GPSRTK全站仪联合在数字测图工程中应用 .docx
《GPSRTK全站仪联合在数字测图工程中应用 .docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《GPSRTK全站仪联合在数字测图工程中应用 .docx(22页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精品名师归纳总结封面可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结作者: PanHongliang仅供个人学习GPS RTK全站仪联合在数字测图工程中的应用摘要: GPS RTK实时动态 GPS测量 技术能够实时的供应测站点厘M 级的三维定位结果, 速度快、精度高,但应用范畴受自然条件限制。全站仪是自动化程度很高的野外测量仪可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结器,精度高、应用广,但受通视条件、测量距离等因素制约。本文介绍了全站仪联合RTK 测图的作业流程,简要阐明白其在的势测量中的应用。在利用实测数据成图的过程中,解决一些常见的问题,并给出解决的方法及依据,同时给出一些有益的结论
2、,以适应实际使用的需要。关键词: RTK。全站仪。数字测图Abstract : GPSRTKtechnique can provide,inrealtime,3dimension positioning achievementofmeasuringstationwhich the precision is centimeter leve,l itsmeasuring velocity is quick, precision high, but its confined by the naturacondition. Total station surveying is amature tech
3、niquewith high accurate and isusedwidely. But it is confined by sighconditions, measuring distance, etc.The operation process of RTK electronic tachometer is introduced and its application in topographicsurvey is briefly illustrated. Solutions to some problems usually occur in the mapping process us
4、ing actuallymeasured data and some helpful conclusions are given for practical use.Key words :RTK 。 electronic tachometer 。 digital mapping第一章前言随着测绘科学技术的进展,传统的测图方法正逐步被不断涌现的新仪器、新设备、新技术、新方法所取代。 GPS-RTK以 下简称 RTK与全站仪联合进行数字化测绘的势图就是一种行之有效的新方法。随着GPS系统的不断改进,已经达到了比较中意的精度要求,可以中意常规测量的要求,特别对于开阔的的段,直接接受 RTK进行全数字
5、野外数据采集。对于树木较多或房屋密集的的段,接受 RTK测定图根点,通过全站仪采集碎部点。基于此,我们在实践中尝试利用全站仪联合 RTK进行野外数据采集,然后在 CASS5.0环境下进行数字化成图,结果显示该方案是可行的。全站仪联合 RTK测绘的势图,可以优劣互补。假如仅用全站仪进行数字化测图,就必需建立图根把握网,这样须投入大量的时间、人力、财力。如仅用RTK测图,可以省去建立图根把握这个中间环节,节省大量的时间、人力和财力,同时仍可以全天侯的观测。由于卫星的截止高度角必需大于13-15 ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结它在遇到高大建筑物或在树下时,就很难接收到卫星和无线电
6、信号,也就无法 进行测量。假如用全站仪联合 RTK进行数字测图,上述弊端就可以克服。即在进行的势测量时,空旷的区的的势、的物用RTK测图。树木或房屋密集的区的建筑物、构筑物用 RTK实时给出图根点的三维坐标,然后用全站仪测图。这样可以大大加快测量速度,提高工作效率。其次章 GPS RTK2.1 GPS 简介全球定位系统 GPS 是本世纪 70 岁月由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域供应实时、全天 候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的,是美国独霸全球战略的重要组成。经过20 余年的争辩试验,耗资 300 亿美元
7、,到 1994 年 3 月,全球掩盖率高达 98%的 24 颗 GPS卫星星座己布设完成。24 颗 GPS卫星在离的面 1 万 2 千公里的高空上,以12 小时的周期环绕的球运行,使得在任意时刻,在的面上的任意一点都可以同时观测到4 颗以上的卫星。卫星的位置可以精确测定,在GPS观测中,我们测出卫星到接收机的距离,利用三维坐标中的距离公式,利用3 颗卫星,就可以组成 3 个方程式,解出观测点的位置 X, Y, Z 三个未知数。考虑到卫星时钟与接收机时钟之间的 误差,实际上有 4 个未知数, X, Y, Z和钟差,因此,需要引入第4 颗卫星, 形成 4 个方程式进行求解,从而可以确定某一观测点的
8、空间位置,精确算出该点的经纬度和高程。事实上,接收机经常可以锁住4 颗以上的卫星,这时,接收机可按卫星的星座分布分成如干组,每组4 颗,然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位,以便提高精度。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差,大气对流层、电离层对信号的影响,以及人为的 SA 爱惜政策,使得民用 GPS的定位精度只有 100M。为提高定位精度,普遍接受差分 GPS DGPS技 术,建立基准站 差分台 进行 GPS观侧,利用已知的基准站精确坐标,与GPS接收机的观测值进行比较,从而得出一个改正数,并对外发布。接收机收到改正数后,与自身的观测值进行比较,加以可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师
9、归纳总结改正运算,可以消去大部分误差,得到一个比较精确的位置数值。试验说明,利用差分 GPS,定位精度可提高到 5M。由于 GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点,作为先进的测量手段,己经融入了国民经济建设、国防建设和社会进展的各个应用领域。随着冷战终止和全球经济的蓬勃进展,美国政府于2000 年 5 月 1 日宣布在保证美国国家安全不受威逼的前提下,取消了SA 政策。 GPS民用信号精度在全球范畴内得到改善,利用 C/A 码进行单点定位的精度由 l00M 提高到 20M,这样进一步推动 GPS技术的应用,提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量,刺激了 GPS市场的不断进展
10、。2.2 RTK简介RTKReal Time Kinematic实时动态测量系统,它是集运算机技术、数字 通讯技术、无线电技术和 GPS测量定位技术为一体的组合系统。它是GPS测量技术进展中的一个新突破。 RTK 定位精度高,可以全天侯作业,每个点的误差均为不累积的随机偶然误差。如:华测X90 系统,外业操作特别简洁,只需一人,属于真正的一人操作系统。其水平标称精度为10 mm+2 ppm,垂直标称精度为 20 mm+2 ppm。能够中意的势测量的精度要求。RTK 为实时动态测量技术,利用卫星发射的两个载波L11575.42MHZ和L21227.60MHZ,以载波相位测量为依据的实时差分测量技
11、术。一般情形下,有一个基准站和一个以上的流淌站。基准站可设在已知点也可在未知点上,利 用求测的 WGS-84 坐标和已知的的方坐标可求出坐标转换的参数,在求得转换参数后,利用基准站时时测得站点坐标信息于流淌站测得的时时坐标信息,两 站之间的基线向量来求出流淌站的时时坐标。在后续测量中,求未知点时可直 接得到的方坐标系中的坐标。在不同的RTK设备中求解的要求略有不同。2.3 RTK系统的组成GPS-RTK系统由基准站、如干个流淌站及无线电通讯系统三部分组成。基准站包括 GPS接收机、 GPS天线、无线电通讯发射系统、供GPS接收机和无线电台使用的电源 12 伏蓄电瓶 及基准站把握器等部分。流淌站
12、由以下几个部分组成: GPS接收机、 GPS天线、无线电通讯接收系统、供GPS接收机和无线电使可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结用的电源及流淌站把握器等部分。用框图表示参见图2.1 。图 2.1 RTK 系统结构图2.4 RTK的基本原理GPS系统包括三大部分:的面监控部分、空间卫星部分、用户接收部分, 各部分均有各自独立的功能和作用,同时又相互协作形成一个有机整体系统。 对于静态 GPS测量系统, GPS系统需要二台或二台以上接收机进行同步观测,记录的数据用软件进行事后处理可得到两测站间的精密WGS-84坐标系统的基线向量,经过平差、坐标转换等工作,才能求得未知的三维坐标。现场
13、无法求得结果,不具备实时性。因此,静态测量型GPS接收机很难直接应用于详细的测绘工程,特别是的势图的测绘。RTK实时相对定位原理如图 2.2 所示:基准站把接收到的全部卫星信息 包括伪距和载波相位观测值 和基准站的一些信息 如基站坐标天线高等 都通过无线电通讯系统传递到流淌站,流淌站在接收卫星数据的同时也接受基准站传递的卫星数据。在流淌站完成初始化后,把接收到的基准站信息传送到把握器内并将基准站的载波观测信号与本身接受到的载波观测信号进行差分处理,即可实时求得未知点的坐标。数据流程如图 2.3 所示。图 2.2 RTK 实时相对定位示意图图 2.3 RTK 数据流程2.5 RTK的局限性RTK
14、 在城市测量中,一般流淌站和基准站距离达不到 RTK 设备中所标述的最大值 一般为 20KM。城市中一般能达到 500-3000M,且 RTK的缺点在城市测量中能够完全表达,如:多路径效应、电磁波干扰、高大建筑物对接受机视野的限制等。这些缺点给城市测量中带来了巨大的影响,使得测量无法快速进行并且定位精度也受到确定的影响。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.6 RTK 联合全站仪测图的优越性为能够中意城市测量的需求,以及在短时间内完成作业任务,使用全站仪与 RTK 联合可以中意这些需求,并且能够保持更好的精度。城市中高等级把握点距离远、不通视,一般等级点城市中破坏大、测量过程中通
15、视不便利 车、人简洁阻挡视线 。完全利用全站仪耗时间、耗人力,无法快速测量。利用RTK+ 全站仪的方法可以很好的解决这些问题。在测区范畴内利用RTK 布设把握点、在 RTK 不简洁到达或局限性较大的的方可在邻近布设把握点在利用全站仪进行测量,这样可以快速完成各种测量任务切精度也可保证。第三章 RTK 坐标转换原理3.1 GPS RTK 平面坐标转换算法GPS RTK测量观测手簿软件一般接受平面转换模型求解WGS84坐标系与的方坐标系之间的转换参数。假设北京 54 椭球的中心和坐标轴方向与 WGS84椭球相一样,可通过平面转换模型,将 GPS定位得到的大的经纬度和大的高,通过以下过程转换成平面坐
16、标:1) 由 WGS-84的椭球参数,即椭球长半径和扁率,由(3.1 )式将换算至空间直角坐标:( 3.1 )其中:为卯酉圈半径。为椭球第一偏心率的平方。a 为椭球的长半轴, b 为椭球的短半轴。2) 由北京 54 椭球的椭球参数,由( 3.2 )式将换算至大的坐标形式:( 3.2 )3) 依据工程需要,确定中心子午线、投影面高程及北向东向平移量,由(3.3 )式进行高斯投影,将投影为当的坐标:可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结(3.3 )以上步骤是在假定54 椭球与 WGS-84椭球的中心与坐标轴相同的前提下进行的,但实际中仍应考虑旋转平移缩放的问题。如GPS测定的大量点中,已
17、知部分点的平面坐标为,就可写出这些点的平面坐标与已知坐标之间的关系:(3.4 )其中:为坐标平移量。 为缩放尺度。为旋转矩阵,为旋转角。为求出( 3.4 )式中的平移、缩放尺度和旋转参数,至少需要已知两个平面点,如多于两个点,可按最小二乘法进行拟合求解。对全部的GPS测定点经过以上 3 个步骤及公式( 3.4 )的运算,即可求得当的平面坐标。由于(3.4 )式是一个线性变换公式,而Gauss 投影变形是非线性的,因此平面转换模型只适合范畴较小的测量工程工程使用。3.2 GPS RTK 高程转换过程由 GPS相对定位的基线向量,可以得到高精度的大的高差。假如在GPS网中,已知一个点的大的高,就可
18、以在GPS网平差后求得全网各点的大的高。大 的高是以参考椭球面为基准面的,的面点大的高的定义是:由的面点沿通过该点的椭球面法线到椭球面的距离。但是,我国通用的是正常高系统,是以似大的水准面为基准面的,参考椭球面与似大的水准面是两个不同的基准面,二者既不重合也布平行,大的高与正常高之间的差值称为高程反常。因此,在GPS测量中,在得到 GPS点的大的高之后,要得到实际工作需要的正常高,仍需要求解高程反常。在 GPS网中,已知一个点的大的高,对该网进行网平差后,可知各点的大的高(大的高用( 3.2 )式中的求得)。又已知点的正常高,并且由水准联系测得到另外一些 GPS点的与点的正常高差,就可以求得各
19、点的高程反常,用公式可表示为:( 3.5 )可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由上式仍可知,对于 GPS网中未联测水准的点,假如知道高程反常,就可以得到正常高。由单点定位得到的 GPS点的大的高具有很高的精度,假如水准测量的精度也很高,就可以得到高精度的高程反常。在测量区域不大的范畴内,似大的水准面的变化比较平缓,可以利用联测水准的 GPS点用曲面拟合法来靠近似大的水准面,以求得其它 GPS点的高程反常,进而求得正常高。曲面拟合法,就是将高程反常近似看作是确定范畴内各点坐标的曲面函数,高程反常在此范畴内变化平缓,可以利用已联测水准的 GPS点的高程反常来拟合这一函数。在求得函数之
20、后,就可以运算其它 GPS点的高程反常和正常高。通常接受二次曲面函数对高程反常进行曲面拟合。对于 GPS水准联测点,拟合模型表示为:( 3.6 )上式中:,为重心坐标,为点的平面坐标,为拟合残差。由上式可知,接受二次曲面拟合时,至少应有 6 个 GPS水准联测点,当少于6 个联测点时,应当去掉二次项系数,变成平面函数拟合模型:(3.7 )平面拟合只限于小区域且较为平整的范畴。假如能供应10 个或更多的水准联测点,就可接受三次曲面函数来拟合,成效会更好,三次曲面拟合模型如下:求出似大的水准面之后, GPS网中各点高程可以通过( 3.5 )式求得。第四章 RTK 测绘的势图的预备工作4.1 基准站
21、设置作业前,第一要对基准站进行设置。基准站可架设在已知点上,也可架设在未知点上。本文以徕卡 1200 接收机为例,说明基准站的设置过程 :可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结基准站的架设包括电台天线的安装,电台天线、基准站接收机、DL3 电台、蓄电池之间的电缆连线。基准站应当挑选视野开阔的的方,这样有利于卫星信号的接收。第一将基准站架设在未知点上,将基准站接收机与手薄连接好(进行基准站设置)设置完成后段开连接,基准站接收机与电台主机连接,电 台主机与电台天线连接好。基准站接 3 机与无线电发射天线最好相距3 m 开外,最终用电缆将电台和电瓶连结起来,但应留意正负极。留意事项:无线电
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- GPSRTK全站仪联合在数字测图工程中应用 GPSRTK 全站仪 联合 数字 工程 应用
限制150内