全站儀及RTK在西藏水利工程中的運(yùn)用

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(西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院， 西藏 林芝 860000)

全站儀及RTK在西藏水利工程中的運(yùn)用

王海凌，達(dá)娃，劉寶艷

(西藏大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院， 西藏 林芝 860000)

本文主要闡述了全站儀和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法(RTK)在西藏水利工程中的應(yīng)用及其優(yōu)缺點(diǎn)，并介紹了CASS軟件的基本功能、繪圖的過程及其原理，包括三角網(wǎng)的處理和形成、使用CASS軟件測(cè)量及后期處理的重要性。

全站儀； 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法； CASS軟件； 三角網(wǎng)； 內(nèi)插

1 概 述

1.1 全站儀

全站儀也叫電子經(jīng)緯儀，是一種能夠測(cè)量坐標(biāo)、角度、距離等的測(cè)量?jī)x器。它比經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀更實(shí)用，性價(jià)比高，比遙感測(cè)量和攝影測(cè)量更經(jīng)濟(jì)，一般的勘察設(shè)計(jì)單位，甚至是個(gè)人都可以購買使用。它的工作原理是通過已知點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，差值計(jì)算待測(cè)點(diǎn)的高程和坐標(biāo)。

1.2 RTK

RTK(Real-time Kinematinc)，也就是人們常說的GPS，是一種利用衛(wèi)星及數(shù)據(jù)傳輸組成的測(cè)量技術(shù)。它主要由兩部分組成：一部分是基站，也就是常說的主機(jī)。另一部分就是流動(dòng)站，是測(cè)量人員用以測(cè)量點(diǎn)的分機(jī)。它的工作原理就是基站利用衛(wèi)星建立一個(gè)坐標(biāo)系，把信號(hào)發(fā)射出去，流動(dòng)站在收到基站的信號(hào)后采用差分的方法處理待測(cè)點(diǎn)，獲取該點(diǎn)的高程、坐標(biāo)等數(shù)據(jù)，并等待測(cè)量人員通過觀察手簿是否達(dá)到精度要求進(jìn)行記錄[1]。RTK在測(cè)量工程中得到了廣泛的運(yùn)用。

2 全站儀和RTK的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 全站儀的優(yōu)缺點(diǎn)分析

全站儀是一種電子經(jīng)緯儀，通過電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算待測(cè)點(diǎn)的高程和坐標(biāo)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，全站儀主要分為帶棱鏡和免棱鏡兩種。全站儀在測(cè)量大面積工程時(shí)是一種非常實(shí)用的測(cè)量工具，在西藏測(cè)量農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)的項(xiàng)目、灌區(qū)的項(xiàng)目時(shí)，選擇使用全站儀非常高效。由于農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)和灌區(qū)都需要進(jìn)行大面積測(cè)量，用RTK進(jìn)行測(cè)量就顯得非常耗時(shí)。全站儀在測(cè)量時(shí)只需要手持花桿的人員根據(jù)需要的地形圖比例站成一線，如：需要1∶10000 的地形圖，人與人之間的距離最少要100m以上。全站儀同時(shí)不受電磁波、電線桿等信號(hào)的干擾。可以直接在通視的條件下測(cè)量。

但是全站儀也有不盡如人意的地方：?在通視條件差的情況下，全站儀就不能良好地發(fā)揮其作用，在測(cè)量帶狀圖、植被茂密的山區(qū)、地面起伏較大的地方等，全站儀需要經(jīng)過多次轉(zhuǎn)站測(cè)量，有些情況下轉(zhuǎn)移一站甚至只能測(cè)量一個(gè)點(diǎn)。像在林芝地區(qū)、亞東縣、樟木口岸等地測(cè)量，由于植被較多，通視條件差，因此，使用全站儀測(cè)量會(huì)很吃力；?全站儀在人員安排上比RTK要多，基本上儀器操作及記錄人員兩名，手持花桿的人員根據(jù)花桿的數(shù)量需要確定人手，基本是10人左右，其余就是需要做控制點(diǎn)和轉(zhuǎn)點(diǎn)的人員，這樣下來，測(cè)量就需要13人左右才能開展工作；?全站儀精度的準(zhǔn)確性完全取決于手持花桿和儀器操作人員的素質(zhì)，手持花桿的人不能將花桿上部的水準(zhǔn)管對(duì)中，否則將導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果有誤差，而且誤差會(huì)隨之增大，嚴(yán)重影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，儀器操作人員是否熟悉儀器的使用也是關(guān)系準(zhǔn)確性的重要因素之一，如果使用過程中十字絲對(duì)準(zhǔn)不精確也會(huì)導(dǎo)致測(cè)量出現(xiàn)錯(cuò)誤，如：有些測(cè)量人員在測(cè)量中未將水平粗準(zhǔn)螺旋上緊，直接就開始讀數(shù)，這是測(cè)量中的一個(gè)很嚴(yán)重的、普遍的錯(cuò)誤操作。

2.2 RTK優(yōu)缺點(diǎn)分析

RTK可以架設(shè)在已知坐標(biāo)的精確點(diǎn)上，也可以架設(shè)在未知點(diǎn)或任何適宜的地方，建立自己的坐標(biāo)系統(tǒng)，但是RTK在基站架設(shè)時(shí)應(yīng)盡量架設(shè)在地勢(shì)開闊而且平坦的地方，如果附近有通信信號(hào)塔、電視臺(tái)等信號(hào)建筑物，RTK應(yīng)架設(shè)在距這些建筑物300m以上的位置，以免信號(hào)的干擾。RTK不像全站儀一樣在人數(shù)上需要很多，它只需手簿人手一部，加上基站看管人員一位，而且測(cè)量精度較高。測(cè)量人員只需等待衛(wèi)星信號(hào)的精度達(dá)到誤差范圍之內(nèi)即可。在一般的地形條件下，RTK不像全站儀，需要搬站重建站開始測(cè)量，對(duì)于RTK來說，在信號(hào)范圍內(nèi)，可以一次建站完成所需測(cè)量面積，野外作業(yè)速度較快，勞動(dòng)力強(qiáng)度低，節(jié)省了野外作業(yè)的開支和時(shí)間，同時(shí)提高了勞動(dòng)效率。RTK的精度相對(duì)全站儀來說也很精確，只要在一定誤差范圍內(nèi)基本是厘米的誤差單位[2]。最重要的就是RTK的數(shù)據(jù)傳遞是通過“電磁波”的形式傳遞的，不會(huì)受到氣候、季節(jié)、能見度等影響。RTK在建立基站的時(shí)候可以進(jìn)行設(shè)置，可以邊走邊獲得測(cè)量坐標(biāo)而不進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)的輸入、存儲(chǔ)、處理轉(zhuǎn)換和輸出能力強(qiáng)，能方便快捷地與計(jì)算機(jī)和其他測(cè)量?jī)x器通信。

但RTK也不是萬能的，當(dāng)受到衛(wèi)星信號(hào)的干擾時(shí)，容易造成測(cè)量數(shù)據(jù)不精確。另外在像林芝、樟木等森林密集或隧洞等區(qū)域，衛(wèi)星信號(hào)長(zhǎng)時(shí)間被遮擋，使工作無法開展。這時(shí)可以用多顆衛(wèi)星預(yù)報(bào)，查出衛(wèi)星分布圖，根據(jù)衛(wèi)星分布選擇最佳作業(yè)時(shí)間來解決。同時(shí)RTK的數(shù)據(jù)傳輸也會(huì)受到高大山體、建筑物和各種信號(hào)頻率的干擾和限制。解決此類問題的方法是把基站架設(shè)在測(cè)量范圍內(nèi)高而且盡量中心的位置上。從RTK成本來說，一般設(shè)計(jì)單位都是一掛四的組合，而且購買費(fèi)用較高，在進(jìn)行類似于農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)大面積的工程測(cè)量的時(shí)候，儀器是非常慢的。而全站儀在這方面卻有很大優(yōu)勢(shì)。因此，在進(jìn)行野外測(cè)量前一定要事先了解測(cè)量任務(wù)和范圍，以免帶來時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上的損失。

3 CASS在測(cè)量中的應(yīng)用

3.1 成圖原理及方法

野外地形測(cè)量完畢，接下來的工作是地形圖的處理和修飾。現(xiàn)在有很多軟件可以用來處理地形圖，本文介紹CASS成圖系統(tǒng)，以全站儀來說明。

a.將儀器與PC鏈接，并在“我的電腦”的屬性里面設(shè)置USB端口，并將儀器和PC端口設(shè)置為一致，否則將無法鏈接。

b.打開CASS(檢查軟件狗是否鏈接)，在菜單欄中點(diǎn)擊數(shù)據(jù)鏈接，設(shè)置頻率、時(shí)間步長(zhǎng)、數(shù)據(jù)位數(shù)(注意：一般全站儀最多只能顯示9位數(shù)，因此在測(cè)量時(shí)設(shè)置的坐標(biāo)不能太大，否則無法識(shí)別)，然后在儀器中設(shè)置測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，先點(diǎn)擊儀器傳送，再在PC上點(diǎn)擊確定按鈕。

c.當(dāng)聽到儀器一聲響后，再從PC中點(diǎn)擊繪圖處理—展高程點(diǎn)和點(diǎn)號(hào)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)測(cè)量的點(diǎn)號(hào)和高程一一展現(xiàn)出來，此時(shí)先關(guān)閉展點(diǎn)號(hào)圖層，然后連接三角網(wǎng)，三角網(wǎng)連接后就是處理三角網(wǎng)[3]。

d.處理三角網(wǎng)。三角網(wǎng)是PC以每三個(gè)點(diǎn)作為三角形的頂點(diǎn)進(jìn)行連接而成的，在PC連接好三角網(wǎng)后觀察三角網(wǎng)的連接是否有異處，對(duì)于三角網(wǎng)連接有異處的地方應(yīng)將該三角網(wǎng)刪除。

e.處理好三角網(wǎng)后就采用顯示等高線設(shè)置等高距，一般為1m，然后PC會(huì)顯示最大高程和最低高程，確定后，這時(shí)出現(xiàn)了紅、黃相間的等高線，觀察等高線是否平滑、是否有相交的地方，主要觀察地形較陡，類似于坎、崖等落差較大的地帶，如果有相交的地方進(jìn)行手動(dòng)處理，這樣地形圖展開基本完成。

f.根據(jù)水利工程符號(hào)的標(biāo)示，將相應(yīng)的符號(hào)標(biāo)在對(duì)應(yīng)的位置，以便區(qū)分和理解。

3.2 三角網(wǎng)的處理

CASS三角網(wǎng)的連接一般是先連接兩點(diǎn)，然后連接在兩點(diǎn)之間范圍的第三個(gè)點(diǎn)來連接三角形，再通過三角網(wǎng)中三角形每條邊的兩個(gè)頂點(diǎn)的高程進(jìn)行直線內(nèi)插，求算相同高程在三角網(wǎng)中的平面位置，再連接相同高程的點(diǎn)形成等高線。可見，等高線的正確與否和三角網(wǎng)的正確與否有直接關(guān)系。但是遇到地形起伏較大，陡、坎之類的地方需要進(jìn)行的就是增加地性線，因?yàn)楦叱淌歉鶕?jù)兩點(diǎn)計(jì)算的，假設(shè)一個(gè)陡坎斷面的頂部測(cè)量了兩個(gè)點(diǎn)，坎低測(cè)量了兩個(gè)點(diǎn)，坎外坡腳測(cè)量了兩個(gè)點(diǎn)，在進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算的時(shí)候，坎腳點(diǎn)的高程很有可能通過坎頂高程和坎外坡腳的高程內(nèi)插計(jì)算得到，因此，需要手動(dòng)加入地性線來解決問題，然后計(jì)算土方開挖量等比較準(zhǔn)確[4]。

4 結(jié) 語

在西藏水利工程中要根據(jù)工程的具體勘測(cè)要求和設(shè)計(jì)要求選擇工程測(cè)量工具，在西藏現(xiàn)有地形條件下，測(cè)量類似于農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)的項(xiàng)目，用全站儀來測(cè)量更加方便、快捷。而對(duì)于引水渠道、水塘等小面積和帶狀圖的測(cè)量，采用RTK測(cè)量，不僅減少了工程開支，而且效率也大大提高。全站儀和RTK也可以結(jié)合使用。

[1] 劉欣.RTK地形圖測(cè)量技術(shù)研究[J].科技咨詢，2012(27)：27-29.

[2] 陳小川.RTK技術(shù)在水利工程測(cè)量中的應(yīng)運(yùn)與研究[J].新疆電力技術(shù)，2012(2)：48-49.

[3] 王俊福，孫占成，梁寶.全站儀+CASS7.0在地形圖測(cè)量中的應(yīng)用[J]，同煤科技，2012(9):35-36.

[4] 林偉明，林青海.南方CASS成圖軟件中三角網(wǎng)對(duì)工程量計(jì)算的探討[J].四川水利發(fā)電，2012(12)：92-94.

Application of Total Station and RTK in Tibet Water Conservancy Project

WANG Hai-ling, Dawa, LIU Bao-yan

(Agriculture and Animal Husbandry College of Tibet University, Linzhi 860000, China)

In the paper, application of total station and RTK in Tibet water conservancy project as well as advantages and disadvantages thereof are mainly described. Basic functions, mapping process and principles of CASS software are introduced, including triangulation network processing and formation, and importance of using CASS software measurement and post-processing.

total station; RTK; CASS software; triangulation network; interpolation

TV53

A

1005-4774(2014)12-0048-03