GPS_RTK配合全站仪联合进行数字化测图

GPS-RTK配合全站仪联合进行数字化测图金继读,詹家民,吴庆忠(徐州师范大学,江苏徐州　221011)摘要:文中主要叙述了RTK的系统组成、基本原理、基准站和流动站的设置及其点校正;指出了RTK 与全站仪联合进行数字化测图过程以及RTK在测绘地形图中应注意的事项和优点。

关键词:RTK;全站仪;数据采集;数字化测图中图分类号:P23115 文献标识码:B 文章编号:1001-358X(2003)04-0003-04 随着测绘科学技术的发展,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。

G PS-RTK(以下简称RTK)与全站仪联合进行数字化测绘地形图就是一种行之有效的新方法。

RTK与全站仪联合测绘地形图,可以优劣互补。

如果仅用全站仪进行数字化测图,就必须建立图根控制网,这样须投入大量的时间、人力、财力;如仅用RTK测图,可以省去建立图根控制这个中间环节,节省大量的时间、人力和财力,同时还可以全天侯地观测。

由于卫星的截止高度角必须大于13°-15°,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信号,也就无法进行测量。

如果用RTK与全站仪联合测图,上述弊端就可以克服。

即在进行地形测量时,空旷地区的地形、地物用RTK测之;村庄、城市内的建筑物、构筑物用RTK实时给出图根点的三维坐标,然后用全站仪测之。

这样可以大大加快测量速度,提高工作效率。

1　RTK简介、系统组成及其基本原理利用全站仪进行野外数据的采集,这种方法大家都比较熟悉,本文着重介绍RTK的测图过程。

111　RTK简介RTK(Real T ime K inematic)实时动态测量系统,它是集计算机技术、数字通讯技术、无线电技术和G PS 测量定位技术为一体的组合系统;它是G PS测量技术发展中的一个新突破。

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:天宝(Trimble)公司生产的5700RTK系统,外业操作十分简单,只需一人,属于真正的一人操作系统。

其水平标称精度为10mm+2ppm,垂直标称精度为20mm+2ppm。

能够满足地形测量的精度要求。

实时动态测量的基本思路是:在基准站安设一台G PS接收机,对所有可见G PS卫星进行连续的观测,并将观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站(流动站);在流动站上,G PS接收机在接收卫星信号的同时,通过无线电接收设备,接收基准站传输的观测数据,然后根据相对定位的原理实时地计算并显示出流动站的三维坐标及精度。

112　RTK系统的组成G PS-RTK系统由基准站、若干个流动站及无线电通讯系统三部分组成。

基准站包括G PS接收机、G PS天线、无线电通讯发射系统、供G PS接收机和无线电台使用的电源(汽车用12伏蓄电瓶)及基准站控制器等部分。

流动站由以下几个部分组成:G PS 接收机、G PS天线、无线电通讯接听系统、供G PS接收机和无线电使用的电源及流动站控制器等部分。

用框图表示参见图1。

图1　RTK-G PS系统结构图113　RTK的基本原理G PS系统包括三大部分:地面监控部分、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,同时又相互配合形成一个有机整体系统。

对于静态G PS测量系统,G PS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WG S-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。

现场无法求得结果,不具备实时性。

因此,静态测量型G PS接收机很难直接第4期2003年12月 矿　山　测　量MI NE S URVEYI NGN o14Dec12003应用于具体的测绘工程,特别是地形图的测绘。

RTK 实时相对定位原理如图2所示:基准站把接收到的所有卫星信息(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动站,流动站在接收卫星数据的同时也接受基准站传递的卫星数据。

在流动站完成初始化后,把接收到的基准站信息传送到控制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3所示。

图2　RTK 实时相对定位示意图图3　RTK-G PS 数据流程图2　RTK 测绘地形图的野外数据采集211　基准站设置作业前,首先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Trimble5700接收机架设在未知点上为例,说明基准站的设置过程:首先将基准站架设在未知点上,将G PS 接收机与G PS 天线连接好,电台主机与电台天线连接好,电台与G PS 接收机连接好;G PS 天线与无线电发射天线最好相距3m 开外,最后用电缆将电台和电瓶连结起来,但应注意正负极。

连接手薄(基准站控制器)与基准站主机,进行基准站设置。

21111　控制器开机首先打开控制器,TSC L 控制器进行加电自检,自检成功后显示Trimble 的TSC L 图标并进入TSC L 主菜单,主菜单有六项内容:如下图4所示。

图4　主菜单内容21112　建立工作文件在主菜单中选择Files (文件),进入子菜单,选择文件管理(Job management ),在文件管理子菜单中建立工作文件,工作文件建好后退回主菜单。

21113　对RTK 进行配置(1)　初始配置在主菜中选择配置,在配置中对坐标系统、单位、坐标几何进行设定,然后退回主菜单。

(2)基准站设置在主菜单中选择配置→测量形式→Trimble RTK,对基准站选项和基准站无线电进行设置。

在基准站选项设置中,测量类型应选择RTK,高度角限制应大于15 ,天线类型应根据实际情况选择(Trimble 5700基准站的天线类型为Z ophy G eodetic )。

基准站无线电:类型应选择与使用的相同(Trimble 5700的电台类型为TRI M M ARK 3),其它可采用默认值。

连接后,无线电频率可任选一个,无线电操作模式必须选择基准站不能选择流动站,其它可采用默认值。

无线电设置完毕后退回主菜单。

在主菜单中,选择“测量→测量形式→Trimble RTK →启动基准站接收机”进入启动基准站接收机选项,在此选项中,要输入基准站点名称、天线高度、及测量到天线的何种部位,最后要测量此处再按F1开始键,控制器显示基准站已启动、切断接收机和控制器的连接,这时要看电台的屏幕上是否出现“Tram ”闪烁,如果“Tram ”在闪烁,说明启动成功,此时可切断手薄与接收机的连接。

否则,启动不成功,应查明原因,重新设置和启动,直到成功为止。

至此基准站第4期 矿　山　测　量 2003年12月设置完毕。

212　流动站设置在主菜单中选择配置→测量形式→Trimble RTK →流动站选项,对流动站选项进行设置。

在设置中,测量类型必须选择RTK,记录设备必须选择控制器而不能选择主机,采样间隔根据需要设置,截止高度角应大于或等于13°或15°,天线高度应输入实际量取值,天线类型应选择所使用的天线类型(Trimble 5700流动站配套使用的天线类型是Z ephyr );天线高量至:按实际情况选择T op of notch 、天线底部或天线相位中心。

设置完成后,回车确认,退回到Trimble RTK 子菜单,再选择“流动站无线电”选项,对流动站无线电进行设置:Trimble 5700流动站的无线电类型必须选择Trimble internal (内置式),否则,流动站无线电与基准站无线电连接不上。

再者,流动站无线电的频率必须选择与基准站无线电的频率一致,否则也连接不上。

设置完成后退回主菜单,在主菜单中选择“测量”→测量形式→Trimble RTK →测量点,然后输入要测的点的名称或点号,在方法中根据实际情况选择观测控制点、地形点、快速点还是校正点。

在观测次数处,根据需要,可以在F5选项中选择3秒、30秒、180秒等,等到流动站初始化完成、RTK 由“浮动”变为“固定”后,此时按下F1即可开始测量。

到此,流动站设置完毕。

然后到三个已知点上采集WG S -84坐标,进行点校正。

213　点校正因为G PS 测量的是WG S -84坐标,而我们实际操作中,需要的是平面坐标,所以在进行正式测量前,必须进行坐标转换,即点校正。

首先在已知平面坐标的三个已知控制点上测得WG S -84坐标,然后进行点校正。

其过程如下:在控制器的主菜单中,选择“测量”→测量形式→Trimble RTK “测量”在测量子菜单中选择点校正,显示如下:输入网格点名称(如G PSI A ),若在当前工作文件中此点不存在,会出现警告提示:NEE 点不存　按回车后进入下面界面:键入Π点点名称 G PSI A代码?方法▲键入坐标北?东?高程?控制点▲是按要求逐项输入点名称、平面坐标和高程,回车确认,显示如下界面:网格点名称 G PSI A G PS 点名称?使用▲关在G PS 点名称?处输入G PS 点名(如G PSI )后回车,显示如下:点校正点G PSI A 水平线差0.000m 垂直线差0.000m 使用H ,V 增加删除结果应用选项F1F2F3F4F5按F1增加,重复上述操作,当3个已知点完成后出现如下界面:点校正点水平线差垂直线差使用G PSI A 0.000m 0.000m H ,V G PS2A 0.000m 0.000m H ,V G PS3A0.000M0.000MH ,V增加删除结果应用选项F1F2F3F4F5若还要进行其它点校正,则继续选择F1增加点,否则,按F4(应用),回到测量界面。

点校正工作结束。

接下来就可以进行野外数据采集,手簿显示的即为测区内的平面(网格)坐标。

注意:当实地采集的WG S -84坐标的点号为1、2、3时,在输入网格坐标点名时,应在其后加后缀,如第4期 金继读等:G PS -RTK 配合全站仪联合进行数字化测图 2003年12月1A、2A、3A,加以区别。

214　野外数据采集2002年5月1日-5月11日,笔者利用RTK和全站仪对某矿区进行了数字化测图,测图比例尺为1:2000,测区面积为615km2。

在人员分工上,全站仪组为3人,一人施仪,一人跑尺,一人画草图;RTK分为2组(每个流动站为一组),每组2人,一人操作RTK,一人画草图;另有一人留守基准站,负责基准站的安全;一人将RTK、全站仪野外采集的数据导入计算机,根据野外草图进行数字化成图。

在人员分配上达到了最优、最小组合,10个工作日(每个工作日不大于8小时)就完成了整个测区的测图任务;而2001年3日,40名同志利用经纬仪与半圆仪联合对另一测区进行测图,共分为8组,每组5人,测图比例尺同为1:2000,测区面积为8km2,从首级控制到图根控制再到测图,分段完成:其中首级控制用T OPC ON静态G PS完成,图根加密控制用全站仪完成,测图用经纬仪配合半圆仪完成,在整个施测过程中平面控制与高程控制穿插进行,可以说在人员、时间、设备等各方面安排上都达到了最优化组合,到测图结束,共用了60天的时间(不含数字化)。