RTK和全站仪联合采集数据模式在安钢GIS中的应用

杨海涛 秦忠祥 范涛胜

(安钢集团冶金设计有限责任公司)

RTK和全站仪联合采集数据模式在安钢GIS中的应用

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杨海涛 秦忠祥 范涛胜

(安钢集团冶金设计有限责任公司)

介绍了RTK和全站仪联合采集数据模式在安钢GIS中的应用情况，通过两种测绘技术的优势互补，简化了程序，提高了效率，减少了误差，保证了测绘精度，节省了人力和物力。

RTK和全站仪 数据采集 GIS 应用

0 前言

GIS(Geographic information system)地理信息系统，是通过对地理空间数据的一系列操作来实现信息管理，空间数据是GIS的血液。采集数据信息以生成GIS基础数据是一项艰辛且耗损巨大的工作，它已成为GIS数据采集、维护和更新的瓶颈。

现代化测绘技术如GPS卫星定位的RTK(Real time kinematic)实时差分技术、全站型电子速测技术、航空遥感技术、全息扫描技术、数字摄影技术等已广泛应用于生产实践［1］。GPS作为一种当前最先进的定位工具，在各行各业中越来越得到广泛的应用。RTK实时差分技术结合全站型电子速测技术，既可以快速布设控制点，又能高精度快速采集坐标数据，通过数据处理转换生成GIS所需的数据格式，从而完成GIS数据库的扩充、修补。下面笔者结合安钢实际对该模式的优势互补、提高作业效率、减少误差等有关问题以及RTK和全站仪联合采集数据模式的应用情况做一介绍。

1 GIS数据特征

RTK技术在安钢GIS数据采集中的应用主要有以下几方面:GIS空间基础数据的采集;地形数据的局部修测;边界数据的采集与更新;工业管线数据的采集更新;面对勘测设计的数据采集、放样等。

GIS数据是带属性的空间数据，是按地物要素分类分层存储的。不同的地物有不同的属性项，不同的属性项又可通过线划、颜色、符号、注记等形式表示，如:道路的属性项有名称、类型、材料、路宽、标高;管道的属性项有名称、类型、材质、管径、管顶标高等，它们在地图上分别采用计算机可识别的代码系统和属性特征来表示［2］。GPS或全站仪采集的数据信息是一系列离散点的空间坐标，需要在外业采集这些离散点时对相应的属性信息，加以说明和描述。外业采集软件能够兼容不同地物的不同属性，且从简单实用的角度，方便用户调用和扩展。

2 GIS数据采集模式

2.1 全站仪数据采集模式

全站仪数字化采集是一种传统的数据采集模式，遵循常规“从整体到局部，先控制后碎部，分级布网，逐级控制”的原则。具体工序包括首级控制网，加密网，图根控制，加密图根控制，碎部点数据采集，数据处理、编辑等。全站仪数据采集具有作业条件要求不高、操作简便、容易使用、机动灵活等优势。但从测绘作业流程看，完成一个测区的测绘工作需要多次进出作业现场，在同一测站上多次设站、搬站，周期较长，劳动强度大，作业效率较低，多次设站也造成对中误差和定向误差的累积。

2.2 GPS RTK数据采集模式

GPS RTK提供了一种极为重要的实时、动态、精确获取空间数据的方法，是GIS的重要数据源。随着数据传输设备性能和可靠性的不断完善和提高，虚拟参考站等RTK关键技术的发展，数据处理软件功能的增强，GIS对空间数据存储、显示和处理、应用的优势将会被越来越多的领域所采纳。

GPS RTK数据采集具有全天候、高精度、自动化、高效率等优势。但是，GPS技术也有一个先天的不足，就是参考站点位周围无高度角超过15°的障碍物和强烈干扰接收卫星信号或反射卫星信号的物体，这在冶金工业厂区和建筑较密集的地区不能完全展现它的优势［3］。

2.3 RTK和全站仪联合采集数据模式

RTK和全站仪联合采集数据，主要是利用RTK作业效率高、定位精度好、没有误差积累等优势来克服全站仪的弱点，同时利用全站仪的机动灵活等优势来弥补RTK作业受卫星状况、电磁干扰、环境影响等不足。对全站仪不便采集的数据，可用RTK进行，而对于RTK不便采集的数据可由全站仪来完成，从而做到优势互补、简化程序、提高效率、减少误差、保证精度、节省人力和物力。

根据文献资料表明［3］:GPS可以高精度并快速地测定各级控制点的坐标。RTK的精度在数据链信号接收半径不超过5 km的范围内，只要接收到5颗以上卫星，所得出的固定解能达到仪器标称精度。在仪器精度满足时，可直接利用RTK布设测站点。

3 RTK和全站仪联合采集模式实际应用

3.1 布设控制点

在一栋四层办公楼顶设置基准站，距厂区的东、北、西边界均小于3 km，距南边界小于1 km，远小于RTK有效作业半径的R/2=5 km，也便于接收卫星信号和数据链传输，减弱无线电干扰和多路径效应。RTK基准站设置完成后，首先用流动站观测已知坐标点，检核RTK测量结果是否正确。其次要解决盲点，如果致盲原因是数据链信号接收问题，则可提高基准站和流动站天线的架设高度;如果是接收卫星状况不良，则应该在盲点周围加测控制点，以便用全站仪补测。测区内控制点位置应均匀布置，选择通视条件良好、便于仪器设置、利于控制RTK比例误差的位置布设。鉴于厂区的复杂性和RTK的高效率，控制点的密度也可适当加大。

3.2 图根点及碎部点数据采集

控制点施测完成后，RTK即可联合全站仪进行数据采集。作业前，先设置基准站，再由RTK移动站采集已知控制点的坐标，检核无误后，用RTK移动站在作业区域测出三个点的三维坐标。其中一个点作为全站仪的测站点，另外两个点作为定向点和多余观测点。RTK移动站经过点校正，可以实时测得地物、地形等特征点的三维坐标。测量员在特征点上立测杆，输入点号，合格后保存数据，同时绘制草图，以便内业检查、编辑成图。

全站仪采集时，图根点数据和碎部点数据同时采集，但应分别编号。使用全站仪同样可以获得特征点的三维坐标，如图1所示。

图1 联合采集地物点的三维坐标示意图

全站仪采集1、2、3、… P 点的数据，A、B、C、…M、N点由RTK采集。测量员负责仪器操作，在A点设站，后视已知点B并实测检查另一已知点C，与已知数据比较，如超限，应分析具体原因，采取相应措施后，重复上述操作，直至合格为止，完成测绘前的设站、定向等工作。测量数据在全站仪内以测量文件形式存储，也可通过全站仪内置程序计算，以三维坐标形式存储。解算模型为坐标正算公式:

Xp=Xa+DapCOS(αaP)

Yp=Ya+DapSIN(αaP)

Hp=Ha+DapTANβ +I－V

式中:Xa、Ya、Ha——测站点 A 的三维坐标;

Xp、Yp、Hp——碎部点 P 的三维坐标;

Dap——测站点A至碎部点P的水平距离;

αaP—测站点A至碎部点P的坐标方位角;

β——垂直角; I——仪器高;

V——棱镜高。

立尺员除负责在特征点上立棱镜外，还负责绘制草图，以便内业检查、编辑成图。

3.3 碎部点数据处理

当外业采集完成后，就应回到室内进行内业数据处理，处理后的数据再进入CASS软件平台编辑，最终要加入到GIS数据库系统中。这就要求数据格式与CASS平台、GIS数据库相兼容，利于数据的存储和管理。内业处理时图根点的有关数据需要单独检出，以原始测量数据形式参与平差，计算出图根点坐标，然后对碎部点数据进行处理。

为实现RTK或全站仪坐标数据与CASS软件展点数据格式统一，需要对输出数据格式进行整理，将其统一转化为*.Dat格式，具体的格式是:“点号，逗号，东坐标，北坐标，高程”。如:

G1，，8886.26，9041.416，84.231

3.4 图形文件生成及导入GIS数据库

将处理过的碎部点数据以*.dat格式输入计算机，根据外业所绘草图，通过软件编辑成图。图形文件在CASS平台下生成，比例尺可按GIS要求转化生成。将生成的*.dwg格式的图形导入GIS数据库，完成对GIS数据的修改和补充。为了避免错误和漏测，在导入GIS之前，应将整个测区的图形编辑在一起，绘出样图，到实地进行对比检查。

碎部点检查:对于漏测、错测的地形、地物点及时进行补测，将坐标数据存为一个新文件，绘制补测草图，内业处理时把补测的坐标数据展到原地形图上，进行地形图的修补。

点位精度检查:用RTK或全站仪测出待检查点的三维坐标，与原待检查点的坐标进行对照比较。根据GB50026－2007《工程测量规范》，图根点对于最近控制点的平面位置中误差不得超过图上±0.1 mm，按1∶500比例尺换算成实地点位误差为±5 cm。图根控制点最弱点位中误差为:±2.9 cm，满足精度要求。工矿区细部坐标点的点位和高程中误差，不应超过表1的规定。

表1 细部坐标点中误差

按全部检查点较差计算的点位中误差为±3.62 cm，高程中误差为1.7 cm，精度符合规范要求。

4 应用效果

从整个使用情况来看，RTK和全站仪联合采集数据模式具有明显优势:

1)测量精度高。该方法避免了重复设站，减少了测站对中误差和定向误差，在设备、环境、方法等各主要因素得以保证时，精度可达±4.0 cm。

2)精度均匀、稳定。RTK可对图根点随时进行检验，各图根点误差随机产生，没有误差积累，成果可靠。克服了单一全站仪采集数据模式多次支站所造成的点位精度不均匀的缺点。

3)提高了生产效率。节省了全站仪采集数据时经常搬站和清除障碍物所消耗的大量时间，避免了作业人员多次重复进入同一作业区，缩短了生产时间，提高了工作效率。

4)简化了作业程序。将原有的加密控制网、图根控制、加密图根控制、碎部点数据采集等过程简化为图根点及碎部点数据同时采集，节省了人力物力。

［1］ 胡友健，罗昀，曾云.全球定位系统(GPS)原理与应用［M］.武汉:中国地质大学出版社，2003.15 －46.

［2］ 李德仁，关泽群.空间信息系统的集成［M］.武汉测绘大学出版社，2000:65 －72.

［3］ 宁津生，王正涛.面向信息化时代的测绘科学技术新进展［J］.测绘科学，2010(5):1－4.

APPLICATION OF THE CO－COLLECTION DATA MODE OF RTK AND TOTAL STATION IN GIS OF ANYANG STEEL

Yang Haitao Qing Zhongxiang Fan Taosheng

(Metallurgy Design Co.，Ltd;Angang Group)

This paper describes the application situation of the co－collection data mode of RTK and total station in GIS of Anyang Steel.It simplifies the procedure，enhances the efficiency，reduces the error，guarantees the precision and saves manpower and physical resource through dominant complementary of the two surveying technologies.

RTK and total station collection data GIS application

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联系人:秦忠祥，高级工程师，副经理，河南.安阳(455004)，安钢集团冶金设计有限责任公司;

2012—2—2