【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 K 模式，以實(shí)時(shí)、快速、高精度等特點(diǎn)不僅給控制測(cè)量帶來(lái)新的突破，而且在工程放樣、碎部測(cè)量、水域測(cè)量、地籍測(cè)量、房產(chǎn)測(cè)繪等廣泛領(lǐng)域帶來(lái)了深刻變化，快速 RTK 技術(shù)給測(cè)繪的數(shù)據(jù)采集工作帶來(lái)了革命性的解決方案。3以上測(cè)量?jī)x器與測(cè)量技術(shù)的發(fā)展結(jié)果，顯而易見(jiàn)的是外業(yè)的工作方式：攜帶的基本物品是一臺(tái)全站儀、一個(gè)三腳架、兩根標(biāo)桿、兩個(gè)棱鏡和一卷鋼尺（還可以加一個(gè)電子手簿或裝有測(cè)量軟件的便攜式計(jì)算機(jī)） ，測(cè)量的計(jì)算工作全部交給全站儀或計(jì)算機(jī)，這種測(cè)圖方式一般稱為數(shù)字測(cè)記模式；如果電子手簿提供功能或使用便攜式計(jì)算機(jī)，可以同時(shí)編輯圖形、加注屬性，將測(cè)量的大部分工作在外業(yè)中完成，現(xiàn)在大量使用的一些電子平板測(cè)量系統(tǒng)就是這樣的，這種測(cè)圖方式稱為電子平板模式。雖然提高了效率、減輕了強(qiáng)度，可是外業(yè)人員還會(huì)抱怨要帶的儀器過(guò)多，對(duì)于測(cè)圖系統(tǒng)集成的呼聲日益高漲。所謂測(cè)圖系統(tǒng)，包括測(cè)量?jī)x器和大比例尺測(cè)圖軟件以及軟件的運(yùn)行平臺(tái)；所謂簡(jiǎn)化，是在不降低測(cè)量技術(shù)水平和工作效能的條件下使用最少的設(shè)備，提高測(cè)圖軟件的實(shí)用性和易用性。所以測(cè)圖系統(tǒng)要簡(jiǎn)化，不但測(cè)圖軟件和軟件運(yùn)行平臺(tái)的集成度要提高，而且測(cè)量?jī)x器也要利用先進(jìn)的電子技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。借鑒電子平板測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生了全站儀自動(dòng)跟蹤測(cè)量模式。測(cè)站為自動(dòng)跟蹤式全站儀，可以無(wú)人操作；棱鏡站有跑鏡員和電子平板操作員(甚至平板操作員兼任司鏡員)。全站儀自動(dòng)跟蹤照準(zhǔn)立在測(cè)點(diǎn)上的棱鏡，測(cè)量的數(shù)據(jù)由測(cè)站自動(dòng)傳輸給棱鏡站的電子平板記錄、成圖。瑞典捷創(chuàng)力(geotronic)、日本拓普康(topcon)等推出的自動(dòng)跟蹤全站儀的單人測(cè)量系統(tǒng)，再加上電子平板即可實(shí)現(xiàn)此模式。1997 年徠卡(leica)推出的 tca 全站儀+rcs1000 控制器(遙控器)，實(shí)現(xiàn)了遙控測(cè)量(remote control surveying，rcs) ，使自動(dòng)跟蹤測(cè)量模式更趨于現(xiàn)實(shí)。測(cè)站無(wú)人操作，而在鏡站遙控開(kāi)機(jī)測(cè)量，全站儀自動(dòng)跟蹤，自動(dòng)照準(zhǔn)，自動(dòng)記錄，及時(shí)獲取觀測(cè)成果，還可在鏡站遙控進(jìn)行檢查與編碼。tca 遙控測(cè)量系統(tǒng)與電子平板連接，則可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤模式的電子平板數(shù)字測(cè)圖。目前此種模式價(jià)格昂貴，適用于特定的應(yīng)用場(chǎng)合。4在如今的測(cè)繪作業(yè)中，工作方式正由全站儀單獨(dú)作業(yè)向全站儀配合電子手簿或便攜式計(jì)算機(jī)的電子平板方式過(guò)渡。在這一方式產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也暴露出了該方式的不足之處，便攜式計(jì)算機(jī)價(jià)格較高，保養(yǎng)維護(hù)要求高，裝有測(cè)量軟件的便攜式計(jì)算機(jī)雖然功能強(qiáng)大，但在攜帶、操作、工作時(shí)間、工作環(huán)境要求等方面與電子手薄相比略顯不足，而電子手薄雖然價(jià)格較低，但是功能有限，除了測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算功能外，只有少數(shù)的幾種能夠顯示圖形，大多數(shù)只是一個(gè)數(shù)據(jù)的載體。那么能否將便攜式計(jì)算機(jī)與電子手薄的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)？可以，性能不斷加強(qiáng)的掌上式電腦裝上專業(yè)定制的測(cè)量軟件后，就達(dá)到了便攜式計(jì)算機(jī)和電子手薄的最佳組合。例如，海信新型 hpc 提供了 20ram（隨機(jī)存取內(nèi)存） ，為操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件提供了足夠的運(yùn)行空間，極大的提高了應(yīng)用軟件的運(yùn)行速度，減少手寫(xiě)輸入的識(shí)別時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)了“即寫(xiě)即現(xiàn)” ，這種掌上電腦尺寸小、低能耗、重量不足 500 克。它的袖珍存儲(chǔ)卡擴(kuò)展槽提供掌上電腦功能的擴(kuò)展，如網(wǎng)卡、快閃存儲(chǔ)卡以及無(wú)線傳輸卡等，使用此項(xiàng)功能可以在任何時(shí)候插入或退出 cf 擴(kuò)展卡。當(dāng)插入快閃存儲(chǔ)卡的時(shí)候，就可以將資料存進(jìn)卡內(nèi)；當(dāng)需要使用其所對(duì)應(yīng)的應(yīng)用軟件時(shí)，可以直接按下快捷健，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開(kāi)機(jī)并進(jìn)入相應(yīng)的應(yīng)用軟件。掌上電腦使用圖形用戶操作界面的操作系統(tǒng)，具有良好的圖形顯示和交互操作的特性，由電子手簿的 yes 或 no 的應(yīng)答式操作改為人機(jī)交流的交互式操作；裝載了專業(yè)測(cè)量軟件后，就成為了小型的測(cè)圖軟件平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上可以利用測(cè)量軟件的功能，將全站儀采集的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)編輯成帶有屬性的圖形數(shù)據(jù)，在編輯的同時(shí)就可顯示在屏幕上，也就是“即測(cè)即現(xiàn)” ；由于掌上電腦屏幕分辨率的提高，顯示的圖形將更細(xì)膩、更精確，使得在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)就可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查；低能耗的優(yōu)點(diǎn)，不僅是滿足長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的要求，而且保持了作業(yè)的連續(xù)性，在最佳的測(cè)量條件下進(jìn)行最多的測(cè)量作業(yè)，減少測(cè)量環(huán)境對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)精度的影5響。掌上電腦在測(cè)量中的使用必將推動(dòng)測(cè)繪業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益，為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、礦產(chǎn)資源調(diào)查利用、百姓交通旅行、國(guó)防建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等與國(guó)家和個(gè)人息息相關(guān)的多方面提供有力支持。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這只是測(cè)圖系統(tǒng)集成的一個(gè)階段。發(fā)展創(chuàng)造需求，需求指引發(fā)展，測(cè)圖系統(tǒng)的集成是必然趨勢(shì)。gps 和全站儀相結(jié)合而形成的超站儀已被用于多種測(cè)量工作，掌上電腦和全站儀的結(jié)合或者全站儀自身的功能不斷完善，到時(shí)如果全站儀的無(wú)反射鏡測(cè)量技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，精度達(dá)到測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求，那么測(cè)量工作只需攜帶一臺(tái)超站儀和一個(gè)三腳架，而操作員也只需一人。展望未來(lái)，隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，將來(lái)的大比例尺測(cè)圖系統(tǒng)將沒(méi)有全站儀和三腳架，只是操作員的工作帽上安著 gps 接收器以及激光發(fā)射和接收器，用于測(cè)距和測(cè)角，眼前搭小巧的照準(zhǔn)鏡，手中拿著帶握柄的掌上電腦處理數(shù)據(jù)、顯示圖形，腰上別著的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸器則將測(cè)得的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回測(cè)量中心，測(cè)量中心則收集各個(gè)測(cè)區(qū)的測(cè)量數(shù)據(jù)，生成整體大比例尺地形數(shù)據(jù)庫(kù)。這是大比例尺數(shù)字測(cè)圖的美好明天。 幾種數(shù)據(jù)采集方法的介紹與分析 GPS 技術(shù)授時(shí)與測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng)／全球定位系統(tǒng)(Navigation System Time and Ranging/Global Positioning System)，簡(jiǎn)稱“全球定位系統(tǒng)”(縮寫(xiě) GPS)， 它是當(dāng)代新技術(shù)的產(chǎn)物，經(jīng)過(guò) 30 多年的發(fā)展，已應(yīng)用到幾乎所有的領(lǐng)域中。作為一項(xiàng)非常重要的技術(shù)手段和方法，廣泛用于實(shí)時(shí)精密導(dǎo)航、高精度定位，從而為工程規(guī)劃、施工建設(shè)，從國(guó)家控制網(wǎng)到地形測(cè)繪都提供一系列技術(shù)支持。6 GPS 靜態(tài)定位模式靜態(tài)定位作業(yè)是由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上 GPS 接收機(jī)設(shè)置在待測(cè)基線端點(diǎn)上，捕獲和跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過(guò)程中固定不變，接收機(jī)高精度地測(cè)量 GPS 信號(hào)的傳播時(shí)間，利用GPS 衛(wèi)星在軌的已知位置，解算出接收機(jī)天線所在位置的三維坐標(biāo)。這種測(cè)量方式在地形圖測(cè)繪中，用來(lái)做項(xiàng)目的控制網(wǎng)，不適合做碎部點(diǎn)的采集工作；目前在像控點(diǎn)的采集上經(jīng)常使用。 GPS 動(dòng)態(tài)定位模式動(dòng)態(tài)定位作業(yè)是用 GPS 接收機(jī)測(cè)定一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)行軌跡。GPS 接收機(jī)所安置于運(yùn)動(dòng)載體上(如航行中的船艦，空中的飛機(jī)，行走的車輛等)。載體上的 GPS 接收機(jī)天線在跟蹤 GPS 衛(wèi)星的過(guò)程中相對(duì)地球而運(yùn)動(dòng)，接收機(jī)用 GPS 信號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)(瞬間三維位置和三維速度)。在地形圖的碎部點(diǎn)采集上基本上不使用這種作業(yè)方式。 GPS 相位差分定位技術(shù)相位差分定位作業(yè)技術(shù)又稱為 RTK(Rcal Time Kinematic)技術(shù)，作業(yè)方法是在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái) GPS 接收機(jī)，對(duì)所有可見(jiàn) GPS 衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)地觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)地發(fā)送給用戶觀測(cè)站，在用戶觀測(cè)站上，GPS 接收機(jī)在接收 GPS 衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)地提供觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，并達(dá)到厘米級(jí)的高精度。在地形圖測(cè)繪中被廣泛應(yīng)用，從圖根點(diǎn)的布設(shè)到地形碎部點(diǎn)的采集，貫穿于地形測(cè)圖的始末。其作業(yè)優(yōu)點(diǎn)如下：7(1) 定位精度高，數(shù)據(jù)可靠，沒(méi)有誤差積累。在滿足 RTK 的基本工作條件下，一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)（一般為 4km） ，RTK 的平面精度和高程精度都能達(dá)到厘米級(jí)。(2) 降低了作業(yè)條件要求。RTK 技術(shù)不要求兩點(diǎn)間滿足光學(xué)通視，只要求滿足“電磁波通視” ，和傳統(tǒng)測(cè)量相比，RTK 技術(shù)受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素的限制較小，在傳統(tǒng)測(cè)量中地形復(fù)雜、地物障礙而造成的通視困難地區(qū)，也能進(jìn)行快速的高精度定位作業(yè)。(3) 作業(yè)效率高。 在一般的地形地勢(shì)下，高質(zhì)量的 RTK 設(shè)站一次即可測(cè)完 4km 半徑的測(cè)區(qū)，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的“搬站”次數(shù)，僅需一人操作，在一般的電磁波環(huán)境下幾秒鐘即得一點(diǎn)坐標(biāo)，作業(yè)速度快，勞動(dòng)強(qiáng)度低，節(jié)省了外業(yè)費(fèi)用，提高了勞動(dòng)效率。(4) 自動(dòng)化、集成化程度高，測(cè)繪功能強(qiáng)大。RTK 可勝任各種測(cè)繪內(nèi)、外業(yè)。流動(dòng)站利用內(nèi)裝式軟件控制系統(tǒng)，無(wú)需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能，使輔助測(cè)量工作極大減少，減少人為誤差，保證了作業(yè)精度。(5) 操作簡(jiǎn)便，容易使用，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。只要在設(shè)站時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作，就可以邊走邊獲得測(cè)量結(jié)果坐標(biāo)或進(jìn)行坐標(biāo)放樣。數(shù)據(jù)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)及其它測(cè)量?jī)x器通信。盡管 GPSRTK 技術(shù)有以上優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在不足。(1) 受衛(wèi)星狀況限制。當(dāng)測(cè)區(qū)位置不能很好地被衛(wèi)星所覆蓋，容易產(chǎn)生假值；在高山峽谷深處及密集森林區(qū)，城市高樓密布區(qū)，衛(wèi)星信號(hào)被遮擋時(shí)間8較長(zhǎng)，使一天中可作業(yè)時(shí)間受限制，并容易產(chǎn)生多路徑效應(yīng)，使測(cè)量結(jié)果受到影響。(2) 天空環(huán)境影響。白天中午，受電離層干擾大，共用衛(wèi)星數(shù)少，常接受不到 5 顆衛(wèi)星，因而初始化時(shí)間長(zhǎng)甚至不能初始化，無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。(3) 數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小的問(wèn)題。RTK 數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號(hào)源的干擾，在傳輸過(guò)程中衰減嚴(yán)重，嚴(yán)重影響外業(yè)精度和作業(yè)半徑。在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)密樓區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號(hào)受到限制。另外，當(dāng) RTK 作業(yè)半徑超過(guò)一定距離時(shí)，測(cè)量結(jié)果誤差超限，所以 RTK 的實(shí)際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱半徑要小很多。(4) 初始化能力和所需時(shí)間問(wèn)題。在山區(qū)、一般林區(qū)、城鎮(zhèn)密樓區(qū)等地作業(yè)時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)被阻擋機(jī)會(huì)較多，容易造成失鎖，采用 RTK 作業(yè)時(shí)有時(shí)需要經(jīng)常重新初始化。這樣測(cè)量的精度和效率都受影響。(5) 電量不足問(wèn)題。RTK 耗電量較大，需要多個(gè)大容量電池、電瓶才能保證連續(xù)作業(yè)，在電力供應(yīng)缺乏的偏遠(yuǎn)地區(qū)作業(yè)會(huì)受到限制。(6) 精度和穩(wěn)定性問(wèn)題。RTK 測(cè)量的精度和穩(wěn)定性都不及全站儀，特別是穩(wěn)定性方面，這是由于 RTK 較容易受衛(wèi)星狀況、天氣狀況、數(shù)據(jù)鏈傳輸狀況影響的緣故。 利用全站儀數(shù)據(jù)采集電子全站儀是集測(cè)距、測(cè)角、測(cè)高程及數(shù)據(jù)自動(dòng)處理于一體化的智能化測(cè)量?jī)x器，它只需通過(guò)一次照準(zhǔn)反射棱鏡，即可測(cè)出水平角、垂直角和水平距離，自動(dòng)計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)和高程；通過(guò)它的主機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)通訊接口，可實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)9的數(shù)據(jù)通訊，從而使測(cè)量數(shù)據(jù)的獲取、管理、計(jì)算和繪圖形成一個(gè)完整的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)。在解決空間三維坐標(biāo)功能上，它具有速度快、精度高、省工時(shí)等特點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用到地形圖測(cè)繪、公路橋梁以及建筑工程的施工測(cè)量、放樣中去。全站儀的基本結(jié)構(gòu)原理框圖可簡(jiǎn)單地表示為圖 水平角光電測(cè)角系統(tǒng) 微處理機(jī)垂直角光電測(cè)距系統(tǒng) 斜距雙軸補(bǔ)償系統(tǒng) ΔV、ΔH鍵盤(pán)顯示器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器輸入輸出接口 圖 全站儀的基本結(jié)構(gòu)原理框圖全站儀主要由電子經(jīng)緯儀、光電測(cè)距儀和內(nèi)置微處理器組成。從儀器結(jié)構(gòu)上來(lái)看，全站儀可分為“組合式”和“整體式”兩類。 “組合式”全站儀是將電子經(jīng)緯儀、光電測(cè)距儀和微處理機(jī)通過(guò)一定的連接器構(gòu)成一體，可分可合，如徠卡 T2022+DI5等，是全站儀的早期產(chǎn)品；“整體式”全站儀則是在一個(gè)儀器外殼內(nèi)包含了電子經(jīng)緯儀，光電測(cè)距儀和微處理機(jī)，而且電子經(jīng)緯儀和光電測(cè)距儀共用一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，儀器各部分構(gòu)成一個(gè)整體，不能分離。目前生產(chǎn)的全站儀基本多為“整體式” 。利用全站儀采集地形數(shù)據(jù)的步驟如下：(1) 把全站儀設(shè)于已知控制點(diǎn)上，對(duì)中整平。新建數(shù)據(jù)文件，輸入已知控制點(diǎn)的坐標(biāo)。(2) 調(diào)出設(shè)站點(diǎn)和定向點(diǎn)坐標(biāo)，將全站儀照準(zhǔn)定向點(diǎn)進(jìn)行定向。(3) 定向工作完成后，用第三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢核，符合要求后，進(jìn)行測(cè)圖。(4) 數(shù)據(jù)采集結(jié)束后將全站儀中的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X，將傳輸?shù)淖鴺?biāo)坐標(biāo)數(shù)據(jù)在 AtuoCAD 中展繪出來(lái)，進(jìn)行地形圖的內(nèi)業(yè)編繪。10 利用超站儀數(shù)據(jù)采集超站儀是將 TPS（全站儀）與 GPS 有機(jī)整合在一起的新型測(cè)量設(shè)備。超站儀系統(tǒng)流動(dòng)站的 GPS 接收機(jī)、主站上全站儀與 GPS 接收機(jī)的結(jié)合體以及有關(guān)的硬件設(shè)施。由于電子全站儀(TPS)作業(yè)靈活方便，能同時(shí)測(cè)角測(cè)距并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集與處理，它廣泛應(yīng)用于控制測(cè)量、放樣和大比例尺地形圖、地籍圖測(cè)繪中。GPS具有全天候、超長(zhǎng)距離、超地面障礙定位等無(wú)與倫比的優(yōu)點(diǎn)，是全站儀無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。差分技術(shù)(DGPS)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)(RTK)等越來(lái)越完善，使測(cè)繪從靜態(tài)發(fā)展到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，不僅在控制測(cè)量方面取代了地面測(cè)量技術(shù)，在施工放樣、測(cè)圖以及變形監(jiān)測(cè)等方面也得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。然而 GPS 也存在需要頂空通視的致命弱點(diǎn)，在城市建筑密集的市區(qū)、植被覆蓋茂盛的隱蔽地區(qū)以及復(fù)雜的施工環(huán)境下，還不能單獨(dú)完成所有的測(cè)量作業(yè)。將 TPS 與 GPS 集成在一起，則能取長(zhǎng)補(bǔ)短，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，共同完成各自不能獨(dú)立完成的許多測(cè)繪工作。使用超站儀測(cè)量，無(wú)需控制點(diǎn)，長(zhǎng)導(dǎo)線和后方交會(huì)操作，只需架設(shè)超站儀，并分別使用流動(dòng)站和主站的 GPS 確定定向點(diǎn)與測(cè)站點(diǎn)位置，然后就可以使用全站儀進(jìn)行測(cè)量、放樣。建站更簡(jiǎn)便，測(cè)量更容易、更快捷。在需要時(shí)可以單獨(dú)使用 TPS 或GPS。將 GPS 天線安裝在對(duì)中桿上，就可以進(jìn)行 GPS 流動(dòng)站作業(yè)，也可將 TPS 作為傳統(tǒng)的全站儀使用。超站儀的模塊化設(shè)計(jì)給了用戶最大限度的自由，勝任一切測(cè)量工作，節(jié)省時(shí)間和資金，提高工作效率、增加收益。當(dāng)測(cè)區(qū)內(nèi)部通視情況相當(dāng)不好時(shí)，儀器架設(shè)在方便進(jìn)行細(xì)部測(cè)量的地方，雖然互相不能通視，但是它們能看到某個(gè)公共點(diǎn)，