工程测量技术毕业论文 GPS在地形测量中的应用

GPS在地形测量中的应用

武汉大学测绘学院江苏省测绘局函授站专业:工程测量技术

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二零一八年三月

目录

摘要 (1)

第一章概论 (2)

第二章RTK技术用于各种控制测量 (3)

第三章RTK测量技术原理及测量方法 (4)

3.1 基本原理 (4)

3.2 RTK的测量方法 (4)

3.2.1 “无投影”法 (4)

3.2.2 “键入参数”法 (4)

3.2.3 流动站距基准站的距离 (5)

第四章GPS RTK 在地形测量中的应用 (6)

4.1 测区简介 (6)

4.2 外业测量前期准备 (6)

4.2.1 数据采集 (6)

4.2.2 解算参数 (7)

4.2.3 参数检较 (9)

4.3 控制点的布设 (9)

4.4 外业施测时遇到的问题以及解决方案 (9)

4.4.1 碎部测量中遇到的问题 (9)

4.4.2 内业成图时遇到的问题 (10)

4.4.3 自检 (10)

4.4.4 结论 (11)

第五章结论 (12)

参考文献 (13)

摘要

GPS是当今信息社会最活跃,发展最快的科学技术之一,并且GPS已逐渐成为人们收集、处理信息最强有力的工具。GPS技术已渗透到土地测绘当中并发挥着重要的作用。本文着重阐述了GPS 在地形测量项目中的应用。

【关键词】:地形测量 GPS RTK 控制测量七参数

第一章概论

地形测图是为城市、矿区以及为各种工程提供不同比例尺的地形图,以满足城镇规划和各种经济建设的需要。地形及房地产测量是精确测定土地权属界址点的位置,同时测绘供土地和房产管理部门使用的大比例尺的地形平面图和房产图,并量算土地和房屋面积。

用常规的测图方法(如用经纬仪、测距仪等)通常是先布设控制网点,这种控制网一般是在国家高等级控制网点的基础上加密次级控制网点。最后依据加密的控制点和图根控制点,测定地物点和地形点在图上的位置并按照一定的规律和符号绘制成平面图。

GPS新技术的出现,可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标。特别是应用RTK 新技术,甚至可以不布设各级控制点,仅依据一定数量的基准控制点,便可以高精度并快速地测定界址点、地形点、地物点的坐标,利用测图软件可以在野外一次测绘成电子地图,然后通过计算机和绘图仪、打印机输出各种比例尺的图件。

应用RTK技术进行定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(如伪距或相位观测值)及已知数据(如基准站点坐标)实时传输给流动站GPS接收机,流动站快速求解整周模糊度,在观测到四颗卫星后,可以实时地求解出厘米级的流动站动态位置。这比GPS静态、快速静态定位需要事后进行处理来说,其定位效率会大大提高。故RTK技术一出现,其在测量中的应用立刻受到人们的重视和青睐。

第二章RTK技术用于各种控制测量

地形测图一般是首先根据控制点加密图根控制点,然后在图根控制点上用经纬仪测图法或平板仪测图法测绘地形图。近几年发展到用全球仪和电子手簿采用地物编码的方法,利用测图软件测绘地形图。但都要求测站点与被测的周围地物地貌等碎部点之间通视,而且至少要求2-3人操作。

采用RTK技术进行测图时,仅需一人背着仪器在要测的碎部点上呆上一、二秒钟并同时输入特征编码,通过电子手簿或便携微机记录,在点位精度合乎要求的情况下,把一个区域内的地形地物点位测定后回到室内或在野外,由专业测图软件可以输出所要求的地形图。用RTK技术测定点位不要求点间通视,仅需一人操作,便可完成测图工作,大大提高了测图的工作效率。

同上述测绘地形图一样,能实时测定有关界址点及一些地物点的位置并能达到要求的厘米级精度。将GPS获得的数据处理后直接录入GPS系统,可及时地精确地获得地形和房地产图。但在影响GPS卫星信号接收的遮蔽地带,应使用全站仪、测距仪、经纬仪等测量工具,采用解析法或图解法进行细部测量。

在建设用地勘测定界测量中,RTK技术可实时地测定界桩位置,确定土地使用界限范围、计算用地面积。利用RTK技术进行勘测定界放样是坐标的直接放样,建设用地勘测定界中的面积量算,实际上由GPS软件中的面积计算功能直接计算并进性检核。避免了常规的解析法放样的复杂性,简化了建设用地勘测定界的工作程序。

第三章RTK测量技术原理及测量方法

3.1 基本原理

RTK(Real Time Kinematic)测量技术又称载波相位差分技术,是以WGS-84坐标为基础的全球通用的一种动态测量技术,实时处理基准站、流动站两个测站载波相位观测值的差分方法。它又可分为修正法和差分法。修正法是将基准站的载波相位修正值发送给流动站,改正流动站所接收到的载波相位,进而解求坐标,也称准RTK;差分法是将基准站采集到的载波相位发送给流动站,进行求差解算坐标,即真正的RTK。

RTK的关键技术在于数据处理技术和数据传输技术,RTK定位要求基准站接收机观测到的载波相位观测值及基准站坐标等通过数据通信链实时传送给流动站接收机,流动站不仅仅通过数据链接收来自基准站各项数据,而且还要采集GPS观测数据,并在系统内组成差分观测值进行实时处理,求得高精度的定位结果。

3.2 RTK的测量方法

3.2.1 “无投影”法

直接用接收机在基准站和流动站接收WGS-84坐标,其后利用观测的已知的WGS-84坐标和相应的地方坐标根据一定的数学模型进行转换。这种方法基准站不一定安置在已知点上,但根据不同的转换方法,需要观测一定数量的已知点。

3.2.2 “键入参数”法

把用静态观测求得的WGS-84坐标和地方坐标键入到手簿中,进行转换,也可以置入静态观测平差时求取的转换参数。该方法基准站须架设在已知点上,但可以不观测其它已知点。

设置一台GPS接收机作为基准站,并将一些必要的数据如基准站的坐标、高程、坐标转换参数等输入GPS控制手簿,一台或几台GPS接收机设置为流动站。基准站和流动站同时接收卫星信号,基准站将接收到的卫星信号通过基准站电台发送到流动站,流动站将接收到的卫星信号与基准站发来的信号传输到控制手簿进行实时差分及平差处理,实时得到本站的坐标和高程及其精度指标等,并随时将实测精度和预设精度指标进行比较,一旦实测精度达到预设精度指标的要求,手簿将提示测量人员是否接受该成果,接受后手簿将测得的坐标、高程及精度同时存储到手簿中。

3.2.3 流动站距基准站的距离

RTK数据链无线电发射机的工作频率目前采用UHF频段,当功率一定时,发射距离随天线高度增加而增加。该计算距离只能保证厘米级精度,要满足精度,对于一、二级控制点及界址点一般流动站距基准站的距离不要超过8公里。且要基站和移动台的频率一致,使的移动台能很好的接收到差分信号。

第四章GPS RTK 在地形测量中的应用

而GPS技术在农业土地整理也有相当广泛的应用,主要是RTK技术发挥了极大的作用。正是这种技术的出现,不仅节省了大量的人力、物力还大大节省了外业的观测时间。下面以仪征市大仪镇万集村土地整理项目为例阐述GSP在地形测量中的应用:4.1 测区简介

万集村位于江苏省仪征市大仪镇西南面,省道S333将其分割成两部分。地形以丘陵地为主,地形复杂,农田(水天、旱地、荒地)居多。居民地分散,水系比较发达,交通便利,地形复杂。

4.2 外业测量前期准备

4.2.1 数据采集

由于参数的计算需用到各个点的BJ-54坐标和WGS-84坐标,而委托单位所提供的数据只有BJ-54坐标,这就需要我们自己去采集每个点的WGS-84坐标。首先,在已知点上架设脚架,将GPS移动台接收机放在脚架上并量取仪器高。然后,在手薄上新建一个项目坐标系统设置为WGS-84坐标。一切就绪以后用平滑采集(采集5次)采集点的坐标。用同样的方法采集其他点的坐标,作好记录工作。

解算参数所需要四个控制点的坐标(各个点的BJ-54当地坐标和WGS-84经纬度坐标):

4.2.2 解算参数

打开参数解算软件投影方式为高斯投影3度带设置投影参数中央子午线为120度,如图4-1:

图4-1 参数解算软件投影设置

将解算参数所需点的坐标依次输入软件里,如图4-2:

图4-2 解算参数所需点坐标

图4-3 计算结果

各个点的坐标输入完毕后在软件上点击计算并按确定,确定后对框中显示的数据就是所求七参数,如图4-4:

图4-4 七参数结果

4.2.3 参数检较

把参数输入到GPS手簿中,在测区中测量已知点的坐标,把测的点的坐标与委托单位所提供的坐标进行比较。如果差值在要求精度范围内,说明所求的参数是正确的,反之要检查计算时是否出错。

4.3 控制点的布设

在已知点上架设好基站后,将所求的参数输入到手薄上。一切就绪后到测区进行选点。而点的位置要选在土质要好的地方,防止时间长了点是位置有沉降和偏移。需要注意的是在要先在地面上扎一段木桩后,再将钉子钉在木桩上。把仪器架设在该点上测量其BJ-54坐标,且做好每一个点的点之记。绘制好控制点

图4-5 控制点网图

4.4 外业施测时遇到的问题以及解决方案

4.4.1 碎部测量中遇到的问题

一般测量采用键入参数法,这种方法可以提高工作效率。外业人员在基准站架好仪器即可开始测量了,一般留一个人在基站看护仪器。而施测的组为两人一组,一人抗着仪器测量点,一个人负责把画好草图。保证内业画图是可以很好的连接每一点,而且画土的人也要标注每块地方的地物地貌。

当我们满怀信心的去进行碎部测量的时候,一盆冷水浇了下来。在离开基站一定的距离后我们的移动站接收机不能很好的接收基站的差分信号,通过多方面的证实。问题出在我们控制点的选取上,在几个控制点的周围高压线和大面积的水域以及对信号有影响的发射塔。

接下来我们的控制点进行了重新布设,这次我们把点的位置选在土质比较好的地方。且点的周围没有任何的遮挡物,也避开了对信号发射有干扰的地物。

4.4.2 内业成图时遇到的问题

碎部测量的结束后,将外业测量的数据。通过配套的软件和数据线传输到电脑上,并用南方CASS成图软件将所测的数据绘制成图。在绘图的过程发现了在测量当中留下来的一些问题:

部分村庄房屋范围表示的不太精确。

房屋周围的植被、水塘有所遗漏。

部分田块、水塘缺少高程。

部分田坎和田埂表示的不太明确。

田埂连接有错误,小田埂有遗漏。

地物表示有误

由于房屋周围GPS信号差,所以在对房屋周围测量的时候要全站仪的配合才能准确的把房屋的范围准确的表示出来。同时也可以准确的将房屋周围的地物准确的表示出来,这样也节省了大量的时间。其他的问题则用RTK到有错误的地方实地测量加以纠正。

4.4.3 自检

当细部测量完全结束后,根据所得的实地图形到测区去查漏补缺,进一步完善图形。

检查主要技术依据:

1)《城市测量规范》(CJJ 8-99)

2)《全球定位系统城市测量技术规程》(CJJ73-97)

3)《1:500 1:1000 1:2000地形图图式》(GB/T7929)

4) CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》

5) CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》

6)GB/T 18316-2001《数字测绘产品检查验收规定与质量评定》

7) GB 12897—91《国家一、二等水准测量规范》

8) CJJ 8-99《城市测量规范》等国家、行业标准以及被检测绘项目的技术设计

书,对各类测绘成果的数学精度、地理精度、数据质量、附件质量等相应质量特性进行了检查。

4.4.4 结论

考虑到GPS有信号干扰的问题,在控制网布设的时候要控制点的位置要尽量选在地势比较高、地面比较空阔、没有对基站信号发射有干扰的地物的地方,要远离大面积的水域和高压线。在碎部测量的时候要把GPS和全站仪配合使用,保证每一个地物的正确和准确.

检查没有地物遗漏,且图上地物地貌表示正确后。根据要求对图面进行进一步的完善,修饰完后队长检查无误后上交测量成果。

第五章结论

1、GPS正在越来越多的测量工作中得到应用,其在地形测量中的应用就是一例,RTK技术与其它测量仪器和测量方法相比具有不能比拟的优势。

2、RTK方式出现后不要马上开始测量,要等GPS稳定约20分钟左右才能开始测量,否则将有较大的误差,代入记录数据后,如正常工作以后则其记录方式不受影响。

3、电台信号不能太远,根据我们的作业经验,RTK的范围以不超过10km为原则,否则解算速度、精度等都大受影响。

4、利用RTK进行地形测量,不受天气、地形、通视等条件的限制,工作效率比传统方法提高3-4倍。

5、利用RTK技术比传统方法大大节省人力。

6、GPS RTK技术因高效率、灵活、误差不积累、厘米级的高精度越来越受到测绘人员的青睐。RTK高程精度低于平面精度,而地形测量对高程的精度要求较低。因此,RTK技术应用来进行地形一、二级控制和界址点测量是目前较为理想的方法,在勘测定界中优势尤为突出。也就是说,RTK测量方法可以替代常规的一二级导线测量及图根控制、界址点测量。

7、与静态、快速静态GPS测量相比较,RTK无足够的几何检核条件,笔者认为不宜用来作首级控制。在使用RTK布设加密控制点时要加强检核,若代替一、二级点时可以采取在不同的基准站上分别独立施测或设立双基站的方式施测,取中数使用,这样不但避免了粗差,而且使点位精度得到提高。

8、RTK定位的数据处理主要是基准站和流动站间的单基线处理,而基准站和流动站的观测数据质量及无线电信号的传播质量对定位精度的影响极大。因此,把基准站设立在要进行RTK测量区域的较高点上,提高基准站和流动站天线的架设高度。

9、RTK测点必须在求取WGS-84坐标到地方坐标系转换参数的高级控制点的范围内,同时尽量均匀分布,最高、最低点也尽可能选点。

10、应用RTK技术,使得地形测绘的精度、作业效率和实时性达到最佳的融合。随着数据传输能力的增强,数据的稳健性,抗干扰性水平和软件水平的提高,传输距离的增加,RTK技术将在地形测量和其他领域得到更广阔的应用。

参考文献

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[2] 耿宏锁.巨娟丽.殷彦平.地形控制测量GPS网的设计与实践[J].水利与建筑工程学报,2004,2(1):40—42

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[4]TD 1001-93,城镇地形调查规程[S]

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[10] 全球定位系统城市测量技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1997

[11] 詹长根,唐祥云,刘丽等.地形测量学[M].武汉:武汉大学出版社,2001

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