現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題

摘 要：現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)在提高測(cè)繪作業(yè)的精度及作業(yè)效率的同時(shí)，在其應(yīng)用過程中也存在許多問題。全站儀和GPS-RTK是現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的測(cè)量技術(shù)，該文就其應(yīng)用過程中的問題進(jìn)行了淺要探討，同時(shí)就這些問題提出了一些建設(shè)性的意見。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù) 全站儀 GPS-RTK 應(yīng)用問題

中圖分類號(hào)：P228 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（b）-0-02

全站儀是一種利用機(jī)械、光學(xué)、電子的高科技元件組合而成，可以同時(shí)進(jìn)行角度測(cè)量和距離測(cè)量的測(cè)量?jī)x器。GPS-RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，全站儀和GPS-RTK技術(shù)的普及，極大地提高了測(cè)繪行業(yè)的作業(yè)效率，減少了外業(yè)工作量，但由于全站儀和RTK技術(shù)自身的一些不完善及技術(shù)特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，要想取得理想的定位精度，還有很多需要注意的問題。

1 全站儀測(cè)量技術(shù)介紹及操作過程中應(yīng)注意的問題

1.1 全站儀測(cè)量技術(shù)介紹

全站儀是集測(cè)水平角、垂直角、距離、放樣等功能于一體的高新技術(shù)測(cè)量?jī)x器，在一次安裝儀器之后能完成其通視范圍內(nèi)的所有工作。同時(shí)，全站儀能夠?qū)崿F(xiàn)與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，方便對(duì)數(shù)據(jù)的采取、存儲(chǔ)以及處理，對(duì)地形圖的測(cè)量、數(shù)據(jù)計(jì)算、繪圖等工作實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化與自動(dòng)化。在處理空間三維坐標(biāo)功能上具有精度高、速度快、省時(shí)省工等特點(diǎn)，在地形圖測(cè)量、公路橋梁的施工測(cè)量、變形測(cè)量等工作過程中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。另外，其在控制測(cè)量（三角網(wǎng)控制、導(dǎo)線控制）、碎步測(cè)量中的應(yīng)用能夠打破傳統(tǒng)單純光學(xué)儀器測(cè)距精度不高的缺點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測(cè)角、測(cè)距。隨著測(cè)量技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，測(cè)量機(jī)器人也已經(jīng)問世，在加上相對(duì)應(yīng)測(cè)量軟件的不斷更新與應(yīng)用，為全站儀測(cè)量技術(shù)的廣泛應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

1.2 操作過程中應(yīng)注意的問題

1.2.1 使用前的儀器檢驗(yàn)

（1）照準(zhǔn)部水準(zhǔn)軸與豎軸垂直的檢驗(yàn)。在該步驟檢驗(yàn)過程中，應(yīng)先將儀器大致調(diào)平，支好三腳架之后，通過調(diào)整三腳架使水準(zhǔn)泡居中。然后旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，使水準(zhǔn)管與任意兩個(gè)螺旋按鈕平行，調(diào)整螺旋使氣泡居中，然后旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部180 °，若氣泡仍然居中，則說明已經(jīng)校正。校正的目的是使水準(zhǔn)軸和豎軸垂直，用校正針波動(dòng)水準(zhǔn)管一端的校正螺釘，使氣泡向中間位置退回一半，之后再旋轉(zhuǎn)螺旋按鈕使氣泡居中，此項(xiàng)工作應(yīng)反復(fù)進(jìn)行，直到滿足條件為止。

1.2.2 十字絲垂直于橫軸的檢驗(yàn)

在校正過程中，用十字絲瞄準(zhǔn)一個(gè)清晰點(diǎn)，上下移動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，如果點(diǎn)始終在十字絲豎絲上移動(dòng)，說明無需校正。在校正時(shí)，需要松開四個(gè)壓環(huán)螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡使點(diǎn)始終在十字絲豎絲上移動(dòng)，在校正之后旋緊壓環(huán)

螺釘。

1.2.3 視準(zhǔn)軸垂直于橫軸的檢驗(yàn)

在進(jìn)行校正時(shí)選擇一個(gè)水平位置目標(biāo)，分別用盤左與盤右檢測(cè)，分別讀取它們的讀數(shù)，即得到2倍的e，e=。

1.3 使用時(shí)全站儀的參數(shù)設(shè)置

在使用全站儀來測(cè)量距離時(shí)，應(yīng)選用與全站儀相配套的反光棱鏡，并且分別對(duì)儀器與儀器站對(duì)中整平。在具體測(cè)量工作開始之前，應(yīng)對(duì)棱鏡類型、氣象改正、測(cè)距模式等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，之后才能進(jìn)行距離的測(cè)量?，F(xiàn)就這幾種參數(shù)的設(shè)置進(jìn)行以下探討。

1.3.1 氣象改正。對(duì)于紅外線而言，在大氣中傳播過程中隨大氣折射率的不同而發(fā)生變化，而大氣折射率與氣壓、溫度等因素有關(guān)。當(dāng)儀器設(shè)置T為15 ℃，氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)，氣象改正參數(shù)為0。在普通精度要求測(cè)量時(shí)，應(yīng)鍵入相應(yīng)的溫度、濕度以及氣壓等參數(shù)，同時(shí)將這些參數(shù)記錄下來，并根據(jù)儀器中的改正公式對(duì)測(cè)后氣象進(jìn)行

改正。

1.3.2 棱鏡常數(shù)改正。對(duì)于全站儀的反射棱鏡而言，能將發(fā)射出的調(diào)制光按照原路返回。對(duì)于棱鏡常數(shù)而言，即為棱鏡光學(xué)中心相對(duì)于機(jī)械中心的距離，在設(shè)計(jì)過程中均為固定值。如對(duì)于拓普康的儀器而言，多為0，萊卡的儀器多為-34.4 mm。但就實(shí)際情況而言，單看棱鏡常數(shù)是存在系統(tǒng)誤差的，有的甚至能夠達(dá)到4 mm，甚至更多。而我們通常所檢定的常數(shù)反應(yīng)的是系統(tǒng)的整體誤。因此，在測(cè)量過程中棱鏡是否配套，將直接決定測(cè)量準(zhǔn)確性。選擇配套棱鏡的另外一個(gè)理由是：全站儀只設(shè)置了測(cè)距常數(shù)的修改程序，而不能直接對(duì)加常數(shù)進(jìn)行修正。

1.3.3 儀器加常數(shù)改正。該常數(shù)是因?yàn)閮x器機(jī)械中心和光電中心不重合所引起的，在出廠時(shí)已調(diào)試為0，根據(jù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行

改正。

1.4 在全站儀操作使用過程中應(yīng)注意的

問題

在全站儀操作使用過程中，應(yīng)注意以下幾個(gè)問題。

（1）在強(qiáng)光照射條件下進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，應(yīng)給儀器撐閃遮擋，并帶上遮陽罩，以免影響測(cè)量精度。在復(fù)雜地形下進(jìn)行測(cè)量作業(yè)時(shí)，應(yīng)由專人對(duì)儀器進(jìn)行看管，防止儀器丟失。在光滑地面架設(shè)儀器時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)措施，防止儀器滑倒。

（2）在儀器假設(shè)時(shí)，應(yīng)盡可能選擇木質(zhì)三腳架，在使用金屬三腳架時(shí)很容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響測(cè)量精度。

（3）測(cè)站之間距離較遠(yuǎn)而需要搬站時(shí)，需將儀器卸下裝箱背走，并檢查儀器箱是否鎖好。測(cè)站間距離較近時(shí)，可將儀器與三腳架一起扛在肩上，但是要注意儀器應(yīng)直立放置，并防止在搬站過程中發(fā)生晃動(dòng)。

（4）當(dāng)儀器發(fā)生故障而不能使用時(shí)，應(yīng)立即對(duì)其檢修，否則會(huì)影響儀器的后續(xù)使用，并且會(huì)造成測(cè)量過程中出現(xiàn)粗差。

（5）光學(xué)元件需保持清潔，防止用手直接觸摸儀器的光學(xué)元件，在沾染灰塵時(shí)，應(yīng)用柔軟的清潔布進(jìn)行擦拭。

（6）在潮濕環(huán)境中作業(yè)時(shí)，應(yīng)將儀器表面的灰塵、水分擦拭干凈后裝箱，在回到儀器室后，將儀器取出，放在干燥處，在徹底晾干后裝箱。

1.5 全站儀電池的使用與維護(hù)

電池作為全站儀最重要的部件之一，在應(yīng)用過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)它的保護(hù)工作，外業(yè)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)短取決于電池的電量以及質(zhì)量的好壞。為此，在電池的應(yīng)用過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。

（1）在電源打開期間取出電池很可能會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失，因此必須在關(guān)閉電源后再將電池裝入或取出。

（2）不要進(jìn)行連續(xù)充電或放電，不然可能會(huì)造成電池的損壞。

（3）充電電池可以反復(fù)使用，但應(yīng)盡量避免在有剩余電量的情況下充電，不然會(huì)縮短電池的使用壽命。

2 GPS-RTK作業(yè)原理與操作過程中常見問題

2.1 GPS-RTK測(cè)量定位的基本原理

GPS-RTK是一種基于高精度載波相位的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分定位技術(shù)，由流動(dòng)站進(jìn)行信號(hào)接收并根據(jù)所提供的差分信息進(jìn)行改正，從而獲得高精度的測(cè)量結(jié)果。另外，由一臺(tái)或多臺(tái)接收機(jī)設(shè)置為流動(dòng)站，能夠?qū)崟r(shí)獲取本站的坐標(biāo)數(shù)據(jù)以及測(cè)量精度，并且能夠隨時(shí)與預(yù)測(cè)精度指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，能有效提升坐標(biāo)、高程精度。該種技術(shù)的出現(xiàn)為測(cè)繪領(lǐng)域帶來了一次根本性的變革，在現(xiàn)階段的工程測(cè)量中得到了較為廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，GPS-RTK技術(shù)具有精度高、速度快、操作簡(jiǎn)便的等特點(diǎn)，除了應(yīng)用于一般的工程測(cè)量外，在高精度的橋梁工程、海峽工程、安裝工程、隧道貫通以及管道工程等各類工程建設(shè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。如對(duì)在貫通控制測(cè)量方面的應(yīng)用而言，能利用聯(lián)測(cè)所建立起的基準(zhǔn)方向來對(duì)隧道開挖方向進(jìn)行控制，從而確保隧道貫通測(cè)量的精度與準(zhǔn)確性。

2.2 GPS-RTK作業(yè)中常見的問題及建議

2.2.1 基準(zhǔn)站的選擇。在確定基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先在圖上進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)據(jù)點(diǎn)的有效覆蓋半徑進(jìn)行分析?；鶞?zhǔn)點(diǎn)設(shè)置不需要通視，而且網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較靈活，所以選點(diǎn)工作相對(duì)而言比較方便。但在設(shè)置過程中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

（1）將點(diǎn)位設(shè)置在易于設(shè)備安裝、視野開闊的較高點(diǎn)上；

（2）點(diǎn)位目標(biāo)應(yīng)明顯，其豎直方向15o以上不得存在障礙物，以免遮擋物影響信號(hào)的吸收。

（3）點(diǎn)位應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離大功率電磁波輻射源，將其距離控制在200 m以上，以免電磁波對(duì)GPS信號(hào)所造成的干擾。

（4）點(diǎn)位附近應(yīng)盡量避免存在水域或其他影響信號(hào)接收的物體，以降低多路徑效應(yīng)對(duì)測(cè)量精度所造成的影響。而當(dāng)測(cè)區(qū)內(nèi)不存在合適控制點(diǎn)來進(jìn)行基準(zhǔn)站設(shè)置時(shí)，也可以基準(zhǔn)站任意擺放的形式進(jìn)行設(shè)置。

2.2.2 觀測(cè)時(shí)間的選擇。當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)于美國(guó)位置而言，是最佳位置的時(shí)候，世界上部分國(guó)家不能夠很好地被衛(wèi)星覆蓋，這時(shí)衛(wèi)星信號(hào)較弱，用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)很難獲得固定解。同時(shí)，受到電離層的影響，每天的中午時(shí)分是電離層影響最為顯著的時(shí)刻，這時(shí)用GPS-RTK測(cè)量技術(shù)也很難獲得固定解，因此在具體的測(cè)量過程中應(yīng)盡量避開這些時(shí)間段。

2.2.3 設(shè)置天線時(shí)應(yīng)注意的問題

在天線的設(shè)置過程中，應(yīng)注意以下幾種問題：

（1）對(duì)于正常點(diǎn)位而言，天線應(yīng)架

設(shè)在三腳架上，且天線基座上的圓水準(zhǔn)泡必須整平。

（2）對(duì)于特殊點(diǎn)位而言，當(dāng)天線需要設(shè)置在覘標(biāo)等設(shè)施上時(shí)，應(yīng)先將覘標(biāo)頂部拆除，以避免其對(duì)GPS信號(hào)的遮擋。

（3）天線架設(shè)不宜過低，通常應(yīng)控制在離地面1 m以上。在架設(shè)好天線之后，應(yīng)在距離圓盤天線間隔120 °的三個(gè)方向分別兩區(qū)儀器高，確保三次的測(cè)量差在3 mm以內(nèi)，并取三次的平均值記錄在手簿上。

2.2.4對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解。對(duì)于轉(zhuǎn)換參數(shù)的準(zhǔn)確性而言，和控制點(diǎn)數(shù)量、點(diǎn)位分布關(guān)系等因素有著非常密切的關(guān)系，因此在控制點(diǎn)選擇過程中應(yīng)盡可能地確保控制點(diǎn)均勻分布，并且覆蓋整個(gè)測(cè)區(qū)。同時(shí)，對(duì)于不同的基準(zhǔn)點(diǎn)而言，應(yīng)采取不同的匹配方案，也可選擇不同的計(jì)算方法來獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)，并選擇精度高、殘差較好的一組使用。同時(shí)，對(duì)于轉(zhuǎn)換參數(shù)而言，具有一定的區(qū)域性，因此求解出的參數(shù)不能應(yīng)用于其他測(cè)區(qū)。通常情況而言，相似變換法是較為嚴(yán)密的方法。在區(qū)域相對(duì)較小的情況下，也可采用三參數(shù)，即X平移，Y平移，Z平移，而將其他幾種參數(shù)變化視為0，這只是七參數(shù)的一種特例。

2.2.5 與已知坐標(biāo)的檢核。使用GPS-RTK技術(shù)在正式開始測(cè)量工作之前，需在其他控制點(diǎn)上測(cè)出其坐標(biāo)以及高程，并進(jìn)行相應(yīng)的檢核，在出現(xiàn)問題時(shí)應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的改正措施。

2.2.6 GPS-RTK數(shù)據(jù)鏈的有效半徑。在GPS-RTK測(cè)量過程中，受到定位精度要求與信號(hào)傳播的限制，基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的距離應(yīng)盡量控制在10 km以內(nèi)，避免因距離太遠(yuǎn)，信號(hào)在傳播過程中受到山體、高大建筑、強(qiáng)磁場(chǎng)等設(shè)施的阻礙而產(chǎn)生衰減，從而降低測(cè)量精度。因此，在實(shí)測(cè)過程中，GPS-RTK測(cè)量作業(yè)的實(shí)際半徑多控制在4 km以內(nèi)。在條件允許情況下，也可在基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間選擇GPRS網(wǎng)絡(luò)連接，能有效提升二者之間的有效半徑。

2.2.7 開機(jī)觀測(cè)過程中應(yīng)注意的問題

在設(shè)置好天線之后，在外業(yè)操作過程中，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)事項(xiàng)。

（1）在開機(jī)后，接收機(jī)顯示正常并進(jìn)行相應(yīng)的自檢之后，方能輸入有關(guān)測(cè)站與時(shí)段信息。

（2）在接收機(jī)開始工作后，應(yīng)注意查看衛(wèi)星數(shù)量、信號(hào)質(zhì)量、相位測(cè)量殘差、實(shí)時(shí)定位結(jié)果以及存儲(chǔ)介質(zhì)記錄情況等。

（3）對(duì)于同一個(gè)觀測(cè)時(shí)段而言，不允許關(guān)閉電源后重新啟動(dòng)操作，并且不允許存在改變衛(wèi)星高度角、改變數(shù)據(jù)采樣間隔、改變天線位置、按動(dòng)關(guān)閉文件與刪除文件等

功能。

2.2.8 高程精度。對(duì)于我國(guó)現(xiàn)有的高程異常分布而言，存在著較為明顯的區(qū)域差異，甚至部分地區(qū)還是空白，這使得GPS大地高程轉(zhuǎn)化成海拔高程工作的開展比較困難，精度分布也極為不均勻。

因此，對(duì)于GPS-RTK作業(yè)模式而言，高程轉(zhuǎn)換必須明確，在具體的轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)選用高程精度較好的已知點(diǎn)參與計(jì)算。在條件允許的情況下，可選擇較高精度的水準(zhǔn)點(diǎn)來對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的高程進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算，而此時(shí)至少需要選用4個(gè)以上的已知水準(zhǔn)點(diǎn)來參與計(jì)算。

2.2.9 無數(shù)據(jù)與偽距解問題。在GPS-RTK作業(yè)過程中，流動(dòng)站在遇到樹林邊緣、大型反射源、磁場(chǎng)等設(shè)施時(shí)，很容易出現(xiàn)此問題，這時(shí)可選擇升高天線、將接收機(jī)移動(dòng)到開闊位置，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后移回待定點(diǎn)，通常情況下就可將此問題解決。

2.2.10 地形因素對(duì)GPS-RTK作業(yè)的影響我國(guó)的地形地貌相對(duì)比較復(fù)雜。在具體的工程測(cè)量過程中，為了提升作業(yè)精度并獲取完整的數(shù)據(jù)，操作人員應(yīng)根據(jù)衛(wèi)星星歷與天氣預(yù)報(bào)，選擇最佳的觀測(cè)時(shí)段。

同時(shí)，衛(wèi)星的幾何分布情況越好，定位精度也就越高，用compass平差軟件等能夠觀察衛(wèi)星分布的多項(xiàng)指標(biāo)，為此可根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果來對(duì)工作計(jì)劃作出合理地安排，以滿足特殊工作環(huán)境與工作地形的要求。

3 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用大大提高了測(cè)繪行業(yè)的作業(yè)效率。經(jīng)過多年的實(shí)踐和理論研究，全站儀和GPS-RTK測(cè)量技術(shù)在測(cè)繪行業(yè)中均表現(xiàn)出諸多優(yōu)越性，不僅可以節(jié)約工作時(shí)間，提高了工作效率，而且可以保證測(cè)量的精度高，操作簡(jiǎn)便，減少了操作人員的工作難度。

同時(shí)，在今后的工作過程中，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)的深入分析與研究，不斷創(chuàng)新，對(duì)現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)應(yīng)用過程中存在的問題認(rèn)真分析，并提出有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)方案，以使現(xiàn)代化測(cè)量技術(shù)更好地服務(wù)于現(xiàn)代化工程

建設(shè)。

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