測繪工程畢業(yè)論文-gps-rtk和全站儀在龍巖學院大比例尺測圖中的聯(lián)合應用

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　GPS-RTK和全站儀在龍巖學院大比例尺測圖中的聯(lián)合應用</p><p>　　GPS-RTK和全站儀在龍巖學院大比例尺測圖中的聯(lián)合應用</p><p>　　【摘要】 隨著科學技

2、術(shù)的進步，發(fā)展 和測量儀器的更新?lián)Q代，GPS-RTK和全站儀在城市大比例尺測圖中的廣泛應用；全站儀、GPS-RTK在數(shù)字化地形測量中配合使用操作，并且可以方便、快速、準確地將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成成圖軟件所需要的數(shù)據(jù)格式，極大地提高了內(nèi)業(yè)的工作效率，在實際工作中取得了明顯的經(jīng)濟效益。</p><p>　　【關(guān)鍵字】 GPS-RTK；全站儀；地形測量</p><p><b>　　目錄<

3、;/b></p><p><b>　　1.引言：3</b></p><p>　　2.全站儀的介紹3</p><p>　　2.1全站儀的發(fā)展簡史3</p><p>　　3.全站儀的使用和工作原理3</p><p>　　3.1全站儀的使用方法和范圍3</p><p&

4、gt;　　3.2全站儀的使用注意事項與檢驗3</p><p>　　3.3全站儀在碎步測量中的工作原理3</p><p>　　4.GPS的介紹3</p><p>　　4.1 GPS的系統(tǒng)組成及工作原理3</p><p>　　4.1.1 GPS的系統(tǒng)組成3</p><p>　　4.1.2 GPS定位原理4<

5、;/p><p>　　4.2 GPS-RTK在野外地形測圖采集數(shù)據(jù)的原理4</p><p>　?。担緝x和GPS-RTK在地形測量中的使用4</p><p><b>　　5.1控制測量4</b></p><p>　　5.2數(shù)字化測圖比例尺[12]4</p><p>　　5.3全站儀與GPS-R

6、TK在野外作業(yè)中配合使用5</p><p>　　6.數(shù)字化校園實例5</p><p>　　6.1 工程簡介5</p><p><b>　　6.2氣候環(huán)境5</b></p><p>　　6.3 工程設計5</p><p>　　6.4 坐標系統(tǒng)和作業(yè)依據(jù)[14]5</p>&

7、lt;p>　　6.5 控制導線的測量5</p><p>　　6.6 工程實測7</p><p>　　6.7 全站儀和GPS-RTK動態(tài)數(shù)據(jù)的處理10</p><p><b>　　7.結(jié)束語11</b></p><p><b>　　8.致謝信11</b></p><

8、p><b>　　參考文獻12</b></p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　80年代以來，GPS-RTK和全站儀測量技術(shù)發(fā)展很快；近幾年來，又有重大的突破；測量儀器精度不斷提高，誤差更小，穩(wěn)定性強，操作越來越方便，簡單；為滿足城市建設和發(fā)展的需要，數(shù)字化地形圖作為空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時為我國城市可持續(xù)發(fā)展、城市社會

9、和公眾服務等諸多領(lǐng)域中起到重要的作用；現(xiàn)代數(shù)字測圖所需求的是全天候、全自動、全方位的測量體系[1]，全站儀和GPS-RTK實時動態(tài)測量技術(shù)已經(jīng)成功并且廣泛應用于諸多實地工程測量領(lǐng)域；特別是全站儀和GPS-RTK實時動態(tài)測量在城市大比例尺的地形測量中的配合應用，兩者在測量過程中可以優(yōu)劣互補，相比傳統(tǒng)的地面地形測圖，節(jié)約大量時間、人力物力，更是大大提高了地形測量的工作效率；本文通過實例進一步介紹全站儀、GPS-RTK在地形測量中的聯(lián)合測圖中

10、的應用[2]。</p><p><b>　　2.全站儀的介紹</b></p><p>　　2.1全站儀的發(fā)展簡史</p><p>　　(1).19世紀游標經(jīng)緯儀</p><p>　　(2).20世紀光學經(jīng)緯儀逐漸取代游標經(jīng)緯儀</p><p>　　(3).20世紀40年代末，光電測距儀和激光測距儀

11、相繼問世</p><p>　　(4).1968年西德OPTONT研制了Red Elda14全站型電子速測儀</p><p>　　(5).之后國外全站型電子速測儀逐漸進入國內(nèi)市場。</p><p>　　(6).進入21世紀后，全站儀逐漸走向普及，國產(chǎn)品牌逐步成熟</p><p>　　3.全站儀的使用和工作原理</p><p&

12、gt;　　3.1全站儀的使用方法和范圍</p><p>　　全站儀，即全站型電子速測儀具有角度、距離（包括斜距、平距、高差）、交會定點、導線、三維坐標、和放樣測量等多種用途[3]；現(xiàn)代社會上全站儀已經(jīng)廣泛應用在地形測量、橋梁測量、礦山測量、隧道測量等工程中。</p><p>　　3.2全站儀的使用注意事項與檢驗</p><p>　　隨著全站儀的日益普及，加上全站儀本

13、身是一種高精度的儀器，如何檢測其質(zhì)量尤為重要。為了評定全站儀的質(zhì)量，保證其測距，測角的精度，必須對全站儀進行檢驗，檢定周期為1年。</p><p>　　3.3全站儀在碎步測量中的工作原理</p><p>　　全站儀在數(shù)字化測圖時，采集野外碎部點時，在測站點照準后視點定向之后便可開始采集野外碎部點了，將望遠鏡對準野外的特征點，然后利用全站儀的傳感器選擇有棱鏡或者無棱鏡的方式進行打點，這時全站

14、儀會利用數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)自動計算碎部點的坐標，然后會自動將碎部點的坐標數(shù)據(jù)讀入儀器的存儲器中，儀器還可以根據(jù)具體地物屬性輸入該地物在軟件中相應的代碼，便于內(nèi)業(yè)成圖處理；野外數(shù)據(jù)采集完畢后，將全站儀得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成南方CASS軟件所需要的點文件格式，最后導入計算機進行數(shù)據(jù)處理成圖。這便是全站儀在采集野外碎部點的相應采集原理和內(nèi)業(yè)成圖工作。</p><p><b>　　4.GPS的介紹</b><

15、;/p><p>　　4.1 GPS的系統(tǒng)組成及工作原理</p><p>　　4.1.1 GPS的系統(tǒng)組成</p><p>　　GPS系統(tǒng)主要由三部分組成：空間星座，地面監(jiān)測，用戶設備部分組成；空間衛(wèi)星星座由２４顆（３顆備用）衛(wèi)星組成；地面監(jiān)控部分由分布在全球５個地面站組成；用戶設備由GPS接收機硬件和數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理機和終端設備組成，GPS用戶的要求不同，GPS接

16、收機也有許多不同的類型。</p><p>　　4.1.2 GPS定位原理</p><p>　　GPS的定位包括GPS絕對定位和GPS相對定位[4]；GPS絕對定位是以地球質(zhì)心為參考點，確定接收機天線在WGS-84坐標系中的絕對位置，以GPS衛(wèi)星和用戶接收機天線之間的距離觀測量為基準，根據(jù)已知的衛(wèi)星瞬時坐標來確定用戶接收機天線所處的位置；絕對定位根據(jù)用戶接收機天線所處的狀態(tài)不同，可以分為動態(tài)

17、絕對定位和靜態(tài)絕對定位；GPS相對定位也叫差分GPS定位是目前GPS測量中定位精度最高的定位方法，它廣泛應用于大地測量，精密工程測量。地球動力學的研究及精密導航中[5]。</p><p>　　4.2 GPS-RTK在野外地形測圖采集數(shù)據(jù)的原理</p><p>　　將電磁波信號發(fā)射臺從地面點轉(zhuǎn)移到衛(wèi)星上，組成一個衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，利用無線電測距交會的原理，便可由三個以上地面已知點（控制點）交

18、會出衛(wèi)星的位置，反之利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會出地面未知點（用戶接收機）的位置 [6] </p><p>　　GPS-RTK測量時有一個基準站和一個移動站，基準站一般都擺設在已知點上是不動的，而移動站是用來采集野外數(shù)據(jù)用的[7]?；鶞收竞鸵苿诱痉謩e都有設有GPS接收機；GPS信號從衛(wèi)星發(fā)出，分別傳送到移動站和基準站；而且實際上受到大氣影響會產(chǎn)生很多誤差（由于電磁波在真空的中的傳播速度是固定的，然后它在

19、空氣中傳播速度會受到溫度、密度等因素的影響而比實際要慢些），而這些誤差實際上是無法精確測定（因為溫度和大氣壓強都是實時變化的），因此基準站和移動站的實際準確位置都無法測定[8]；但是由于衛(wèi)星離地球的距離相對于基準站和移動站之間的距離是非常大的，所以基準站和移動站之間的距離可以忽略不計，因此可以認為信號從衛(wèi)星傳到基準站跟從衛(wèi)星傳到移動站的路徑相同，誤差也就相同，所以把這兩個作差這個誤差常數(shù)就可以抵消，就可以得到移動站到基準站的一個距離向量

20、。而基準站坐標已知，那么移動站的坐標就是基準站坐標加上這個坐標差；而基準站和移動站之間通過電臺信號或GPRS等數(shù)據(jù)鏈進行數(shù)據(jù)傳輸，實時解算這個坐標差值，這就是GPS-RTK測量過程中的基本原理[9]。</p><p>　?。担緝x和GPS-RTK在地形測量中的使用</p><p><b>　　5.1控制測量</b></p><p>　　第一，

21、控制測量是在所要測的測區(qū)范圍內(nèi)根據(jù)具體的精度要求建立所需要的的控制網(wǎng)如三角網(wǎng)、導線網(wǎng)等以方便各個局部的地形測量的工作獨立的進行；第二，布設控制點，布設控制點的時候必須保證該控制點不易受到外界的破壞，易識別，并做好數(shù)據(jù)的記錄；第三，進行測量，根據(jù)已知的控制點對布設的控制點進行夾角測量，距離測量，記錄好點號，高差，儀器高等數(shù)據(jù)作為原始數(shù)據(jù)，控制好各項限差；第四，對原始數(shù)據(jù)的處理，根據(jù)野外所測的原始數(shù)據(jù)，算出每個控制點的夾角，控制點之間的距離

22、，控制點的高程等；第五，導線平差，根據(jù)已知點的坐標和控制點之間的距離，采用坐標正算得出各個控制點的坐標。現(xiàn)在的外業(yè)原則是：先整體再局部，先控制再碎部，先高級再低級，逐漸遞進的原則[10]。使所測地區(qū)的地形圖能夠構(gòu)成一張完整的控制網(wǎng)，并且精度相對均勻[11]。</p><p>　　5.2數(shù)字化測圖比例尺[12]</p><p>　　圖5-1 常用測圖比例尺</p><p

23、>　　5.3全站儀與GPS-RTK在野外作業(yè)中配合使用</p><p>　　根據(jù)全站儀和GPS-RTK的本身特點，在實際測量中兩者優(yōu)劣互補，配合使用，從而大大提高作業(yè)效率[13]。</p><p>　　首先，在大比例尺數(shù)字化測圖中有高大建筑物、樹木等遮擋物導致信號較差時，就可以采用全站儀測量，因為全站儀不需要接受衛(wèi)星信號，全站儀在數(shù)字化地形測圖測量中的精度相對較高，使用靈活；但是全站

24、儀需要通視，在有障礙物遮擋視線的地方就可以采用GPS-RTK技術(shù)進行測量， GPS-RTK技術(shù)不要求通視，只要能穩(wěn)定接收到衛(wèi)星信號且手簿顯示固定解時就可以進行測量；GPS-RTK具有全天候作業(yè)、不受常規(guī)的多個技術(shù)條件限制。其次，在測區(qū)內(nèi)因為控制點的損壞無法進行定向時，可以采用GPS-RTK技術(shù)進行測量，因為不需要定向，只要連接相關(guān)網(wǎng)絡、藍牙和輸入當?shù)氐钠邊?shù)據(jù)或者在已知點上進行校核，但是必須保證在限差范圍之內(nèi)，這樣就可以直接采集數(shù)據(jù)，在

25、之后內(nèi)業(yè)處理發(fā)現(xiàn)需要一些補點、重測中，就可以采用GPS-RTK，因為只要一個人單獨就可以完成的，從而大大節(jié)約人力物力。最后，RTK精度可達到厘米級，跟全站儀的精度相當，二者聯(lián)合測圖可以大大提高大比例尺城市測圖的精度，從而全站儀與GPS-RTK的聯(lián)合測圖方法能夠很好地被很多工程測量采用。</p><p><b>　　6.數(shù)字化校園實例</b></p><p><b

26、>　　6.1 工程簡介</b></p><p>　　為龍巖學院的規(guī)劃建設，豐富校園的設施建設，對龍巖學院及周邊村進行1:500的大比例尺地面數(shù)字化測圖；近幾年學校規(guī)模的不斷擴大，因此為了更好的規(guī)劃校園建設，完善校園的硬件設施，根據(jù)精度要求對龍巖學院及周邊村進行大比例尺測圖。</p><p><b>　　6.2氣候環(huán)境</b></p>&

27、lt;p>　　龍巖學院位于福建省龍巖市新羅區(qū)東肖鎮(zhèn)，新羅區(qū)平均海拔685多米，龍巖市新羅區(qū)屬于亞熱帶季風氣候地區(qū)，平均氣溫攝氏18-22度，平均降水量為1700-2000毫米。 </p><p><b>　　6.3 工程設計</b></p><p>　　現(xiàn)根據(jù)招標文件項目和任務目的，根據(jù)本項工程的總體要求，以及測區(qū)實際情況編寫本技術(shù)設計書，以指導在生產(chǎn)

28、、檢驗和后期服務等各個環(huán)節(jié)的過程，做到精心組織、規(guī)范管理、嚴格把關(guān)，確保工程期限和產(chǎn)品質(zhì)量滿足要求。很據(jù)要求布設整個學校的控制導線，控制點保持通視，無阻擋；學校內(nèi)有D64、K4、K5已知點用來導線測量，碎步測量定向用；按精度要求，布設整個學校的控制導線網(wǎng)B1-B27繞學校一周；并在各個選好的已知點上做好標記，并且保證不易被人為損壞，做好記錄；遇到一些存在測量障礙的必要的地理要素，配合著GPS-RTK的使用可以很好的進行測圖，如果有大樹或

29、者高大建筑物的擋著信號可以進行用全站儀引支導線來增加測站點進行測量，確保測區(qū)的地形地貌的詳細豐富，從而得到一幅完整的地形圖；數(shù)據(jù)采集完畢后將數(shù)據(jù)導出然后采用南方CASS成圖軟件對測量數(shù)據(jù)進行成圖標注。</p><p>　　6.4 坐標系統(tǒng)和作業(yè)依據(jù)[14]</p><p>　　(1)平面坐標系統(tǒng)：1980西安坐標系</p><p>　　(2)《國家基本比例尺地圖圖式

30、第一部分：1：500 1：1000 1：2000地形圖》， GB/T20257.1-2007</p><p>　　(3)《城市測量規(guī)范》，CJJ/T8-2001</p><p>　　(4)《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》，GB/T18314-2009</p><p>　　(5)《國家三、四等水準測量規(guī)范》，GB/T12898-2009</p>&

31、lt;p>　　(6)《測繪技術(shù)設計規(guī)定》，CH/T1004-2005</p><p>　　6.5 控制導線的測量</p><p>　　根據(jù)校內(nèi)已有的D64、K4、K5控制點坐標，根據(jù)精度等級的要求，利用全站儀在已知點進行控制導線測量得到各控制點如表6-1；</p><p>　　表6-1 龍巖學院控制點坐標</p><p>　　內(nèi)業(yè)處理

32、—利用“南方CASS”成圖軟件進行繪圖，打開“南方CASS”成圖軟件，進行展野外點位，選擇打開相應的.dat格式的點文件就可得到到如下圖6-1。</p><p>　　圖6-1 龍巖學院控制點展開圖</p><p>　　把控制導線上的控制點在南方CASS環(huán)境下打開并采用多段線連線得到如下圖6-2的黃色導線網(wǎng)</p><p>　　圖6-2 龍巖學院控制導線圖<

33、/p><p><b>　　6.6 工程實測</b></p><p>　　根據(jù)控制導線和控制點展開對周邊地形測圖的工作，在滿足精度要求在對建筑物大部分采用全站儀進行測量，這樣既滿足了生產(chǎn)所需要的測量精度，又避免了GPS-RTK在有高大建筑物，樹木繁多的地方受到的信號干擾或者影響：如圖6-3</p><p>　　圖6-3 蓮圣村局部地形圖</p

34、><p>　　而在操場障礙物和遮擋物比較少的地方基本都是使用GPS-RTK進行數(shù)據(jù)采集，能更好的、更快的進行野外數(shù)據(jù)采集，而且只需要一個人便能完成野外數(shù)據(jù)采集的所有內(nèi)容，活動靈活，操作簡便，大大提高了測量的效率，數(shù)據(jù)格式如表6-2：</p><p>　　表6-2 龍巖學院東區(qū)田徑場RTK數(shù)據(jù)</p><p>　　GPS-RTK實時動態(tài)的野外獲得測量數(shù)據(jù)在南方CASS環(huán)

35、境下展開的高程點和高程，如圖6-4：</p><p>　　圖6-4 龍巖學院東區(qū)田徑場圖</p><p>　　在內(nèi)業(yè)成圖的時候發(fā)現(xiàn)某個地方漏測，不影響信號的也可以采用GPS-RTK進行補點；方便，效率快。如果信號不允許的，采用全站儀引支導線法進行補測。</p><p>　　6.7 全站儀和GPS-RTK動態(tài)數(shù)據(jù)的處理</p><p>　　全

36、站儀可以直接利用數(shù)據(jù)線與計算機相連接，然后選取我們所需的格式，利用相應數(shù)據(jù)傳輸軟件進行數(shù)據(jù)傳輸，我們一般用南方CASS成圖軟件進行數(shù)據(jù)傳輸，也有很多其他的軟件可以進行數(shù)據(jù)傳輸。由于很多測量人員在利用全站儀采集數(shù)據(jù)的時候不喜歡直接利用坐標測量進行數(shù)據(jù)采集，而是采用利用控制點與目標地物的空間相對位置（包括角度和距離）的關(guān)系。也就是我們常說的采用邊角測量的方法，利用邊角測量的方法，從全站儀中傳輸?shù)接嬎銠C最原始的數(shù)據(jù)格式是.DAT, 然后利用計

37、算軟件，將.DAT格式的控制點文件套入計算，便可得到各個目標地物實際的.DAT格式的坐標文件，這時便可以直接在南方CASS中進行展點和繪制了。而利用全站儀直接利用坐標測量目標地物的文件則直接是以.DAT格式的文件傳出，直接可以在南方CASS成圖軟件中進行站點繪制。值得一提的是，在野外采集數(shù)據(jù)時，測量人員一般都是先在儀器中輸入目標地物在南方CASS中的代碼，賦予每個點都有屬性，這樣在軟件中展點后，可以進行簡碼識別，更直觀的可以看出目標地物

38、的具體屬性。</p><p>　　利用RTK進行野外數(shù)據(jù)采集，可以通過數(shù)據(jù)線或者是存儲卡進行數(shù)據(jù)傳輸，這個時候就需要在計算機上安裝RTK的數(shù)據(jù)傳輸驅(qū)動軟件才能利用數(shù)據(jù)線或者是存儲卡進行數(shù)據(jù)傳輸，在測量過程中同樣可以輸入目標地物的代碼屬性，然后傳輸出來的文件也是.DAT格式出現(xiàn)，直接可以在南方CASS中站野外點位并且進行簡碼識別，然后就可以繪制了，這樣同樣在繪制過程中就不需要繪制草圖了[15]。</p>

39、<p>　　根據(jù)實地的地物特征，要素屬性在南方CASS軟件中采用對應的工具對測區(qū)的地物地貌進行連接描繪，地形圖更加生動更加具體；如圖6-5。</p><p>　　圖6-5 龍巖學院整體地形圖</p><p><b>　　7.結(jié)束語</b></p><p>　　本文通過對全站儀和GPS-RTK的認識，使用，了解到全站儀具有精度高、

40、操作快等優(yōu)點，GPS-RTK具有全球性、全天候用于測量，且無需測點間通視；我更加清楚在當前地形測圖中全站儀跟GPS-RTK的聯(lián)合使用模式最快捷、滿足生產(chǎn)精度、同時具有操作簡易、高效率的特點；是當前測量人員都與地面數(shù)字化測圖的首選。根據(jù)測區(qū)的具體情況如：視野是否開闊、是否有高大建筑物等遮擋物、是否有高精度的要求、是否通視良好等，對全站儀和GPS-RTK的選擇或者搭配使用，從而節(jié)約大量時間、人力物力，更是大大提高了地形測量的工作效率和地圖精

41、度，推動地形測繪邁向一個新的階段。</p><p><b>　　致謝信</b></p><p>　　時光荏苒，離別的鐘聲悄然響起，我的內(nèi)心也充滿無限感慨。四年青春里，我曾彷徨過，悲傷過，自豪過，失落過，但卻收獲很多——師生間的感情，同學間的友情以及室友間的親情。</p><p>　　畢業(yè)在即，感謝各位老師對我的論文提寶貴的建議，特別感謝賈秀麗老

42、師對我畢業(yè)論文上的細心指導，也感謝其他老師在學習生活上的幫助，讓我不斷進步，無論學習還是思想上。</p><p>　　感謝同學們在我大學四年的學習，生活上的幫助，讓我深切地感受到友誼的真摯，是你們給我的大學生活留下美好的回憶。</p><p>　　最后感謝我的父母、家人，是他們在背后給我支持、幫助，為我付出了很多心血，在我未來的人生路上，我會更加努力進取，實現(xiàn)自己的人生價值。</p&

43、gt;<p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 孔祥元，郭際明，劉宗泉.大地測量學基礎(chǔ)[M].武漢：武漢大學出版社，2001.</p><p>　　[2] 潘正風.數(shù)字測圖原理與方法[M]，武漢：武漢大學出版，2004,89-92．</p><p>　　[3] GB/T50228-96，工程測量基本術(shù)語標

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45、T18314-2001，全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范[S]．</p><p>　　[8] 熊先鋒，孫文君，淺談地質(zhì)工程測量中GPS技術(shù)的應用，科技創(chuàng)新導報，2011，（36）</p><p>　　[9] 賀英魁，羅強.GPS測量技術(shù).重慶：重慶大學出版社.2010.2.</p><p>　　[10] 王風榮．野外數(shù)字化測圖方法與流程研究[A],2004．</

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48、 of engineering</p><p>　　[Abstract]: with the progress of science and technology, development and upgrading of a measuring instrument, GPS RTK and total station is widely used in large scale mapping in

49、the city; Total station, GPS - RTK in digital terrain measurement used in the operation, and can be convenient, fast and accurate measurement data into into figure software need data format, greatly improve the efficienc