基于GPS和全站儀的線路橫斷面測(cè)量方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

山東交通學(xué)院開(kāi)放實(shí)驗(yàn)報(bào)告基于GPS和全站儀的線路橫斷面測(cè)量方法設(shè)計(jì) 系 部： 土木工程系 專(zhuān) 業(yè)： 地理信息系統(tǒng)班 級(jí)： 地信091 學(xué) 號(hào)： 090716108 姓 名: 邵珠勇 指導(dǎo)教師： 宋雷 2010年12月8日基于GPS和全站儀的線路橫斷面測(cè)量一、測(cè)區(qū)概況 該道路位于長(zhǎng)清區(qū)山東交通學(xué)院土木樓北面，東西走向，路面平坦，無(wú)較大起伏，兩側(cè)開(kāi)闊，適于架設(shè)儀器。水泥路面構(gòu)造，寬度15米。其后干燥少雨，溫帶季風(fēng)氣候。屬于濟(jì)南南部山區(qū)丘陵地帶。北面為逐漸起伏的地勢(shì)，有一深溝，南鄰?fù)聊緲?。兩?cè)土質(zhì)疏松，干燥。是交通學(xué)院內(nèi)的一條重要的交通道路，連接學(xué)校東門(mén)和南門(mén)，同時(shí)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(cè)量方法綜述 傳統(tǒng)橫斷面測(cè)量方法：基于水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀測(cè)量公路橫斷面的方法是一種較為普遍的方法;中線水準(zhǔn)測(cè)量（路線縱斷面測(cè)量）：沿路中線測(cè)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(cè)量：測(cè)定沿線所設(shè)置水準(zhǔn)點(diǎn)高程的工作。中本測(cè)量：根據(jù)基本測(cè)量的水準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)定沿線中樁上的地面高程的工作。橫斷面測(cè)量是測(cè)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(diǎn):需要反復(fù)讀數(shù).讀數(shù)誤差較大。三、GPS-RTK與全站儀斷面測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)全站儀測(cè)量橫斷面的方法：全站儀是一個(gè)工具，可以測(cè)距離、角度、和高差。因此如果說(shuō)要用全站儀來(lái)測(cè)量橫斷面的話(huà)方法是比較多的。橫斷面簡(jiǎn)單點(diǎn)就說(shuō)是某一中樁垂直于路線方向兩側(cè)相對(duì)于中樁的原地面自然起伏形狀，它是計(jì)算土石方數(shù)量的重要依據(jù)。我們要測(cè)量的就是中樁兩側(cè)原地面每一個(gè)變化點(diǎn)相對(duì)與中樁的高差和平距。那么說(shuō)到測(cè)量高差和平距正好是全站儀的功能所在，所以測(cè)量起來(lái)也特別方便，而且對(duì)于高差較大，地勢(shì)險(xiǎn)峻的地段其優(yōu)勢(shì)尤為突出。測(cè)量的時(shí)候我們可以在中樁處架好儀器對(duì)中整平后瞄準(zhǔn)垂直于路線的橫斷面方向，指揮菱鏡手在每個(gè)變化點(diǎn)處立桿，測(cè)量出距離和高差（或直接測(cè)量高程）既可。還有也可以使用全站儀自帶的對(duì)邊測(cè)量功能，也可以很方便的測(cè)量出所需數(shù)據(jù)?；蛘哌€可以任意一點(diǎn)架儀器，測(cè)量出每個(gè)變化點(diǎn)的坐標(biāo)和高程。各種方法的不同之處為，第一中方法需要每個(gè)中樁架設(shè)儀器，這樣速度慢，但橫斷面方向比較準(zhǔn)確，后兩種方法可以在任意點(diǎn)架儀器，靈活度大，工作強(qiáng)度小，但是在橫斷面方向確定精度上不如第一種方法。 實(shí)際三維坐標(biāo)法如果測(cè)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(shì)較高、視野開(kāi)闊的已知控制點(diǎn)上，用已知控制點(diǎn)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(zhì)變化點(diǎn)立點(diǎn)，測(cè)站人員用數(shù)字命名點(diǎn)名，將這些描述橫斷面的點(diǎn)一一采集下來(lái)，記錄在全站儀的內(nèi)存里，測(cè)完一個(gè)橫斷面后再測(cè)另外一個(gè)，也可以同時(shí)測(cè)幾個(gè)橫斷面。采用以下格式測(cè)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(biāo)法如果測(cè)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(cè)站點(diǎn)，輸入假定坐標(biāo)(如(100 ，100 ，10) ) 和儀器高，以設(shè)站中樁前后一定距離的某個(gè)中樁定向，撥角至橫斷面方向測(cè)定并記錄橫斷面特征點(diǎn)的假定三維坐標(biāo)，鏡站人員在橫斷面上離中樁大于20 m 的位置報(bào)告一個(gè)左點(diǎn)或右點(diǎn)，測(cè)站人員輸入該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)中樁里程數(shù)減1 或加1 (左減右加) 的數(shù)字作為點(diǎn)名，并測(cè)量其坐標(biāo)，以便程序識(shí)別橫斷面的左右方向，其余橫斷面特征點(diǎn)的點(diǎn)名用不同于測(cè)站點(diǎn)和橫斷面方位識(shí)別點(diǎn)的數(shù)字表示(采用任意三維坐標(biāo)法也需要這樣做)RTK測(cè)量原理及GPS-RTK法進(jìn)行橫斷面測(cè)量RTK(real-time kinematic)原理：RTK是以載波相位觀測(cè)量為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS測(cè)量，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的厘米級(jí)精度的三維定位結(jié)果。RTK測(cè)量系統(tǒng)通常由三部分組成，即GPS信號(hào)接收部分（GPS接收機(jī)及天線）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸部分（數(shù)據(jù)鏈，俗稱(chēng)電臺(tái)）和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理部分（GPS控制器及其隨機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件）。RTK測(cè)量是根據(jù)GPS的相對(duì)定位理論，將一臺(tái)接收機(jī)設(shè)置在已知點(diǎn)上（基準(zhǔn)站），另一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)放在待測(cè)點(diǎn)上（移動(dòng)站），同步采集相同衛(wèi)星的信號(hào)?；鶞?zhǔn)站在接收GPS信號(hào)并進(jìn)行載波相位測(cè)量的同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值、衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給移動(dòng)站；移動(dòng)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，然后利用GPS控制器內(nèi)置的隨機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件與本機(jī)采集的GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，實(shí)時(shí)給出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)、高程及實(shí)測(cè)精度，并將實(shí)測(cè)精度與預(yù)設(shè)精度指標(biāo)進(jìn)行比較，一旦實(shí)測(cè)精度符合要求，手簿將提示測(cè)量人員記錄該點(diǎn)的三維坐標(biāo)及其精度。作業(yè)時(shí)，移動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可在已知點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開(kāi)機(jī)，并在動(dòng)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(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持4顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則移動(dòng)站可隨時(shí)給出待測(cè)點(diǎn)的厘米級(jí)的三維坐標(biāo)。GPS-RTK法進(jìn)行橫斷面測(cè)量GPSRTK測(cè)量法的野外數(shù)據(jù)采集就是利用GPS接收機(jī)進(jìn)行縱橫斷面和地形的野外數(shù)據(jù)采集，內(nèi)業(yè)進(jìn)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(kù)。道路縱橫斷面測(cè)量主要目的是道路調(diào)坡和工程土石方預(yù)算，高程測(cè)量精度達(dá)cm級(jí)即可。而GPS接收機(jī)由于受量高、電磁輻射等影響， GPSRTK測(cè)量的平面精度較高(平面標(biāo)稱(chēng)精度一般為：1cm+12 m)，且站點(diǎn)間誤差不累積。高程精度相對(duì)較低，標(biāo)稱(chēng)精度一般為：2cm+2 m。因此，在一定條件下也可替代水準(zhǔn)高程。野外觀測(cè)RTK基準(zhǔn)站可在測(cè)區(qū)內(nèi)任意選擇，輸入其單點(diǎn)定位值作為參考坐標(biāo)。流動(dòng)站可輸入一套轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)的橢球轉(zhuǎn)換，流動(dòng)站初始化后至少聯(lián)測(cè)2個(gè)平面控制點(diǎn)，用于地形的平面控制。聯(lián)測(cè)附近的一高程點(diǎn)作為高程起算點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)可以采用絕對(duì)高程也可采用相對(duì)高程(相對(duì)于基準(zhǔn)站)，絕對(duì)高程只需將聯(lián)測(cè)的已知高程與其實(shí)測(cè)高程的差值輸入基準(zhǔn)站即可。相對(duì)高程則需要在內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理時(shí)將起算高程點(diǎn)后的實(shí)測(cè)點(diǎn)高程與高程求差即可。因相對(duì)高程的內(nèi)業(yè)工作相對(duì)較大且易出錯(cuò)，故建議野外測(cè)量時(shí)使用絕對(duì)高程。野外采集信息及方法同全站儀實(shí)測(cè)法。本站測(cè)量完畢后，只需將流動(dòng)站再聯(lián)測(cè)下一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，使用同樣的方法求出絕對(duì)高程后用同樣方法測(cè)量即可。而基準(zhǔn)站則無(wú)須遷站，除非因距離較遠(yuǎn)數(shù)據(jù)鏈消失。GPSRTK每個(gè)測(cè)量點(diǎn)只需采集5 S即可，在地形較為復(fù)雜的地區(qū)效率較高。四、野外實(shí)驗(yàn)過(guò)程及原始數(shù)據(jù) 分樁：首先老師給出南北方向的兩個(gè)已知點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z），用以坐標(biāo)定向，在已知點(diǎn) 架設(shè)儀器（GPS-RTK）測(cè)量圓直點(diǎn)（起始點(diǎn)記作0+223點(diǎn)）的坐標(biāo)（X，Y，Z）以及每個(gè)樁的坐標(biāo)。每隔20米分一個(gè)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(xué)院土木樓北橫斷面樁號(hào)坐標(biāo)（GPS-RTK測(cè)量）樁號(hào)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(cè)量每個(gè)斷面上的多個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。在道路兩邊150米距離上選取合適的點(diǎn)，左邊平距記為負(fù)又為正，在每個(gè)點(diǎn)上測(cè)量其坐標(biāo)值如下：山東交通學(xué)院土木樓北橫斷面測(cè)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(chǔ)上輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)輔助制圖系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)繪圖儀相應(yīng)軟件）處理后，輸出橫斷面測(cè)量的各種記錄、成果和圖件資料。五、橫斷面圖六、實(shí)習(xí)技術(shù)總結(jié) 實(shí)習(xí)大體上共分為兩大部分，全站儀測(cè)量和測(cè)量：全站儀測(cè)量分為分樁和測(cè)量?jī)纱蟛糠郑悍謽叮菏紫壤蠋熃o出南北方向的兩個(gè)已知點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z），用以坐標(biāo)定向，在已知點(diǎn)上架設(shè)儀器（RTK）測(cè)量圓直點(diǎn)（起始點(diǎn)記作0+223點(diǎn)）的坐標(biāo)（X，Y，Z）以及每個(gè)樁的坐標(biāo)。每隔20米分一個(gè)樁，分別記為（0+223，0+240,0+260,0+260,0+280,0+300,0+320,0+340）。測(cè)量：在每個(gè)分樁點(diǎn)上架設(shè)儀器，進(jìn)行橫斷面上點(diǎn)的碎部測(cè)量，左邊平距記作負(fù)，右邊為正。選擇合適的點(diǎn)進(jìn)行平距和高差的測(cè)量，記錄分人手工記錄和全站儀存儲(chǔ)兩種以保證數(shù)據(jù)的完整無(wú)誤。測(cè)量先安置天線和其他測(cè)量器材，進(jìn)行信號(hào)的檢測(cè)。用接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行坐標(biāo)的測(cè)量用來(lái)分樁，挨個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，記錄每個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)。七、實(shí)習(xí)日志2010.12.4星期六天氣晴今天我們開(kāi)始了我們的實(shí)習(xí)，首先九點(diǎn)半我們?cè)诶蠋熮k公場(chǎng)所集合，老師對(duì)今天的實(shí)習(xí)計(jì)劃和步驟進(jìn)行講授，以保證實(shí)習(xí)的質(zhì)量。之后去儀器室領(lǐng)取儀器，共兩臺(tái)蘇一光全站儀，兩個(gè)對(duì)中桿，兩個(gè)棱鏡，三臺(tái)GPS設(shè)備，四個(gè)腳架，之后到測(cè)區(qū)進(jìn)行測(cè)量，上午進(jìn)行了兩個(gè)學(xué)時(shí)，進(jìn)行分樁：首先老師給出南北方向的兩個(gè)已知點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z），用以坐標(biāo)定向，在已知點(diǎn)上架設(shè)儀器測(cè)量圓直點(diǎn)（起始點(diǎn)記作0+223點(diǎn)）的坐標(biāo)（X，Y，Z）以及每個(gè)樁的坐標(biāo)。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(jìn)行了橫斷面