全站儀聯(lián)合GPS在數(shù)字測圖中的應(yīng)用探究

朱坤偉

摘要：數(shù)字測圖目標(biāo)是在測繪工作中通過利用計算機(jī)技術(shù)將野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與內(nèi)業(yè)機(jī)助測圖系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化和自動化，目前傳統(tǒng)的平板測圖已經(jīng)逐漸被數(shù)字測圖所替代。全站儀和GPS是數(shù)字測圖野外數(shù)據(jù)采集主要設(shè)備，兩種測量方法有各自優(yōu)缺點(diǎn)，若將兩者聯(lián)合起來，利用具有高測量精度、使用方便的全站儀，借助更多GPS技術(shù)和更優(yōu)秀的差分技術(shù)，可在短時間內(nèi)獲得更準(zhǔn)確的定位精度。本文將結(jié)合工程實例探討全站儀聯(lián)合GPS在數(shù)字測圖中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：全站儀；GPS；數(shù)字測圖

隨著計算機(jī)技術(shù)和測繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及地面測量儀器和數(shù)字化測圖軟件的應(yīng)用，數(shù)字測圖開始作為一種新的測繪方法取代傳統(tǒng)測圖方法廣泛應(yīng)用于測繪生產(chǎn)、城市規(guī)劃、土地管理、環(huán)境保護(hù)、工程建設(shè)等領(lǐng)域。全站儀和GPS是數(shù)字測圖野外數(shù)據(jù)采集主要設(shè)備，GPS定位精度高，自動化程度高，數(shù)據(jù)處理芯片功能強(qiáng)大，還可以全天候進(jìn)行觀測作業(yè)，全站儀則具有高度的集成化水平，可大大減少測量過程中的環(huán)節(jié)，提高測量精度和效率，改善野外作業(yè)環(huán)境。隨著測繪要求的不斷提高，僅僅使用全站儀或GPS一種測量方法無法較好滿足測量需求，實踐表明，全站儀和GPS之間具有不可替代的互補(bǔ)作用，兩者結(jié)合將會給數(shù)字測圖帶來更多益處。

一、全站儀聯(lián)合GPS作業(yè)方式和施測流程

常規(guī)測量方法是從整體到局部、先控制后碎布、分級布網(wǎng)、逐級控制，從施工流程上看，具體工序包括首級控制網(wǎng)、加密控制網(wǎng)、圖根控制網(wǎng)、特征點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、成圖，由此可以看出，要完成一個測區(qū)的測量工作，需要多次進(jìn)出作業(yè)現(xiàn)場，這必然會降低作業(yè)效率，測量精度也無法得到保證。針對上述問題，可采用全站儀聯(lián)合GPS的測量作業(yè)方式采集數(shù)據(jù)，一般分為兩個步驟：第一，布設(shè)控制點(diǎn)，利用GPS動態(tài)測量技術(shù)即GPS RTK技術(shù)測量圖根控制點(diǎn)，第二，聯(lián)合應(yīng)用全站儀和GPS RTK測量碎部點(diǎn)，需要注意的是，在每次作業(yè)前，先設(shè)置RTK的基準(zhǔn)點(diǎn)，之后再測試出三個控制點(diǎn)的坐標(biāo)；在全站儀利用GPS RTK所測的圖根點(diǎn)進(jìn)行設(shè)站時，必須進(jìn)行必要的檢驗，以保證測圖精度。全站儀聯(lián)合GPS施測流程見圖1。

二、全站儀聯(lián)合GPS RTK在數(shù)字測圖中的應(yīng)用實例

GPS測量技術(shù)包括靜態(tài)測量和動態(tài)測量，其中GPS靜態(tài)測量主要是利用測量型GPS接收機(jī)進(jìn)行定位測量的，在各種控制網(wǎng)的建立中應(yīng)用比較廣泛；GPS動態(tài)測量則是RTK測量，是將一臺GPS接收機(jī)安置在已知點(diǎn)上，對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，系統(tǒng)由兩臺或多臺GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、相關(guān)計算機(jī)處理軟件組成。下面筆者以具體工程案例對數(shù)字化地形測圖過程中GPS RTK技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用做簡要介紹。

1.測區(qū)概況

測區(qū)分為城區(qū)和郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)兩部分，城區(qū)高樓林立，市政設(shè)施繁雜，郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)村毗連，植被繁茂，地勢平坦，地下水位較高，測區(qū)面積約為35km2，外業(yè)測繪工作非常困難。通過一系列分析和試驗，決定采用GPS RTK對接收衛(wèi)星信號較好的地區(qū)進(jìn)行單獨(dú)作業(yè)，采用全站儀聯(lián)合GPS RTK的方法對高樓林立、林木密集區(qū)域進(jìn)行測量，由GPS RTK隨時測定全站儀所需圖根控制點(diǎn)。

2.儀器、人員配置

配置GPS接收機(jī)、水準(zhǔn)儀、全站儀、電腦、南方CASS8.0軟件、機(jī)動車。作業(yè)前，均對GPS接收機(jī)、水準(zhǔn)儀和全站儀進(jìn)行了檢定，檢定結(jié)果表明其性能、精度指標(biāo)完全符合要求。成圖比例尺1：2000，等高距為1m。高程系統(tǒng)采用1985國家高程基準(zhǔn)。人員配置上，RTK單獨(dú)作業(yè)分為10個小組，每個流動站為一個小組，每組配置2人，1人畫草圖，1人操作RTK；RTK聯(lián)合全站儀作業(yè)分為7個小組，每組配置3人，1人操作RTK，負(fù)責(zé)測圖、測量圖根點(diǎn)，1人觀測，1人跑尺、畫草圖，RTK和全站儀在區(qū)域內(nèi)單獨(dú)作業(yè)，并做到相互溝通、密切配合。

3.作業(yè)過程

首先，架設(shè)基準(zhǔn)站，之后啟動手薄，進(jìn)行基準(zhǔn)站的相應(yīng)設(shè)置，連接無線電臺，分離手薄和基站。第二，連接流動站接收機(jī)、天線和對中桿，啟動手薄，設(shè)置流動站接收機(jī)，進(jìn)入測量模式，在此過程中，注意衛(wèi)星個數(shù)、無線電標(biāo)志，檢查GPS RTK是否固定。流動站與基準(zhǔn)站距離不應(yīng)大于5km。設(shè)置好流動站和基準(zhǔn)站后，利用2臺GPS RTK接收機(jī)同時進(jìn)行點(diǎn)校正和檢測，每臺均進(jìn)行兩個時段的觀測，觀測時間為3min，點(diǎn)校正后，選一檢測點(diǎn)進(jìn)行檢測，對比檢測結(jié)果和已有結(jié)果，X最大誤差2.1cm，Y最大誤差1.3cm，高程最大誤差2.0cm，最小誤差為6.5mm，誤差均小于5cm。數(shù)據(jù)采集結(jié)束時，同一臺接收機(jī)兩個時段最大平面位置誤差為5mm，最大高程誤差為17mm，最小誤差為0，可見點(diǎn)校正成功，觀測結(jié)果可靠。第三，圖根點(diǎn)測量及碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，先在測區(qū)設(shè)3個圖根點(diǎn)，使全站儀利用這這些點(diǎn)進(jìn)行設(shè)站及野外數(shù)據(jù)采集，與此同時，GPS RTK為全站儀布設(shè)圖根點(diǎn)，作業(yè)期間，共為全站儀布設(shè)圖根點(diǎn)176個。第四，將處理過的碎部點(diǎn)數(shù)據(jù)已.dat格式輸入計算機(jī)，根據(jù)外業(yè)所繪草圖，利用南方CASS8.0軟件編輯成地形圖，圖形比例尺為1：2000。最后，用HP 5000PS繪圖儀出樣圖，到實地進(jìn)行對比檢查，比如巡查地形和地物、檢查點(diǎn)位精度等，實地檢查結(jié)果表明此次測量精度符合要求。

三、結(jié)語

數(shù)字測圖目標(biāo)是實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化和自動化，經(jīng)分析，全站儀聯(lián)合GPS RTK在數(shù)字測圖中的作業(yè)方法更優(yōu)越，可高效、可靠地完成大比例尺地形圖以及地籍圖測量工作，不僅可以提高數(shù)據(jù)采集速度和質(zhì)量，保證成果準(zhǔn)確性和可靠性，還有利于減少作業(yè)時間、節(jié)省人力，很大程度上提高了野外作業(yè)效率，是一種取長補(bǔ)短、效果理想的數(shù)字測圖方法。相信隨著GPS RTK技術(shù)的進(jìn)一步完善及我們工作經(jīng)驗的不斷豐富，數(shù)字測圖將更加高效、快速、可靠，其在圖形管理、數(shù)據(jù)共享、圖形修改以及圖形使用中的作用將發(fā)揮的更加充分。

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