全站仪和GNSS-RTK联合在数字测图中的应用初探

2018-05-18杨志文

机械管理开发 2018年4期

杨志文

（大阳泉煤炭有限公司，山西阳泉 045000）

引言

在地形测量过程中，传统测量方法程序繁琐，作业复杂，测区环境、地形地况以及人员操作均会对测量有较大影响，降低了测量精度。与传统测图方式相比，数字测图劳动强度不高，作业时间较短，能够达到很高的精度要求，并且能够实现自动化和数字化采集信息，因此逐渐成为测图的主要方式。利用全站仪展开数字测图，能够大幅度提升测图效率，获得较高精度的结果，还能够改善作业环境，然而在测量过程中还是会受到高山、林地、高大建筑的影响。随着GNSS系统的广泛运用，其精度和灵敏度也在不断提高，特别是我国自主研发的北斗系统的应用范围逐步扩大，GNSS-RTK在数字测图中也发挥着举足轻重的作用。如何在数字测图中实现全站仪和GNSS-RTK的联合，从而达到二者优势互补，劣势规避，也是当前测绘行业中一个崭新的课题。

1 数字测图概述

自20世纪70年代以来，计算机技术飞速发展，对各行各业都产生了巨大影响。随着全站仪以及GNSS-RTK等仪器和技术逐渐普及[1]，让数字测图也成为测绘领域的主要技术，逐渐在房地产、土地管理、环保、军事以及城市规划中广泛运用，随着时代的发展，数字测图技术也在不断发展。

数字测图是一种全解析机助测图技术。通过运用数字测图技术，对于地形的实际测量成果从传统模拟测图技术下具体的地形图转变成为一种存储在计算机中的一种数字信息，能够通过计算机实现传送、处理和共享。与传统测图技术相比，数字测图无疑具有显著优势，因此其发展前景十分广阔。

与传统的平板仪或经纬仪测图技术相比，数字测图主要具有以下优势：测图作业效率较高，劳动强度低；测绘结果数字化，更加便于运用，利用率高，符合信息时代的需求；测绘成果精度较高，且精度与比例尺无关；测绘成果更加方便保存和更新。

2 全站仪数字测图

所谓全站仪，其全称是“全站型电子速测仪”，这是一种有效结合测距、测角和微处理机为一体，从而实现测距、测角、自动计算距离、高差和坐标增量的测绘仪器。运用全站仪展开数字测图，就是运用极坐标法来得到碎部点坐标，其基本原理是将测站看作中心，根据测站的已知方向，对已知方向与测量方向的角度以及观测点距离各碎部点的距离展开测量，从而得到观测点的具体位置。目前，全站仪数字测图有三种主要的作业模式[2]。

1）电子平板模式。通过将全站仪与电子平板相连接，从而将测量数据直接传递给电子平板，再测图并现场成图。这种模式在野外作业时，往往会受到测区环境的影响，特别是在对测量的碎部点了解状况不多、环境较为复杂的区域，往往会使外业效率受到影响，甚至会降低数字地图的质量。

2）草图模式。草图模式也被称为数字侧记模式。在采集数据过程中，需要同时绘制观测草图，同时对测绘目标的属性和测绘顺序做好记录。然后通过观测草图展开内业图形编辑工作。这种测图方法便于操作，且成本较低，也是使用最多的测图模式。但其也有显著的缺点，内业工作量大，长期实施相对较难。

3）编码模式。在采集数据的过程中，测量人员对每个碎部点做好编码，并且设置好包括地物属性和点点连线关系等编码内容。內业成图只需测图软件解码完成测点连线就可以形成地图。然而这种方法对于观测人员的要求也通常较高。

3 GNSS-RTK数字测图

3.1 GNSS-RTK系统构成

通过连接两台静态型测量仪器和一套无线电数据通讯系统，从而把相对独立的GNSS信号接收系统连接成一个系统，如图1所示。

图1 GNSS－RTK系统结构图

基准站通过通讯系统，将接收到的卫星信息，包括伪距与载波相位观测值，以及基准站信息，比如坐标、天线高等，传递给流动站。

流动站一边自行接收卫星数据，同时也接收基准站传递过来的卫星数据，待到基准站初始化完成后，展开基准站载波观测信号和自身接收的载波观测信号的差分处理，同时，将其对应的坐标、转化参数以及投影参数输入其中，就可以得到未知坐标。

3.2 转换参数和精度评定

运用GNSS卫星观测一般的坐标系统包括WGS－84、PZ90、CGCS2000 和 GTRF，实际使用过程中我们更常运用北京54坐标系、西安80国家坐标系以及地方坐标系，因此，我们可以通过七参数法或者四参数发来实现坐标系的转换。

4 GNSS-RTK与全站仪联合作业方式研究

实现GNSS-RTK与全站仪联合，其主要步骤如下：

1）运用RTK技术采集碎部点，通过基线解算得到WGS－84系坐标值。

2）通过GPS实时定位测量模式对平原、田野以及湖泊等相对平整的地域展开数据采集，并且完成草图绘制；通过RTK设定固根点，以全站仪为主，采集遮挡物众多以及视野狭窄地方的地形、地貌，然后完成草图绘制；再将测量的数据传输给计算机，通过计算机处理并且生成[3]。

3）展开左边转换，并且完成三维左边的精确结果计算。

4）将全站仪和计算机完成连接，并且将相关参数设置好。

5）运用全站仪完成数据采集。

6）将采集结果传输给计算机，展开精确处理。

7）将测绘数据储存为.dat格式文件。

8）与外业测量所绘制的草图相结合，运用计算机编辑完成最后的生成图。

如图2所示为数据采集和运用过程。

5 全站仪和GNSS-RTK联合作业实际实施

测区概况为了更好地说明全站仪和GNSS-RTK联合作业怎样在实际工作中完成数字测图工作，接下来我们将以具体的测图任务为例展开具体说明。该测图任务的测区为农业区域，东西南北均有村庄连接，测区南北距离6 km，东西距离2 km，呈条带式形状。测区全部面积一共为12.718 km2，地势平坦开阔，然而地下水位较高，土地盐渍化现象较为严重。在该区域内有若干条乡村公路，交通相对方便，同时该测区拥有较为均匀地高程系统，能够一定程度上帮助到图根控制点起算。

图2 集成数据采集图

5.1 测量使用的仪器设备

本次测图任务主要使用的设备包括，两台全站仪，其测角为5″，测距为3 mm+2×10-6mm；两套GNSS-RTK接收机，其水平精度为10 mm+1×10-6mm，垂直精度为20 mm+1×10-6mm。本次测图是为了该地区土地整改需要的相关参数而启动的，基于此目的，我们选择1∶5000的成图比例尺，设定其等高距为1 m，平面坐标系采用该地区的独立坐标系，统一以1985国家高程基准作为高程系统[4]。

5.2 建设基准站

在对测区实际状况展开调查，充分考虑各种要素之后决定将基准站架设在某小高层建筑楼顶之上。完成设备架设之后启动手簿，将基准站情况完成设置。在任务管理栏建立一个新的作业项目，设定网格为坐标，并且设定端口3为接收机端口，设定测量类型为“Trimble RTK”等。采用单点定位方式来完成基准站坐标的测量，同时将其存储在新建项目中，再输入天线高参数，之后与无线电台相连，完成基站接收机分离手簿的过程，至此，基准站设置全部完成。

5.3 设置流动站

依据相关要求，首先将流动站接收机完成连接，再将天线与中杆连接，之后与基准站一样需要启动手簿，完成流动站接收机的相关设置。具体来说与基准站设置大致相同，包括建立新的作业项目，设定网格为坐标，设定测量类型为“Trimble RTK”，输入天线高参数，然后选择同电台相同的频率。之后工作人员需要对所有的设置展开认真细致的检查，确认无误之后，工作人员通过PA4和HL2完成检测和校正。在两个观测时段中间，运用两台GPS-RTK接收机观测3 min，经过检测得出X误差最大值为2.2 cm和Y误差最大值为1.4cm，高程误差最大值为2.1cm，最小值为7 mm。此误差范围符合测量标准[5]。

5.4 数据采集

决定为全站仪测设三个图根点，完成并用来采集野外数据。同时，GPS-RTK与全站仪一起持续完成图根点布置与测设图根点的标记工作。在本次全站仪与GNSS-RTK联合作业完成数字测图的实践中，我们通过两台GPS-RTK接收机同时观测，整个任务一共设置了180多个图根点。对于测区内信号不佳的区域，工作人员采用全站仪完成数据采集。