基于GPS和全站儀的線路橫斷面測量方法設計實驗報告.doc

山東交通學院開放實驗報告基于GPS和全站儀的線路橫斷面測量方法設計 系 部： 土木工程系 專 業(yè)： 地理信息系統(tǒng)班 級： 地信091 學 號： 090716108 姓 名: 邵珠勇 指導教師： 宋雷 2010年12月8日基于GPS和全站儀的線路橫斷面測量一、測區(qū)概況 該道路位于長清區(qū)山東交通學院土木樓北面，東西走向，路面平坦，無較大起伏，兩側開闊，適于架設儀器。水泥路面構造，寬度15米。其后干燥少雨，溫帶季風氣候。屬于濟南南部山區(qū)丘陵地帶。北面為逐漸起伏的地勢，有一深溝，南鄰土木樓。兩側土質疏松，干燥。是交通學院內(nèi)的一條重要的交通道路，連接學校東門和南門，同時也是連接土木樓和其他院系的一條重要道路，作用十分大。二、傳統(tǒng)橫斷面測量方法綜述 傳統(tǒng)橫斷面測量方法：基于水準儀和經(jīng)緯儀測量公路橫斷面的方法是一種較為普遍的方法;中線水準測量（路線縱斷面測量）：沿路中線測定各中樁上的地面高程的工作，并繪制路線縱斷面圖，表示路線中線位置的地形起伏狀態(tài)。 基本測量：測定沿線所設置水準點高程的工作。中本測量：根據(jù)基本測量的水準點高程測定沿線中樁上的地面高程的工作。橫斷面測量是測定各中樁垂直于中線方向的地面起伏情況。并繪制路線橫斷面圖，表示垂直于路線中方向的地形起伏狀態(tài)。缺點:需要反復讀數(shù).讀數(shù)誤差較大。三、GPS-RTK與全站儀斷面測量的技術設計全站儀測量橫斷面的方法：全站儀是一個工具，可以測距離、角度、和高差。因此如果說要用全站儀來測量橫斷面的話方法是比較多的。橫斷面簡單點就說是某一中樁垂直于路線方向兩側相對于中樁的原地面自然起伏形狀，它是計算土石方數(shù)量的重要依據(jù)。我們要測量的就是中樁兩側原地面每一個變化點相對與中樁的高差和平距。那么說到測量高差和平距正好是全站儀的功能所在，所以測量起來也特別方便，而且對于高差較大，地勢險峻的地段其優(yōu)勢尤為突出。測量的時候我們可以在中樁處架好儀器對中整平后瞄準垂直于路線的橫斷面方向，指揮菱鏡手在每個變化點處立桿，測量出距離和高差（或直接測量高程）既可。還有也可以使用全站儀自帶的對邊測量功能，也可以很方便的測量出所需數(shù)據(jù)?；蛘哌€可以任意一點架儀器，測量出每個變化點的坐標和高程。各種方法的不同之處為，第一中方法需要每個中樁架設儀器，這樣速度慢，但橫斷面方向比較準確，后兩種方法可以在任意點架儀器，靈活度大，工作強度小，但是在橫斷面方向確定精度上不如第一種方法。 實際三維坐標法如果測區(qū)植被茂密，通視條件較差，可將全站儀架在線路附近地勢較高、視野開闊的已知控制點上，用已知控制點定向，中樁上安排一人用“十”字方 向架指揮定向，鏡站人員在定向人員的指揮下沿橫斷面方向在橫斷面上地形、地物、地質變化點立點，測站人員用數(shù)字命名點名，將這些描述橫斷面的點一一采集下來，記錄在全站儀的內(nèi)存里，測完一個橫斷面后再測另外一個，也可以同時測幾個橫斷面。采用以下格式測量記錄數(shù)據(jù) ： 表橫斷面(距離、高程)距離高程-51.93-23.22-5.500.000.6924.7839.1552.6353.4458.6958.7058.6950.7649.93表 橫斷面(距離差、高差)距離高程101.060.859.258.256.443.292.282994.054894.521894.502394.151594.3631 假定三維坐標法如果測區(qū)通視、通行條件較好，可將全站儀直接架在中樁上，以中樁里程數(shù)命名測站點，輸入假定坐標(如(100 ，100 ，10) ) 和儀器高，以設站中樁前后一定距離的某個中樁定向，撥角至橫斷面方向測定并記錄橫斷面特征點的假定三維坐標，鏡站人員在橫斷面上離中樁大于20 m 的位置報告一個左點或右點，測站人員輸入該點所對應中樁里程數(shù)減1 或加1 (左減右加) 的數(shù)字作為點名，并測量其坐標，以便程序識別橫斷面的左右方向，其余橫斷面特征點的點名用不同于測站點和橫斷面方位識別點的數(shù)字表示(采用任意三維坐標法也需要這樣做)RTK測量原理及GPS-RTK法進行橫斷面測量RTK(real-time kinematic)原理：RTK是以載波相位觀測量為根據(jù)的實時差分GPS測量，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的厘米級精度的三維定位結果。RTK測量系統(tǒng)通常由三部分組成，即GPS信號接收部分（GPS接收機及天線）、實時數(shù)據(jù)傳輸部分（數(shù)據(jù)鏈，俗稱電臺）和實時數(shù)據(jù)處理部分（GPS控制器及其隨機實時數(shù)據(jù)處理軟件）。RTK測量是根據(jù)GPS的相對定位理論，將一臺接收機設置在已知點上（基準站），另一臺或幾臺接收機放在待測點上（移動站），同步采集相同衛(wèi)星的信號。基準站在接收GPS信號并進行載波相位測量的同時，通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和測站坐標信息一起傳送給移動站；移動站通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準站的數(shù)據(jù)，然后利用GPS控制器內(nèi)置的隨機實時數(shù)據(jù)處理軟件與本機采集的GPS觀測數(shù)據(jù)組成差分觀測值進行實時處理，實時給出待測點的坐標、高程及實測精度，并將實測精度與預設精度指標進行比較，一旦實測精度符合要求，手簿將提示測量人員記錄該點的三維坐標及其精度。作業(yè)時，移動站可處于靜止狀態(tài)，也可處于運動狀態(tài)；可在已知點上先進行初始化后再進入動態(tài)作業(yè)，也可在動態(tài)條件下直接開機，并在動態(tài)環(huán)境下完成整周模糊值的搜索求解。在整周模糊值固定后，即可進行每個歷元的實時處理，只要能保持4顆以上衛(wèi)星相位觀測值的跟蹤和必要的幾何圖形，則移動站可隨時給出待測點的厘米級的三維坐標。GPS-RTK法進行橫斷面測量GPSRTK測量法的野外數(shù)據(jù)采集就是利用GPS接收機進行縱橫斷面和地形的野外數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)進行必要的數(shù)據(jù)處理和分析，并采集縱橫斷面數(shù)據(jù)，建立縱橫斷面數(shù)據(jù)庫。道路縱橫斷面測量主要目的是道路調(diào)坡和工程土石方預算，高程測量精度達cm級即可。而GPS接收機由于受量高、電磁輻射等影響， GPSRTK測量的平面精度較高(平面標稱精度一般為：1cm+12 m)，且站點間誤差不累積。高程精度相對較低，標稱精度一般為：2cm+2 m。因此，在一定條件下也可替代水準高程。野外觀測RTK基準站可在測區(qū)內(nèi)任意選擇，輸入其單點定位值作為參考坐標。流動站可輸入一套轉換參數(shù)進行坐標的橢球轉換，流動站初始化后至少聯(lián)測2個平面控制點，用于地形的平面控制。聯(lián)測附近的一高程點作為高程起算點。測量點可以采用絕對高程也可采用相對高程(相對于基準站)，絕對高程只需將聯(lián)測的已知高程與其實測高程的差值輸入基準站即可。相對高程則需要在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時將起算高程點后的實測點高程與高程求差即可。因相對高程的內(nèi)業(yè)工作相對較大且易出錯，故建議野外測量時使用絕對高程。野外采集信息及方法同全站儀實測法。本站測量完畢后，只需將流動站再聯(lián)測下一個水準點，使用同樣的方法求出絕對高程后用同樣方法測量即可。而基準站則無須遷站，除非因距離較遠數(shù)據(jù)鏈消失。GPSRTK每個測量點只需采集5 S即可，在地形較為復雜的地區(qū)效率較高。四、野外實驗過程及原始數(shù)據(jù) 分樁：首先老師給出南北方向的兩個已知點的三維坐標（X，Y，Z），用以坐標定向，在已知點 架設儀器（GPS-RTK）測量圓直點（起始點記作0+223點）的坐標（X，Y，Z）以及每個樁的坐標。每隔20米分一個樁，分別記為（0+240,0+260,0+260,0+280,0+300,0+320,0+340），數(shù)據(jù)如下：山東交通學院土木樓北橫斷面樁號坐標（GPS-RTK測量）樁號XYZ0+2234045491.349481009.93660.9490+2404045791.372480992.71661.0140+2604045491.400480972.73861.0780+2804045491.348480952.76761.1220+3004045491.384480932.75561.1730+3204045491.210480912.84661.2350+3404045491.131480892.85061.318使用全站儀測量每個斷面上的多個點的坐標。在道路兩邊150米距離上選取合適的點，左邊平距記為負又為正，在每個點上測量其坐標值如下：山東交通學院土木樓北橫斷面測量成果0+223平距高程-116.64861.125-89.03561.227-61.81361.301-33.58861.087-33.58861.087-6.08661.003-6.02660.8450.00060.9695.87160.8565.94761.01511.87161.12519.64161.45624.66962.48337.15062.57465.86262.68870.99063.83975.31763.95678.78964.18779.48663.58480.27063.62181.28364.40382.07264.27883.35963.63084.11763.656100.65164.7820+240平距高程-120.29761.230-96.04061.251-66.73561.142-38.35361.239-26.56361.151-6.12861.058-6.08060.9150.00061.0145.79360.8705.89361.02018.22161.26625.55962.44847.33762.49867.40262.63872.61864.27086.62563.796108.38164.6410+260平距高程-130.44461.392-108.84861.479-82.27261.466-55.22161.563-28.84361.509-6.19861.125-6.14260.9760.00061.0785.80760.9355.91161.09814.99961.32522.80962.11142.85662.4364.89462.43371.71264.11891.25264.08109.04864.6030+280土木樓-26.36461.544-6.15161.182-6.10061.0320.00061.1226.06160.9726.10961.12216.34461.44822.40662.33143.52062.23066.05662.44768.98464.02479.62264.106101.00063.0560+300土木樓-23.42561.562-6.31761.279-6.22761.0790.00061.1735.95961.0716.05961.22116.57961.49721.84462.25138.67362.30063.79362.37968.52763.92170.81463.75871.31461.258100.18161.258100.68163.665103.00063.6650+320土木樓-23.31161.555-6.34461.290-6.24461.1400.00061.2355.84361.1785.94361.32813.37661.48721.76362.13336.27962.39364.55362.30568.52363.98870.35663.90871.25963.80171.30961.30199.79661.301100.79663.625105.00063.6340+340土木樓-23.21461.556-6.24061.362-6.23761.2120.00061.3185.85061.2455.86761.3958.78961.45614.96761.60917.90662.01143.11462.17067.18062.20370.15463.42170.61963.44473.34862.51680.28762.747107.22762.981在上面數(shù)據(jù)基礎上輸入計算機，由計算機輔助制圖系統(tǒng)微型計算機繪圖儀相應軟件）處理后，輸出橫斷面測量的各種記錄、成果和圖件資料。五、橫斷面圖六、實習技術總結 實習大體上共分為兩大部分，全站儀測量和測量：全站儀測量分為分樁和測量兩大部分：分樁：首先老師給出南北方向的兩個已知點的三維坐標（X，Y，Z），用以坐標定向，在已知點上架設儀器（RTK）測量圓直點（起始點記作0+223點）的坐標（X，Y，Z）以及每個樁的坐標。每隔20米分一個樁，分別記為（0+223，0+240,0+260,0+260,0+280,0+300,0+320,0+340）。測量：在每個分樁點上架設儀器，進行橫斷面上點的碎部測量，左邊平距記作負，右邊為正。選擇合適的點進行平距和高差的測量，記錄分人手工記錄和全站儀存儲兩種以保證數(shù)據(jù)的完整無誤。測量先安置天線和其他測量器材，進行信號的檢測。用接收機接收衛(wèi)星信號，進行坐標的測量用來分樁，挨個點進行測量，記錄每個點的坐標。七、實習日志2010.12.4星期六天氣晴今天我們開始了我們的實習，首先九點半我們在老師辦公場所集合，老師對今天的實習計劃和步驟進行講授，以保證實習的質量。之后去儀器室領取儀器，共兩臺蘇一光全站儀，兩個對中桿，兩個棱鏡，三臺GPS設備，四個腳架，之后到測區(qū)進行測量，上午進行了兩個學時，進行分樁：首先老師給出南北方向的兩個已知點的三維坐標（X，Y，Z），用以坐標定向，在已知點上架設儀器測量圓直點（起始點記作0+223點）的坐標（X，Y，Z）以及每個樁的坐標。分別記為（0+240,0+260,0+260,0+280,0+300,0+320,0+340），分樁完畢。下午進行了橫斷面