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关于全站仪配合RTK放样方法的应用与精度分析

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2012年第7期 西部探矿工程 183 关于全站仪配合RTK放样方法的应用与精度分析 马 震 ,王文彬 (地矿测绘院,乌鲁木齐830017) 摘要:全站仪作为一种较为先进的测量仪器,具有自动化程度高、精度高以及应用广的特点,但实际 的使用中免不了受到测量距离以及通视条件的;RTK技术同样作为近年来兴起并逐渐改善的测 绘技术,具有精度高以及速度快的特点。将二者有机的结合起来使用在理论上有提高放样速度的可 能,从而实现了优势的互补。基于此思想,进行了理论推导,从而得到了相关的精度计算公式,从而证 明了二者的结合确实可以满足提高精度的要求。 关键词:全站仪;RTK;应用;精度 中图分类号:P284 文献标识码:B文章编号:1004—5716(2012)O7一O183一O3 尽管全站仪在实际的测绘中有着极大的应用价值, 但是当出现通视条件较差的复杂环境、起伏较大的地面 时,此方法就会面临极大的困难。而RTK技术的出现 恰好弥补了这一缺点,避免了建立施工控制点,从而大 大降低了劳动的强度,提高了测量的效率、节约了经费。 当然在对通视条件较困难的特殊地段由于RTK技术 失锁严重,致使放样的效果受限,因此一般用于较为宽 阔地带的放样。这样既避免了RTK测量在某些条件 下的不足,又避免了常规的全站仪放样低效。从而使得 全站仪按照不同的分类标准可以进行不同的分类: 按其结构分,可以分为积木型、整体型。顾名思义 前者是可以将电子经纬仪、记录器以及测速仪分离使 用,而后者则通过现代化的手段将各部分整合到一块, 提高了设备的精度。 按全站仪的}贝4量功能可以分为以下4类:经典型全 站仪、机动型全站仪、无合作目标型全站仪以及智能型 全站仪。其中机动型全站仪可以实现对于望远镜以及 照准部的自动驱动,无合作型全站仪在不便于安装发射 棱镜的条件下有着较为明显的优势,而智能型全站仪则 更为的先进,可以称得上是测量机器人,可以在软件的 控制下完成多个目标的测定。 按照全站仪的测距可分为3类:短距离测距全站仪 (测程小于3km)、中程测距全站仪(测程在3~15km) 以及长程测距全站仪(大于15kin)。 1.2 RTK综述 两种仪器在实际的测量中相得益彰,有效地提高作业效 率。 1全站仪、RTK综述和对比 1.1全站仪的分类概述 全站仪也叫做全站型电子速测仪,在设计中采用了 光技术、机电技术等高科技手段,可以实现对于垂直角、 水平角以及距离、高差的精确测量。仪器由电源部分、 测距系统、通讯接口、显示屏、数据处理部分、测角系统、 键盘等部分构成。全站仪几乎可以用在所有的测量领 域。电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据 处理部分、通讯接口及显示屏、键盘等组成。 之所以叫做全站仪是因为通过一次性的安装就可 以实现该站全部测量工作,因此被广泛地应用于地下隧 道施工以及大型的建筑,甚至变形监测领域。全站仪作 为光学经纬仪的升级换代产品,使用光电扫描度盘替代 光学度盘,实现了数据的自动显示以及记录,极大地简 化了测角的操作步骤,同时避免了期间误差的出现。 *收稿日期:2012-05—08 RTK即实时动态差分方法,是一种较为先进、常用 的测量辅助手段。由于之前的测量数据都要经过后续 的解算才可以得到较理想的精度,因此有很大的使用弊 端。而RTK技术采用了载波相位动态实时差分的方 法,可以在实际的测量中实时地获得厘米级的精度,极 大地提高了作业效率。 1.3 RTK与全站仪的比较 1.3.1使用条件 全站仪的使用必须有充足的可见光,因为在实现了 自动测量后仍旧需要人眼进行目标的瞄准,如果光线较 第一作者简介:马震(1983一),男(回旅),乌鲁木齐人,助理工程师,现从事测绘生产技术质量管理工作。 184 西部探矿工程 2012年第7期 弱就影响了对目标的观测;其次还要有光学通视,也就 是在目标物与观测仪之间不能有遮挡物,以防止瞄不准 目标或者测量不出数据。 RTK技术不需要很强的光线,但是要求对天的光 学通视,因为此技术要利用人造卫星的信号,而此信号 又比较弱。因此要求在开阔的天空下进行;RTK各主 机之间不需要光学通视,即固定不动的主机以及流动站 的主机不必光学通视,因为连接使用的是无线电信号。 由于实际中对天的通视要比光学的通视更易于实 现,所以RTK技术应用的更为广泛。 1.3.2测量的距离 一般的全站仪可以说是短距离测量工具,因为其最 长的测距也就1500m,再远的话人眼就会难以辨认目 标;而RTK技术的一般测量距离在10000m左右,因此 在实际的测量中可以一次性地完成测量任务。 1.3.3测量的误差 正如上面提到的测量距离问题,由于全站仪要在实 际的测量中搬站,在此过程中会产生误差,毕竟每个站 点都不是绝对的精确,这一理论叫做误差传播理论 即 搬站的次数越多,累积的误差值也就越大。 由于RTK技术在测量过程中得到的每一点的误 差都是相对于基准站而言的,不会像全站仪那样出现误 差传播的问题,更不会有误差累积的后果。 1.3.4引点问题 无论在发达的城市还是在落后的乡镇,控制点的数 目都不足够。此时使用全站仪不可避免地产生误差的 累积效应;而使用RTK技术就不必担心控制点的问 题。 1.3.5人员问题 全站仪实施测图至少要3个人,且都是专业人士; 而RTK只需要一个专业人士,此外放样的效率也是极 大的优于全站仪。 2全站仪配合RTK放样的方法 如图1所示,点A、B位于较为宽阔的地带,可以由 RTK实施放样;而C点处于对天通视困难区域,致使 卫星的信号严重的失锁,使用RTK放样达不到要求的 精度。因此可以首先使用RTK放样的A、B两点作为 全站仪坐标的已知测量控制点,通过安装在A点的全 站仪以及向B点的后视定向,从而可以通过移动棱镜 达到放样点C点的目的。 3精度分析 对于通视困难地区全站仪配合RTK放样与传统 的全站仪放样有着本质的不同,即定向点A、B并非已 知,只是经过RTK放样的点,也就不可避免的存在误 A 图1全站仪配合RTK放样 差。因此得到的C点的误差就不仅与全站仪的精度有 关,还与定向点A、B有着极为严密的关系。由图1可 以得到以下关系式: c=37A+Daccosa ̄ y =YA4-DAcsin ̄ac 式中:32 '——C点X坐标; ——C点y坐标; D^c——A点到C点的距离。 一 AB一8 经过对以上两式的全微分处理以及应用误差传播 定理可推出: 2:COS2口^c ;+ 确+ 二 垒 丝± z D … 幔一sin2口^cm;+ 砩+ 2 一2 ^c缸AB+D , 一—— ——一m 式中:m ——全站仪的测距误差; 脚——全站仪的测角误差; 一RTK放样误差; p=206265 ; c、△ ——AC边的坐标差值; △ AB、△ ——AB边的坐标差值。 当利用等影响原理时,可以假设RTK放样点A、B 在z、Y两个方向上的位差相等,即 一豫一 。而C 点的放样误差可以写为: 7 一m 2一 ; 整理以上各式可以得到C点的点位误差为: 一 + 硝+2[ 十( )。一 c。 考虑到常用的全站仪标称测距精度为±(2+2× 1O D)mm,平均的测距长度在施工放样时取值为 200m。因此根据测角测距的匹配原则,与之对应的标 称测角角度适宜取为2 。同时在参照了导线的测量技 2012年第7期 西部探矿工程 185 术要求以及其它的因素的情况下,设定m 一3.5ram, 一的坐标的误差仅为0.008。总之,通过全站仪与RTK 11 。由实际的测量经验知道,RTK平面的定位误差 在距离基准站5kin左右处不大于20ram,相应的位差 技术的配合完全可以满足工程对于放样精度的要求,同 时也要注意已知点本身存在的误差对于测量结果的影 响。 5全站仪应用前景 yy/, ̄---10√2mITI,DAC—DAB=200m, 一180。。将以上各项 带人上面式子得后一项为1200ram ,前两项之和为 126ram ,得到7 为36.5mm。由此计算也可见,全站 仪本身对于待放样点的影响远小于RTK放样已知点, 近年来随着计算机技术的迅猛发展以及工业技术 的成熟,并且在用户对于测量手段精度、便捷性的需求, 因此在进行全站仪配合RTK放样时要首先确保RTK 的放样精度,在此基础之上才能使得二者的结合得到较 为理想的结果。 4实例分析 此实例分析的目的是检验RTK与全站仪配合放 样的精确度是否满足了放样点的精度要求,方法是通过 已知的控制点进行试验。设定D 、D2为已知的控制 点,通过这两点与RTK放样点A、B结合起来,实现对 于E、F、G、H点的放样。具体的实验步骤如下: (1)首先利用基准点D 、D2,通过RTK技术放样A 点与B点; (2)将全站仪放置于A点,另一个作为后视定向 点,实现对于E、F、G、H点的放样; (3)以D 、D2为基础通过全站仪实现对于A、B、E、 F、G、H各点的坐标的测量; (4)最后将实际测的坐标与待放样点的设计坐标对 比,以检验其放样的精度。 表1一个实例的误差情况 从表1的两组数据的对比可以明显地看到,E、F、 G、H各点的点位坐标与设计坐标的差值仅为0.012, 而经过RTK直接放样的两点的设计坐标与实际测量 促使了测量技术不断的发展,现今全站仪已经出现了防 水型、自带内存型以及防爆型、电脑型等更能满足特定 用户需求的设计类型。 当今世界上精度最高的全站仪可以在测角上达到 0.52 ,相应的测距的精度在lmm+lppm,并且在自动 目标识别的帮助下可以实现全天候的工作,既可以选择 自动操作,也可以手动操作;既可以远距离地遥控操作, 也可以进行机载应用程序控制。 同时数据记录器的存在使得计算机与全站仪的连 接更为方便,实现了野外测量的自动化、高效化以及精 确化。全站仪作为一种常规的测量仪器,特别是在与相 应的技术配合使用的情况下无疑会使得测绘工作更为 轻松、精确、高效,在日后的工作中也必将发挥越来越大 的作用。 6结束语 总之,RTK尤其在那些透视条件差、地形复杂的环 境下有着更为高效的特征,比全站仪效率至少高2倍; 但是当RTK失锁严重或者放样的精度受限的情况下 全站仪又有着自身的巨大优势。因此二者的配合可以 实现高效放样的目的。同时以上的计算分析也表明二 者的配合可以得到满意的放样结果,并且有理由相信, 随着技术的发展,其精度、效率会更高。 参考文献: [1]刘文亮.全站仪施工放样测量的精度探讨EJ].山西焦煤科 技,2oo8(5):30-32. E23顾孝烈,鲍峰,程效军.测量学[M].2版.上海:同济大学出 版社,2006. [3]马书英,刘晓宁.新仪器、新方法在工程放样中的应用[J]. 北京测绘,2008(2):60-62. [4]左淑红,左凤呜,郑丽娜.相对差分GPS精度分析I-j- ̄.测绘 空间与地理信息,2007,30(2):42—45. [5]郭建东,冒爱全,殷忠.RTK测量的方法与精度实验EJ3.测 绘科学,2006,31(3):59—61. [6]包民先,高玉良,陆建雄.提高RTK平面控制测量精度与 可靠性试验研究[J].北京测绘,2010,9(4):65—67. 

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