免棱镜全站仪在高海拔山区测图的优越性

吕红涛,王小萍,方广杰

(中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊 065000)

免棱镜全站仪在高海拔山区测图的优越性

吕红涛∗,王小萍,方广杰

(中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊 065000)

航空摄影测量是长距离油气管道工程线路地形图测量的常用方式，RTK测图和全站仪测图用于管道单体工程测量。RTK测量凭着灵活、方便、快捷等诸多优势，在平原、丘陵、沙漠等地区发挥着重要作用，而免棱镜全站仪测图则在密林、悬崖、沟壑等区域受到重视。结合工程实践，通过RTK与免棱镜全站仪测量成果精度与测图效率的比对，分析总结免棱镜全站仪在高海拔山区进行大比例尺测图的优越性。

高海拔山区；免棱镜全站仪测图；RTK测图；精度和效率比较

1 引 言

在工程测绘领域,随着全数字航空摄影测量、机载激光雷达、CORS和RTK等先进测绘仪器与技术投入使用,全站仪(包括免棱镜全站仪)测图的空间已经被压缩到很小的范围。但在特定环境条件下,免棱镜全站仪依然有它较强的适用性,特别在高海拔山区。

免棱镜全站仪是不用反射棱镜、反光片等专业反射工具即可测距的全站仪。徕卡公司自20世纪90年代推出免棱镜全站仪以来,其测程和精度不断提高,在测图、悬高测量、土石方测量及建筑物高度测量等方面发挥了其特长功能[1]。免棱镜全站仪在进行测图时,可以减轻劳动强度、减少测点时间[2]；可以测量作业人员难以抵达的沟壑悬崖等困难区域和其他高危区域；可以节省作业人员、提高作业效率[3]；其测量精度满足现有测量规范要求[4]。

RTK(Real-time kinematic)是采用载波相位动态实时差分技术,取得厘米级三维坐标的测量方法,是GPS应用的重大里程碑。它以作业效率高、定位精度高、可全天候作业及高度自动化集成化等优势,深受广大测绘单位欢迎,已被广泛应用于铁路工程、公路工程、水利工程、电力工程、矿业工程、建筑工程、市政工程、管道工程与海洋工程等广大工程测量领域,它的出现为地形测图、工程放样带来很大的便利,极大地减轻了测绘工作者的外业负担。同时,RTK技术也存在一些难以回避的不足之处[5]。近年来,虽然天宝、徕卡等国际大型测绘仪器生产商不断升级改善仪器设备的硬件,但RTK施测时仍受卫星状况、电离层、数据链电台传输距离、对空通视环境等方面的影响,特别是在高海拔山区,受寒冷缺氧及人体自身条件限制,测量员不能进行长时间、高强度的碎部点采集工作。

为此,结合工程实践,通过RTK与免棱镜全站仪测量成果精度与测图效率的对比,免棱镜全站仪测量成果满足规范中对大比例尺测图的精度要求,证明免棱镜全站仪在高海拔山区进行大比例尺测图具有较强的优越性,对测绘单位进行特定条件下高海拔山区测量有一定的借鉴意义。

2 高海拔山区测图方法

管道工程测绘手段包括地面测量、航空摄影测量和卫星遥感。地面测量根据测量设备分为全站仪测图、RTK测图、全站仪配合RTK测图及地面(车载)激光雷达测量；航空摄影测量根据机载设备分为常规航测、数码航测和激光航测。经过多年实践,卫星遥感和航空摄影测量已经成为长输管道工程线路地形图基础空间数据的主要获取手段,特别是航空摄影测量。航空摄影测量生产的数字高程模型DEM、数字正射影像图DOM和数字线画图DLG[6],既可用于管道工程设计,还是管道地理信息系统(GIS平台)的重要数据源。地面测量方法常用在管道场站、阀室及穿跨越等需要大比例尺单独出图的单体工程中使用,而在线路工程中使用较少[7]。

基于工期、成本等方面的考虑,发展较早且应用成熟的常规航测是高海拔山区管道工程测图的主要方式；而机载激光雷达具有较强的穿透能力,测距精度受天气影响较小,近几年也开始在管道工程测量中开展使用[8],如表1所示。

管道工程测绘手段比较表 表1

3 工程实例比较

某管道工程大比例尺测绘项目位于海拔3 km以上的新疆西部山区,测区海拔高、植被稀少,戈壁地貌,禁飞。为了说明免棱镜全站仪测图在高海拔山区优于RTK测图,本文从测量成果精度和测量效率两个方面进行比较和分析。

3.1 测量成果精度比较

使用天宝R8 GNSSmodle 3与徕卡TS02同时进行测量,天宝R8 GNSSmodle 3 RTK测量标称精度为平面10 mm+1 ppm RMS,垂直20 mm+1 ppm RMS；徕卡TS02免棱镜测量标称精度为2 mm+2×10-6D/3s。为便于直观分辨两种测图方式取得的成果精度,进行碎部测量时,采用RTK和免棱镜全站仪两种模式。在同一时段相同环境下对4个特征点分开进行测量。其测量成果如表2所示。

高海拔山区特征点测量成果比对 表2

由表2可以看出,免棱镜全站仪和RTK测量高海拔山区特征点成果较差不大,纵坐标方向最大相差9 mm,横坐标方向最大相差9 mm,高程方向最大相差13 mm。依据《1∶500 1∶1000 1∶2000外业数字测图技术规程(GB/T 14912-2005)》相关规定,困难地区平面点位中误差限差为±0.23 m,即1∶500比例尺地形图实地限差为不大于±11.5 mm；高程注记点的高程中误差不大于相应比例尺基本等高距的1/3,即1∶500比例尺地形图高程点中误差为不大于±0.167 m。因此,免棱镜全站仪的测量成果平面坐标精度满足1∶500以上比例尺地形图的点位平面中误差规范要求；高程坐标方面,因免棱镜全站仪测量的是物体表面,故高程值相对于RTK测图成果存在一定的系统差,但仍满足规范中高程中误差的相关要求。

3.2 测图效率的比较

在项目所在测区,选取相似区域、200 m×500 m测量范围,分别用免棱镜全站仪和RTK测图。免棱镜全站仪测图时由1名作业员操作仪器,并绘制草图；RTK测图时由3名作业员施测,1名作业员绘制草图。其测图效率如表3所示。

高海拔山区测图效率比对 表3

由表3可以看出,在高海拔山区,免棱镜全站仪测图既节省仪器设备,又能减少人员使用,且工作效率远高于RTK测图效率。

4 结 语

通过具体的测图精度与效率的测试比对,免棱镜全站仪测图在高海拔山区明显优于RTK测图。其使用条件主要是:①测区海拔高,人工RTK测量效率明显降低；②测区多砾石,反射介质好,能提高免棱镜全站仪的测量精度；③新疆山区陡崖、沟谷等地貌偏多,植被稀少,便于开展免棱镜测量；④边境禁飞区不能开展机载激光雷达测量和低空飞行器测量。由此可见,在测绘领域高端仪器设备与技术快速发展的同时,免棱镜全站仪测图仍有它较强的生存空间,在高海拔山区测图时具有优于RTK测图的较强优势。

[1] 吕福臣.无棱镜全站仪的应用探讨[C].第十届东北三省测绘学术与信息交流论文集，2009：278～283.

[2] 吴吕稳，刘新富，许茵.免棱镜全站仪测量的精度分析[J].浙江测绘，2012(2)：22～23.

[3] 赵雷，马浩.免棱镜全站仪在数字地形测量的精度分析[J].城市建设理论研究·电子版，2011(28)：1～4.

[4] 徐柏松.免棱镜全站仪用于困难地区地形测量[J].地理空间信息，2009(6)：33～35.

[5] 安永强，王艳华，王泽民.RTK技术在工程测量中的应用[J].城市勘测，2004(2)：22～24.

[6] 刘全海，冉慧敏.机载LiDAR点云数据的后处理及应用[J].城市勘测，2013(4)：92～95.

[7] 宋丽丽，田军庆.航空摄影测量技术用于油气长输管道工程[J].油气田地面工程，2011，30(7)：66～67.

[8] 赵新华，陈富强.机载雷达数据产品在油气输送管道工程各阶段的应用探讨[J].矿山测量，2012(4)：25～27.

广州市城市规划勘测设计研究院“车载多传感器城市街景移动测量系统”项目通过科技成果鉴定

2013年11月30日,由广州市规划局和科信局组织的“车载多传感器城市街景移动测量系统”项目验收及科技成果鉴定会在广州市城市规划勘测设计研究院召开。

该项目鉴定委员会由中国科学院童庆禧院士、陈天恩教授、邬伦教授、张新长教授、陈水森研究员、谢鸿宇高级工程师等7位专家组成,首都师范大学钟若飞副教授,科信局王越西副局长、何国钧副调研员,周鹤龙副局长、何江敏处长、张志媛调研员,广州市城市规划勘测设计研究院周方院长、黎树禧副院长、欧海平质量总工、李长辉所长以及项目组主要成员参加了会议。

鉴定委员会认为,该项目研制了时空同步的车载激光街景测量系统,能满足高精度测量与三维建模需求,并提出了一整套激光扫描与全景影像匹配、三维重建、量测及可视化技术方法和流程。经专家组认真研究,一致认为该项目成果有效提升了城市空间数据的快速获取能力,整体处于国内领先水平,部分达到国际先进水平,通过验收鉴定。

广州市科信局王越西对项目取得的一系列已经付诸实践的成果给予了高度评价,广州市规划局周鹤龙副局长作了总结发言,他高度肯定了近年来广州院在科技建设方面的工作举措及取得的实效,对以移动道路测量技术取得的进步表示欣慰,并对项目成果后续广泛的应用前景寄予了深切希望。

据悉,以多传感器城市实景移动测量系统为代表的测绘新技术手段将提供多维地理空间信息数据采集、更新的全新模式,丰富了测绘地理信息产品的形式、扩展其服务的领域,延伸测绘地理信息的产业链,为数字广州、智慧广州进一步的发展提供强有力的支撑,也将为目前正在开展的广州历史文化名城建设中文物建筑、历史建筑、历史街区风貌的数字记忆及快速三维建模提供了新型技术手段。

(来源：http：//www.gzpi.com.cn)

The Superiority of no Prism Total Station M apping in High Altitude M ountain

Lv Hongtao,Wang Xiaoping,Fang Guangjie
(China Petroleum Pipeline Engineering Corporation,Langfang 065000,China)

The aerial photogrammetry is the commonmeasurementmethods of the long distance oil and gas pipeline engineering survey,RTK mapping and total station mapping pipeline used for single projectmeasurement.RTK measurement is flexible,convenient,fast and many other advantages,is playing an increasingly important role in the plains,hills, desert area,no prism total station mapping technology ismore important used in the forest,cliff,gully region.Combined with the engineering practice,through RTK mapping and no prism total-station mapping efficiency comparison,analysis and summary the superiority of no prism total-station instrument used of large scalemapping in high altitudemountain.

high altitudemountain；no prism-total stationmapping；RTKmapping；comparewithmeasurementaccuracy and efficiency

1672-8262(2013)06-156-03

P258

B

2013—06—20

吕红涛(1984—),男,助理工程师,主要从事长距离油气管道工程测量工作。