一种基于自由设站的多作业块拼装式测图方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于自由设站的多作业块拼装式测图方法，其步骤如下：在整个测图区域内利用GPS技术测得两个以上公共点在成图坐标系下的坐标；将整个测图区域划分为n个作业块，相邻作业块间设置连接点；对于每一个作业块，通过自由设站方法，得到独立坐标系下的作业块成果图；利用连接点完成各作业块成果图拼接，得到过渡坐标系下的测图区域成果图；利用公共点，通过坐标转换，得到成图坐标系下的测图区域成果图。该方法所需GPS点少，免去了图根控制测量过程，测图工期短，特别适合城镇、山区等通视困难区域测图工作。
【专利说明】一种基于自由设站的多作业块拼装式测图方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于测绘成图的【技术领域】，特别是一种应用于测绘工作的基于自由设站的 多作业块拼装式测图方法。
【背景技术】
[0002] 地形图测绘是测绘工作的最主要任务之一，其为建设规划、工程设计、资源管理提 供了基础地理信息数据。
[0003] 常规的测图技术主要分为控制测量和碎部测量两步进行。目前，控制测量一般采 用导线形式布设图根点，再在图根点上架设全站仪进行碎部测量。但是，这种利用导线完成 控制测量的方法也存在明显的缺点，主要表现为：
[0004] (1)导线点要求保存时间长，在人口较多的城镇容易遭到破坏；
[0005] (2)相邻导线点要通视，在人口、车辆众多的城镇地区，导线测量困难；
[0006] (3)需要布设的导线点多，工作量大，作业工期长，投入成本高；
[0007] (4)为了顾及导线测量方便，部分图根点点位不利于碎部测量开展。
[0008] 随着GPS测绘技术的发展，利用实时动态定位技术（GPS-RTK)技术进行图根点测 量逐步普及。相对导线测量技术，利用GPS-RTK技术布设图根点显示出了明显的优点：作业 效率高，作业速度快，劳动强度低，点位绝对精度高，不要求点间满足光学通视，操作简便。 但是，这种方法在使用过程中也存在着明显的不足：
[0009] (1)在城镇、山区等对卫星信号有遮挡环境下，GPS接收机可观测到的卫星数量较 少，在很多地点不能实现实时高精度定位，进而使得图根点密度满足不了测图需求。
[0010] (2)由于要满足后期碎部测量时测站后视定向的要求，这些GPS-RTK图根点还需 要形成对点，这进一步增加了利用GPS-RTK布设图根点的难度。
[0011] (3) GPS-RTK是单点测量，缺乏检核条件，出现粗差不能被发现。
[0012] 为了回避GPS-RTK测量点间需通视的要求以及实现测站点便于观测更多碎部点 的效果，在2009年02期的《东南大学学报（自然科学版）》上，论文"顾及已知点精度的自 由设站算法及精度分析"给出了自由设站的测图方法。该方法是在一个便于观测更多碎部 点的位置架设全站仪，在两个以上便于GPS-RTK观测且全站仪可视的点位上，利用GPS-RTK 和全站仪均测得该点坐标，利用坐标转换进而得到其他各碎部点正确坐标。但是该方法只 适用于一个测站范围内的测图，对于整个测区来说，需要利用GPS-RTK技术测量的点位依 然很多。
[0013] 对于测图方法，比较相近的发明是"一种数字测图方法"（申请号： 200910117739)。该方法包括以下步骤：（1)分别启动全站仪、智能手机和接收装置；（2)智 能手机搜索全站仪的蓝牙通讯设备，并与全站仪建立连接，设置通讯参数；（3)在全站仪上 设置坐标，并进行现场测绘，得到描述地形的X、Y、Z坐标数据；将该坐标数据进行存储，并 通过蓝牙传输至智能手机；(4)在智能手机上绘制测绘草图并保存为二进制格式，得到草 图数据；（5)将草图数据压缩后，通过SMS或GPRS技术传输至接收装置；(6)将坐标数据压 缩后通过SMS或GPRS技术传输至接收装置；（7)接收装置通过地形图绘制软件绘制，即可 得到地形图。该发明可以实现远程实时高效传输坐标与草图数据、实时成图、测绘数据实时 汇总，但该发明在碎部点坐标如何快速测量上没有给出方法。
[0014] 随着社会的发展，在城镇、山区等通视条件不好区域的测图任务越来越多，对测图 工期的要求越来越短。因此，迫切需要一种对GPS测量点数要求少、测图速度快、基于现有 全站仪的测绘成图技术来满足现实需求。
【发明内容】
[0015] 要解决的技术问题：针对现有技术的不足，本发明提出一种基于自由设站的多作 业块拼装式测图方法，用于解决现有的测图方法无法实现快速测绘的技术问题。
[0016] 技术方案：
[0017] 为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
[0018] 一种基于自由设站的多作业块拼装式测图方法，整个测图区域内利用GPS技术测 得两个以上公共点在成图坐标系下的坐标，还包括以下步骤：
[0019] 步骤一、将整个测图区域划分为η个作业块，并且在相邻的作业块之间设置连接 占.
[0020] 步骤二、对于每一个作业块，分别利用全站仪自由设站法测得作业块内的碎部点、 连接点和公共点在该作业块独立坐标系下的坐标，并成图得到作业块的成果图；
[0021] 步骤三、任意选定一个作业块的独立坐标系作为过渡坐标系，利用连接点将"步骤 二"所得各作业块的成果图进行拼接，得到整个测图区域在过渡坐标系下的成果图；
[0022] 步骤四、利用公共点，将整个测图区域在过渡坐标系下的成果图通过坐标转换，得 到整个测图区域在成图坐标系下的成果图。
[0023] 进一步的，在本发明中，测区区域内作业块的划分一般以道路、围墙、河流等地物 为界，作业块划分完成后，作业块个数η的具体值也即确定。
[0024] 进一步的，在本发明中，连接点处于作业块边缘，属于相邻作业块共有；每个作业 块的连接点不少于2个，整个测图区域内的连接点总数不少于2 (η-1)个。
[0025] 进一步的，在本发明中，"步骤二"中所述的全站仪自由设站法包括以下步骤：
[0026] 步骤2. 1、对于任一作业块，在便于观测的位置架设全站仪，假设测站点的坐标和 北方向，形成该作业块独立坐标系；
[0027] 步骤2. 2、利用极坐标法测得测站可视范围内的碎部点、连接点和公共点在该作业 块独立坐标系下的坐标；
[0028] 步骤2. 3、如果该作业块内还有需要测量的点位不在测站可视范围内，则利用支点 的方法完成该作业块内剩余点位的测量。
[0029] 进一步的，在本发明中，"步骤三"所述的对作业块成果图进行拼接的方法如下：
[0030] 对于属于作业块i和作业块j的连接点Ρ，其误差方程为（1)式
【权利要求】
1. 一种基于自由设站的多作业块拼装式测图方法，整个测图区域内利用GPS技术测得 两个以上公共点在成图坐标系下的坐标，其特征在于，还包括以下步骤： 步骤一、将整个测图区域划分为n个作业块，并且在相邻的作业块之间设置连接点； 步骤二、对于每一个作业块，分别利用全站仪自由设站法测得作业块内的碎部点、连接 点和公共点在该作业块独立坐标系下的坐标，并成图得到作业块的成果图； 步骤三、任意选定一个作业块的独立坐标系作为过渡坐标系，利用连接点将"步骤二" 所得各作业块的成果图进行拼接，得到整个测图区域在过渡坐标系下的成果图； 步骤四、利用公共点，将整个测图区域在过渡坐标系下的成果图通过坐标转换，得到整 个测图区域在成图坐标系下的成果图。
2. 根据权利要求1所述的一种基于自由设站的多作业块拼装式测图方法，其特征在 于：连接点处于作业块边缘，属于相邻作业块共有；每个作业块的连接点不少于2个，整个 测图区域内的连接点总数不少于2(n-l)个。
3. 根据权利要求1所述的一种基于自由设站的多作业块拼装式测图方法，其特征在 于，"步骤二"中所述的全站仪自由设站法包括以下步骤： 步骤2. 1、对于任一作业块，在便于观测的位置架设全站仪，假设测站点的坐标和北方 向，形成该作业块独立坐标系； 步骤2. 2、利用极坐标法测得测站可视范围内的碎部点、连接点和公共点在该作业块独 立坐标系下的坐标； 步骤2. 3、如果该作业块内还有需要测量的点位不在测站可视范围内，则利用支点的方 法完成该作业块内剩余点位的测量。
4. 根据权利要求1所述的一种基于自由设站的多作业块拼装式测图方法，其特征在 于，"步骤三"所述的对各作业块成果图进行拼接的方法如下： 对于属于作业块i和作业块j的连接点P，其误差方程为（1)式
(1)式中，（Xi^yu)为连接点p在作业块i独立坐标系下的坐标，（xj p、yj p)为连接点 P在作业块j独立坐标系下的坐标，[% h CiCUt为作业块i由自身独立坐标系向过渡坐 标系进行坐标转换的坐标转换参数，[a』bj Cj dj]T为作业块j由自身独立坐标系向过渡坐 标系进行坐标转换的坐标转换参数，（vx, vy)为p点分别在作业块i和作业块j内的坐标转 换到过渡坐标系后的坐标差； 参照（1)式，列立出所有连接点的误差方程；并令其中某一个作业块s的坐标转换参数 为 [as bs cs ds]T =[001 0]T (2) 则作业块s的独立坐标系即为过渡坐标系； 对于所有连接点的误差方程，利用最小二乘法解算出除作业块s以外其他各作业块由 自身独立坐标系向过渡坐标系进行坐标转换的坐标转换参数； 将点k在作业块i独立坐标系下的坐标（Xi，k、yi，k)及作业块i由自身独立坐标系向过 渡坐标系进行坐标转换的坐标转换参数代入（3)式，得到点k在过渡坐标系下的坐标（xts， Yk, s)
参照（3)式，将除作业块s外各作业块中的全站仪所测点坐标转换到过渡坐标系下，实 现整个测图区域内全部碎部点、连接点和公共点统一到过渡坐标系下，其中，各连接点在过 渡坐标系下的坐标取相邻作业块转换结果的平均值。
5.根据权利要求1所述的一种基于自由设站的多作业块拼装式测图方法，其特征在 于，"步骤四"所述的坐标转换具体过程如下： 对于任一公共点q，其坐标转换误差方程为
(4)式中，（xq，s、yq，s)为公共点q由全站仪测得的在过渡坐标系下的坐标，（x q、yq)为公 共点q由GPS技术测得的在成图坐标系下的坐标，[a b c d]T为过渡坐标系到成图坐标系 的坐标转换参数，（vx, vy)为转换后坐标差； 参照（4)式，列立出所有公共点的坐标转换误差方程，利用最小二乘法求得转换参数 [a b c d]T ； 将过渡坐标系下的各点坐标代入（5)式，得到成图坐标下的坐标
式中，（xk，s、yk，s)为测量点k在过渡坐标系下的坐标，[a b c d]T为过渡坐标系到成图 坐标系的坐标转换参数，（xk、yk)为测量点k在成图坐标系下的坐标。
【文档编号】G01C15/00GK104316036SQ201410620871
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】于先文, 王慧青, 王庆 申请人:东南大学