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关于GPS“取代”全站仪的探讨

时间:2012-11-29浏览:责任编辑:四川拓图测绘仪器

GNSS(Global Navigation Satellite System)是全球导航卫星系统的英文缩写,它是所有全球导航卫星系统及其增强系统的集合名词,是利用全球的所有导航卫星所建立的覆盖全球的全天侯无线电导航系统。目前可供利用的全球卫星导航系统有美国的GPS和俄罗斯的GLONASS以及未来欧洲的Galileo。RTK又叫实时动态差分测量,简称动态GPS,英文名全称为Real-time kinematic。随着RTK技术不断地成熟和发展,RTK产品在我们测绘行业的应用也越来越广,在林业、农业、电力、国土勘界等等其他行业也有非常广泛的应用。

全站仪就是经纬仪的电子化、自动化,不光可以测量距离,还可以测量坐标、高程。全站仪的工作原理分测角原理和测距原理。测角分模拟和数字编码,测距分相位比较和脉冲法等。简单的说,测量就是利用了数学的平面几何、立体几何,结合测距数据测算其它边的距离、及相关角度。当然,测角和测距程序内部还应用到微分和积分等知识。

GPS具有定位精度高、观测时间短、测站间无须通视、可提供三维坐标、操作简便、全天候作业、功能多应用广、免费等优势。

RTK测量的原理是基站和移动站之间进行比较差分,获得两者之间的精确相对位置,他们之间的连线精度平面在1cm+1ppm×D,移动站所测量的每个点都是与基站数据进行比较得出的结果,而基站的位置是固定不动的,因此移动站所测量的每个点的误差都是相对于基站的,而不是全站仪那样相邻之间的两个点,这样一来,RTK就没有误差传播,也没有误差累积了。RTK的两台主机不需要光学通视。RTK一套是由2台主机组成的,一台基站即架好后是固定不动的,一台移动站即用流动站来工作,他们二者之间不需要光学通视,所谓不需要光学通视就是两台主机的连线上可以有障碍物。RTK两台主机之间需要通信使用无线电信号,是通过基站的外挂电台来实现,使用的无线电频率为450—470当然还有低频410—430,波长要比可见光长的多,基站使用的无线电波长为0.65米左右,从物理学可以知道,波长越长,无线电的衍射角度就越大,而且,电磁波也可以被反射,通过这个原理我们即可得知为什么两台主机之间可以存在障碍物了,所以只要二者之间的通讯存在,那么二者之间就可以依靠电磁波传送的信息进行坐标计算,不通视也可以工作。RTK的测量距离一般都在10KM左右,所以在常规测量的时候,只需要基站架设一次就可以完成测量工作。

全站仪尽管厂家、型号繁多,其功能大同小异,但原始观测数据只有倾斜距离(斜距)、水平方向值、天顶距;电子补器检测的是仪器垂直倾斜在X轴(视准轴方向)和Y轴(水平轴方向)上的分量,并通过程序计算自动改正由于垂直轴倾斜对水平角度和竖直角度的影响。所以全站仪的观测数据为:水平角度、竖直角度、倾斜距离。其它测量方式实际上都是由这三个原始观测数据通过内置程序计算并显示出来的。特别注意的是所有观测数据和计算数据都只是半个测回的数据,因此在等级测量中不能用内存功能,记录水平角、天顶距、倾斜距离这三个原始数据是十分必要的。

使用全站仪工作必须满足以下几个条件:

(1)必须要有可见光,而且光线不能太弱,因为全站仪虽然可以自动测量坐标、高程和距离、角度。但是,它也是必须要人眼主动照准目标的,没有光线或者光线太弱,人眼就很难发现观测目标。

(2)必须要光学通视,也就是说需要观测的目标和全站仪之间的连线上不能够有任何的遮挡物,如果存在遮挡,要么造成人眼看不到,瞄不到目标,要么全站仪因为观测条件差的原因测量不出数据。全站仪工作要使用红外线或者激光来测量距离用于推算坐标的,红外和激光的波长非常短,用来测量直线距离,而且要反射回全站仪的测距头,因此只能光学通视了才能工作。

以GPS和全站仪在矿山测量中为例,由于矿山的分布地区大部分都在山区丘陵区距离国家等级点较远,布设导线(网)受约束的条件多,如测距边长和边数受等级规范、地形条件、气候条件、仪器测距精度、气压、人员技术等等的约束。使得外业工作量,人员仪器设备的配备都相应地增加,当测区面积较大时,必须做测区投影变形分析,控制点必须至少保证连续的三点相互通视,且每个矿界点附近必须保证有三个相互通视的导线控制点(矿界点相互之间距离较远很难相互通视)。全站仪属于短距离测量,一般最长测距也就是1.5公里左右,再远的话人眼难以发现目标,而且返回信号太弱会导致不出数据,如果需要观测的点距离已知点比较远,那么就需要多次搬站来完成测量工作。导线(网)由于变数多,作业时间长,往往最后的测量结果不尽如人意。GPS测量则不需要作测区投影变形分析,点与点之间也不一定非要相互通视,RTK测量的原理是基站和移动站之间进行比较差分,获得两者之间的精确相对位置,他们之间的连线精度平面在1cm+1ppm×D,移动站所测量的每个点都是与基站数据进行比较得出的结果,而基站的位置是固定不动的,因此移动站所测量的每个点的误差都是相对于基站的,而不是全站仪那样相邻之间的两个点,这样一来,RTK就没有误差传播,也没有误差累积了。GPS作业半径也比全站仪大,全站仪属于短距离测量,一般最长测距也就是1.5公里左右,再远的话人眼难以发现目标,而且返回信号太弱会导致不出数据,如果需要观测的点距离已知点比较远,那么就需要多次搬站来完成测量工作。人员配合也要缩减1/3,在测图的过程中,全站仪一般至少需要3个以上人员,一个人测量,一个人跑尺,还有一个人画图,需要3个人都要对测量有着比较深的理解。RTK现在暂时只需要3个人,一个人看基站,一个人测量,一个人画草图,只须要两个人对测量有比较深的理解即可,看基站可以让司机或者雇个民工,其实目前我们RTK就需要两个人,我们测地通的地图菜单里面会有测点的轨迹,外业完成后直接传到电脑上,到时一个人就可以出去工作了。在放样的时候,全站仪必须使用对讲机,由操作全站仪的人对棱镜进行指挥,放样效率低。而RTK的手簿显示方向、距离差和高差,同时参照手簿托架上的指北针,一个人按照指示即可完成放样工作,由于有了距离方位的指示,放样效率要比全站仪高的多。GPS静态测量与实时动态技术相结合可以很大程度上提高工作效率和降低生产成本。

随之时代的发展,GPS新的技术也在不断创新。新的伪卫星概念及其硬件技术不断的涌现和发展,伪卫星系统已在室内、地下、飞行导航至火星探测等方面都进行了一些应用,利用伪卫星增强GPS定位技术也成为提高GPS定位精度的有效途径之一。同步伪卫星不用从零开始合成并发射精确定时的GPS信号,而是转发与卫星信号相关的复制信号,这时同步伪卫星的功能就像一面镜子,从地面上的一个已知点将卫星信号反射给用户接收机。伪卫星可以与GPS以多种模式组成系统进行导航和定位,甚至伪卫星可以完全取代全站仪进行定位测量。比较典型的就是在深层地下矿井、隧道和室内等完全接收不到GPS卫星信号的特殊场合,容易实现室内到室外导航定位的无缝链接技术。

通过以上GPS与全站仪的对比分析结合各项工程的特点来看,GPS能够克服地形天气等对测量的影响,能够完成传统测量手段难以完成或者无法完成的工作。从某种意义上GPS已经替代了全站仪的作用,相比之下更好。

信息标题:关于GPS“取代”全站仪的探讨

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