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淺談GPS在工程測量中的應(yīng)用

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      全球定位系統(tǒng)(簡稱GPS)是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實時性的精密三維導(dǎo)航與定位功能,而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此,GPS技術(shù)率先在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領(lǐng)域得到應(yīng)用,并在軍事、交通、通信、資源、管理等領(lǐng)域展開了研究并得到廣泛應(yīng)用。本文介紹GPS在城市規(guī)劃區(qū)工程測量中的應(yīng)用,并談幾點體會。

   一 、GPS的構(gòu)成定位原理及測量特點

   1.構(gòu)成。GPS是一個由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。它位于距地表20200千米的上空,均勻分布在6 個軌道面上(每個軌道面4 顆) ,軌道傾角為55度。此外,還有4顆有源備份衛(wèi)星在軌運行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時間都可觀測到4 顆以上的衛(wèi)星,并能保持良好定位解算精度的幾何圖像。這項技術(shù)可以用來引導(dǎo)飛機、船舶、車輛以及個人,安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線,準(zhǔn)時到達目的地。GPS定位技術(shù)具有高精度、高效率和低成本的優(yōu)點,使其在各類大地測量控制網(wǎng)的加強改造和建立以及在公路、建筑工程測量和大型構(gòu)造物的變形測量中得到了較為廣泛的應(yīng)用。

   2.定位原理。GPS定位是根據(jù)測量中的距離交會定點原理實現(xiàn)的。在待測點設(shè)置GPS接收機,在某一時刻同時接收到3顆(或3顆以上)衛(wèi)星所發(fā)出的信號。通過數(shù)據(jù)處理和計算,可求得該時刻接收機天線中心(測站點)至衛(wèi)星的距離。根據(jù)衛(wèi)星星歷可查到該時刻3顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo),從而由下式解算出待測點的三維坐標(biāo)。

   3.測量特點。相對于常規(guī)測量來說,GPS測量主要有以下特點:①測量精度高。GPS觀測的精度明顯高于一般常規(guī)測量,在小于50 千米的基線上,其相對定位精度可達1×10-6,在大于1 000 千米的基線上可達1×10-8。②測站間無需通視。GPS測量不需要測站間相互通視,可根據(jù)實際需要確定點位,使得選點工作更加靈活方便。③觀測時間短。隨著GPS測量技術(shù)的不斷完善,軟件的不斷更新,在進行GPS測量時,靜態(tài)相對定位每站僅需20 分鐘左右,動態(tài)相對定位僅需幾秒鐘。④儀器操作簡便。目前GPS接收機自動化程度越來越高,操作智能化,觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機后設(shè)定參數(shù),接收機即可進行自動觀測和記錄。⑤全天候作業(yè)。GPS衛(wèi)星數(shù)目多,且分布均勻,可保證在任何時間、任何地點連續(xù)進行觀測,一般不受天氣狀況的影響。⑥提供三維坐標(biāo)。GPS測量可同時精確測定測站點的三維坐標(biāo),其高程精度已可滿足四等水準(zhǔn)測量的要求。

   二、工程實例應(yīng)用

   1.工程概況

   本工程是寶豐縣政府和某教育投資發(fā)展有限公司聯(lián)合開發(fā)的一所綜合性教科研基地。位于縣城產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)內(nèi),南鄰平寶大道,東依鄭堯高速,毗鄰平頂山西客站,城市干道環(huán)繞,交通地理位置優(yōu)越。園區(qū)規(guī)劃總占地面積1200畝,該區(qū)域地形有起伏,海拔高度在108米~125米之間,地上附屬物較少。項目基地呈不規(guī)則長方形,與南北向夾角約為50度,地勢呈東南低西北高,為緩坡地形。為了該工程的設(shè)計和施工,需建立首級控制網(wǎng)??紤]到工程復(fù)雜,工期較緊,測區(qū)通視困難,地形起伏等因素,決定采用GPS測量。

   2.測量技術(shù)設(shè)計

   (1)設(shè)計依據(jù)

   GPS測量的技術(shù)設(shè)計主要依據(jù)1999年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市測量規(guī)范》、1997年原建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》及工程測量合同有關(guān)要求制定的。

   (2)設(shè)計精度

   根據(jù)工程需要和測區(qū)情況,選擇城市或工程二級GPS網(wǎng)作為測區(qū)首級控制網(wǎng)。要求平均邊長小于1 千米,最弱邊相對中誤差小于1/10 000,GPS接收機標(biāo)稱精度的固定誤差a≤15 毫米,比例誤差系 數(shù)b≤20×10-6。

   (3)設(shè)計基準(zhǔn)和網(wǎng)形

   控制網(wǎng)共12個點,其中聯(lián)測已知平面控制點2個,高程控制點5個。采用3臺GPS接收機觀測,網(wǎng)形布設(shè)成邊連式。

   (4)觀測計劃

   根據(jù)GPS衛(wèi)星的可見預(yù)報圖和幾何圖形強度,選擇最佳觀測時段(衛(wèi)星多于4顆,且分布均勻,PDOP值小于6),并編排作業(yè)調(diào)度表。

   3.GPS測量的外業(yè)實施

   (1)選點。GPS測量測站點之間不要求一定通視,圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活,因此,點位選擇比較方便。但考慮GPS測量的特殊性,并顧及后續(xù)測量,選點時應(yīng)著重考慮:①每點最好與某一點通視,以便后續(xù)測量工作的使用;②點周圍高度角15度以上不要有障礙物,以免信號被遮擋或吸收;③點位要遠離大功率無線電發(fā)射源、高壓電線等,以免電磁場對信號的干擾;④點位應(yīng)選在視野開闊、交通方便、有利擴展、易于保存的地方,以便觀測和日后使用;⑤選點結(jié)束后,按要求埋設(shè)標(biāo)石,并填寫點之記。

   (2)觀測。根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度表的安排進行觀測,采取靜態(tài)相對定位,衛(wèi)星高度角15度,時段長度45分鐘,采樣間隔10 秒。在3個點上同時安置3臺接收機天線(對中、整平、定向),量取天線高,測量氣象數(shù)據(jù),開機觀察,當(dāng)各項指標(biāo)達到要求時,按接收機的提示輸入相關(guān)數(shù)據(jù),則接收機自動記錄,觀測者填寫測量手簿。

   4.GPS測量的外業(yè)實施

   GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個階段,采用隨機軟件完成。經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、外業(yè)重測和網(wǎng)平差后,得到GPS控制點的三維坐標(biāo),其各項精度指標(biāo)符合技術(shù)設(shè)計要求。

   三、應(yīng)用體會

   通過GPS在測量中的應(yīng)用,得到如下體會。

   1.GPS控制網(wǎng)選點靈活,布網(wǎng)方便,基本不受通視、網(wǎng)形的限制,特別是在地形復(fù)雜、通視困難的測區(qū),更顯其優(yōu)越性。但由于測區(qū)條件較差,邊長較短(平均邊長不到300 米),基線相對精度較低,個別邊長相對精度大于1/10 000。因此,當(dāng)精度要求較高時,應(yīng)避免短邊,無法避免時,要謹慎觀測。

   2.GPS接收機觀測基本實現(xiàn)了自動化、智能化,且觀測時間在不斷減少,大大降低了作業(yè)強度,觀測質(zhì)量主要受觀測時衛(wèi)星的空間分布和衛(wèi)星信號的質(zhì)量影響。但由于個別點的選定受地形條件限制,造成樹木遮擋,影響對衛(wèi)星的觀測及信號的質(zhì)量,經(jīng)重測后通過。因此,應(yīng)嚴格按有關(guān)要求選點,擇最佳時段觀測,并注意手機、步話機等設(shè)備的使用。

   3.GPS測量的數(shù)據(jù)傳輸和處理采用隨機軟件完成,只要保證接收衛(wèi)星信號的質(zhì)量和已知數(shù)據(jù)的數(shù)量、精度,即可方便地求出符合精度要求的控制點三維坐標(biāo)。但由于聯(lián)測已知高程點較少(僅聯(lián)測5個),致使的控制點高程精度較低。因此,要保證控制點高程的精度,必須聯(lián)測足夠的已知高程點。


發(fā)布:2007-07-10 11:45    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關(guān)閉]
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