GSM手机以及数据电台。
利用GPS-RTK技术进行地形图测绘主要具有以下技术特点:①测量结果能够实时动态的显示出来,工作过程较为透明、直观;可以实时查看坐标的定位精度,同时有效的解决了以往测绘技术不能快速成图、实时动态放样的问题。②外业作业时间短;观测条件适宜的情况下,只需要大约4s的时间就可以获得测点的三维坐标。③作业时间不受限制;利用GPS-RTK技术测绘时,只要在测点能够同时接收到4颗卫星的信号就可以进行测绘作业。④自动化水平高; GPS-RTK技术操作起来较为简便,测量人员只需要将天线对中、整平,测量电线的高,然后开启电源就可以实现自动测量,大大降低了测量人员的工作量,已然实现了智能化。
(二)GPS-RTK在工程测量中的应用。
GPS-RTK以其高效、自动、实时、快速等特点被广泛应用于隧道、桥梁、道路、水利等工程测量中。①普通控制测量;利用 GPS-RTK 技术可连续测设加密控制点的三维坐标,以满足局部区域使用全站仪进行分项工程测量的需要。②数字化地形图测量;采用 GPS-RTK 测图,可以大幅度降低测图所需的控制点数目,改变了以往的“先控制、后测图”的测量方式。只需一个人采集点位坐标数据,再将其导入到数字化软件中,即可生成各种比例尺的地形图,大幅度减少劳动力,有效提升测图效率。③地籍测量;GPS-RTK 技术可实时测定每一宗土地的权属界址点的位置,将获取的数据处理后导入 GPS 系统中即可及时得到地籍图。④施工放样测量;RTK 随机软件中包含放样的功能,可进行点、直线、曲线的施工放样测量。在测量控制器中输入事先设计好的点、线路要素,即可自动生成对应的放样点,控制器通过实时显示测点里程和偏移距离指导放样工作。
(三)测量作业的工作流程。
采用GPS-RTK技术进行测量作业的工作流程如下:①相关资料的收集;在进行测量作业前,应当根据实际情况来收集测区已知的高等级控制点,并对控制点数据进行检查以确保其真实性。②前期所收集到的高等级控制点绝大多数不能直接采用,需要对测区控制点进行加密,并将加密点和原有的控制点作为基准站的位置,测量其实际高程及坐标,之后将接收机设置在基准站上配置参数。③将GPS接收机安放在流动站上,并将接收机初始化;它可以再某一个测点上初始化后,进行动态测量作业,此外还可以在动态测量的情况下完成GPS接收机的初始化。③GPS测量时所采用的坐标系为WGS-84坐标系,而实际工程中大多使用的是地方独立坐标系,因而就需要确定进行坐标转换的参数。如果所测绘地区之前曾进行过静态控制网测量,那么就能够很容易获得转换关系;若未进行过静态控制测量,就应该在测区选择控制点进行现场校核,选用三个以上的点来修正RTK参数。在明确了地方独立坐标系与WGS-84坐标系的转换参数以后,利用RTK中的测量控制器,就可以很容易的获得定位点的独立坐标。⑤在确定所使用的坐标转换参数的正确性后,就可以结合工程的实际情况,在测区内进行实时测量等工作。
(四)提高测绘质量的措施。
应用GPS-RTK技术进行地形图测绘时,由于受到卫星状况的限制、天空环境的影响,作业变形相比标称距离小、数据传输时容易受到外界环境的限制和干扰,山区、城市高楼密集区测绘易失信号、初始化时间过长,个别设备精度和稳定性不高的影响,直接影响了地形图测绘的质量和精度,为此,在测绘工作中要采取必要措施提高测绘质量,主要有:①测绘前尽可能选择使用稳定性好、精度高的设备,规避由于设备质量对测绘的影响。②使用已有测点进行比较;利用布设控制网时的静态GPS的多余控制点,将其测量结果与RTK测得的结果进行对比,进而实现对测量结果的检查,这种方法易受到控制点数目的限制,但方法较好。③重新测量比对法;在每次测量初始化以后,对前一次已经测过的高精度控制点进行重新测量,对比两次测量的结果,若误差在允许值范围内方可进行测量,这种方法通常用于没有控制点的地方。
四、结语利用全站仪配合使用测图精灵程序,可以较为理想的采集绘制出不同属性的地物、线形,进而生成大致的图形,具有操作方便、直观性强的优点。在控制测点数量少、通视性差的条件下,普通测量仪器无法顺利进行测绘的山区,利用GPS-RTK技术很好的进行测绘作业,效果良好,可以节省大量的人力、物力。总之,利用全站仪、GPS-RTK技术进行地形图测绘是较为理想的测绘方法,可以有效提升工作效率,获得良好的经济、社会效益。
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GPS技术在公路测量中的应用前景及现状摘要:GPS技术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术革命,其应用及开发的前景十分广阔。尤其是实时动态(RTK)定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力,本文主要介绍了GPS中的RTK技术在公路测量中的应用及其对公路勘测的巨大推进作用。 关键词:GPS;RTK;静态定位;动态定位 1、GPS技术发展现状 全球定位系统GPS(GlobalPositioningSystem)是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统,具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。单点导航定位与相对测地定位是GPS应用的两个方面;对常规测量而言相对测地定位是主要的应用方式。 相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量,其原理是采用载波相位测量局域差分法:在接收机之间求一次差,在接收机和卫星观测历元之间求二次差,通过两次差分计算解算出待定基线的长度;求解整周模糊度是其关键技术,根据算法模型,设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。静态作业模式主要用于地壳变形观测、国家大地测量、大坝变形观测等高精度测量;快速静态测量以其高效的作业效率与厘米级精度广泛应用于一般的工程测量;而RTK测量以其快速实时,厘米级精度等特点广泛应用于数据采集(如碎部测量)与工程放样中。RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。 GPS测地型接收设备是实现测地定位的基本条件,接收机有单频与双频之分,双频机能以L2观测值修正电离层折射影响,最适宜于中、长基线(大于20km)测量,具有快速静态测量的功能,可升级为RTK功能;单频机适宜于小于20km的短基线测量,对于一般工程测量具有良好的性能价格比。RTK系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成,整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点,完全可以满足数据采集和工程放样的要求。鉴于GPS系统在轨卫星数有限,在对空通视受遮挡的条件下,不能保证正常解算,影响定位的精度和可靠性。实践表明,单频GPS系统由于多环境的制约,存在着很大的局限性。随着俄罗斯的全球导航卫星系统(CLONASS)的不断完善,利用GLONASS来改善GPS性能的双星座系统(GLONASS+GPS)已由美国Ashtech公司研制成功,这种全天候、全地域、高精度的系统为用户提供了更为完善的接收设备,双星座系统的接收设备GPS接收设备的新水平。 2、GPS技术在公路测量中的应用前景 随着我国国民经济的快速增长的西部大开发的实施,我省的高等级公路建设迎来前所末有的发展机遇,这就对勘测设计提出了更高的要求,随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展,公路设计已实现CAD化,有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持;建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链,减少数据转抄、输入等中间环节,是公路勘测设计“内外业一体化”的要求,也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈”所在。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备,但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制,作业强度大,且效率低,大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造,在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。当前,用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测理,为勘测阶段测绘带状地形图,路线平面、纵面测量提供依据;在施工阶段为桥梁,隧道建立施工控制网,这仅仅是GPS在公路测量中应用的初级阶段,其实,公路测量的技术潜力蕴于RTK(实时动态定位)技术的应用之中,RTK技术在公路工程中的应用,有着非常广阔的前景。下面就RTK技术在公路勘测中的应用作简单的介绍。 3、RTK技术在公路测量中的应用 1 实时动态(RTK)定位技术简介 实时动态(RTK)定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS(RTDGPS)技术,它是GPS测量技术发展的一个新突破,在公路工程中有广阔的应用前景。众所周知,无论静态定位,还是准动态定位等定位模式,由于数据处理滞后,所以无法实时解算出定位结果,而且也无法对观测数据进行检核,这就难以保证观测数据的质量,在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性,这样一来就降低了GPS测量的工作效率。 实时动态定位(RTK)系统由基准站和流动站组成,建立无线数据通讯是实时动态测量的保证,其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点,安置一台接收机作为参考站,对卫星进行连续观测,流动站上的接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据,随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况,根据待测点的精度指标,确定观测时间,从而减少冗余观测,提高工作效率。 2 应用 实时动态(RTK)定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式,两种定位模式相结合,在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS(地理信息系统)前端数据采集。 1 快速静态定位模式。要求GPS接收机在每一流动站上,静止的进行观测。在观测过程中,同时接收基准站和卫星的同步观测数据,实时解算整周未知数和用户站的三维坐标,如果解算结果的变化趋于稳定,且其精度已满足设计要求,便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中,如控制网加密;若采用常规测量方法(如全站仪测量),受客观因素影响较大,在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难,而采用RTK快速静态测量,可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min(随着技术的不断发展,定位时间还会缩短),不及静态测量所需时间的五分之一,在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。 2 动态定位测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需2~10s)进行初始化工作,之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测,并连同基准站的同步观测数据,实时确定采样点的空间位置。目前,其定位精度可以达到厘米级。 动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景,可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量2~4S,精度就可以达到1~3cm,且整个测量过程不需通视,有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。 3 RTK技术的优点 1 实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果(包括高程)。 2 彻底摆脱了由于粗差造成的返工,提高了GPS作业效率。 3 作业效率高,每个放样点只需要停留1~2s,流动站小组作业,每小组(3~4人)可完成中线测量5~若用其进行地形测量,每小组每天可以完成8~5km3的地形图测绘,其精度和效率是常规测量所无法比拟的。 4 在中线放样的同时完成中桩抄平工作。 5 应用范围广—可以涵盖公路测量(包括平、纵、横),施工放样,监理,竣工测量,养护测量,GIS前端数据采集诸多方面。 6 如辅助相应的软件,RTK可与全站仪联合作业,充分发挥RTK与全站仪各自的优势。 4 推广建议 1 GPS静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。 2 生产过程中采用常规方法和GPS技术相结合生产流程可以极大地提高生产效率。 3 随着GPS技术特点是RTK技术的发展,各个厂家相继推出了具有自主专利技术的仪器,其初始化时间越来越短,跟踪能力也越来越强,精度越来越高,可靠性越来越强,有着良好的性价比,在勘察设计单位具有代替全站仪的趋势,单位设备更新时应考虑这一因素。 4 GPS技术在公路测量中的应用,是公路测量的一项革命性的技术革新,它将对传统的作业理念予以更新。 4、结语 GPS在公路勘测中的应用,对高等级公路的勘测手段和作业方法产生了革命性的变革,极大地提高了勘测精度和勘测效率,特别是实时动态(RTK)定位技术将在公路勘测、施工和后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。