数字测图：野外数据采集技术与全站仪的应用

目前，大比例尺数字地形图测绘主要采用全站仪和GPS-RTK进行野外数据采集。全站仪主要用在建筑物稠密的地区，GPS-RTK主要用在相对空旷地区; 将全站仪和GPS-RTK两者结合，更能提高作业效率。

2.1.1 全站仪野外数据采集

1. 全站仪概述及操作

1)全站仪概述

全站仪，即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)，它是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统，由于只需要一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称为全站仪。

从电子经纬仪和测距仪构成的组合式全站仪，到较为普遍的常规全站仪(具备全站仪电子测角、电子测距和数据自动记录等基本功能)，到机动型全站仪(可自动驱动全站仪照准部和望远镜的旋转)，到免棱镜全站仪(在无反射棱镜的条件下，可对一般的目标直接测距的全站仪)，再到智能型全站仪(在相关软件的控制下，在无人干预的条件下可自动完成多个目标的识别、照准与测量，又称为“测量机器人”)，全站仪越来越智能化、人性化，功能也越来越齐全，几乎可以用在所有的测量领域。

目前，全站仪的品牌主要有: 瑞士莱卡(Leica)公司生产的TC系列全站仪; 日本拓普康(TOPCON)公司生产的GTS系列、GPT系列，索佳(SOKKIA)公司生产的SET系列全站仪，尼康(NIKON)公司生产的DTM系列，宾得(PENTAX)公司生产的PTS系列全站仪;美国天宝(Trimble)公司生产的天宝全站仪; 我国南方测绘公司生产的NTS系列全站仪，苏州第一光学仪器公司生产的RTS系列全站仪，北京博飞BOLF系列全站仪等。

全站仪主要有角度测量、距离测量、坐标测量、施工放样、悬高测量、对边测量、面积测量、周长测量等功能。在数字地形图测绘中，全站仪主要用于采集野外数据，即全站仪的数据采集(坐标测量)功能。

2)全站仪的结构

全站仪主要有照准部、基座、度盘三大部分组成。图2.1所示为拓普康GTS-335N全站仪的外形及部件名称。

图2.1 拓普康GTS-335N全站仪的外形及部件名称

3)全站仪的技术参数

全站仪的技术参数指标主要有测距精度和测角精度。

(1)测距精度。全站仪测距精度经常用m D=±(A+B×Dppm)mm来表示，其中，A为固定误差，B为比例误差，D为所测距离。

(2)测角精度。全站仪按测角精度等级分为四类(《全站型电子速测仪检定规程》JJC100—2003)，见表2.1。

表2.1 全站仪测角准确度等级分类

4) 全站仪的使用注意事项

在使用全站仪时，应注意以下几点:

(1) 运输仪器时，应有防震垫，或有专人保管，以防震动和冲撞。

(2) 旋转照准部时，应匀速旋转，切忌急速转动。

(3) 没有滤光片时，不要将望远镜对着太阳，以免损坏内部电子元件。

(4) 全站仪若出现故障，应立即停止使用，并将电池取下，找专业人员维修。

(5) 应尽量避免在潮湿的下雨天使用全站仪。

(6) 高温天气作业时，为保证仪器的使用寿命，应给仪器撑伞，以遮挡直射阳光。

(7) 长期不用的仪器应定期通电，一般一月一次，约一个小时，电池也应定期充放电，以保证电池的容量和寿命。

(8) 为保证全站仪的精度，作业时，仪器应使用配套的棱镜组，并正确设置好仪器的各项参数，严格按说明书进行操作。

5) 全站仪基本操作

在使用全站仪进行测量时，首先安置好仪器，随后开机，输入参数 (温度、气压、仪器高等)，接着调用需要的应用程序，即可测量。

下面以拓普康GTS-335N全站仪为例，介绍其基本操作。

(1) 仪器安置。在测站点上安置好仪器 (对中、整平仪器)，按下全站仪电源开关【POWER】，转动望远镜，使全站仪进入基本测量状态，按【测距】键进入测距模式，如图2.2所示; 输入观测参数 (按下【F3】键，显示屏幕如图2.3所示)，在输入观测参数界面下，输入棱镜常数按【F1】键 (根据实际常数输入，一般是0 或+30mm或.30mm)，输入仪器周围当时的温度、气压，按【F3】键，确定后，按【ESC】键，回到测量界面。

图2.2 测距模式界面

图2.3 输入观测参数界面

(2) 距离测量。全站仪的测距模式一般有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5s，最小显示单位1mm; 跟踪模式常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3s; 粗测模式的测量时间约0.7s，最小显示单位1cm或1mm。在距离测量或坐标测量时，可根据工程需要选择不同的测距模式。在进行距离测量时，一般步骤为:

①设置棱镜常数。测距前需将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。

②设置大气改正值或气温、气压值。光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和760mm Hg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值 (也可直接输入大气改正值)，并对测距结果进行改正。

③量仪器高、棱镜高并输入全站仪。

④距离测量。拓普康GTS-335N距离测量基本操作过程为: 在测距界面下，如图2.4所示，按下测量【F1】键，即可测出测站点至目标点的平距 (HD)，再按【测距】键即可看到斜距 (SD)。

图2.4 测距模式界面

(3) 角度测量。全站仪角度测量步骤大致和光学经纬仪相同，只是全站仪测量的角度直接显示在屏幕上，不需要观测者进行估读 (大部分全站仪都可设置角度单位和最小读数)，且在使用全站仪角度测量时，通过各项固定参数，如温度、气压等信息的输入、输出，可以进行观测误差的改正、有关数据的实时处理。

拓普康GTS-335N全站仪角度测量的基本操作过程如下:

在测站点安置好仪器，在测量界面下，按下角度【ANG】键，显示测角界面屏幕，如图2.5所示。照准观测角的起始边，按下【F1】键置零，顺时针转动照准部至观测角终边照准目标 (水平角观测用十字丝横丝切目标底部，竖直角观测用十字丝横丝切目标顶部，十字丝竖丝平分目标或双丝夹住目标) 即可得到需要的半测回角值。

在测角界面1 (图2.5) 中，若按【F3】键，即选择“置盘”，其作用是要求输入水平角起始边的起始角度; 若按下【F2】键，即选择“锁定”，其作用是水平角值不随照准部转动而变; 若按下【F4】键，即选择“P1”，其作用是翻页，显示测角界面2 (图2.6)。

在测角界面2 (图2.6) 中，若按【F1】键，即选择“H-蜂鸣”，其作用是在照准部处于水平或垂直时仪器蜂鸣提示 (发出嘀嘀声); 若按【F2】键，即选择“R/T”，其作用是设置左右角; 若按【F3】键，即选择“竖角”，其作用是切换竖直度盘读数显示竖直角或天顶距。

(4)坐标测量。全站仪坐标测量是通过全站仪观测的角度和距离，运用坐标正算的基本原理计算待测点坐标。现在全站仪的种类繁多，但对于坐标测量的操作步骤大同小异。全站仪坐标测量的主要操作步骤为:

图2.5 测角界面屏幕 (第一页)

图2.6 测角界面屏幕 (第三页)

①全站仪初始设置。将测量时测站周围环境的温度和气压，测量模式选择 (免棱镜、放射片、棱镜，当使用棱镜时，所用棱镜的棱镜常数)，量取的仪器高、目标高等参数输入全站仪。

②建立项目 (文件夹)。目前，全站仪存储时，测量的数据一般存储在自己的项目(文件夹) 中，以便后续数据处理，有时还可以对自己的项目进行个性化设置。

③建站。建站又称设站，就是让所采集的碎部点坐标归于所采用的坐标系中，即告诉全站仪所测点是在测站点为依据下的相对关系所得。在进行坐标测量时，必须建站。

④坐标测量。在建站基础上，进行“三项检查”，开始碎部点坐标测量。

⑤存储。对采集的碎部点信息 (点号、坐标、代码、原始数据) 存储在全站仪内存中，也可以存储在掌上通 (PDA) 中，包括点的点位、属性和连接信息。

以拓普康GTS-335N为例，在测站点安置好仪器，在测量界面下，按下菜单键【MENU】，选择“数据采集”，建立“文件”(或建立项目)，设置测站 (包括输入测站点点号、坐标)，设置后视点 (输入后视点点号、坐标或起始方位角)，三项检查符合限差后即可开始测量。详细步骤见下面全站仪碎部点数据采集内容。

2. 全站仪野外数据采集

1) 全站仪图根控制测量

(1) 导线法。在利用导线法进行图根控制时，根据导线的构成形式，可分为单一导线和导线网。大比例尺数字测图中一般布设单一导线，单一导线主要有附合导线、闭合导线和支导线三种布设形式。通过全站仪对观测导线相邻边的水平角和距离进行测量，通过平差计算出导线点 (控制点) 的平面坐标，图根控制点的高程可通过水准测量或三角高程测量的方法获得。

(2) 辐射法。辐射法就是在某一通视良好的等级控制上，用极坐标测量方法，按全圆方向观测方式，依次测定周围几个图根控制点 (如图2.7所示，仪器架设在C点，后视A点，检测B点，依次测算出1、2、3等点的坐标)。这种方法无需平差计算，直接测出坐标。为了保证图根点的可靠性，一般要进行两次观测 (另选定向点)。

图2.7 辐射法图根控制测量示意图

(3) 一步测量法。该方法就是在图根导线选点、埋桩以后，将图根导线测量与碎部测量同时作业，在测定导线后，提取各条导线测量数据，进行导线平差，而后可按新坐标对碎部点进行坐标重算。目前许多测图软件都支持这种作业方法。

一步测量法具体步骤 (如图2.8所示) 如下:

图2.8 一步测量法示意图

①全站仪安置子B点(坐标已知)，后视A点，前视C1点，用测回法，通过角度和距离测量，得出C1点的坐标。

②仪器不动，后视A点作为零方向，直接运用坐标测出测站B点周围的1，2，3，…碎部点的坐标，根据碎部点的坐标、编码及连接信息，显示屏上实时展绘碎部点，并连接成图。

③仪器搬至C1点，此测站点坐标已知(上一站已测出)，后视B点，用和C1点同样的测量方法测得下一导线点C2点坐标。紧接着后视B点作为零方向，进行本站的碎部点测量，如施测20，21，…各碎部点点坐标，实时展绘碎部点成图。同理，依次测得各导线点和碎部点坐标。

④待导线测到Cn测站，可测得D点坐标，记作D'点。D'坐标与D点已知坐标之差，即为该附合导线的闭合差。

⑤若闭合差在限差范围之内，则可平差计算出各导线点的坐标。为提高测图精度，可根据平差后的坐标值，重新计算各碎部点的坐标，然后再显示成图。若闭合差超限，想办法找出导线错误之处，返工重测 (只重测导线点)，直到闭合为止。闭合后，重算碎部点坐标即可成图。

一步测量法对图根控制测量少设一次站，少跑一遍路，提高了外业效率，尤其是使用全站仪测图效果非常明显，但它只适合于数字测图，且注意每一站碎部测量之前，进行“三项检查”。用全站仪及PA2500、南方CASS9.0、Excel进行一步测量的基本步骤是:

将全站仪存储的原始测量数据传输到计算机上 (原始测量数据文件扩展名是“.HVS”)，原始测量数据格式为:

T，测站点，定向点，定向点起始值，仪器高

碎部点点名，编码，水平角，天顶距，斜距，标高

……

END

用Excel处理导出导线及测站点碎部点数据，将导线数据进行平差计算，最后用南方CASS9.0将原始测量数据转换成坐标数据，展点绘图。

(4) 支站。测图时，应尽量利用各级控制点作为测站点，在地物、地貌极其复杂零碎时，要全部在各级控制点上测绘所有的碎部点往往比较困难，因此，除了利用各级控制点外，还要增设测站点，但要切忌用增设测站点做大面积的测图。增设测站点是在控制点或图根点上采用极坐标法、交会法和支导线测定测站点的坐标和高程。用支导线增设测站时，用三联脚架法，既保证了方向传递的精度，又可提高作业效率。数字测图时，测站点的点位精度，相对于附近图根点的中误差不应大于图上0.2mm，高程中误差不应大于测图基本等高距的1/6。

2) 全站仪野外碎部点数据采集

在使用全站仪采集碎部点点位信息时，因外界条件影响，不可能全部都能直接采集到碎部点点位信息，也不可能对所有碎部点直接采集，工作量大、效率低，因此，必须采用“测、算结合”的方法 (在野外数据采集时，利用全站仪通过极坐标的方法采集部分“基本碎部点”，结合勘丈的方法测定出一部分碎部点，再通过运用共线、对称、平行、垂直等几何关系最终测定出所需要的所有碎部点)，测定碎部点的点位信息，以便提高作业效率。

下面以拓普康GTS-335N全站仪为例，介绍极坐标法采集野外碎部点数据。

(1) 仪器安置。在测站点安置好仪器，在测量界面下，按下菜单键【MENU】，屏幕如图2.9所示，选择“数据采集”，屏幕如图2.10所示。

图2.9 菜单界面

图2.10 选择输入文件界面

(2) 输入数据采集文件名。在如图2.10所示的屏幕下，选择“输入” (按【F1】键) 显示屏幕如图2.11所示，输入数据采集文件名 (注: 按【F1】键可进行输入字母和数字转换)，选择“［ENT］”(按【F4】键)，进入建站状态界面，屏幕如图2.12所示。

图2.11 输入文件名界面

图2.12 数据采集建站界面

(3) 输入测站点数据。在数据采集建站界面 (图2.12) 下，选择“测站点输入”，即按【F1】键，屏幕显示测站点设置原始界面，如图2.13所示，选择“输入”后，分别输入测站点的点号、测站点代码 (可不输)、仪器高，选择“坐标”(按【F3】键)，输入测站点坐标 (N，E，Z) 后，屏幕显示如图2.14所示，选择“记录”(按【F3】键)，屏幕返回到数据采集界面 (图2.12)，若全站仪内存中已经有此点号，会提示“是否覆盖?”，确定后，屏幕返回到数据采集界面。

图2.13 站点设置原始界面

图2.14 测站坐标记录界面

(4) 输入后视点数据。在数据采集界面下，按【F2】键进入后视点 (定向点) 数据设置状态，屏幕显示如图2.15所示。选择“后视”(按【F4】键)，屏幕显示如图2.16所示，即要输入后视点坐标或定向角。若全站仪内存中有测站点坐标，可以在图2.16所示的屏幕下直接选择“调用”，核对坐标无误后直接确定，随之输入编码和棱镜高; 若全站仪自中没有测站坐标，继续按【F3】键，屏幕显示如图2.17所示，输入后视点坐标后回车，随之输入编码和棱镜高; 若不知道后视点坐标，但是后视点起始方位角已知，可在图2.17所示的屏幕下选择“AZ”(按【F3】键)，即可直接输入起始方位角。

图2.15 后视点设置初始界面1

图2.16 后视设置界面2

图2.17 后视设置界面3

图2.18 后视点检查界面

(5) 定向。当测站点数据和后视点数据输入完成后，选择“测量”(按【F3】键)，屏幕如图2.18所示，照准后视点，继续按【F3】键，进入坐标测量，检查后视点精度，在限差满足条件下记录，屏幕返回数据采集界面。

(6) 侧视点测量检查。在数据采集界面下，按【F3】键选择“侧视点测量检查”，照准目标 (棱镜)，屏幕如图2.19所示，依次输入点号、编码、目标高 (镜高)，选择“测量”(按【F3】键)，屏幕如图2.20所示，选择某一测量方式开始测量，测量结束后，检查精度是否符合要求，屏幕又返回到图2.19所示界面。

(7) 碎部测量。若符合限差，即可在图2.20所示的屏幕下开始碎部点测量了，按测量键【F3】或按【F4】键进行碎部点测量、记录。

2.1.2 GPS-RTK野外数据采集

目前，因GPS-RTK测量快捷、方便、精度高等优点已被广泛用于碎部点数据采集工作中。GPS-RTK测量已成数字测图和GIS野外数据采集的主要手段之一。在大比例尺数字测图工作时，采用GPS-RTK技术进行碎部点数据采集，可不布设各级控制点，仅依据一定数量的基准控制点，不要求点间通视 (但在影响GPS卫星信号接收的遮蔽地带，还应采用常规的测绘方法进行细部测量)，可一人独立操作，能实时测定点的位置，并达到厘米级精度。若同时输入采集点的特征编码，通过电子手簿或便携机记录，在点位精度合乎要求的情况下，把一个区域内的地形点、地物点的坐标测定后，可在室外或室内用专业测图软件一次测绘成电子地图。

图2.19 侧视点测量检查

图2.20 选择侧视点检测量查方式界面

1.GPS-RTK概述及操作

实时动态 (Real Time Kinematic，RTK) 测量技术，是以载波相位观测量为根据的实时差分GPS (RTDGPS) 测量技术，它是集计算机技术、数字通信技术、无线电技术和GPS测量技术为一体的组合系统。

1) GPS-RTK的工作原理

将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体 (称为流动站或移动站)上，基准站和流动站同时接收同一时间、同一GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。将这个改正值通过无线电数据链电台及时传递给共视卫星的流动站精化其GPS观测值，从而得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。

2) GPS-RTK的系统组成

单基站GPS-RTK系统由一台基准站 (又称参考站) 接收机或多台流动站 (移动站)接收机，以及用于数据实时传输的数据链系统构成。图2.21所示即是基准站主要设备，图2.22所示是流动站主要设备。

2.GPS-RTK野外数据采集

1) GPS-RTK数据采集的准备工作

在运用GPS-RTK进行碎部点数据采集之前，需要做一系列的准备工作，具体包括以下步骤:

(1) 外业踏勘;

(2) 收集资料;

图2.21 基准站

2.22 移动站(www.xing528.com)

(3) 制订观测计划;

(4) 星历预报;

(5) 器材准备: 经检定合格的GPS接收机 (基准站+流动站) 一套，电源 (含充电器)，数据链电台一套，手机或对讲机 (每台GPS接收机上配一个)，每台GPS接收机配观测记录手簿一本，运输工具。

2) GPS-RTK野外数据采集。

利用GPS-RTK进行地形测量时，主要技术要求应符合表2.2规定。

表2.2 GPS-RTK地形测量“高程五等以上”主要技术要求

注: 1. 点位中误差指控制点相对于起算点的误差。

2. 采用网络GPS-RTK测量可不受流动站到参考站间距离的限制，但宜在网络覆盖的有效服务范围内。

(1) GPS-RTK图根控制点采集。在一个测区内进行数字地形图测绘时，若很多作业组 (有GPS-RTK组和全站仪组) 同时开工，要是按照惯例进行“先控制，后碎部”的作业程序作业，就会出现全站仪组闲置或等的现象，浪费资源和人力。利用GPS-RTK进行图根点数据采集非常快捷 (它可以在一个点上测几秒至几分钟完成)，最重要的是弥补了图根点间“通视”条件下边角测量、统一计算的条件限制。利用GPS-RTK进行图根点测量时，应注意以下几点:

①GPS-RTK图根点测量时，注意地心坐标系与地方坐标系的转换。

②GPS-RTK图根点测量平面坐标转换残差应小于等于图上±0.07mm，GPS-RTK图根点测量高程拟合残差应不大于1/12等高距。

③GPS-RTK平面控制点测量流动站观测时，应采用三脚架对中、整平，每次观测历元数应大于10个。

④GPS-RTK图根点测量平面测量两次测量点位较差应小于等于图上±0.1mm，高程测量两次测量高程较差应小于等于1/10等高距，两次结果取中数作为最后成果。

⑤用GPS-RTK技术施测的图根点平面成果应进行100%的内业检查和不少于总点数10%的外业检测，外业检测采用相应等级的全站仪测量边长和角度等方法进行，高程外业检测采用相应等级的三角高程、几何水准测量等方法进行，其检测点应均匀分布测区。检测结果应满足表2.3的要求。

表2.3 GPS-RTK图根点平面检测精度要求

注: D为检测线路长度，以km为单位。

(2) GPS-RTK碎部点测量。由于工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS.84坐标系数据，而目前我们测量成果普遍使用的是以1954年北京坐标系、1980国家大地坐标系或是地方独立坐标系为基础的坐标数据。因此，必须将WGS.84坐标转换到1954年北京坐标系、1980国家大地坐标系或地方 (任意) 独立坐标系。在获取测区坐标系统转换参数时，可以直接利用已知的参数。在没有已知转换参数时，可以自己求解。地心坐标系 (2000国家大地坐标系) 与参心坐标系 (如1954年北京坐标系、1980国家大地坐标系或地方独立坐标系) 转换参数的求解，应采用不少于3点的高等级起算点两套坐标系成果，所选起算点应分布均匀，且能控制整个测区。转换时，应根据测区范围及具体情况，对起算点进行可靠性检验，采用合理的数学模型，进行多种点组合方式分别计算和优选，也可以在测区现场通过点校正的方法获取，至少选取2个水平控制点进行点校正。

点校正就是求出WGS.84和当地平面直角坐标系统之间的数学转换关系 (转换参数)。

一般而言，两个椭球间的坐标转换比较严密的方法是七参数法，即X平移，Y平移， Z平移，X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K。要求得七参数，就需要在一个地区有3个以上的已知点; 如果区域范围不大，最远点间的距离不大于30km (经验值)，就可以用三参数，即X平移，Y平移，Z平移，而将X旋转，Y旋转，Z旋转，尺度变化K视为0，所以三参数只是七参数的一种特例。当测区面积较大，采用分区求解转换参数时，相邻分区应不少于2个重合点。

GPS-RTK碎部点测量一般规定:

①GPS-RTK碎部点测量平面坐标转换残差应小于等于图上±0.1mm。GPS-RTK碎部点测量高程拟合残差应小于等于1/10等高距。

②GPS-RTK碎部点测量流动站观测时，可采用固定高度对中杆对中、整平，每次观测历元数应大于5个。

③连续采集一组地形碎部点数据超过50点，应重新进行初始化，并检核一个重合点。当检核点位坐标较差小于等于图上0.30mm时，方可继续测量。

3) GPS-RTK野外数据采集操作步骤

测量工作中用到的GPS-RTK进行野外数据采集步骤大同小异，一般归结为: 架设基准站 (架设完成后，打开电台，设置电台频率和发射频道) →启动基准站 (打开GPS-RTK手簿，建立、设置项目名称，坐标系统等) →启动移动站→点校正→碎部点数据采集。

(1) 架设基准站。将基座安置在脚架上，基准站可架设在已知点上 (对中整平) 或未知点上 (只需要整平)，打开基准站主机，设置为“工作模式”，等待基准站锁定卫星;通过连接头将主机固定在基座上; 用电缆将主机和电台连接; 架设电台发射天线，用电缆将发射天线和电台连接; 打开电台，设置电台发射频道和频率; 量取仪器高 (一般量取斜高: 对中的地面点至主机橡胶圈的距离，读取到毫米)。

基准站架设点必须满足以下要求:

①高度角在15°以上，开阔，无大型遮挡物;

②无电磁波干扰 (200m内没有微波站、雷达站、手机信号站等，50m内无高压线);

③在用电台作业时，位置比较高，基准站到移动站之间最好无大型遮挡物，否则差分传播距离迅速缩短;

④至少两个已知坐标点 (已知点可以是任意坐标系下的坐标，最好为3个或3个以上，可以检校已知点的正确性);

⑤不管基站架设在未知点上还是已知点上，坐标系统也不管是国家坐标还是地方施工坐标，此方法都适用。

(2) 设置、启动基准站。连接手簿和基准站主机 (用电缆或蓝牙连接); 打开GPS-RTK手簿，输入项目名称、坐标系统、天线类型、通讯类型、通讯端仪器高等内容，在手部中搜索到基准站机身仪器号，连接启动基准站。注意检查主机和电台的信号灯闪烁是否正常。

(3) 设置、启动移动站。连接好碳纤杆和移动站主机及接收天线; 将移动站和手簿连接好 (用电缆或蓝牙连接); 启动移动站 (方法基本同基准站启动)，检查信号灯是否正常，“单点”变为“浮动”再变为“固定”，设置完毕。

(4) 点校正 (参数计算)。将移动站在已知点上对中整平，开始测量，将已知点坐标和测量坐标调入后，进行参数计算，检查点位中误差是否符合限差要求。

选择校正点时，应注意:

①注意控制范围，在一个测区要有足够的控制点，并避免短边控制长边;

②对于高程，要特别注意控制点的线性分布 (几个控制点分布在一条线上)，特别是做线路工程，参与校正的高程点建议不要超过2个点;

③注意坐标系统、中央子午线、投影面 (特别是海拔比较高的地方)，控制点与放样点是否是一个投影带;

④如果一个区域比较大、控制点比较多，要分区做校正，不要一个区域十几个点或更多的点全部参与校正;

⑤注意所有残差不要超过2cm以上，否则应检查控制点是否有误。

在每个测区进行测量工作，有时需要几天甚至更长的时间，为了避免每天都重复进行点校正工作或者每次架在已知点上对中整平比较麻烦，而采取任意架设基准站或者自启动，可以在每天开始测量工作以前先做一下重设当地坐标的工作，进行整体平移。

(5) 测量。在点校正符合限差要求后，开始进行测量。

4) 中海达GPS-RTK野外数据采集的一般过程

(1) 室外架设基准站。选择视野开阔且地势较高的地方架设基站，基站附近不应有高楼或成片密林 (卫星接收不好)、大面积水塘 (多路径效应严重)、高压输电线或变压器 (有干扰)。基站一般架设在未知点上，后面的说明均针对这种情况。

(2) 打开GPS基准站接收机，打开手簿，设置项目。

①双击打开桌面Hi.RTK道路版图标，屏幕显示主界面如图2.23所示，单击“项目”显示如图2.24所示，进行新建项目，输入项目名 (默认为系统日期)，点击“√”确定。

图2.23 中海达Hi.RTK道路版主界面

图2.24 项目信息界面

②建好项目后点击“项目信息”，再点击“坐标系统”，显示如图2.25所示，在椭球选项卡选择合适的当地椭球 (例如“北京”54)，点击“投影”选项卡，屏幕如图2.26所示，输入中央子午线 (输入测区内平均的中央子午线经度)，椭球转换、平面转换和高程拟合均选择“无”，点击“保存”。点击右上角“×”退出，返回主界面。

图2.25 坐标系统配置界面

图2.26 投影配置界面

(3) 设置基准站。①连接基准站。在主界面点击GPS图标，屏幕显示如图2.27所示，点击“接收机信息”，点击“连接GPS”，弹出接收机信息 (一般选择默认手簿类型、端口、波特率、GPS类型)，如图2.28所示，点击“连接”，点击“搜索”，在窗口中出现主机编号，点击“停止”断开搜索，在搜索结果中选择基准站主机编号，再点击“连接”，等待连接成功后，显示接收机编号和注册日期等信息。

图2.27 接收机信息设置初始界面

图 接收机信息设置界面

②基准站设置。待连接成功后，选择“菜单”→“接收机信息”→“基准站设置”，等卫星锁定后，界面如图2.29所示，更改基准站点名，再输入天线高 (如果自由设站，则可不输入)，点击“平滑”，进行10次平滑采集，采集完毕后，进行确定。确定后，点击“数据链”，进行数据链的设置 (如使用电台为“外部数据链”，手机卡则为“内置网络”)。在数据链设置好后，选择“其他”，进行差分模式 (GPS-RTK)、差分电文(CMR) 和高度截止角的设置，设置好后“确定”，等待弹出“设置成功”对话框后，点击“OK”，屏幕上方的“单点”变为“已知点”，屏幕显示如图2.30所示，基站设置完毕 (注意观察基站差分灯和电台收发灯是否一秒闪烁一次，电台的收发灯也开始闪烁)。

图2.29 基准站设置初始界面

图2.30 基准站设置成功界面

(4) 设置移动站。在连接好碳纤杆、主机及主机接收天线和手簿后，对手簿进行以下操作:

①“菜单”→“移动站设置”→ (如使用电台为内置电台，频道改为和“外挂电台”同样即可; 手机卡则为“内置网络”) →“其他”→“差分电文格式”(CMR) →“确定”。

②“菜单”→“天线设置”，在弹出的界面中输入天线斜高(从对中点量至主机中间缝隙处) →“应用”。

(5) 求解转换参数。

①到达欲参与求解参数的点位后，将对中杆放置水平，点击“测量”，进入测量界面。点击平滑采集按钮采集坐标，回车保存。用同样的方法采集其他欲求参数的实地坐标。

②将控制点坐标添加进控制点库。在测量界面，“菜单”→“控制点库”→→输入点名和x、y、h (类型选择“xyh”) →保存。同样添加其他控制点坐标。

③“参数”→“坐标系统”→“参数计算”(图2.31) →“添加”→源点右边的→记录点库中选择控制点1→目标右边的→控制点库中选择控制点1对应的点→保存。用同样的方法将其他参与参数解算的坐标点对添加进来。

图2.31 参数计算界面

图2.32 参数计算结束界面

④在图2.31所示的界面下，点击“解算”。观察比例缩放因子K是否接近于1 (至少0.9999……或者1.0000……) →“运用”→核对参数无误后确定，保存坐标系统，如图2.32所示，并且更新坐标点库。

(6) 碎部测量。

点击测量，进入测量模式，如图2.33所示，到达采集的点位时，当待解类型显示为“固定”时，点击按钮最右排小旗子(快捷键【F2】)，即开始采集坐标，在测量完成后，回车进行保存，重复操作即可逐点测量。若点击“菜单”→“记录点库”或者点击左下角，即可查看记录点库，如图2.34所示，并可对测量点进行修改(删除、修改属性等)。

2.1.3 野外数据采集若干事项

1. 数据采集中属性的处理方法

1) 草图法

所谓草图法，就是在把待采集的碎部点信息 (点号、点的大概相对位置、点与点间的相对连接关系、点的属性等) 绘制到草图上，在数据传输到计算机站点后，根据草图绘制数字地形图。草图可以根据测区内已有的相近比例尺图编绘，也可以随碎部点采集时画出。在用编绘或复制方法画草图时，一般要到实地对照记录和草图不一致的地物。在随采集数据一块进行时，可按地物相互关系一块绘出，也可按测站绘制，地物密集处可放大处理，根据测站所测地物环境选择草图是横向还是竖向。画草图时，一定注意图上点号标注要清楚、准确，有电子记录手簿时，一定要和手簿记录的点号一致。

图2.33 碎部点测量界面

图2.34 记录点库界面

草图的主要内容有: 地物的相对位置、地貌的地性线、点名、丈量距离记录、地理名称和说明注记等。在用随测站记录时，应注记测站点点名、北方向、绘图时间、绘图者姓名等，最好在每到一测站时整体观察一下周围地物，尽量保证一张草图把一测站所测地物表示完全，对地物密集处标上标记另起一页放大表示。图2.35所示为某测区的一张草图。

图2.35 测区草图样图

2) 简码配合草图法

简码配合草图法就是在野外操作时仅输入简单的提示性编码，经内业简码识别后，自动转换为程序内部码，在绘图时直接使用简码识别，计算机即可自动绘制出图形的一种快捷方法。在测区内有较多的独立地物或测区非常简单时一般采用此方法，可提高绘图效率。在南方CASS9.0软件平台上，此方法的具体操作步骤是: 在野外测量存储数据时，输入自定义的地物编码，回到室内成图时，编辑南方 CASS9.0 软件的内部文件“JCODE.DEF”及“WORK.DEF”(在安装目录\ Program Files\ CASS2008\ SYSTEM文件夹里)，使自定义的简码和系统编码匹配，通过CASS9.0软件“绘图处理”中的“编码识别”即可直接绘制出所测点。

对于有相连关系的地物，可采用“地物序号+地物类别+属性”的自定义编码，但因为逻辑关系复杂，一般不提倡用此方法，而直接使用草图法。

3) 电子平板法

现在越来越多的测量组在外业时采用电子平板作业模式，但在常规的电子平板测图方式中，笔记本电脑 (即成图设备) 在测站上，所以测站上的人与跑镜的人沟通非常频繁，如果错记一个点名，将会导致连环错误。于是，出现了镜站平板，即成图设备在镜站上，跑镜的人拿着电脑，定一个点，记一个数据，这样可大大减少出错的几率。也可以非常方便地实现多镜测量，因为测站只需按照镜站的要求照准各个棱镜即可，但是，问题也随之而来，镜站上的工作人员本来就要在复杂的地形中穿梭，如果还要带上笔记本电脑，对于工作人员来说，将是非常不方便的。在这种情况下，我们提出用掌上电脑代替笔记本电脑的方案，这样，上面说的所在问题都将迎刃而解。

电子平板法的操作基本过程如下:

(1) 利用计算机将测区的已知控制点及测站点的坐标输到全站仪内。

(2) 在测站点上架好仪器，并把笔记本电脑或PDA与全站仪用相应的电缆连接好，设置全站仪的各种参数。

(3) 用全站仪测量碎步点。

(4) 根据测区实地绘图。

2. 常见地物的数据采集方法

在数字地形图测绘中，常见野外直接测定地物或地貌特征点的位置选择见表2.4。

表2.4 常见地物地貌特征点选择

续表

具体要求如下:

居民地是人类居住和进行各种活动的中心场所，它是地形图上一项重要内容。在居民地测绘时，应在地形图上表示出居民地的类型、形状、质量和行政意义等。居民地房屋的排列形式很多，农村中主要是散列式，即不规则的房屋较多; 城市中的房屋则排列比较整齐。测绘居民地时根据测图比例尺的不同，在综合取舍方面有所不同。对于居民地的外部轮廓，都应准确测绘。对1∶ 1000或更大的比例尺测图，各类建筑物和构筑物及主要附属设施应按实地轮廓逐个测绘，其内部的主要街道和较大的空地应以区分，图上宽度小于0.5mm的次要道路不予表示，其他碎部可综合取舍。房屋以房基角为准，立尺测绘，并按建筑材料和质量分类予以注记，对于楼房，还应注记层数。圆形建筑物 (如油库、烟囱、水塔等) 的轮廓线应实测3个点，并用圆连接。房屋和建筑物轮廓的凸凹在图上小于0.4mm (简单房屋小于0.6mm) 时，可用直线连接。对于散列式的居民地、独立房屋，应分别测绘。1∶ 2000比例尺测图房屋可适当综合取舍。围墙、栅栏等可根据其永久性、规整性、重要性等综合取舍。

路堤、路堑均应按实地宽度绘出边界，并应在其坡顶、坡脚适当注记高程。公路路堤应分别绘出路边线与堤 (堑) 边线，二者重合时，可将其中之一移位0.2mm表示。

公路、街道按路面材料可划分为水泥、沥青、碎石、砾石等，以文字注记在图上，路面材料改变处应实测其位置并用点线分离。

大车路、乡村路和小路等，测绘时，一般在中心线上取点立尺，道路宽度能依比例表示时，按道路宽度的1/2在两侧绘平行线。对于宽度在图上小于0.6mm的小路，选择路中心线立尺测定，并用半比例符号表示。

桥梁测绘时，铁路、公路桥应实测桥头、桥身和桥墩位置，桥面应测定高程，桥面上的人行道图上宽度大于1mm的应实测; 各种人行桥图上宽度大于1mm的应实测桥面位置，不能依比例的，实测桥面中心线。

有围墙、垣栅的公园、工厂、学校、机关等内部道路，除通行汽车的主要道路外，均按内部道路绘出。

永久性的电力线、通信线路的电杆、铁塔位置应实测。同一杆上架有多种线路时，应表示其中主要线路，并要做到各种线路走向连贯、线类分明。居民地、建筑区内的电力线、通信线可不连线，但应在杆架处绘出连线方向。电杆上有变压器时，变压器的位置按其与电杆的相应位置绘出。

地面上的、架空的、有堤基的管道应实测，并注记输送的物质类型。当架空的管道直线部分的支架密集时，可适当取舍。对地下管线、检修井测定其中心位置，按类别以相应符号表示。

城墙、围墙及永久性的栅栏、篱笆、铁丝网、活树篱笆等，均应实测。

境界线应测绘至县和县级以上。乡与国营农、林、牧场的界线应按需要进行测绘。两级境界重合时，只绘高一级符号。

水系测绘时，海岸、河流、溪流、湖泊、水库、池塘、沟渠、泉、井以及各种水工设施均应实测。河流、沟渠、湖泊等地物，通常无特殊要求时，均以岸边为界，如果要求测出水涯线 (水面与地面的交线)、洪水位 (历史上最高水位的位置) 及平水位 (常年一般水位的位置) 时，应按要求在调查研究的基础上进行测绘。

河流的两岸一般不大规则，在保证精度的前提下，对于小的弯曲和岸边不甚明显的地段可进行适当取舍。河流图上宽度小于0.5mm、沟渠实际宽度小于1m (1∶ 500测图时小于0.5m) 时，不必测绘其两岸，只要测出其中心位置即可。渠道比较规则，有的两岸有堤，测绘时可以参照公路的测法。田间临时性的小渠不必测出，以免影响图面清晰度。

湖泊的边界经人工整理、筑堤、修有建筑物的地段是明显的，在自然耕地的地段大多不甚明显，测绘时，要根据具体情况和用图单位的要求来确定以湖岸或水崖线为准。在不甚明显地段确定湖岸线时，可采用调查平水位的边界或根据农作物的种植位置等方法来确定。

水渠应测注渠边和渠底高程。时令河应测注河底高程。堤坝应测注顶部及坡脚高程。泉、井应测注泉的出水口及井台高程，并根据需要注记井台至水面的深度。

植被测绘时，对于各种树林、苗圃、灌木林丛、散树、独立树、行树、竹林、经济林等，要测定其边界。若边界与道路、河流、栅栏等重合时，则可不绘出地类界，但是若与境界、高压线等重合时，地类界则应移位表示。对经济林，应加以种类说明注记。要测出农村用地的范围，并区分出稻田、旱地、菜地、经济作物地和水中经济作物等。一年几季种植不同作物的耕地，以夏季主要作物为准。田埂的宽度在图上大于1mm (1∶ 500测图时大于2mm) 时用双线描绘，田块内要测注有代表性的高程。

地形图上要测绘沼泽地、沙地、岩石地、龟裂地、盐碱地等。