RTK、全站仪在城市大比例尺数字化测图中的应用

题目：RTK、全站仪在城市大比例尺数字化测图中的应用专业：测绘工程 [摘要]：随着科学技术的进步,测量仪器的迅速发展，GPS-RTK(下面统称RTK)以及全站型电子速测仪的广泛应用，以及微型计算机硬件和软件技术的迅猛发展与渗透,促进了地形测绘的自动化,并成为大比例尺地形测量全面革新的最积极、最有活力的因素和最可靠的技术保障,地形测量从以往的全站仪数字测图变革为全站仪与RTK相结合的数字测图,测量的过程更加简便、灵活，促进生产、规划、以及全球数字化进程，节省大量的人力物力，提高测量效率。本文从简述测量仪器的发展、测量技术和模式的革新、RTK和全站仪测图的技术特点和作业原理以及两者在数字化测图中需要注意的问题、阐述RTK和全站仪联合测图的方法和在实际生产中的应用，最后结合工程实例说明。以此达到课题所阐述的RTK，全站仪在城市大比例数字化测图中的应用。[关键词]：RTK、全站仪联合测图、测量技术和模式、技术特点、生产中的应用 目录TOC\o"1-2"\h\z\u1引言 12全站仪的发展和应用 12.1全站仪的发展 12.2全站仪在数字化测图中的应用 13、GPS技术的建立和GPS技术的发展 23.1、GPS技术的建立 23.2、GPS技术的发展 24、全站仪和RTK的作业原理 24.1、全站仪的作业原理 24.2、RTK的作业原理 35、全站仪和RTK的技术特点和在数字化地形测图中的优缺点 35.1、全站仪的技术特点: 35.2、RTK的技术特点 46、全站仪与RTK联合数字化测图方法简介 46.1、全站仪和RTK联合数字化测图在数据采集中的配合 46.2、将全站仪和RTK野外采集的数据进行数据处理 47、工程实例 57.1、项目简介 57.2、测区气候概况 57.3、项目设计 57.4、项目引用标准和作业依据 57.5、坐标系统和已有成果的利用 67.6、作业实施 78、结束语 14参考文献 151引言

为满足城市建设和发展的需要，城市大比例尺数字化地形图作为城市基础地理信息系统主要的空间数据基础，同时为我国城市可持续发展、城市社会和公众服务等诸多领域中扮演着十分重要的角色。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]。在实际生产中，满足精度要求、测区不是很大且大多为居民地的时候一般都采用地面数字测图的方法，地面数字测量，是我国当前多数测绘单位首选的数字测图的方法。然而RTK和全站仪联合测绘地形图，两者在测量过程中可以优劣互补，相比传统的地面地形测图，节约大量时间、人力物力，从而提高效率。最后结合工程实例进一步说明RTK，全站仪在城市大比例尺数字化地形测图中的应用。2全站仪的发展和应用2.1全站仪的发展随着科学技术的进步，测量仪器也变得越来越先进。全站仪从无到有已经是一个质的飞跃，然而发展的脚步永远也不会停歇，全站仪也在不断的更新换代，全站仪也越来越能满足当前生产的需求。全站仪从需要棱镜，到现在有免棱镜；从射程近到现在射程遥远；从内存小，到现在的大内存；从以前的广泛，到现在的专业等等都能体现全站仪的发展进程。目前许多生产公司还是对长射程、无棱镜的全站仪使用的比较广泛。2.2全站仪在数字化测图中的应用目前全站仪是大比例尺野外数字测图主要使用仪器之一。

2.2.1、利用全站仪进行图根加密：

由于全站仪有光电测距功能，在远距离测量中相对精度比较高，因此在通视条件良好的情况下对图根点的密度要求已不很严格，根据测区具体情况而定，通视良好的地方，图根点可相对稀疏然而对于通视条件较差的地方，图根点可密些。等级控制点应尽量选在具有通视效果良好的地方。控制测量主要是利用全站仪进行导线测量，观测结果（方向值、竖角、距离、仪器高、目标高、点号等）存入仪器或者计算机中，利用相关平差软件或者是手工计算出控制点坐标与高程。对于图根控制点，还可采用＂辐射法＂和＂一步测量法＂。辐射法就是在某一通视良好的等级控制上，用坐标法测量方法，按全圆方向观测方式一次测定几个图根点。这种方法无须平差计算，直接测出坐标．为了保证图根点精度，一般要进行两次观测。一步测量法就是将图根导线与碎部测量同时作业．即在一个测站上，先测导线的数据，接着就测碎部点．这是一种少安置一轮仪器、少跑一轮路，大大提高外业工作效率的测量方法[2]。

2.2.2、碎部测量：

野外数据采集包括两个阶段，即控制测量和地形特征点（碎部点）采集。在数字测图之前必须先进行控制测量，布设控制网应遵循的原则：分级布网，逐级控制；要有统一的规格、优良的精度，适当的密度。然后将全站仪架设在相应的控制点上进行野外碎部点的采集，由于控制点和图根点的位置对于有些地方通视并不是那么好，这个时候如果重新进行加密，工作量大而且不是十分必要，在满足精度的情况下，可以在控制点或者图根点上进行支站，然后在支站点继续摆设全站仪进行碎部点的采集，直到碎部点能够绘出该地的地形图。在利用全站仪采集野外碎部点的过程中，注意选点的通视效果和点位的稳定性。在利用全站仪无棱镜观测以及通视效果不是特别良好时，需要注意的是所测的点位是否是目标物所在的位置，这个时候可以选择利用棱镜，因为其稳定性好，点位不会偏，精度相对会更高。

2.2.3、数据处理将全站仪在野外采集的数据利用相应的软件与计算机进行数据传输，由于现在许多的成图软件都是用“南方cass”成图软件，因此也可以直接打开这个成图软件选择相应的全站仪型号进行数据传输。由于有些在测量公司在野外测量中采用斜距测量的方法采集野外碎部点，然后利用相关软件和控制点坐标计算出碎步点坐标，最后所得的数据格式一般都是.dat格式。当点文件展到南方cass中时，结合草图作出相应的数字化地形图。3、GPS技术的建立和GPS技术的发展全球定位系统（GPS）作为新一代卫星导航与定位系统，以其全球性、全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，在我国大地测量、工程测量、水利、电力、交通、资源勘探和航海等领域有着广泛的应用[3]。可以说，GPS技术给我国的测绘领域带来一场深刻的技术革命。3.1、GPS技术的建立随着1973年12月新一代的卫星导航系统—全球定位系统（GlobalPositioningSystem）的建立，到1978年第一颗GPS试验卫星的成功发射，再到1989年的第一颗GPS工作卫星的发射成功。全球定位系统也随着时间的推移也进行更新换代，逐步推出第二代，第三代，逐步完善了GPS功能，使得其定位精度更高、定位速度更快、抗干扰性能更好，保密性更强等优点。3.2、GPS技术的发展3.2.1、GPS技术的发展现状随着科学技术的进步，GPS技术的也在快速的发展。目前GPS技术已经发展的相对比较成熟，涉及许多领域其中包括：城市规划、军事、导航、定位等多个领域。我国“北斗”卫星定位系统也在逐步建立和完善。GPS技术也越来越全球化、多样化。3.2.2、GPS技术的未来发展趋势GPS技术发展迅速，未来将会更加丰富对该项技术的使用。在军事和测量领域，它将会提高定位精度，在导航领域将会衍生许多便捷的方式，确定路况，以及对于目的地的最短路径分析，同时目前的手机也有定位功能，为许多交通事故、乘车、以及各种紧急事故都提供便捷、直观的定位服务。4、全站仪和RTK的作业原理4.1、全站仪的作业原理全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生[4]。全站仪主要是拥有测角、测距、数据处理系统于一身，从而有效代替了由光学经纬仪发展成为的电子经纬仪以及电子测距仪[5]。4.1.2全站仪在数字化测图时，采集野外碎部点，在测站点照准后视点定完向之后便可开始采集野外碎部点了，将望远镜对准野外的特征点，然后利用全站仪的传感器选择有棱镜或者无棱镜的方式进行打点，这时全站仪会利用数据处理系统自动计算碎部点的坐标，然后全站仪会自动将碎部点的坐标数据读入仪器的存储器中，仪器还可以根据具体地物输入该地物在软件中相应的代码。野外数据采集完毕后，将一起和计算机进行连接，这时选择所要传送的点文件，进行数据传输。这便是全站仪在采集野外碎部点的相应过程和相应的碎部点采集原理。4.2、RTK的作业原理GPS定位的几何原理，将电磁波信号发射台从地面点转移到卫星上，组成一个卫星导航定位系统，利用无线电测距交会的原理，便可由三个以上地面已知点（控制点）交会出卫星的位置，反之利用三颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点（用户接收机）的位置，这便是GPS定位的原理[6]。

RTK（Real-timekinematic）是实时动态差分法。卫星是在天空中轨道上距离地球很遥远，，RTK测量时有一个基准站和一个移动站，基准站一般都摆设在已知点上是不动的，而移动站是用来采集野外数据用的。基准站和移动站都有GPS接收机，GPS信号从卫星分别传送到移动站和基准站。实际上由于受大气影响会产生很多误差（由于电磁波在真空的中的传播速度是固定的，然后它在空气中传播速度会受到温度、密度等因素的影响而比实际要慢些），而这些误差无法精确测定（因为温度和大气压强都是实时变化的），因此实际上基准站和移动站的实际准确位置都无法测定。但是由于卫星离地球的距离相对于基准站和移动站之间的距离是非常大的，所以可以认为信号从卫星传到基准站跟从卫星传到移动站的路径相同，误差也相同，所以把这两个作差这个误差常数就可以抵消，便可得到移动站到基准站的一个距离向量（可认为是三维坐标差）。而基准站坐标已知，那么移动站的坐标就是基准站坐标加上这个坐标差。这种方法就是差分。

而基准站和移动站之间通过电台信号或GPRS等数据链进行数据传输，实时解算这个坐标差值，这就是RTK测量的基本原理。5、全站仪和RTK的技术特点和在数字化地形测图中的优缺点5.1、全站仪的技术特点:优点：1.全站仪在数字化地形测图中测量精度相对较高。

2.不需要接收卫星信号，所以不受树下、高大建筑等遮挡物以及星信号等因素影响。3.全站仪使用灵活，任何地方都可以摆设，不受天气的影响。

缺点：1.需要通视，对于有障碍物遮挡的地方就会受到约束。

2.测程短，在使用全站仪无棱镜功能时，全站仪的射程将会大大受到限制。3.全站仪的摆设麻烦，而且一般测量都需要定向，耗费人力、时间。4.全站仪操作麻烦，数据采集也相对较繁琐，需要两人或者两人以上的配合。5.2、RTK的技术特点优点：1.采用RTK技术进行测量时,不要求通视，便可直接进行测量。2.全天候作业、不受常规的多个技术条件限制[7]。3.测量简易，只需要一个人单独就可以完成相关的测量工作。4.地形测量时，不需要定向，只需要连接相关网络和蓝牙就可直接采集数据，节约大量人力物力。5.所测的位置可以很直观的在屏幕上显示。缺点：1.受天气，信号影响大，尤其是在阴雨天气、云层较厚的时候，接受的信号收到影响2.在有手机、汽车或者其他信号干扰的时候也会受到影响3.在江河湖泊、平静的水面时以及有玻璃等反射物时会引起多路径效应，影响接收信号。4.在城市大比例尺数字化测图中，信号容易被建筑物、树木等障碍物遮挡，使得在使用过程中受到约束。6、全站仪与RTK联合数字化测图方法简介随着测量技术的不断发展和测量仪器不断改善和创新，RTK和全站仪联合数字化测图作为当前地面数字测图的最常用的也是效率最高的方法。6.1、全站仪和RTK联合数字化测图在数据采集中的配合上文已经分别讲述了RTK和全站仪的技术特点，然后在实际生产当中，两者可以优劣互补，互相配合着使用，从而提高了生产效率。在城市大比例尺数字化测图的过程中，对于空间相对开阔没有高大的建筑或者其他遮挡物的路面、相关地形等地方，这个时候就可以利用RTK测量，可以更加便捷、快速的采集到相应地物的坐标数据。如果是高大建筑物，或者在有遮挡物的情况下，这个时候就需要使用全站仪进行数据采集。一般来说对于1:500的大比例尺数字化测图，要求建筑物的精度比较高，所以一般来说测量建筑物等要求精度比较高的地物时，都采用全站仪进行数据采集，并且有建筑物的地方一般都是具有遮挡物。然而对于精度要求不是很高的野外地形如：道路、水渠、田地、以及山体等地形进行测量时一般采用的是使用RTK直接进行采集，因为在野外的这些地形测量时，遮挡物相对比较少，而且它的活动范围比较大，全站仪不易携带，可以利用RTK灵活便捷的优势，更重要的是需要人员配备少的优势，大大的提高了传统数字测量的效率。总的来说，在城市大比例测图中，两者优劣互补，相互配合，这样搭配起来是的测量方法灵活多样。6.2、将全站仪和RTK野外采集的数据进行数据处理对于全站仪和RTK野外所采集的数据需要进行内业数据传输、区分、以及数据格式。然后利用相应的成图软件进行绘图，这便是数字化测图的数据处理了。全站仪可以直接利用数据线与计算机相连接，然后选取我们所需的格式，利用相应数据传输软件进行数据传输，我们一般用“南方cass”成图软件进行数据传输，也有很多其他的软件可以进行数据传输。由于很多测量人员在利用全站仪采集数据的时候不喜欢直接利用坐标测量进行数据采集，而是采用利用控制点与目标地物的空间相对位置（包括角度和距离）的关系[8]。也就是我们常说的采用边角测量的方法，利用边角测量的方法，从全站仪中传输到计算机最原始的数据格式是.bak，然后利用计算软件，将.dat格式的控制点文件套入计算，便可得到各个目标地物实际的.dat格式的坐标文件，这时便可以直接在“南方cass”中进行展点和绘制了。而利用全站仪直接利用坐标测量目标地物的文件则直接是以.dat格式的文件传出，直接可以在“南方cass”成图软件中进行站点绘制。值得一提的是，在野外采集数据时，测量人员一般都是先在仪器中输入目标地物在“南方cass”中的代码，赋予每个点都有属性，这样在软件中展点后，可以进行简码识别，更直观的可以看出目标地物的具体属性。利用RTK进行野外数据采集，可以通过数据线或者是存储卡进行数据传输，这个时候就需要在计算机上安装RTK的数据传输驱动软件才能利用数据线或者是存储卡进行数据传输，在测量过程中同样可以输入目标地物的代码属性，然后传输出来的文件也是.dat格式出现，直接可以在“南方cass”中站野外点位并且进行简码识别，然后就可以绘制了，这样同样在绘制过程中就不需要绘制草图了。7、工程实例7.1、项目简介为丰富数字莆田地理空间框架建设项目内容，2014年江西地矿测绘院福建省分院对莆田市秀屿区南日岛进行整约为50平方千米岛的1:1000大比例尺地面数字化测图工作。由于经济的快速发展，城市建设的不断扩大，南日岛的土地面积、土地利用的状况等都发生了很大的变化。因此为了完善莆田市基础地理信息，为了更好的规划莆田的城市建设、对南日岛的大比例尺数字化测图十分必要。7.2、测区气候概况南日岛位于莆田市秀屿区，与莆田市忠门镇隔海相对，属于亚热带季风气候，年降水量1000~2300毫米，年均气温在15~21℃。四季分明，夏季盛行偏南风，冬季盛行偏北风，太阳辐射充足，冬暖夏热，无霜期长。7.3、项目设计本项目工程的直接产品必须具有合格的精度和良好的数字信息特征，必须采用CASS2008版本编辑成图，其最终成果必须要通过莆田市测绘管理站提供的大比例尺地形图入库检查监理软件的检测，以便满足莆田市空间数据库对数据的直接入库的要求。现根据招标文件项目和任务目的，根据本项工程的总体要求，以及测区实际情况编写本技术设计书，以指导在生产、检验和后期服务等各个环节的过程，做到精心组织、规范管理、严格把关，确保工程期限和产品质量满足要求。7.4、项目引用标准和作业依据（1）《国家基本比例尺地图图式第一部分：1：5001：10001：2000地形图》，GB/T20257.1-2007，以下简称《图式》；（2）《城市测量规范》，CJJ8—99，以下简称《规范》；（3）《全球定位系统（GPS）测量规范》，GB/T18314-2009；（4）《国家三、四等水准测量规范》，GB/T12898-2009；（5）《国家大地测量基本技术规定》，GB22021-2008；（6）《基础地理信息标准数据基本规定》，GB21139-2007；（7）《数字测绘成果质量检查与验收》，GB/T18316-2008；（8）《数字测绘成果质量要求》，GB/T17941-2009；（9）《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》，CH/T2009-2010；（10）《测绘技术设计规定》，CH/T1004-2005（11）《测绘技术总结编写规定》，CH/T1001-2005（12）《福建省1：5001：10001：2000基本比例尺数字地形图测绘技术规定》，FCB001-2005；（13）根据甲方技术要求书编制的并经甲方审批的《莆田市1：500数字地形图测绘技术设计书》。7.5、坐标系统和已有成果的利用（1）平面坐标系统：1980西安坐标系，中央子午线L0＝120°，采用莆田市国土资源局2005年施测的高精度三维控制网进行发展加密。（2）委托方提供的高等级控制点水准测量成果数据和莆田市似大地水准面精化成果，成果为1985国家高程基准，可用于本测区高程起算。（3）近年来有关测绘单位，在测区施测并验收合格的1:500、1:1000比例尺数字化图件成果可以作为修测底图。（4）1:50001:10000地形图、影像图可用于工作计划及引用参考[9]。图7-4上图为南日岛影像图，将该图放大可清晰的看出南日岛的具体的地物7.6、作业实施(1)控制测量因莆田市国土局提供的C、D级GPS点不能满足测区控制的需要，故在C、D级GPS点的基础上先布设E级GPS网。E级GPS点的数目为213个，具体成果见部分截图图7-5-1以及GPS布网分布图截图显示：见附图（7-5-2）、（7-5-3）图7-5-2 图7-5-3（2）图根控制测量图根控制测量是在GPS控制点上进行加密，以满足拥有足够多的野外控制点，更好的展开相应的地形图测量工作。部分成果展示表7-5-1图根控制点成果表坐标系：1980西安坐标系中央子午线：120°测量方式：GPS-RTK测量单位：江西省地矿测绘院高程系：1985国家高程基准测量时间：2013年12月序号代码点号等级X(N)坐标Y(E)坐标高程（H）1117EE007图根2790106.198447675.68510.8812117EE008图根2790080.331447634.19311.6523117EE013图根2789952.964447629.2434.6444117EE063图根2789979.285447546.249.9225117EE079图根2789931.47447511.8897.9936117EE082图根2789931.219447592.6884.5767117NA007图根2788884.284445020.4387.3108117NA011图根2788890.954445836.6877.9009117NA012图根2788963.195445881.46910.91010117NA015图根2788895.873445698.2157.53011117NA016图根2788934.067445631.8797.60012117NA018图根2789024.521445562.8018.03013117NA019图根2789104.92445583.96411.59014117NA023图根2789569.791443865.29224.68015117NA024图根2789625.885443761.67620.13016117NA030图根2789847.451443711.18219.66017117NA031图根2789973.607443787.02719.070（3）利用RTK和全站仪进行野外碎部点的采集为满足生产精度的需求，以及合理利用相应仪器的技术特点。江西地矿测绘院统一将居民地的建筑物一律用全站仪进行数据采集，这样既满足了生产所需要的测量精度，有避免了RTK在有高大建筑物，树木繁多的地方受到的信号干扰或者影响，充分利用了全站仪的精度高，摆设地点不受限制，作业方式灵活的特点。同时在野外，大量的旱地、沙地、等范围大，障碍物和遮挡物比较少的地方基本都是使用RTK进行数据采集，使用RTK时不仅能满足其生产精度的要求，同时能更好的、更快的进行野外数据采集，只需要一个人便能完成野外数据采集的所有内容，活动灵活，操作简便，大大提高了测量的效率。但是有时在野外如：在树木比较高大，RTK信号受到很大的干扰，或者是人很难走到的地方，这个时候全站仪是首选，利用全站仪的不需要卫星信号的先天优势，直接进行野外数据采集。RTK和全站仪在数字化地形测图的过程中，两者的优劣互补，相辅相成，直到把野外地物的特征点采集完毕为止。下面展示部分全站仪和RTK的原始测量数据GTS-700v3.0STNND63,1.543,BSND64,1.450,SD0.00000,89.48290,34.3900SS1,0.000,F-H3SD182.19450,80.51400,33.3800SS2,0.000,-SD196.34190,83.12490,20.0840SS3,0.000,-SD208.29260,83.12450,16.6020SS4,0.000,-SD264.55360,77.31180,12.1980SS5,0.000,F-PSD166.03150,92.13090,16.6830SS6,0.000,-SD176.21510,90.27540,16.7660SS7,0.000,F-SSD187.19220,90.27560,18.5030上面是用利用全站仪进行野外数据采集是用的斜距测量方法的数据下面展示转换成.dat格式的坐标数据利用电子表格的形式打开如下表：表7-5-2点号编码y值x值高程ND64449425.827896814.6281F-H3449477.727896384.5312-449464.127896434.5333-449459.227896444.5424-449446.227896494.5335F-P449467.927896525.3246-449466.527896505.3267F-S449465.627896465.2338-449466.927896485.2359-449468.327896475.23210F-S449466.927896456.23411-449470.427896516.3111244947427896405.44213F449508.827896505.45314-449509.927896515.45715-449514.527896565.46016F-S449465.227896636.45517-449462.527896656.46018-449466.727896696.45219F-P449466.727896695.11120-449467.627896655.12121-44946627896705.12522F-S449468.827896674.55523-449465.92