第八章 地形数据采集与处理概要

相位法测距发出的光就是连续的调制光。 如图7.2所示，设用测距仪测定A、B两点间的距离D，在A点安 置测距仪，在B点安置反射镜。 由仪器发出调制光，经过距离 D到达反射镜，再返回到仪器接收系 统。如果能测出光在距离D上的往返 传播的时间t，则AB的距离即可按下 图7.2 式求得： D= 1 ct
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GPS定位技术减少了野外作业时间和劳动强度，它不受天气和 作业时间的限制，不要求观测站之间通观，只要各个观测站都能 通向卫星，观测站之间的距离即可精确测定。由于它的自动化程 度高，观测速度快定位精度高，接收机的体积小使用方便，其经 济效益甚为显著。 国内研究和生产实践表明在大地测量中做控制网时二维平面 位置求解精度相当好，仅在高差方面较差一些。根据二站的相对 坐标差推算而得网站的间距和方位角，精度也很好。目前在我国 生产中已发挥了积极的作用。 为建立公路 CAD 基础的数字地形模型，在当前条件下可以采 用GPS测定控制网与全站仪地面速测相结合的方法（见图7.6）或 是采用地面 GPS 控制。航空摄影和机载 GPS 相结合的方法（见图 7.7）。
图7.6
图7.7
近年来新发展了GPS实时动态(Real Time Kinematics，RTK)测绘 技术，实现了实时定位的要求，利用该技术可以进行地形图测绘、 路线放样、桥涵放样等测量工作，极大地提高了测量精度与效率。 GPS—RTK技术（见图7.8），需要至少2台以上的GPS接收机， 其中1台为基准站，放在已知控制点上，其它的接收机可作为“移 动台”，自由地在要确定的目标位置上移动。一般活动范围在3～ 5kM。
式中：c为调制光在大气中的传 播速度。为了说明问题将从反射镜B返 回的光波在测距方向上展开，如图7.3所 示。
图来自百度文库.3
显然，调制光返回到A点时的相位比发射时延迟了 。设整波 长长度为λ，N为整波个数，则 D= λ /2π= λ（N+N）/2 (N+ /2 π) = u(N+ N) D=
用户部分为设有接收机的 观测站，接收机包含有天线、 接收设备、微处理器、和输入 输出设备等专门进行观测和记 录若干个卫星发播的信息，通 过软件计算获得所需测绘数。
所谓卫星定位即是依靠空间卫星传送到地面接收机的 信号，从电磁波的时间和速度或是波长与相位判别距离。 卫星相对于地球来讲，它可以看成是有一定运动轨迹 的控制点。利用卫星的轨道参数，通过计算可以知道卫星 的瞬时坐标，当从某一地面接收点接受来自二个卫星的信 号，则利用测量而得的距离进行空间后方交会可以判别接 收机所在点的位置（三维坐标），这种单点定位方法称为 绝对定绝对定位位法。
第七章 地形数据采集与处理
(采用教材《公路计算机辅助设计》符辛砂编) 第一节 地形数据采集的分类及特点
公路设计原始数据的来源有3种方法：即航测、地形图数字化 和野外实测。地形数据采集的分类如图7.1所示。
图7.1 数据采集方法分类
第二节 野外实测采集地形数据
野外实测采集数据的方法主要有全站仪、GPS和传统测量方法 等3种。 1 全站仪采集地形数据 当没有航测资料及大比例地形图的情况下，可以采用全站仪或 测距仪来采集地形数据。 1.1 全站仪测量原理 全站仪是集测距（水平、斜距）、测角（水平、竖直）、坐 标、高程、放样、记录和数据传输于一体的自动化的现代光电测 量设备。它由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组成。 1) 光电测距原理 用于工程测量的全站仪大多采用红外测距仪的相位法测距原 理。红外测距仪以砷化镓发光二级管作为光源。当给砷化镓发光 二级管注入一定的恒定电流，它发出红外光，其光强恒定不变； 若改变电流大小，光强也随之改变。若在砷化镓发光二级管上注 入频率为f的交变电流，则光强也按频率f 发生变化，这种光称为调 制光。
图7.4
如果在二个接收站同时观测同一组卫星，则可以判 明二站间的相对距离（二站间的坐标差〕称为相对定位 法。
图7.5
单点绝对定位法的精度，一般可达10余米，仅能满 足导航或初步勘察的要求。 双点联测的相对定位法由于抵消了二个观测站的共 同误差，若方法合适，软件优良其精度可达厘米级甚至 毫米级（10km内达到±5mm）完全可以满足大地测量和工 程测量的要求。
1.2 全站仪作业方法 目前，全站仪用于公路工程测量的方法有：导线测量、中线测 量、横断面测量、路线放样测量、桥涵放样测量、地形图测绘等。 2 GPS采集地形数据 全球定位系统(Global Positioning Sistem，GPS)是全球性的卫星定位 和导航系统，它能向全世界任何地方的用户观测站提供连续的、实 时的三维坐标位置、速度和时间信息。80年代应用于公路勘察采集 数据，有着十分广阔的应用前景。 目前 ，全世界只有2套全球规模的卫星定位系统，即美国建立的 GPS(Global Position System)系统和俄罗斯建立的格拉纳斯(GLONASS)系 统。此外，由欧盟和欧洲航天局酝酿已久的伽利略计划正在紧锣密 鼓地实施中。 整个系统包括空间卫星、地面控制站和用户接收站3个部分。 地面控制部分有一个主控站(美国卫星系统的主控站位于科罗拉 多洲的Springs），负责监控Gps的工作；另有若干个注入站（位于 大西洋、太平洋和印度洋中的各岛），它的任务是连续跟踪所有可 视的卫星，控制和预报卫星飞行器的轨道，连续地注入卫星要发播 的信息，作出卫星的星历预报,校准卫星钟以及更新导航电文。
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上式中， 可以测定，但N无法测出，所以D还是无法测定。如 果调制光的波长λ，并使λ/2>D，则 D= /2 π
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测量中把λ/2称为“光尺”，要想测定100m的距离，就要选用 100m的“光尺” 。但是由于仪器存在测距误差，它与“光尺”长 度成正比，约为光尺长的1/1000，光尺长度越长，测距误差越大。 为了解决这个问题，目前多采用两把“光尺”配合使用，一把尺 的调制频率f约为15MHZ， “光尺” 长度为10m，用来确定分米、 厘米、毫米位数，是保证测距精度的，称为“精尺”，另一把的 调制频率f约为150kHZ， “光尺” 长度为1000m，用来确定米、10 米、100米位数，满足测程要求，称为“粗尺”。把两把尺配合起 来使用，就可以测定1000米以内测距数字显示问题。