测绘工程毕业论文-gps在数字地形图测绘中的应用

1、<p><b>　　本科毕业论文</b></p><p><b>　　（20 届）</b></p><p>　　GPS在数字地形图测绘中的应用</p><p>　　GPS在数字地形图测绘中的应用</p><p>　　【摘要】GPS全球卫星定位系统，目前已经在各个领域得到了广泛的应用，GP

2、S的迅速发展给各种工程测量领域带来了革命性的飞跃。GPS系统以运行在地球轨道上的卫星为基础，为各行各业提供服务，这一技术已广泛的应用在国民经济建设和国防建设的各个领域中。近年来，GPS广泛应用于测绘行业，其效率高、快速、可靠和高精度的测量方法，改变了传统测量。本文简述了GPS系统的构成、基本原理以及GPS在数字地形图测绘方面的应用，并通过相关方面的研究来分析误差的来源和改进措施。</p><p>　　【关键词】G

3、PS 定位技术，数字地形图；测绘</p><p><b>　　目录</b></p><p><b>　　1.绪论1</b></p><p>　　1.1课题的提出1</p><p>　　1.2课题研究的意义1</p><p>　　2.GPS测量技术特点1</p&g

4、t;<p>　　2.1 全天候作业1</p><p>　　2.2 测站间无须通视1</p><p>　　2.3 操作方便简单1</p><p>　　2.4 观测时间短1</p><p>　　2.5 提供三维坐标1</p><p>　　2.6 定位精度高1</p><p>

5、;　　3.GPS测量技术在数字地形图测绘中的应用1</p><p>　　3.1 GPS测量已有资料1</p><p>　　3.1.1 测区概况1</p><p>　　3.1.2 测区已有测绘成果资料2</p><p>　　3.1.3 引用标准与作业依据2</p><p><b>　　3.2控制测量

6、2</b></p><p>　　3.2.1平面控制2</p><p>　　3.2.2高程控制测量3</p><p>　　3.3 数字地形图测绘3</p><p>　　3.3.1图根控制测量3</p><p>　　3.4 数据处理减小误差4</p><p>　　3.4.1 G

7、PS网的平差4</p><p>　　3.4.2 GPS基线向量网平差6</p><p>　　3.4.3 GPS几何水准点的最佳布设7</p><p>　　4.GPS测量和常规测绘方法比较的优点7</p><p>　　5.GPS测量技术在应用中应注意的问题7</p><p><b>　　6.结束语8

8、</b></p><p><b>　　致谢8</b></p><p><b>　　参考文献8</b></p><p><b>　　1.绪论</b></p><p><b>　　1.1课题的提出</b></p><p>

9、;　　随着我国城乡建设的快速发展，城乡一体化进程加快，城乡用地迅速扩展，因此急需为其提供精确的地形图，实现安全与精确的生产和生活。然而，进行复杂及精度要求高的繁重测量和控制工作前，在GPS没有传播到测量和控制领域，人们主要依靠测距仪、经纬仪，不但精度低，而且耗费大量的人力物力。GPS技术凭借具备的效率高、精度高和自动化显著优点，普遍的被使用在地形控制测量中，使得测量人员的工作效率有了很大的提升，从而深得广大测量工作者的喜爱。</p

10、><p>　　1.2课题研究的意义</p><p>　　实践表明，即使我们采用在为精密的测量仪器和正规的操作方法，技术员的工作态度也高度认真，但是由于误差的客观存在，这些都是不可避免的。所以我们要以严谨的态度分析误差产生原因想方设法的减小这方面的误差，研究出观测值和真值之间更加接近准确的方法，为GPS在工程中的运用奠定基础。研究GPS技术在地形图控制网布设中的运用，提高对GPS技术定位的认识，

11、促进GPS技术的发展具有极大的研究意义。</p><p>　　2.GPS测量技术特点</p><p><b>　　2.1 全天候作业</b></p><p>　　我国具有数量大，且均匀分布的GPS卫星[1]，因此可以随时随地的进行连续观测，不受天气等自然条件的影响。</p><p>　　2.2 测站间无须通视</p

12、><p>　　测量学的发展中有一道难题便是测站间的通视问题，而GPS测量则只要确定具体点位，不需要通过观测站之间通视，这使得测量工作变得更加的灵活、方便。</p><p>　　2.3 操作方便简单</p><p>　　目前GPS测量技术较为自动、智能。在测量工作中，能够让测量人员的工作量减轻。</p><p><b>　　2.4 观测时

13、间短</b></p><p>　　在利用GPS测量技术建立控制网时，每个测站需要30～40min 的观测时间。而随着GPS测量技术改进，测站的观测所需时间也会有所缩短。</p><p>　　2.5 提供三维坐标</p><p>　　测定观测站的平面位置和大地高程能够通过GPS技术精确的测得。</p><p><b>　　

14、2.6 定位精度高</b></p><p>　　GPS技术在应用多年后其测量的高精度[2]也已经得到工程定位和测量人员的认可。由于这种技术是在静态模式下开展的定位，且受自然因素的干扰比较小，所以定位和测量时其精度非常高。在一定距离内，GPS测量精度与红外线相比，大致相当。但随着距离的增加，GPS测量的优越性便突发出来。相信在不久的将来这种定位技术的定位精度将有可能达到毫米级别，将能够较大幅度提高工程测

15、量的质量。</p><p>　　3.GPS测量技术在数字地形图测绘中的应用</p><p>　　3.1 GPS测量已有资料</p><p>　　3.1.1 测区概况</p><p>　　泰宁县新农村建设用图保障工程地形图测绘是以村为单位，共施测十四个村，测图总面9.8km2。其中杉城镇八里桥村0.54 km2、杉城镇邱洪村0.31 km2、杉

16、城镇南会村0.80 km2、大田乡料坊村1.49 km2、朱口镇官田村0.88 km2、朱口镇游源村0.30 km2、上青乡东山村0.69 km2、上青乡崇际村0.24 km2、新桥乡岭下村0.13 km2、梅口乡谢家坪村0.55 km2、下渠乡大湖村0.70 km2、开善乡池潭0.40 km2、开善乡墩上村1.07 km2、大龙乡善溪村1.70 km2。本项目测区分散，每个村的测图边界线是以各村的实际情况和需要而确定，所以测区范围很不

17、规则，大小不一，多呈条带状，通视条件一般，各测区均在村镇居民所在地，行人、车辆来往较多，给测量工作带来不便。</p><p>　　3.1.2 测区已有测绘成果资料</p><p>　　1)福建省测绘局在2002年测量的A级GPS控制网和全省C级GPS控制网均可提供高精度的坐标成果，作为该项目平面控制点起算数据。本项目利用三个已知点。经现场踏勘，标石完好，均可使用。</p>&

18、lt;p>　　2)A级GPS点A031、C级GPS点074P两点的水准高程成果，可以作为本项目高程控制起算使用。</p><p>　　3)福建省测绘局已有地形图。</p><p>　　3.1.3 引用标准与作业依据</p><p>　　1)GB/7929-1995《1:500，1:1000，1:2000地形图图式 》，以下简称《图式》</p&g

19、t;<p>　　2)CJJ8-99《城市测量规范》，简称《规范》</p><p>　　3)CH/1002-1995《测绘产品检查验收规定》</p><p>　　4)CH/1003-1995《测绘产品质量评定标准》</p><p>　　5)FCB 001-2005《福建省技术规定》</p><p>　　6)《新农村建设用图保障工程

20、 三明市泰宁县1:1000数字地形图测绘技术设计书》</p><p><b>　　3.2控制测量</b></p><p><b>　　3.2.1平面控制</b></p><p><b>　　（1）点位布设</b></p><p>　　首级控制是采用A、C级的GPS控制

21、点作为起算点和检测点，采用行政村作为单位，每个测区布设两个的GPS控制点，一些比较大的测区加布GPS的控制点，根据E级的GPS进行静态的观测、平差。点名采用当地的行政村名称和流水号表示，点号是采用行政村汉语拼音的第一个字母和流水号表示，点位要设置在土质坚实的地面或者坚固稳定的建筑上，然后就是该点所处的地方要方便埋石和观测，且可以长期保存。正常情况下，埋设混凝土标石或者在坚固水泥的地面做标记，并且要保证两点之间可以通视。还要遵守标石的规格

22、，中心的标志是不锈钢的标志。</p><p>　　（2）GPS网的野外数据采集</p><p>　　1)仪器设备：E级GPS网是用七台天宝4600LS接收机进行静态定位观测。其精度是±（5mm＋1ppm.D）。</p><p>　　2)观测准备：应先写好工作的相关计划，事先规划好观测的路线。各个作业的小组拿到作业计划后，要收集点的相关资料。作业人员应严格按

23、照计划到达指定测站。观测的过程尽量不要触碰接收机。雷雨天气最好先关闭机器，停止观测。</p><p>　　3)天线安置与对中精度要求：天线高距地面应该大于1米，天线必须严格整平。用光学对点器和垂球进行对中、检核，对中精度不能大于2mm。</p><p>　　4)天线高的测量：天线高应该在观测前后都应该进行量测，读数至mm级，两者相减不能大于3毫米，记录其平均值记录。</p>

24、<p>　　5)观测时段要求，采用载波相位静态测量方法（如表3-1）：</p><p>　　表3-1 载波相位静态测量方法</p><p>　　6)每次测量结束回住所后，应该及时将接收机的数据传输到电脑上，再进行各项测量数据的结核，其中括单位、点号、时段号和天线的高度。传输出来的原始数据应该进行保存，防止数据丢失引起不必要的麻烦。然后在进行基线处理。</p>&l

25、t;p>　　（3）GPS网的数据处理</p><p>　　1)基线解算之前要外业测量的全部数据进行检查，然后用相关的软件进行数据处理。</p><p>　　2)检核基线的各项精度指标。</p><p>　　① 单基线质量因子统计：计算相同时段的数据的剔除率不能大于10％。</p><p>　　② E级网在进行单基线的作业时，应该注意一

26、些问题，在同种的基线解中，同步时段的同步环的坐标分量的相对闭合差都要在6×10-6的限差内，环线全长的相对闭合差要处于10×10-6的限差内。对于采用不同数学模型的基线解，也要对其按相应的要求进行检核[3]。 </p><p>　　③要在整个的GPS网中选取一些完全独立的基线构成独立环。</p><p>　　④ 复测基线相减应该不大于接收机标称精度的2倍。</p&

27、gt;<p>　　3)基线向量组网及网平差。</p><p>　　① 基线向量组网:全网的基线解算作业结束后，应该用合格的独立基线组网，独立环边数应该在10以内。</p><p>　　② 空间向量网的无约束平差[4]：完成组网作业后，要使全部的独立基线可以封闭起来，再以WGS-84坐标系内一点的三维坐标作为起算的依据，完成三维无约束平差。目的是检核空间向量网的内符合的精度、再

28、检核一下组网的基线是否还存在粗差基线。平差结束后，要有无约束平差结果的综述文件和弦长相对中误差文件形成并保存，作为精度统计依据文件。</p><p>　　③ 三维约束平差[5]：完成三维无约束平差作业之后，在高等级点的平面坐标中，完成网的三维约束平差作业。</p><p><b>　　表3-2</b></p><p>　　表3-3 善溪村

29、RTK测量成果</p><p>　　残差是卫星残差观测的表示。根据分布的离散程度来判断卫星信号质量的好坏。</p><p>　　3.2.2高程控制测量</p><p>　　根据该项目各测区的情况，首级控制点的高程应该使用E级GPS的拟合高程。通过已知的控制点高程数据，运用E级GPS的拟合高程可以快速的知道其他所布设的控制点的高程。而如果使用水准高程测量各个控制点的高

30、程不仅耗费的时间更长，而且所测算出来的控制点高程数据的误差较大。</p><p>　　3.3 数字地形图测绘</p><p>　　3.3.1图根控制测量</p><p>　　（1）图根控制测量的步骤</p><p>　　a.进行图根点的布设；</p><p><b>　　b.水平角度观测；</b>

31、</p><p><b>　　c.边长测量；</b></p><p><b>　　d.平差计算；</b></p><p><b>　　e.图根高程测量；</b></p><p>　　f.RTK图根控制测量；</p><p>　　（2）我们重点讨论RTK图

32、根控制测量。</p><p>　　1）RTK测量技术要求（如表3-4）：</p><p>　　表3-4 RTK测量技术要求指标</p><p>　　2)RTK测量技术方法</p><p>　　① RTK测量[6]工作准备：首先检查一点以上的已知控制点是否在限差要求范围内，然后开始RTK测量。</p><p>　　②

33、基准站的设置要求[7]：a.点位要求：周围应视野开阔，截止高度角应超过15º；周围无信号反射物，以减少多路径干扰。设站应尽量避免那些易受干扰及多微波干扰的地方，而基准站最好设置在信号易发送的地方。b.基准站的设置：仪器安置在测站上要严格的对中和整平，天线高也要量测两次，取其均值，且两者绝对值只差在5mm之内。</p><p>　　③ 流动站的设置要求[8]:a. 在RTK作业前，首先检查仪器内存或PC卡

34、容量能否满足工作需要，且保证仪器电源充足。b.流动站要保证缺省2m高度的流动杆作业。</p><p><b>　　④ RTK作业</b></p><p>　　RTK作业基本条件要求（如表3-5）：</p><p>　　表3-5 RTK作业要求指标 </p><p>　　b. RTK作业最好在天气条件较好的情况下进行。

35、</p><p>　　c. 卫星预报[9]：尽量做好严格的卫星预报后，再进行RTK作业。</p><p>　　d.进行RTK作业之前的设备运行情况的检核要求：开机之后检查相关指示灯和仪表的显示是否正常，才能进行下一步的操作（输入测点号、仪器高等信息）。[10]接收机开启之后，技术人员可以通过相关的功能键盘以及菜单栏，查看测站的相关信息，如：接收卫星数、卫星的运行状况、相位的测量残差实时定位

36、结果和收敛值、存储介质记录还有电源情况[11]。</p><p>　　e.进行RTK测量作业时的要求：严禁在仪器周围使用对信号有干扰的通讯器。在进行RTK测量时，基准站设备的任何操作[12]都是禁止的。在进行流动站操作时，天线姿态应该尽可能处于垂直位置，尽量避免倾斜弯曲引起测量误差。</p><p>　　⑤ 数据后处理:a.使用随机接收机自身配置的相关软件进行点名、三维坐标、点属性、坐标残

37、差[13]等RTK观测数据的下载。b.依据事实和精度要求，对观测数据进行分析，看其是否正常和符合规范要求，对各测回值的限差、点属性、收敛的误差进行检核。c. 重测和补测：当点的精度要求不在规范要求之内时，应该进行相应的操作（重测、补测）。d.编辑和成果输出：针对多次观测数据在取其平均值之后，统一编辑成一类格式直接输出。e.在进行GPS-RTK图根控制测量时,其高程的计算应该使用GPS大地高结合福建省（似）大地水准面进行计算。</p

38、><p>　　⑥ 观测成果的检验:a.已知点成果与观测数据的检核。b.重复观测同个点的检核。c.已知基线长度的检核。d.不同基准站对同一个观测点的检核。</p><p>　　3.3.2地形图测绘</p><p>　　主要过程是：1）地形图细部测量主要是用全站仪进行数据采集，用几何图解法和交会法进行测定。2）内业编辑及成图是用南方CASS6.1软件进行内业的编辑和成图。外

39、业数据采集结束以后，应该对其数据进行编辑处理，生成相关的数据文件[14]。采集数据要进行检核，删去错误的数据，并进行错误数据的重测。地形图绘制应符合《1：500、1：1000、1：2000地形图图式》的规范要求[15]。</p><p>　　3.4 数据处理减小误差</p><p>　　3.4.1 GPS网的平差</p><p>　　图3-1泰宁的GPS网图<

40、/p><p>　　在 2 迭代段的平差成功（如表3-6）：</p><p>　　表3-6 网平差数据</p><p>　　表3-8 个别 GPS 观测统计</p><p>　　3.4.2 GPS基线向量网平差</p><p>　　根据平差所在得坐标空间，可以将其分为二维平差和三维平差；根据平差时所采用的观测值和起算

41、数据的数量和类型，把平差类型分为约束平差、无约束平差联合平差。</p><p>　　下面我们以泰宁的GPS测量基线处理为例，其数据如下：</p><p>　　表3-9 GPS测量基线处理数据</p><p>　　坐标系统： xian80</p><p>　　平差的目的就是求得待定点的最佳估值及精度，减小误差出现的几率，平差前后方向误差和固

42、定误差都有了一定的提高，这对于得到精确的图根控制点有一定的帮助。所以说平差方法的选择对于精度的提高也是比较重要的一个环节。我们可以看出，三维平差是在（x、y、z）三维空间中，去除掉一些不稳定的值，如果有不连续的数据需要穿插一些数据使其更具可靠性，从而求出的点的三维坐标。采用无约束平差是为了检验向量中是否存在着粗差。其中我们可以看出遵循原则的必要性。</p><p>　　①一定要选用互相独立的基线，如果选用了不互相

43、独立的基线，最后的结果会使得计算的结果与实际情况不符</p><p>　　②使用的基线应该是构成闭合图形的</p><p>　　③选择基线向量的质量要好。</p><p>　　④选择构成异步环时边数最少的的基线向量。</p><p>　　⑤选择的基线向量的边长应该相对短一点。</p><p>　　3.4.3 GPS几何

44、水准点的最佳布设</p><p>　　下面我们研究一下用GPS测量几何水准点的最佳点数和最佳的点位布设[16]。</p><p><b>　　图 3-2</b></p><p>　　上图中的中方案中，前3种为不同点数的实验，后3种是不同的点位布设实验。计算结果如下：</p><p>　　表3-10 不同方案水准点布

45、设的数据</p><p>　　从上表我们可以看出，方案3的最为合理。方案7的精度最低。所以点位的布设要均匀，且不能偏移主框架。</p><p>　　4.GPS测量和常规测绘方法比较的优点</p><p>　　与全站仪对比，GPS测量不需要棱镜，可以一个人进行测点；全天候作业,比较不受天气和温度的影响；也不需要和棱镜实现通视，而且效率高，大大缩短了测量的时间；对技术要

46、求较低，通过测量的手簿直接把数据传输到电脑中。再者GPS测量的精度较高，不会因为测区所在范围、测距距离的增大出现误差增加的现象。可用于变形监测；对测绘人员要求低，会基本操作即可。用GPS测量也比传统测量方式方便快捷，测量人员只需手持GPS测量设备就行，不必用传统经纬仪、全站仪测量反复调整观测点，越是做大的工程越能显示GPS测量的优越性。 另外GPS测量可以直接在手持机上实现放线、做转角、找交叉点等等功能，传统测量方法做这些可是很

47、麻烦的。</p><p>　　5.GPS测量技术在应用中应注意的问题</p><p>　　由于GPS测量技术的可靠性受到测量精度的影响，而测量精度又受卫星、环境、设备、测量方法等的影响。因此，我们应尽量做到以下几个方面：</p><p>　　1）点位地形应利于减小多路径误差；</p><p>　　2）所选择的点位应处视野开阔处；</p&

48、gt;<p>　　3）稳定的点位，交通和通讯都较为方便；</p><p>　　4）在情况较为复杂的地区GPS定位时，最佳观测时段的选择很重要；</p><p>　　5）建立控制网时，起算点应均匀分布；</p><p><b>　　6.结束语</b></p><p>　　GPS测量技术以其相对其他测量技术而言

49、的高精度、耗费时间少、测站间不需要通视以及可全天候作业等优势，使得测量工作人员的工作变得更容易、方便，它改变了传统的工程测量手段和作业方法，有效减少测绘人员的工作量和提高测量的准确率，使得广大的测量工作人员能够更轻松地进行测量作业，大大地促进了工程测量的发展。</p><p>　　凡事都有两面性，GPS技术给我们带来了这么多的方便，但也存在某些缺点，这是不可否认的，但随着科学的进步、技术的改进，GPS 技术将得到

50、更加广泛的应用。因此，尽可能的提升测量人员本身的专业素养和综合能力，是提高地形图测绘精度和质量的关键，我们要跟进时代的步伐，与时俱进，学习并掌握好GPS等测量新技术。</p><p><b>　　致谢</b></p><p>　　时间如白驹过隙，四年的大学生活就要结束了。回首四年来的点点滴滴我记忆犹新。四年来我浪费了四年中我浪费了太多的时间不免今天些许惋惜，但我庆幸的

51、是能够认识到我的老师和同学们，是他们让我的大学生活更丰富多彩值此论文完成之际，谨向一切关心和帮助我的老师朋友致以最衷心的感谢！</p><p>　　衷心感谢本次毕业论文的指导老师陈绍杰老师。从论文的选题建议、资料收集、内容确定、写作建议到论文的审阅和修改给了我极大的帮助。他严谨的治学态度、渊博的知识、敏锐的洞察力、勇于创新的魄力、孜孜不倦的精神、谦虚谨慎、诚实的处世态度，给我留下了难以忘怀的印象，是我学习的榜样。

52、在此向他致敬！</p><p>　　感谢四年来一直关心帮助我的测绘系的老师们，谢谢陈绍杰、张高兴、陈美智、林金堂、林新红、张国庆、贾秀丽、徐志刚、高鹏、邹丹、王婷婷等任课老师的教导和帮助。他们不仅教会了我必要的理论知识，而且我还从他们的身上学到了做事做人的态度。是他们的无私的奉献培养了一批批优秀的测绘人才，他们的精神感动着我激励着我。在此向他们致敬！</p><p>　　感谢与我一同生活学

53、习四年的室友和测绘系的同学们以及所有的朋友们，他们在生活中学习中都给了我许多的帮助，有了他们，我的生活才更充满乐趣，有了他们我更懂得如何去生活学习。愿我们的友谊天长地久。在此向他们致敬！</p><p>　　感谢本次论文中引用和参考的文献作者们，他们经典的著作为我的论文指明了方向，从他们的文章中我找到了写作的思路。在此向他们致敬！</p><p><b>　　参考文献</b

54、></p><p>　　[1] 鄢德文.GPS全球定位系统简介[J].北光通讯,1998，(2)：13 -14.</p><p>　　[2] 李天文，等.GPS原理及应用[M].北京：科学出版社，2003. </p><p>　　[3]丁锐.两种GPS测量规范在网平差检验的区别及POWERADJ转换程序的建立[J].安徽地质, 2001, 11(4)：250

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60、graphic map surveying and mapping</p><p>　　【ABSTRACT】GPS global satellite positioning system, at present has been in various fields have been widely applied, the rapid development of

61、 GPS has brought a revolutionary leap to a variety ofengineering measurement field. The advantages of high efficiency, high precision, with low cost, convenient operation

62、 and wide application in engineering survey. In many engineering measurement is gradually replacing the conventional measurement method. This paper describes the applicat