基于GPS和全站仪的线路横断面测量方法设计实验报告.docx

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基于GPS和全站仪的线路横断面测量方法设计实验报告

山东交通学院

开放实验报告

基于GPS和全站仪的线路横断面测量

方法设计

系部：

土木工程系

专业：

地理信息系统

班级：

地信091

学号：

090716108

姓名:

邵珠勇

指导教师：

宋雷

2010年12月8日

基于GPS和全站仪的线路横断面测量

一、测区概况

该道路位于长清区山东交通学院土木楼北面，东西走向，路面平坦，无较大起伏，两侧开阔，适于架设仪器。

水泥路面构造，宽度15米。

其后干燥少雨，温带季风气候。

属于济南南部山区丘陵地带。

北面为逐渐起伏的地势，有一深沟，南邻土木楼。

两侧土质疏松，干燥。

是交通学院内的一条重要的交通道路，连接学校东门和南门，同时也是连接土木楼和其他院系的一条重要道路，作用十分大。

二、传统横断面测量方法综述

传统横断面测量方法：

基于水准仪和经纬仪测量公路横断面的方法是一种较为普遍的方法;

中线水准测量（路线纵断面测量）：

沿路中线测定各中桩上的地面高程的工作，并绘制路线纵断面图，表示路线中线位置的地形起伏状态。

基本测量：

测定沿线所设置水准点高程的工作。

中本测量：

根据基本测量的水准点高程测定沿线中桩上的地面高程的工作。

横断面测量是测定各中桩垂直于中线方向的地面起伏情况。

并绘制路线横断面图，表示垂直于路线中方向的地形起伏状态。

缺点:

需要反复读数.读数误差较大。

三、GPS-RTK与全站仪断面测量的技术设计

①全站仪测量横断面的方法：

全站仪是一个工具，可以测距离、角度、和高差。

因此如果说要用全站仪来测量横断面的话方法是比较多的。

横断面简单点就说是某一中桩垂直于路线方向两侧相对于中桩的原地面自然起伏形状，它是计算土石方数量的重要依据。

我们要测量的就是中桩两侧原地面每一个变化点相对与中桩的高差和平距。

那么说到测量高差和平距正好是全站仪的功能所在，所以测量起来也特别方便，而且对于高差较大，地势险峻的地段其优势尤为突出。

测量的时候我们可以在中桩处架好仪器对中整平后瞄准垂直于路线的横断面方向，指挥菱镜手在每个变化点处立杆，测量出距离和高差（或直接测量高程）既可。

还有也可以使用全站仪自带的对边测量功能，也可以很方便的测量出所需数据。

或者还可以任意一点架仪器，测量出每个变化点的坐标和高程。

各种方法的不同之处为，第一中方法需要每个中桩架设仪器，这样速度慢，但横断面方向比较准确，后两种方法可以在任意点架仪器，灵活度大，工作强度小，但是在横断面方向确定精度上不如第一种方法。

⑴实际三维坐标法

如果测区植被茂密，通视条件较差，可将全站仪架在线路附近地势较高、视野开阔的已知控制点上，用已知控制点定向，中桩上安排一人用“十”字方向架指挥定向，镜站人员在定向人员的指挥下沿横断面方向在横断面上地形、地物、地质变化点立点，测站人员用数字命名点名，将这些描述横断面的点一一采集下来，记录在全站仪的内存里，测完一个横断面后再测另外一个，也可以同时测几个横断面。

采用以下格式测量记录数据：

表１　　横断面（距离、高程）

距离

高程

-51.93

-23.22

-5.50

0.00

0.69

24.78

39.15

52.63

53.44

58.69

58.70

58.69

50.76

49.93

表２横断面（距离差、高差）

距离

高程

101.0

60.8

59.2

58.2

56.4

43.2

92.2829

94.0548

94.5218

94.5023

94.1515

94.3631

⑵　假定三维坐标法

如果测区通视、通行条件较好，可将全站仪直接架在中桩上，以中桩里程数命名测站点，输入假定坐标（如（100，100，10））和仪器高，以设站中桩前后一定距离的某个中桩定向，拨角至横断面方向测定并记录横断面特征点的假定三维坐标，镜站人员在横断面上离中桩大于20m的位置报告一个左点或右点，测站人员输入该点所对应中桩里程数减1或加1（左减右加）的数字作为点名，并测量其坐标，以便程序识别横断面的左右方向，其余横断面特征点的点名用不同于测站点和横断面方位识别点的数字表示（采用任意三维坐标法也需要这样做）

②RTK测量原理及GPS-RTK法进行横断面测量

⑴RTK（real-timekinematic）原理：

RTK是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS测量，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的厘米级精度的三维定位结果。

RTK测量系统通常由三部分组成，即GPS信号接收部分（GPS接收机及天线）、实时数据传输部分（数据链，俗称电台）和实时数据处理部分（GPS控制器及其随机实时数据处理软件）。

RTK测量是根据GPS的相对定位理论，将一台接收机设置在已知点上（基准站），另一台或几台接收机放在待测点上（移动站），同步采集相同卫星的信号。

基准站在接收GPS信号并进行载波相位测量的同时，通过数据链将其观测值、卫星跟踪状态和测站坐标信息一起传送给移动站；移动站通过数据链接收来自基准站的数据，然后利用GPS控制器内置的随机实时数据处理软件与本机采集的GPS观测数据组成差分观测值进行实时处理，实时给出待测点的坐标、高程及实测精度，并将实测精度与预设精度指标进行比较，一旦实测精度符合要求，手簿将提示测量人员记录该点的三维坐标及其精度。

作业时，移动站可处于静止状态，也可处于运动状态；可在已知点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊值的搜索求解。

在整周模糊值固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持4颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则移动站可随时给出待测点的厘米级的三维坐标。

⑵GPS-RTK法进行横断面测量

GPS—RTK测量法的野外数据采集就是利用GPS接收机进行纵横断面和地形的野外数据采集，内业进行必要的数据处理和分析，并采集纵横断面数据，建立纵横断面数据库。

道路纵横断面测量主要目的是道路调坡和工程土石方预算，高程测量精度达cm级即可。

而GPS接收机由于受量高、电磁辐射等影响，GPS—RTK测量的平面精度较高（平面标称精度一般为：

1cm+1～2m），且站点间误差不累积。

高程精度相对较低，标称精度一般为：

2cm+2m。

因此，在一定条件下也可替代水准高程。

野外观测

RTK基准站可在测区内任意选择，输入其单点定位值作为参考坐标。

流动站可输入一套转换参数进行坐标的椭球转换，流动站初始化后至少联测2个平面控制点，用于地形的平面控制。

联测附近的一高程点作为高程起算点。

测量点可以采用绝对高程也可采用相对高程（相对于基准站），绝对高程只需将联测的已知高程与其实测高程的差值输入基准站即可。

相对高程则需要在内业数据处理时将起算高程点后的实测点高程与高程求差即可。

因相对高程的内业工作相对较大且易出错，故建议野外测量时使用绝对高程。

野外采集信息及方法同全站仪实测法。

本站测量完毕后，只需将流动站再联测下一个水准点，使用同样的方法求出绝对高程后用同样方法测量即可。

而基准站则无须迁站，除非因距离较远数据链消失。

GPS—RTK每个测量点只需采集5S即可，在地形较为复杂的地区效率较高。

四、野外实验过程及原始数据

①分桩：

首先老师给出南北方向的两个已知点的三维坐标（X，Y，Z），用以坐标定向，在已知点架设仪器（GPS-RTK）测量圆直点（起始点记作0+223点）的坐标（X，Y，Z）以及每个桩的坐标。

每隔20米分一个桩，分别记为（0+240,0+260,0+260,0+280,0+300,0+320,0+340），数据如下：

山东交通学院土木楼北横断面桩号坐标（GPS-RTK测量）

桩号

X

Y

Z

0+223

4045491.349

481009.936

60.949

0+240

4045791.372

480992.716

61.014

0+260

4045491.400

480972.738

61.078

0+280

4045491.348

480952.767

61.122

0+300

4045491.384

480932.755

61.173

0+320

4045491.210

480912.846

61.235

0+340

4045491.131

480892.850

61.318

②使用全站仪测量每个断面上的多个点的坐标。

在道路两边150米距离上选取合适的点，左边平距记为负又为正，在每个点上测量其坐标值如下：

山东交通学院土木楼北横断面测量成果

0+223

平距

高程

-116.648

61.125

-89.035

61.227

-61.813

61.301

-33.588

61.087

-33.588

61.087

-6.086

61.003

-6.026

60.845

0.000

60.969

5.871

60.856

5.947

61.015

11.871

61.125

19.641

61.456

24.669

62.483

37.150

62.574

65.862

62.688

70.990

63.839

75.317

63.956

78.789

64.187

79.486

63.584

80.270

63.621

81.283

64.403

82.072

64.278

83.359

63.630

84.117

63.656

100.651

64.782

0+240

平距

高程

-120.297

61.230

-96.040

61.251

-66.735

61.142

-38.353

61.239

-26.563

61.151

-6.128

61.058

-6.080

60.915

0.000

61.014

5.793

60.870

5.893

61.020

18.221

61.266

25.559

62.448

47.337

62.498

67.402

62.638

72.618

64.270

86.625

63.796

108.381

64.641

0+260

平距

高程

-130.444

61.392

-108.848

61.479

-82.272

61.466

-55.221

61.563

-28.843

61.509

-6.198

61.125

-6.142

60.976

0.000

61.078

5.807

60.935

5.911

61.098

14.999

61.325

22.809

62.111

42.856

62.43

64.894

62.433

71.712

64.118

91.252

64.08

109.048

64.603

0+280

土木楼

-26.364

61.544

-6.151

61.182

-6.100

61.032

0.000

61.122

6.061

60.972

6.109

61.122

16.344

61.448

22.406

62.331

43.520

62.230

66.056

62.447

68.984

64.024

79.622

64.106

101.000

63.056

0+300

土木楼

-23.425

61.562

-6.317

61.279

-6.227

61.079

0.000

61.173

5.959

61.071

6.059

61.221

16.579

61.497

21.844

62.251

38.673

62.300

63.793

62.379

68.527

63.921

70.814

63.758

71.314

61.258

100.181

61.258

100.681

63.665

103.000

63.665

0+320

土木楼

-23.311

61.555

-6.344

61.290

-6.244

61.140

0.000

61.235

5.843

61.178

5.943

61.328

13.376

61.487

21.763

62.133

36.279

62.393

64.553

62.305

68.523

63.988

70.356

63.908

71.259

63.801

71.309

61.301

99.796

61.301

100.796

63.625

105.000

63.634

0+340

土木楼

-23.214

61.556

-6.240

61.362

-6.237

61.212

0.000

61.318

5.850

61.245

5.867

61.395

8.789

61.456

14.967

61.609

17.906

62.011

43.114

62.170

67.180

62.203

70.154

63.421

70.619

63.444

73.348

62.516

80.287

62.747

107.227

62.981

③在上面数据基础上输入计算机，由计算机辅助制图系统微型计算机＋绘图仪＋相应软件）处理后，输出横断面测量的各种记录、成果和图件资料。

五、横断面图

六、实习技术总结

实习大体上共分为两大部分，全站仪测量和ＧＰＳ－ＲＴＫ测量：

１．全站仪测量分为分桩和测量两大部分：

①分桩：

首先老师给出南北方向的两个已知点的三维坐标（X，Y，Z），用以坐标定向，在已知点上架设仪器（RTK）测量圆直点（起始点记作0+223点）的坐标（X，Y，Z）以及每个桩的坐标。

每隔20米分一个桩，分别记为（0+223，0+240,0+260,0+260,0+280,0+300,0+320,0+340）。

②测量：

在每个分桩点上架设仪器，进行横断面上点的碎部测量，左边平距记作负，右边为正。

选择合适的点进行平距和高差的测量，记录分人手工记录和全站仪存储两种以保证数据的完整无误。

２．ＧＰＳ－ＲＴＫ测量

先安置ＧＰＳ天线和其他测量器材，进行信号的检测。

用ＧＰＳ接收机接收卫星信号，进行坐标的测量用来分桩，挨个点进行测量，记录每个点的坐标。

七、实习日志

2010.12.4　星期六　　天气晴

今天我们开始了我们的实习，首先九点半我们在老师办公场所集合，老师对今天的实习计划和步骤进行讲授，以保证实习的质量。

之后去仪器室领取仪器，共两台苏一光全站仪，两个对中杆，两个棱镜，三台GPS设备，四个脚架，之后到测区进行测量，上午进行了两个学时，进行分桩：

首先老师给出南北方向的两个已知点的三维坐标（X，Y，Z），用以坐标定向，在已知点上架设仪器测量圆直点（起始点记作0+223点）的坐标（X，Y，Z）以及每个桩的坐标。

分别记为（0+240,0+260,0+260,0+280,0+300,0+320,0+340），分桩完毕。

下午进行了横断面上点的测量，在每个分桩点上架设仪器，进行横断面上点的碎部测量，左边平距记作负，右边为正。

选择合适的点进行平距和高差的测量，记录分人手工记录和全站仪存储两种以保证数据的完整无误。

令人难忘的测量实习终于结束了，我学会了很多东西，懂得了很多道理。

首先，我基本掌握了测量学知识，知道如何正确使用全站仪、GPS的使用方法和横断面的测量方法，测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、地下和海底）点位的科学。

既然是要测量就离不开实践。

实践是对测量学知识的最好检验，理论练习实际，听别人讲下，然后自己动手操作一遍，就基本掌握了方法。

要想提高效率和测量精度，还要经常练习，这样才能做到举一反三。

  其次做任何事情都要认真细致，不能有丝毫的马虎，特别是在使用全站仪、GPS这样精密的仪器时，更要做到精益求精。

因为稍有差错就可能导致数据的偏差很大，更会导致以后其它量的测量出错，最终导致数据计算的错误。

  我还学会了吃苦耐劳，学会了艰苦奋斗的作风。

实习期间恰好是酷暑时节，温度较高，对于露天作业的我们是一个不小的挑战，但通过大家的团结合作，宋雷老师的指导，出色的按时按质地完成了既定的任务，获得了实习老师的好评。

  我很珍惜这次测量实习，更深刻的体会了测量工作的艰辛以及实物与图纸之间那种密切的关系，真是没有蓝图什么也干不成。

总之，虽然觉得累，还是要感谢宋雷老师和学校为我提供了这次实习的机会，我将永远珍惜这段经历，同时这段实习生活也是我一生中难忘的记忆。