全站儀內(nèi)存導線兼容數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研究以拓普康和徠佧儀器為例論文

1、 1 / 63武 漢 大 學碩士專業(yè)學位論文全站儀存導線兼容數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研究（以拓普康和徠佧儀器為例）研 究 生 姓 名：指導教師、職稱：專 業(yè) 學 位 名 稱： 工 程 碩 士研究方向：全站儀存導線兼容數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的研究 3 / 63MemoryTraverse Data processing programOf Topcon,Leica total stationBYYuYanWei 5 / 63學位論文原創(chuàng)性聲明學位論文原創(chuàng)性聲明本人重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作

2、品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名：日期： 年 月 日學位論文使用授權(quán)書學位論文使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) XXXX 大學可以將本學位論文的全部或部分容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日 I / 63摘 要傳統(tǒng)的地形測量是用儀器在野外測量角度、距離、高差，

3、作記錄(稱外業(yè))，在室作計算、處理，繪制地形圖(稱業(yè))等。由于地形測量的主要成果地形圖是由測繪人員利用分度器、比例尺等工具模擬測量數(shù)據(jù)，按圖式符號展繪到白紙(繪圖紙或聚酯簿膜)上，又俗稱白紙測圖或模擬法測圖。隨著電子技術、激光技術、計算機硬件和軟件技術的發(fā)展，產(chǎn)生了測距儀、全站儀、陀螺儀等光電結(jié)合型的測繪儀器，傳統(tǒng)的測繪方法因此而發(fā)生了巨大的變化。全站儀作為當前應用最為廣泛的測繪儀器，是電子技術與光學技術結(jié)合發(fā)展的光電測量儀器，集測距儀、電子經(jīng)緯儀的優(yōu)點于一體。在智能型全站儀中采用了光、電、磁、機的最新科學成果，具有了測距、測角功能。國際上先進的全站儀均以存儲卡、部存儲器或電子手薄的方式記錄數(shù)

4、據(jù)，具有雙路傳輸?shù)耐ㄓ嵐δ?，可以與外部計算機或電子手簿進行數(shù)據(jù)的相互傳遞，也可以依靠外部計算機或電子手簿的指令進行測量工作。以全站儀為代表的智能化、數(shù)字化儀器是測量儀器今后的發(fā)展方向之一。有了全站儀等先進測量儀器和計算機技術的大力支持，就可以建立三維數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、處理的測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的手薄記錄、手工錄入、繁瑣計算等大量的重復性的工作角有計算機處理，在減輕工作人員工作強度的同時效益提高了，速度加快了，精度也得到了保證和提高?？茖W技術的進步，信息化測量儀器全站型電子速測儀的廣泛應用，以與微型計算機硬件和軟件技術的迅猛發(fā)展與滲透，促進了地形測繪的自動化，并成為大比例尺地形測量全面革新

5、的最積極、最有活力的因素和最可靠的技術保障，地形測量從白紙測圖變革為數(shù)字測圖，測量的成果不僅是繪制在紙上的地形圖，更重要的是提交可供傳輸、處理、共享的數(shù)字地形信息，即以計算機磁盤為載體的數(shù)字地形圖，成為信息時代不可缺少的地理信息的重要組成部分。 數(shù)字化測繪不僅僅是利用計算機輔助繪圖，減輕測繪人員的勞動強度，保證地形圖繪制質(zhì)量，提高繪圖效率。而更具有深遠意義的是由計算機進行數(shù)據(jù)處理并可以直接建立數(shù)字地面模型和電子地圖， 為建立地理信息系統(tǒng)提供了可靠的原始數(shù)據(jù)， 以供國家、城市和行業(yè)部門的現(xiàn)代化管理、以與工程設計人員進行計算機輔助設計(CAD)使用。提供地圖數(shù)字圖象等信息資料已成為一些政府管理部門

6、和工程設計、建設單位必不可少的工作，正越來越受到各行各業(yè)的普遍重視。通常，將利用全站儀在野外進行數(shù)字化地形數(shù)據(jù)采集，并機助繪制大比例尺地形圖的工作，簡稱為數(shù)字測圖。本文主要討論在數(shù)字測圖外業(yè)數(shù)據(jù)采集的過程中，不使用筆記本或者數(shù)字平板，僅使用全站儀的情況下，盡量少甚至不進行手工記錄和畫草圖的工作，最大程度上實現(xiàn)無紙化作業(yè)，針對其數(shù)據(jù)記錄功能進行導線計算記錄的二次開發(fā)，做相應的數(shù)據(jù)處理；充分利用其編碼測量的功能，制作相應的程序模塊，達到外業(yè)畫草圖的目的，最終通過業(yè)編輯形成數(shù)字地形圖。關鍵詞：數(shù)字測圖 導線計算 數(shù)據(jù)處理 編碼測量 3 / 63AbstractOrdnance Survey is a

7、 traditional instrument in the field measurement of the angle， distance， height difference， make a record (known outside the industry)， in the room to make the calculation， processing， topographic maps (called within the industry) and so on. As the main results of Ordnance Survey - Topographic surve

8、ying and mapping personnel by the use of a protractor， scale simulation tools such as measurement data， according to schematic symbols plotting to White (drawing paper or polyester thin film)， they also commonly known as the White Mapping or a simulation mapping.As electronic technology， laser techn

9、ology， computer hardware and software technology development， produced a range finder， total station， gyroscopes and other optical mapping apparatus of combined traditional mapping methods therefore has undergone tremendous changes. Total station as the current most widely used mapping instruments，

10、electronic technology and optical technology with the development of electro-optical measuring instruments， set range finder， electronic theodolite advantage in one. In the intelligent use of total station in the light， electricity， magnetism， machines of the latest scientific achievements， with a d

11、istance measurement， angle measuring function. Total stations are international advanced memory card， internal memory or electronic way of hand-thin record data， with two-way transmission of communications， with an external computer or electronic hand-book for the mutual transmission of data， you ca

12、n also rely on an external computer or Hand book of instructions of electronic measurements. With total station， represented by intelligent and digital instrument is a measuring instrument， one of the future direction of development. With the total station and other advanced measurement instruments

13、and computer technology support， you can create three-dimensional automatic data collection， transmission， processing of measurement data processing system， the traditional hand-thin record， manual entry， a large number of repetitive tedious calculation of the Work Kok on computer processing， in red

14、ucing the intensity of the staff working at the same time increase efficiency， speed， speed， and accuracy has been secured and enhanced.Scientific and technological progress， information measuring instruments - Total Station Electronic Tachometer wide range of applications， and micro-computer hardwa

15、re and software technology for the rapid development and penetration， promote the automation of topographic mapping and become large-scale topographic survey overhaul The most active and dynamic factors and the most reliable technical support， topographic survey mapping changes from white to digital

16、 mapping， measuring the results is not only a topographic map drawn on paper， more importantly， is to submit for transmission ， processing and sharing of digital terrain information， namely， computer disks as the carrier of the digital terrain map， the information age to become an indispensable part

17、 of an important component of geographic information.Digital Mapping is not just the use of computer-aided mapping， surveying and mapping to reduce the labor intensity and topographic mapping to ensure quality， improve drawing efficiency. The more far-reaching is the computer-data processing and dir

18、ect the establishment of digital terrain models and digital maps， geographic information systems for the establishment of a reliable raw data for state， city and industry sector， modern management， as well as engineering design personnel in computer-aided design (CAD) to use. Provides a map and othe

19、r information on digital images has become a number of government management and engineering design， construction units essential to the work of all walks of life are increasingly subject to universal attention. 5 / 63Typically， the total station will be used to conduct in the field of digital terra

20、in data collection， and computer-aided mapping large-scale topographic maps of the work， referred to as the digital mapping.This article focuses on mapping out the industry data collection process， notebook or digital flat panels do not apply， only applies to the case of RTK or total station， not ev

21、en as little as possible for manual records and sketches of the work to achieve the greatest degree of paperless of operation， data recording functionality for its second development， making the corresponding data processing； take full advantage of the encoding function of measurement to produce the

22、 corresponding program modules， reaching outside the industry， sketch of the purpose， and eventually within the industry by creating a digital topographic map editing .KeyKey wordswords: digital mapping， calculation， data processing，coding measure 1 / 63目 錄摘要 IABSTRACT .31 緒論 11.1 當代地形圖測繪的發(fā)展與前景 .11.

23、2 幾種數(shù)據(jù)采集方法的介紹與分析 .51.2.1 GPS 技術 .51.2.1.1 GPS 靜態(tài)定位模式 .51.2.1.2 GPS 動態(tài)定位模式 .61.2.1.3 GPS 相位差分定位技術 .61.2.2 利用全站儀數(shù)據(jù)采集.81.2.3 利用超站儀數(shù)據(jù)采集.91.2.4 利用電子平板數(shù)據(jù)采集.101.3 論文研究的動機和目的 .111.4 研究的容與解決方法 .121.4.1 數(shù)據(jù)處理的容.121.4.2 Visual Basic 6.0 編程語言介紹.141.5 論文的組織結(jié)構(gòu) .152 數(shù)據(jù)處理程序的設計 172.1 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的流程 192.2 數(shù)據(jù)處理軟件的功能設計 20

24、2.2.1 主要功能 202.2.2 輔助功能 213 數(shù)據(jù)處理軟件的開發(fā)和實現(xiàn) 213.1 外業(yè)導線測量編碼規(guī)則的設定 223.1.1 拓普康全站儀的導線編碼設定 223.1.2 徠佧全站儀的導線編碼設定 243.2 導線平差文件的定義 263.2.1 記錄前視觀測高差數(shù)據(jù)的導線平差文件 263.2.2 記錄對向觀測高差數(shù)據(jù)的導線平差文件 273.2.3 觀測值計算后的導線平差文件 283.3 軟件的開發(fā)與實現(xiàn) 283.3.1 數(shù)據(jù)錄入 29 3.3.1.1 手工錄入導線數(shù)據(jù) 293.3.1.2 全站儀觀測數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換 303.3.2 導線計算 323.3.3 提取統(tǒng)計 333.3.4 文本轉(zhuǎn)

25、換 343.3.5 坐標采集轉(zhuǎn)換 353.3.6 Excel 輸出 353.3.7 文件 363.3.8 其它 383.4 本章小結(jié) 414 利用編碼采集數(shù)據(jù)的討論 414.1 地形點編碼 414.2 地形點連線信息編碼 424.3 野外地形數(shù)據(jù)采集 434.4 作者對編碼采集數(shù)據(jù)的思路 454.4 作者對編碼采集數(shù)據(jù)的設計 464.4.1 動態(tài)簡碼設計 464.4.2 軟件實現(xiàn)的思路 475 結(jié)論 475.1 論文實現(xiàn)的主要成果 475.2 未來的研究和進一步工作 48參考文獻 49致 50 1 / 631 緒論1.1 當代地形圖測繪的發(fā)展與前景傳統(tǒng)的地形測量是用儀器在野外測量角度、距離、高

26、差，作記錄(稱外業(yè))，在室作計算、處理，繪制地形圖(稱業(yè))等。由于地形測量的主要成果地形圖是由測繪人員利用分度器、比例尺等工具模擬測量數(shù)據(jù)，按圖式符號展繪到白紙(繪圖紙或聚酯簿膜)上，又俗稱白紙測圖或模擬法測圖。隨著激光技術、電子技術、計算機軟硬件技術的發(fā)展，產(chǎn)生了測距儀、全站儀、陀螺儀等光電結(jié)合型的測繪儀器，傳統(tǒng)測繪方法因此而發(fā)生了巨大的變化。全站儀作為當前應用最為廣泛的測繪儀器，是電子技術與光學技術結(jié)合發(fā)展的光電測量儀器，集測距儀、電子經(jīng)緯儀的優(yōu)點于一體。在智能型全站儀中采用了光、電、磁、機的最新科學成果，具有了測距、測角等功能。國際國先進的全站儀均以存儲卡、部存儲器或電子手薄的方式記錄數(shù)

27、據(jù)，具有雙路傳輸?shù)耐ㄓ嵐δ?，能夠與外部計算機或電子記錄手簿進行數(shù)據(jù)的相互傳遞，也可以依靠外部計算機或電子手簿的指令進行測量工作。以全站儀為代表的智能化、數(shù)字化儀器是測量儀器今后的發(fā)展方向之一。有了全站儀等先進測量儀器和計算機技術的大力支持，就可以建立三維數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、處理的測量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的手薄記錄、手工錄入、繁瑣計算等大量的重復性的工作角有計算機處理，在減輕工作人員工作強度的同時效益提高了，速度加快了，精度也得到了保證和提高?？茖W技術的進步，信息化測量儀器全站型電子速測儀的廣泛應用，以與微型計算機硬件和軟件技術的迅猛發(fā)展與滲透，促進了地形測繪的自動化，并成為大比例尺地形測量全面

28、革新的最積極、最有活力的因素和最可靠的技術保障，地形測量從白紙測圖變革為數(shù)字測圖，測量的成果不僅是繪制在紙上的地形圖，更重要的 是提交可供傳輸、處理、共享的數(shù)字地形信息，即以計算機磁盤為載體的數(shù)字地形圖，成為信息時代不可缺少的地理信息的重要組成部分。數(shù)字化測繪不僅僅是利用計算機輔助繪圖，減輕測繪人員的勞動強度，保證地形圖繪制質(zhì)量， 提高繪圖效率。而更具有深遠意義的是由計算機進行數(shù)據(jù)處理并可以直接建立數(shù)字地面模型和電子地圖， 為建立地理信息系統(tǒng)提供了可靠的原始數(shù)據(jù)， 以供國家、城市和行業(yè)部門的現(xiàn)代化管理、以與工程設計人員進行計算機輔助設計(CAD)使用。提供地圖數(shù)字圖象等信息資料已成為一些政府管

29、理部門和工程設計、建設單位必不可少的工作，正越來越受到各行各業(yè)的普遍重視。通常，將利用電子全站儀在野外進行數(shù)字化地形數(shù)據(jù)采集，并機助繪制大比例尺地形圖的工作，簡稱為數(shù)字測圖。在測量儀器發(fā)展的同時，測量方法與手段也在不斷發(fā)展。以衛(wèi)星遙感（rs） 、全球定位系統(tǒng)（gps）為代表的空間對地觀測技術在測繪科學中的應用日趨成熟，遙感包括衛(wèi)星遙感和航空遙感，基于遙感資料建立數(shù)字地面模型（dtm）進而應用于測繪工作已獲得了較多的應用。gps(global positioning system)是美國國防部于 1973年組織研制的軍用導航定位系統(tǒng)，80 年代商品化并推廣到民用，引起各界廣泛的注意。gps 定位

30、方法精度高，方便靈活。gps 定位技術在測繪中的應用和普與，是測繪科技的一個重大的突破性進展。gps 已經(jīng)成為測量的主要技術手段，不僅具有全天候、高精度和高度靈活性的優(yōu)點，而且與傳統(tǒng)的測量技術相比，無嚴格的控制測量等級之分，不必考慮測點間通視，不需造標，不存在誤差積累，可同時進行三維定位等優(yōu)點，在外業(yè)測量模式、誤差來源和數(shù)據(jù)處理方面是對傳統(tǒng)測量觀念的轉(zhuǎn)變。而 GPS 實時動態(tài) RTK 模式，以實時、快速、高精度等特點不僅給控制測量帶來新的突破，而且在工程放樣、碎部測量、水域測量、地籍測量、房產(chǎn)測繪等廣泛領域帶來了深刻變化，快速 RTK 技術給測繪的數(shù)據(jù)采集工作帶來了革命性的解決方案。 3 /

31、63以上測量儀器與測量技術的發(fā)展結(jié)果，顯而易見的是外業(yè)的工作方式：攜帶的基本物品是一臺全站儀、一個三腳架、兩根標桿、兩個棱鏡和一卷鋼尺（還可以加一個電子手簿或裝有測量軟件的便攜式計算機） ，測量的計算工作全部交給全站儀或計算機，這種測圖方式一般稱為數(shù)字測記模式；如果電子手簿提供功能或使用便攜式計算機，可以同時編輯圖形、加注屬性，將測量的大部分工作在外業(yè)中完成，現(xiàn)在大量使用的一些電子平板測量系統(tǒng)就是這樣的，這種測圖方式稱為電子平板模式。雖然提高了效率、減輕了強度，可是外業(yè)人員還會抱怨要帶的儀器過多，對于測圖系統(tǒng)集成的呼聲日益高漲。所謂測圖系統(tǒng)，包括測量儀器和大比例尺測圖軟件以與軟件的運行平臺；所

32、謂簡化，是在不降低測量技術水平和工作效能的條件下使用最少的設備，提高測圖軟件的實用性和易用性。所以測圖系統(tǒng)要簡化，不但測圖軟件和軟件運行平臺的集成度要提高，而且測量儀器也要利用先進的電子技術和機械制造技術實現(xiàn)一機多能。借鑒電子平板測量系統(tǒng)產(chǎn)生了全站儀自動跟蹤測量模式。測站為自動跟蹤式全站儀，可以無人操作；棱鏡站有跑鏡員和電子平板操作員(甚至平板操作員兼任司鏡員)。全站儀自動跟蹤照準立在測點上的棱鏡，測量的數(shù)據(jù)由測站自動傳輸給棱鏡站的電子平板記錄、成圖。瑞典捷創(chuàng)力(geotronic)、日本拓普康(topcon)等推出的自動跟蹤全站儀的單人測量系統(tǒng)，再加上電子平板即可實現(xiàn)此模式。1997 年徠卡

33、(leica)推出的 tca 全站儀+rcs1000 控制器(遙控器)，實現(xiàn)了遙控測量(remote control surveying，rcs)，使自動跟蹤測量模式更趨于現(xiàn)實。測站無人操作，而在鏡站遙控開機測量，全站儀自動跟蹤，自動照準，自動記錄，與時獲取觀測成果，還可在鏡站遙控進行檢查與編碼。tca 遙控測量系統(tǒng)與電子平板連接，則可實現(xiàn)自動跟蹤模式的電子平板數(shù)字測圖。目前此種模式價格昂貴，適用于特定的應用場合。 在如今的測繪作業(yè)中，工作方式正由全站儀單獨作業(yè)向全站儀配合電子手簿或便攜式計算機的電子平板方式過渡。在這一方式產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益的同時，也暴露出了該方式的不足之處，便攜式計算機價格較

34、高，保養(yǎng)維護要求高，裝有測量軟件的便攜式計算機雖然功能強大，但在攜帶、操作、工作時間、工作環(huán)境要求等方面與電子手薄相比略顯不足，而電子手薄雖然價格較低，但是功能有限，除了測量數(shù)據(jù)的計算功能外，只有少數(shù)的幾種能夠顯示圖形，大多數(shù)只是一個數(shù)據(jù)的載體。那么能否將便攜式計算機與電子手薄的優(yōu)勢互補？可以，性能不斷加強的掌上式電腦裝上專業(yè)定制的測量軟件后，就達到了便攜式計算機和電子手薄的最佳組合。例如，海信新型 hpc 提供了 20ram（隨機存取存） ，為操作系統(tǒng)與應用軟件提供了足夠的運行空間，極大的提高了應用軟件的運行速度，減少手寫輸入的識別時間，真正實現(xiàn)了“即寫即現(xiàn)” ，這種掌上電腦尺寸小、低能耗、

35、重量不足 500 克。它的袖珍存儲卡擴展槽提供掌上電腦功能的擴展，如網(wǎng)卡、快閃存儲卡以與無線傳輸卡等，使用此項功能可以在任何時候插入或退出 cf 擴展卡。當插入快閃存儲卡的時候，就可以將資料存進卡；當需要使用其所對應的應用軟件時，可以直接按下快捷健，系統(tǒng)會自動開機并進入相應的應用軟件。掌上電腦使用圖形用戶操作界面的操作系統(tǒng)，具有良好的圖形顯示和交互操作的特性，由電子手簿的 yes 或 no 的應答式操作改為人機交流的交互式操作；裝載了專業(yè)測量軟件后，就成為了小型的測圖軟件平臺，在這個平臺上可以利用測量軟件的功能，將全站儀采集的離散點數(shù)據(jù)編輯成帶有屬性的圖形數(shù)據(jù)，在編輯的同時就可顯示在屏幕上，也

36、就是“即測即現(xiàn)” ；由于掌上電腦屏幕分辨率的提高，顯示的圖形將更細膩、更精確，使得在測量現(xiàn)場就可對數(shù)據(jù)進行檢查；低能耗的優(yōu)點，不僅是滿足長時間作業(yè)的要求，而且保持了作業(yè)的連續(xù)性，在最佳的測量條件下進行最多的測量作業(yè)，減少測量環(huán)境對測量數(shù)據(jù)精度的影響。掌上電腦在測量中的使用必將推動測繪業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生巨大經(jīng)濟與社會效益，為國 5 / 63家基礎設施建設、礦產(chǎn)資源調(diào)查利用、百姓交通旅行、國防建設、環(huán)境保護等與國家和個人息息相關的多方面提供有力支持。從長遠來看，這只是測圖系統(tǒng)集成的一個階段。發(fā)展創(chuàng)造需求，需求指引發(fā)展，測圖系統(tǒng)的集成是必然趨勢。gps 和全站儀相結(jié)合而形成的超站儀已被用于多種測量工作，

37、掌上電腦和全站儀的結(jié)合或者全站儀自身的功能不斷完善，到時如果全站儀的無反射鏡測量技術進一步發(fā)展，精度達到測量標準要求，那么測量工作只需攜帶一臺超站儀和一個三腳架，而操作員也只需一人。展望未來，隨著科技的進一步發(fā)展，將來的大比例尺測圖系統(tǒng)將沒有全站儀和三腳架，只是操作員的工作帽上安著 gps 接收器以與激光發(fā)射和接收器，用于測距和測角，眼前搭小巧的照準鏡，手中拿著帶握柄的掌上電腦處理數(shù)據(jù)、顯示圖形，腰上別著的無線數(shù)據(jù)傳輸器則將測得的數(shù)據(jù)實時傳回測量中心，測量中心則收集各個測區(qū)的測量數(shù)據(jù)，生成整體大比例尺地形數(shù)據(jù)庫。這是大比例尺數(shù)字測圖的美好明天。1.2 幾種數(shù)據(jù)采集方法的介紹與分析1.2.1 G

38、PS 技術授時與測距導航系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)(Navigation System Time and Ranging/Global Position-ing System)，簡稱“全球定位系統(tǒng)”(縮寫 GPS)， 它是當代新技術的產(chǎn)物，經(jīng)過 30 多年的發(fā)展，已應用到幾乎所有的領域中。作為一項非常重要的技術手段和方法，廣泛用于實時精密導航、高精度定位，從而為工程規(guī)劃、施工建設，從國家控制網(wǎng)到地形測繪都提供一系列技術支持。1.2.1.1 GPS 靜態(tài)定位模式靜態(tài)定位作業(yè)是由兩臺或兩臺以上 GPS 接收機設置在待測基線端點上，捕獲和 跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過程中固定不變，接收機高精度地測量 GPS 信號的

39、傳播時間，利用GPS 衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機天線所在位置的三維坐標。這種測量方式在地形圖測繪中，用來做項目的控制網(wǎng)，不適合做碎部點的采集工作；目前在像控點的采集上經(jīng)常使用。1.2.1.2 GPS 動態(tài)定位模式動態(tài)定位作業(yè)是用 GPS 接收機測定一個運動物體的運行軌跡。GPS 接收機所安置于運動載體上(如航行中的船艦，空中的飛機，行走的車輛等)。載體上的 GPS 接收機天線在跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過程中相對地球而運動，接收機用 GPS 信號實時地測得運動載體的狀態(tài)參數(shù)(瞬間三維位置和三維速度)。在地形圖的碎部點采集上基本上不使用這種作業(yè)方式。1.2.1.3 GPS 相位差分定位技術相位差

40、分定位作業(yè)技術又稱為 RTK(Rcal Time Kinematic)技術，作業(yè)方法是在基準站上安置一臺 GPS 接收機，對所有可見 GPS 衛(wèi)星進行連續(xù)地觀測，并將其觀測數(shù)據(jù)通過無線電傳輸設備實時地發(fā)送給用戶觀測站，在用戶觀測站上，GPS 接收機在接收 GPS 衛(wèi)星信號的同時，通過無線電接收設備，接收基準站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時地提供觀測點的三維坐標，并達到厘米級的高精度。在地形圖測繪中被廣泛應用，從圖根點的布設到地形碎部點的采集，貫穿于地形測圖的始末。其作業(yè)優(yōu)點如下：(1) 定位精度高，數(shù)據(jù)可靠，沒有誤差積累。在滿足 RTK 的基本工作條件下，一定的作業(yè)半徑圍（一般為

41、 4km） ，RTK 的平面精度和高程精度都能達到厘米級。 7 / 63(2) 降低了作業(yè)條件要求。RTK 技術不要求兩點間滿足光學通視，只要求滿足“電磁波通視” ，和傳統(tǒng)測量相比，RTK 技術受通視條件、能見度、氣候、季節(jié)等因素的限制較小，在傳統(tǒng)測量中地形復雜、地物障礙而造成的通視困難地區(qū)，也能進行快速的高精度定位作業(yè)。(3) 作業(yè)效率高。 在一般的地形地勢下，高質(zhì)量的 RTK 設站一次即可測完 4km 半徑的測區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測量所需的控制點數(shù)量和測量儀器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點坐標，作業(yè)速度快，勞動強度低，節(jié)省了外業(yè)費用，提高了勞動效率。(4)

42、自動化、集成化程度高，測繪功能強大。RTK 可勝任各種測繪、外業(yè)。流動站利用裝式軟件控制系統(tǒng)，無需人工干預便可自動實現(xiàn)多種測繪功能，使輔助測量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。(5) 操作簡便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強。只要在設站時進行簡單的操作，就可以邊走邊獲得測量結(jié)果坐標或進行坐標放樣。數(shù)據(jù)輸入、存儲、處理、轉(zhuǎn)換和輸出能力強，能方便快捷地與計算機與其它測量儀器通信。盡管 GPS-RTK 技術有以上優(yōu)點，但同時也存在不足。(1) 受衛(wèi)星狀況限制。當測區(qū)位置不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值；在高山峽谷深處與密集森林區(qū)，城市高樓密布區(qū)，衛(wèi)星信號被遮擋時間較長，使一天中可作業(yè)時間受限

43、制，并容易產(chǎn)生多路徑效應，使測量結(jié)果受到影響。(2) 天空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接受不到 5 顆衛(wèi)星，因而初始化時間長甚至不能初始化，無法進行測量。 (3) 數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標稱距離小的問題。RTK 數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾，在傳輸過程中衰減嚴重，嚴重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)密樓區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號受到限制。另外，當 RTK 作業(yè)半徑超過一定距離時，測量結(jié)果誤差超限，所以 RTK 的實際作業(yè)有效半徑比其標稱半徑要小很多。(4) 初始化能力和所需時間問題。在山區(qū)、一般林區(qū)、城鎮(zhèn)密樓

44、區(qū)等地作業(yè)時，衛(wèi)星信號被阻擋機會較多，容易造成失鎖，采用 RTK 作業(yè)時有時需要經(jīng)常重新初始化。這樣測量的精度和效率都受影響。(5) 電量不足問題。RTK 耗電量較大，需要多個大容量電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應缺乏的偏遠地區(qū)作業(yè)會受到限制。(6) 精度和穩(wěn)定性問題。RTK 測量的精度和穩(wěn)定性都不與全站儀，特別是穩(wěn)定性方面，這是由于 RTK 較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況影響的緣故。1.2.2 利用全站儀數(shù)據(jù)采集電子全站儀是集測距、測角、測高程與數(shù)據(jù)自動處理于一體化的智能化測量儀器，它只需通過一次照準反射棱鏡，即可測出水平角、垂直角和水平距離，自動計算出目標點的坐標和高程；

45、通過它的主機的標準通訊接口，可實現(xiàn)全站儀與計算機的數(shù)據(jù)通訊，從而使測量數(shù)據(jù)的獲取、管理、計算和繪圖形成一個完整的自動化測量系統(tǒng)。在解決空間三維坐標功能上，它具有速度快、精度高、省工時等特點，因而被廣泛應用到地形圖測繪、公路橋梁以與建筑工程的施工測量、放樣中去。全站儀的基本結(jié)構(gòu)原理框圖可簡單地表示為圖 1.1 9 / 63水平角光電測角系統(tǒng)微處理機垂直角光電測距系統(tǒng)斜距雙軸補償系統(tǒng)V、H鍵盤顯示器數(shù)據(jù)存儲器程序存儲器輸入輸出接口 圖 1.1 全站儀的基本結(jié)構(gòu)原理框圖全站儀主要由電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和置微處理器組成。從儀器結(jié)構(gòu)上來看，全站儀可分為“組合式”和“整體式”兩類。 “組合式”全站儀是將

46、電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和微處理機通過一定的連接器構(gòu)成一體，可分可合，如徠卡 T2000+DI5 等，是全站儀的早期產(chǎn)品；“整體式”全站儀則是在一個儀器外殼包含了電子經(jīng)緯儀，光電測距儀和微處理機，而且電子經(jīng)緯儀和光電測距儀共用一個望遠鏡，儀器各部分構(gòu)成一個整體，不能分離。目前生產(chǎn)的全站儀基本多為“整體式” 。利用全站儀采集地形數(shù)據(jù)的步驟如下：(1)把全站儀設于已知控制點上，對中整平。新建數(shù)據(jù)文件，輸入已知控制點的坐標。(2)調(diào)出設站點和定向點坐標，將全站儀照準定向點進行定向。(3)定向工作完成后，用第三個點進行檢核，符合要求后，進行測圖。(4)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后將全站儀中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X，將傳輸?shù)淖?/p>

47、標坐標數(shù)據(jù)在 AtuoCAD 中展繪出來，進行地形圖的業(yè)編繪。1.2.3 利用超站儀數(shù)據(jù)采集超站儀是將 TPS（全站儀）與 GPS 有機整合在一起的新型測量設備。超站儀系統(tǒng)流動站的 GPS 接收機、主站上全站儀與 GPS 接收機的結(jié)合體以與有關的硬件設施。 由于電子全站儀(TPS)作業(yè)靈活方便，能同時測角測距并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動化采集與處理，它廣泛應用于控制測量、放樣和大比例尺地形圖、地籍圖測繪中。GPS具有全天候、超長距離、超地面障礙定位等無與倫比的優(yōu)點，是全站儀無法實現(xiàn)的。差分技術(DGPS)、實時動態(tài)定位技術(RTK)等越來越完善，使測繪從靜態(tài)發(fā)展到實時動態(tài)，不僅在控制測量方面取代了地面測

48、量技術，在施工放樣、測圖以與變形監(jiān)測等方面也得到愈來愈廣泛的應用。然而 GPS 也存在需要頂空通視的致命弱點，在城市建筑密集的市區(qū)、植被覆蓋茂盛的隱蔽地區(qū)以與復雜的施工環(huán)境下，還不能單獨完成所有的測量作業(yè)。將 TPS 與 GPS 集成在一起，則能取長補短，優(yōu)勢互補，共同完成各自不能獨立完成的許多測繪工作。使用超站儀測量，無需控制點，長導線和后方交會操作，只需架設超站儀，并分別使用流動站和主站的 GPS 確定定向點與測站點位置，然后就可以使用全站儀進行測量、放樣。建站更簡便，測量更容易、更快捷。在需要時可以單獨使用 TPS 或GPS。將 GPS 天線安裝在對中桿上，就可以進行 GPS 流動站作業(yè)

49、，也可將 TPS 作為傳統(tǒng)的全站儀使用。超站儀的模塊化設計給了用戶最大限度的自由，勝任一切測量工作，節(jié)省時間和資金，提高工作效率、增加收益。當測區(qū)部通視情況相當不好時，儀器架設在方便進行細部測量的地方，雖然互相不能通視，但是它們能看到某個公共點，例如，遠處的塔尖、房角等，可以通過GPS 獲得架站點坐標，以各測站都能看到各公共點為后視，然后假定這個架站點和公共點之間的方位角，測定架站點到公共點之間的實際距離，其他測站同樣操作。由于兩站的站點坐標都已知，兩站點到公共點的距離也已知，就可以交會出公共點坐標，隨即可以得到準確的細部點坐標。由于超站儀中 GPS 使用的是單點定位，所以測站點和定向點精度都

50、很難達到較高的程度，自由超站儀觀測 1-3 秒的定位精度優(yōu)于 30cm。但是觀測 10 分鐘的定位 11 / 63精度可達 1cm，雖然精度可以保證，但是等待時間較長，背離了高效率測繪的初衷。如果將超站儀中的 GPS 結(jié)合 RTK 來進行站點觀測，通過獲得差分信號來確定測站點以與定向點的坐標，可大大提高定位精度，而且可以節(jié)省測量時間，從而形成真正意義上的無縫定位系統(tǒng)，提高作業(yè)效率和作業(yè)精度，但是設備投入會有明顯增加，外業(yè)人員所帶設備會明顯增加，增加了設備攜帶負擔。1.2.4 利用電子平板數(shù)據(jù)采集隨著筆記本電腦的普與，最新一代的數(shù)字測圖系統(tǒng)電子平板測繪系統(tǒng)出現(xiàn)。它將國外一統(tǒng)的測記法數(shù)字測圖模式創(chuàng)

51、新為平板測圖模式，使數(shù)字測圖現(xiàn)場成果由黑匣子方式變革為直觀顯示方式，使數(shù)字測圖（尤其在復雜地區(qū)）成為實實在在可以大面積推廣的應用的測圖技術。電子平板軟件借助于便攜機強勁的，以先進的自動化軟工具替代傳統(tǒng)平板測圖的圖紙、鉛筆、橡皮、尺子、三角板等硬工具和成圖方法。高分辨率顯示器作圖板，所顯即所測，數(shù)字測圖真正做到了外業(yè)一體化，而且從質(zhì)量到效率都超過白紙測圖。而且高精度的為工程 CAD 直接提供數(shù)字圖，為GIS 提供高精度空間數(shù)據(jù)。電子平板是數(shù)字測圖理想的模式，代表了數(shù)字測圖的方向。雖然受到電源供電、顯示器顯示不清、設備價格較貴等因素限制，但隨著便攜機日新月異的發(fā)展，價格不斷降低，質(zhì)量不斷提高以與軟

52、件不斷完善，電子平板已經(jīng)進入實用階段，它必將成為地面數(shù)字測量（全野外數(shù)字采集）方法的主流。1.3 論文研究的動機和目的以作者參與過的實際工程而言，每一個測圖項目需要綜合考慮，比如工作人員的作業(yè)水平有高有低，如果有先進的設備但作業(yè)水平跟不上，那么先進作業(yè)方法仍 然受到限制；現(xiàn)有的設備仍然完好，不需要淘汰，如何更好的利用；不同儀器采集的數(shù)據(jù)如何統(tǒng)一到一個作圖系統(tǒng)；同一種儀器的數(shù)據(jù)如何能夠讓不同的作圖軟件識別；外業(yè)數(shù)據(jù)采集時也需要面對不同的作業(yè)情況，比如可以直接坐標采集，也可以在沒有已知點坐標成果的情況下直接利用儀器存記錄觀測值，事后計算，還可以圖根與細部同時觀測等，針對以上各種情況，需要有一個數(shù)據(jù)

53、處理系統(tǒng)，針對不同的全站儀、不同的采集方法和數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一集成的進行處理，使數(shù)據(jù)能夠滿足作圖系統(tǒng)的要求。這一操作在實際測圖工作中屬于數(shù)據(jù)銜接的環(huán)節(jié)，需要工程技術人員根據(jù)實際情況自己解決，方便日常的數(shù)據(jù)處理工作，提高數(shù)據(jù)處理效率。就作者實際工作情況來看，數(shù)字測圖工作在很多單位還是分為外業(yè)數(shù)據(jù)采集和業(yè)數(shù)據(jù)編輯兩個部分，這就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)銜接的問題，一線的作業(yè)人員往往要對大量的數(shù)據(jù)和繁瑣的重復操作耗費比較大的精力和時間，為了讓其主要精力集中到成圖環(huán)節(jié)，也需要有一個操作簡便、符合工作實際情況的軟件出現(xiàn)，這也是制作數(shù)據(jù)處理程序的目的之一。對于大比例尺地形圖測量來說，其核心工作是為最后的成圖，越快的縮短成圖前的

54、準備工作，盡早的步入測圖或做圖狀態(tài)，越可以提高效率。首級控制可以由GPS 和水準來快速解決，而且是階段性工作，并不存在勞動的密集性；而圖根導線測量和碎部引點的采集則貫穿于整個測圖過程，對于測圖作業(yè)組來講是工作量大并且要經(jīng)常面對的計算與成果轉(zhuǎn)換問題，以往手工操作較多，效率比較低，往往要消耗大塊的時間和精力。目前市場上，針對圖根導線計算的軟件，大多是通過手工錄入到掌上記錄器或者是通過外業(yè)手工記錄，業(yè)微機錄入，然后計算的方式進行，沒有直接利用存記錄導線，通過數(shù)據(jù)傳輸，直接計算這種方式進行數(shù)據(jù)處理，因此利用存記錄導線數(shù)據(jù)，可以彌補這個不足。隨著儀器設備的不斷更新，如果能夠?qū)θ緝x存記錄進行二次開發(fā)，實

55、現(xiàn)導線記錄或者導線碎部點同步記錄自動化，會減少 13 / 63作業(yè)人數(shù)，降低操作難度，減少出錯率，能夠保證外業(yè)觀測的真實性，并在很大程度上節(jié)省業(yè)計算的時間和降低勞動強度,避免了先進的儀器設備與落后的手工操作所形成的反差。如果能夠?qū)嵤┎⑼茝V，將在很大程度上提高作業(yè)效率，并保證觀測質(zhì)量。1.4 研究的容與解決方法1.4.1 數(shù)據(jù)處理的容通過 1.2 節(jié)對數(shù)據(jù)采集方法的敘述，各種方法均有優(yōu)缺點。就作者而言，目前在大比例尺數(shù)字測圖中使用全站儀進行采集碎部數(shù)據(jù)還是最普遍、最有效、精度最高的。在數(shù)字測圖工作中,測圖方法還是分為外業(yè)采集和業(yè)處理數(shù)據(jù)兩部分，在測圖工作中遇到一些問題，通過解決這些問題,逐步形成

56、了一個解決上述數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)，提高了工作效率，降低了重復工作，在一定程度上簡化了操作。比如 2003 年在 1:500 地形圖測量中,我們投入了 7 個測量組,共計 32 人,測圖面積有 30 平方公里，使用的全站儀有 3 臺徠佧 305、1 臺拓普康 311 和 3 臺拓普康336，作圖軟件采用 SCS 多用途數(shù)字測繪系統(tǒng)。在首級控制布設結(jié)束后，后續(xù)的工作從布設圖根導線到數(shù)據(jù)采集都需要靠全站儀去實現(xiàn)，這其中需要考慮如何利用全站儀的存儲實現(xiàn)圖根導線的記錄，如何將不同的儀器采集的不同格式的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一導入不同的作圖系統(tǒng)等等，因此充分利用全站儀的存儲功能、編碼功能，通過程序進行數(shù)據(jù)后處理，可以在以

57、下幾個方面簡化和方便數(shù)據(jù)的利用：1. 在數(shù)字測圖的工作中圖根導線的布設是很重的環(huán)節(jié)，雖然目前有 RTK 可以方便的布設圖根點，由于其有少量數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性，在很大程度上，尤其是地籍測量圖根點的布設方面，還是以導線布設為主。而以往的導線測量都是儀器測量，配合手工記錄或電子手簿記錄，多用人手同時又容易記錯， 而現(xiàn)在的全站儀都有存儲記錄數(shù)據(jù)的功能，通過進行二次開發(fā)，完全可以省略記錄人員，實現(xiàn)測記同步；進一步可以實現(xiàn)導線與細部點同步測量的目的。存記錄導線與細部點同步觀測也是工程的需要，在近幾年的工程中遇到以下幾種情況比較適合這種做法。第一種情況是在地籍測量當中的應用，因為在界址點測量當中需要界址點隨同導

58、線同時觀測，這樣可以避免二次設站和二次定向的誤差，保證界址點精度。雖然上述做法都可通過人工達到，但每天面對成百上千的數(shù)據(jù)手工錄入，造成人力的無謂消耗。第二種情況是在測量地物較少的空曠區(qū)域或者廠礦單位時，同時進行導線和碎部測量，再配合畫草圖，基本可以一次成圖，沒有必要先布設導線再進行坐標采集的操作手法，可以減少重復勞動。第三種情況是在首級控制成果沒有到位的情況下，而作業(yè)組已經(jīng)進駐測區(qū)，同樣可以正常進行外業(yè)工作，從測量導線到畫草圖，回駐地后只需將測量的存數(shù)據(jù)稍加整理，直到有成果時統(tǒng)一進行計算，這樣做既不影響測量精度，又在最大程度上避免了外業(yè)窩工；同時可以為工程的協(xié)調(diào)贏得時間；只是在業(yè)做圖環(huán)節(jié)滯后,

59、而業(yè)做圖不會受到天氣的影響，總可以趕回工程進度。2. 在一個項目實施的過程中，往往是由多個作業(yè)組使用不同型號或品牌的全站儀同時作業(yè)，其數(shù)據(jù)格式也不一樣，這就需要有相應的轉(zhuǎn)換程序?qū)ζ溥M行統(tǒng)一操作，來符合作圖系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式。3. 目前作者參與的外業(yè)測圖多采用南方 CASS 成圖系統(tǒng)和 SCS 多用途數(shù)字測繪系統(tǒng)，因此還需要針對這兩種作圖系統(tǒng)做數(shù)據(jù)處理，使一種儀器的數(shù)據(jù)能夠順利的與不同作圖系統(tǒng)連接。盡管作圖系統(tǒng)本身有數(shù)據(jù)連接的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序，但其功能一般是針對單個文件的操作，而實際工作中往往有多組同時測量，而且同一個作業(yè)組一天往往建立不止一個的數(shù)據(jù)文件，因此做一 15 / 63個可以操作多文件的轉(zhuǎn)換程

60、序模塊，可以方便操作。4. 將圖根導線的計算成果與坐標成果轉(zhuǎn)換生成 EXCEL 表格打印輸出。1.4.2 Visual Basic 6.0 編程語言介紹作者的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)采用 Visual Basic 6.0 編程語言來實現(xiàn)。Visual Basic是全球最暢銷的編程語言之一，是最簡單易學的可視化編程語言，為軟件開發(fā)者提供了當今最受青睞的開發(fā)環(huán)境。事實證明，用 Visual Basic 開發(fā)的編碼效率高、開發(fā)周期短。Visual Basic 6.0 程序設計的核心是面向?qū)ο?，面向?qū)ο髲娬{(diào)的是對象的模塊化，程序是由若干對象組成的，每個對象形成一個模塊，通過發(fā)送消息到對象模塊，引發(fā)對象執(zhí)行特定的程