畢業(yè)論文--gps在公路工程測量中的應(yīng)用

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　前 言1</b></p><p>　　1 GPS測量模式概述2</p><p>　

2、　1.1 靜態(tài)定位3</p><p>　　1.2 動態(tài)定位4</p><p>　　2 GPS在平面控制測量中的應(yīng)用6</p><p>　　2.1 GPS靜態(tài)定位技術(shù)布設(shè)首級平面控制網(wǎng)7</p><p>　　2.2 GPS測量的測前準(zhǔn)備10</p><p>　　2.2.1 GPS測量的外業(yè)準(zhǔn)備10</p

3、><p>　　2.3 GPS測量的實施11</p><p>　　2.3.1 選點埋石12</p><p>　　2.3.2 實地觀測13</p><p>　　2.3.3 GPS測量數(shù)據(jù)處理14</p><p>　　2.3.4 GPS網(wǎng)平差20</p><p>　　2.3.5 GPS定位成果的

4、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換22</p><p>　　2.4 采用GPS動態(tài)定位技術(shù)加密首級平面控制網(wǎng)24</p><p>　　2.4.1 建立基準(zhǔn)站25</p><p>　　2.4.2 設(shè)置流動站25</p><p>　　2.4.3 內(nèi)業(yè)處理26</p><p>　　2.5 GPS動態(tài)測量技術(shù)可行性分析26</p>

5、;<p>　　2.6 GPS靜態(tài)定位技術(shù)布設(shè)水準(zhǔn)控制網(wǎng)27</p><p><b>　　3 小結(jié)28</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　　前 言

6、</b></p><p>　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展如此之飛速,測繪技術(shù)的發(fā)展也日新月異，在測繪領(lǐng)域表現(xiàn)在GPS定位技術(shù)的作業(yè)方法也發(fā)生了很大的變化。GPS以其全天候作業(yè)、自動化程度高、定位精度高、高效益、提供三維坐標(biāo)資料、觀測時間短等顯著特點贏得了廣大測繪工作者的信賴，現(xiàn)已成功應(yīng)用于工程測量、大地測量、航空攝影測量、變形監(jiān)測、資源調(diào)查等諸多領(lǐng)域。</p><p>　　在公路工程建設(shè)過

7、程中用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)測量方法進行沿路線總體控制測量，既可以為勘測階段測繪帶狀地形圖，也可以為路線的縱面和平面提供測量依據(jù)；為隧道和橋梁的施工階段建立施工控制網(wǎng)。但以上僅僅是在公路工程測量中GPS定位技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的初級階段。公路工程與其他工程相比有其自身的特點：測區(qū)范圍狹窄、測量線路長。投影變形誤差因沿線各點與中央子午線距離不同而不同。因此，選定中央子午線進行高斯投影計算時，對于線路總長可達幾十甚至幾百公里的經(jīng)線跨度較大的公路控制網(wǎng)

8、而言，工程各部分的投影變形分布由于沿線長度的不同而使分布不均勻，這就必須對引起這種控制點點位投影變形誤差進行理論分析和研究后，采取有效補救措施，找出使公路測量控制網(wǎng)中各部分的點位精度滿足現(xiàn)代公路勘測與施工要求的有效的方法途徑；對于一般的公路工程由于經(jīng)線跨度不大，這種變形所引起的誤差可以忽略不計，因為一般都在工程所要求的限差之內(nèi)。大地計算是在參考橢球面上進行，而公路測量是在地面上進行的。因此，必需把地面上的觀測數(shù)據(jù)換算到參考橢球面上后才可

9、以得到有效的測量數(shù)據(jù)。由于測量計算的基準(zhǔn)線與基準(zhǔn)面分別是參考橢球面法線和參考橢球面，而地面觀測值的基準(zhǔn)線</p><p>　　在公路測量中,GPS因其應(yīng)用新而有其更好的發(fā)展?jié)摿?，所以又會出現(xiàn)一些新的從來沒見過的問題。本論文就是針對GPS定位技術(shù)在具體公路測量應(yīng)用中遇到的幾個問題進行結(jié)果分析，進而進行分析論證得出最佳的解決方案。經(jīng)過理論分析，本文對影響長度投影變形誤差給出了改正公式，并給出幾種抵償坐標(biāo)系統(tǒng)對于投影變

10、形誤差超出規(guī)范要求的情況進行選擇。</p><p>　　以上本文所論述的幾個問題，常常出現(xiàn)在公路工程測量中，因而其對其它的公路工程測量具有很大的現(xiàn)實意義；另外，在理論上，在解算問題時引入最小二乘擬合數(shù)學(xué)模型也是很少見的。</p><p>　　1 GPS測量模式概述</p><p>　　依據(jù)參考點的不同GPS定位系統(tǒng)分為：相對定位和絕對定位兩種測量模式。</p&

11、gt;<p>　　按照用戶GPS信號接收機在作業(yè)中的不同狀態(tài)可分為：靜態(tài)定位和動態(tài)定位。</p><p>　　靜態(tài)定位是GPS系統(tǒng)在進行定位觀測的過程中，待測點（GPS信號接收機）的位置是固定不變的，處于相對的靜止?fàn)顟B(tài)。</p><p>　　動態(tài)定位是GPS系統(tǒng)在進行定位觀測的過程中，用戶GPS信號接收機處于相對的運動狀態(tài)。</p><p>　　我們常

12、說的絕對定位就是確定所要確定的未知點離地球質(zhì)心的位置，并在在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中表示出來。</p><p>　　靜態(tài)絕對定位技術(shù)是在接收機天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下，確定觀測站坐標(biāo)的方法。這種測量方法可以測定衛(wèi)星至觀測站之間的偽距，在不同歷元連續(xù)地同步觀測不同的衛(wèi)星，從而獲得充分的多余觀測數(shù)據(jù)。測后通過數(shù)據(jù)處理求得觀測站的絕對坐標(biāo)。</p><p>　　相對定位就是在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)中確定待

13、測點相對于某一已知參考點的相對位置。即要求同步觀測相同GPS衛(wèi)星的GPS信號接收機至少有2臺，以便確定兩臺GPS信號接收機天線之間的相對位置（坐標(biāo)差）。相對定位的類型又可分為：靜態(tài)定位和動態(tài)定位。</p><p><b>　　相對定位的優(yōu)缺點：</b></p><p><b>　　優(yōu)點：定位精度高</b></p><p>

14、　　缺點：多臺接收共同作業(yè)，</p><p><b>　　作業(yè)復(fù)雜</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理復(fù)雜</b></p><p>　　不能直接獲取絕對坐標(biāo)</p><p><b>　　1.1 靜態(tài)定位</b></p><p><b>

15、;　　普通靜態(tài)定位</b></p><p><b>　　快速靜態(tài)定位</b></p><p>　　Go and Stop</p><p><b>　　快速確定整周未知數(shù)</b></p><p><b>　　動態(tài)定位</b></p><p>　

16、　動態(tài)定位中整周未知數(shù)的確定</p><p><b>　　靜態(tài)初始化</b></p><p>　　動態(tài)初始化（OTF）</p><p>　　實時動態(tài)定位（RTK – Real Time Kinematic）</p><p><b>　　單基準(zhǔn)站RTK</b></p><p>

17、　　多基準(zhǔn)站RTK（網(wǎng)絡(luò)RTK）</p><p>　　依據(jù)GPS在作業(yè)中的不同狀態(tài)分為：靜態(tài)定位和動態(tài)定位。</p><p>　　我們常說的靜態(tài)定位就是GPS定位系統(tǒng)在正進行定位觀測時，其位置始終在一個地點不動的觀測方式。</p><p>　　由于GPS定位系統(tǒng)中的待測點的位置在進行靜態(tài)測量時是視為固定不變的。因此預(yù)提高定位精度就應(yīng)該通過增加多余觀測來達到測量精度。

18、GPS靜態(tài)定位的基本模式主要有三種，它們分別是載波相位測量法，偽距法定位測量和射電干涉測量法。在GPS定位系統(tǒng)中GPS靜態(tài)定位是精度最高的一種定位模式。而載波相位觀測法在靜態(tài)定位測量中是最常用的一種定位方法。</p><p>　　載波相位測量方法是將接收機本振參考信號的相位差與GPS接收機所接收到的衛(wèi)星載波信號作為測量的觀測量。定位精度由于測距碼的碼元長度較長而不是很高。雖然相對測距碼的碼元長度，GPS信號的載波

19、波會稍微短一些，但如果測量載波的相位值，就可以大大提高定位精度。</p><p>　　偽距法是在某一時刻由GPS信號接收機測出四顆以上的GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，求定天線所在點的三維坐標(biāo)，三維坐標(biāo)的求定可以通過采用空間距離后方交會的方法。其定位精度低，P碼的測距精度30cm，C/A碼的測距精度3m左右 。因此，對于一般的用戶，因為其要求的定位精度不高，所以其定位精度是可以的。偽距法定位技術(shù)的基本原理是衛(wèi)

20、星根據(jù)自身的時鐘發(fā)出某一結(jié)構(gòu)的測距碼，其傳播Δt時間后到達GPS信號接收機，GPS信號接收機在自己的時鐘控制下并通過時延器記下延遲時間T后，會產(chǎn)生一組與衛(wèi)星自身的時鐘發(fā)出的測距碼結(jié)構(gòu)完全相同的測距碼即復(fù)制碼。將這兩組測距碼進行相關(guān)處理，調(diào)整延遲時間下，使自相關(guān)系數(shù)、復(fù)制碼和接收到的來自GPS衛(wèi)星的測距碼對齊，GPS衛(wèi)星信號的發(fā)送時間Δt與復(fù)制碼的延遲時間T是相等的，將光速c和時間Δt相乘，就可以求出GPS信號接收機到衛(wèi)星的偽距。通過觀察

21、得到的衛(wèi)星與GPS信號接收機的偽距和通過對已知GPS衛(wèi)星的運行參數(shù)進行處理，即可以計算得到在WGS-84坐標(biāo)系下待測點的坐標(biāo)。</p><p>　　我們常說的射線干涉測量法就是用地面上的接收機跟蹤一定視場內(nèi)可以跟蹤觀測的GPS衛(wèi)星，然后將接收機觀測到的衛(wèi)星信號進行特定的處理后得到數(shù)據(jù)流的觀測方法。</p><p>　　靜態(tài)定位按定位速度的快慢分為：快速靜態(tài)測量和常規(guī)靜態(tài)測量兩種測量模式。&

22、lt;/p><p>　　快速靜態(tài)測量這種模式將載波相位觀測值作為觀測量，它的基準(zhǔn)站是安置有GPS信號接收機的已知測站，并對所有可見衛(wèi)星連續(xù)跟蹤觀測。移動站接收機按照事先標(biāo)定好的觀測站的順序，對每個測站依次觀測數(shù)分鐘。在測量地籍、測量工程、建立及其加密控制網(wǎng)等中這種測量模式被常常用到。 值得我們注意的是這種方法必須滿足流動站與基準(zhǔn)站相距不應(yīng)超過20km的要求；確保在觀測時段內(nèi)可供觀測的衛(wèi)星數(shù)有5顆以上。</p&g

23、t;<p>　　我們常說的常規(guī)靜態(tài)測量就是要用到兩臺或兩臺以上GPS信號接收機，同時對4顆以上衛(wèi)星進行同步觀測。也就是將一臺GPS信號接收機分別在一條或數(shù)條基線的兩端安置，根據(jù)基線長度和測量等級的不同，根據(jù)規(guī)范的要求，各個時段必須滿足觀測時間達到3刻鐘以上。這樣其其相對定位精度就一般可達5mm1ppm。</p><p><b>　　1.2 動態(tài)定位</b></p>

24、<p>　　我們常說的動態(tài)定位就是在GPS定位系統(tǒng)定位觀測的整個過程中，用戶GPS信號接收機處于相對的運動狀態(tài)。</p><p>　　在GPS定位系統(tǒng)的動態(tài)定位系統(tǒng)和靜態(tài)定位系統(tǒng)中，根據(jù)其定位時的基準(zhǔn)點選取的不同又可以分為絕對定位和相對定位兩種定位方式。</p><p>　　我們常說的GPS動態(tài)定位技術(shù)就是通過天上的GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號發(fā)送到地面上的接收機，實時地解算得到地面上

25、的待定點的位置。GPS動態(tài)定位精度將隨著GPS信號接收機和數(shù)據(jù)處理模型的不斷改進而不斷提高。就目前GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展來看，GPS動態(tài)定位技術(shù)由于具有多種多樣的速度、可以為各種各樣不同要求的用戶服務(wù)、短時性的數(shù)據(jù)、可以實時地進行定位、多變性的精度要求等特點將比靜態(tài)定位技術(shù)有著更廣泛的應(yīng)用前景。</p><p>　　我們常說的單點動態(tài)定位是將GPS信號接收機固定在一個不斷運動著的物體上，從而不斷地接收衛(wèi)星發(fā)來的

26、定位信息，通過接收機內(nèi)部的解算處理軟件，實時地得到運動軌跡的位置在信息，我們又稱為絕對動態(tài)定位。</p><p>　　我們常說的準(zhǔn)動態(tài)測量就把是一臺GPS信號接收機安置在一個已知測站上，將該測站作為基準(zhǔn)站，然后跟蹤觀測所有的能被觀測到的衛(wèi)星的位置，通過特定的接收機內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理軟件，得到待定點的定位信息的方法。移動站上的接收機數(shù)據(jù)初始化處理后，依次跟蹤觀測各待測測站點的數(shù)個歷元數(shù)據(jù)。與快速靜態(tài)測量方法相比，其不同

27、點具體表現(xiàn)在：移動站在遷站過程中要求對接收的衛(wèi)星信號不能失鎖；觀測時間不一樣；采用特定軟件進行已知點的初始化處理。在工程的定位及測量碎部點、加密開闊地區(qū)的控制網(wǎng)、測量線路及測量剖面圖等我們常常采用準(zhǔn)動態(tài)測量這種模式。另外的一種連續(xù)動態(tài)測量模式是將一臺GPS信號接收機安置在一個基準(zhǔn)點上，對所有可以被觀測到的衛(wèi)星連續(xù)進行跟蹤觀測也是屬于這種模式。流動站上的GPS信號接收機連續(xù)運動前必須初始化處理，以實現(xiàn)對所有可見衛(wèi)星進行連續(xù)的跟蹤觀測，并按

28、指定的時間間隔自動記錄數(shù)據(jù)。必須注意的是，這種方法要求確保有5顆以上衛(wèi)星在觀測時間段內(nèi)可供觀測；基準(zhǔn)點與流動點之間的距離必須小于20km的范圍內(nèi)。在精確測定道路的中心線、精密地測定運動著的目標(biāo)的軌跡、測量航道、剖面等時也常常采用這種測量方法。</p><p>　　所謂的后處理差分動態(tài)定位是用戶對接收到的數(shù)據(jù)進行事后的處理分析得到定位結(jié)果。而實時差分動態(tài)定位技術(shù)是對實時得到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈實時結(jié)算得到要得到的定位數(shù)

29、據(jù)。其觀測原理與實時差分動態(tài)定位相同。但它們還是有區(qū)別的，主要表現(xiàn)在：后處理差分技術(shù)在聯(lián)機處理流動站和基準(zhǔn)站GPS信號接收機所采集的定位數(shù)據(jù)之前要進行定位觀測，才可以確定流動站的實時位置。而實時差分需要建立無線電數(shù)據(jù)傳輸裝置在流動站和基準(zhǔn)站之間，這樣要得到流動站的實時位置就需要利用數(shù)據(jù)鏈將基準(zhǔn)站和流動站的觀測數(shù)據(jù)進行實時聯(lián)機處理。</p><p>　　實時差分動態(tài)定位技術(shù)是假定已知測區(qū)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)和基準(zhǔn)站的位置

30、，通過在基準(zhǔn)站和流動站建立數(shù)據(jù)鏈，聯(lián)合觀測流動站和基準(zhǔn)站，通過結(jié)算實時得到流動站的位置數(shù)據(jù)。一般我們將動態(tài)載波相位測量技術(shù)和偽距差分動態(tài)定位技術(shù)作為實時差分動態(tài)定位技術(shù)的兩種主要測量方法。另外，普遍采用的載波相位觀測方法不僅在靜態(tài)測量中可以用，也可以在動態(tài)定位中用，但它們的原理是相同的，但必須要求GPS信號接收機在初始化后且必須確保連續(xù)跟蹤至少四顆以上的衛(wèi)星，才能確定流動站的實時位置，并且才可以使定位精度滿足要求。</p>

31、<p>　　RTK（Real Time Kinematic）就是通過實時地對載波相位進行觀測得到實時的相位觀測值，并以此為數(shù)據(jù)處理的依據(jù)來達到實時動態(tài)相對定位的，它實質(zhì)上就是實時差分GPS測量技術(shù)。進行TTK測量時，位于基準(zhǔn)站（GPS觀測條件良好的已知站）上的GPS信號接收機通過數(shù)據(jù)通訊鏈實時地將已知站點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)和載波相位觀測值等信息實時地發(fā)送到附近工作的流動站。它是在GPS測量技術(shù)的發(fā)展成果中又一嶄新的一頁，具有很大的發(fā)

32、展?jié)摿Α?lt;/p><p>　　就現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r而言，實時差分動態(tài)定位方法是GPS動態(tài)測量技術(shù)應(yīng)用較多的測量方法。</p><p>　　2 GPS在平面控制測量中的應(yīng)用</p><p>　　我們在建立公路平面控制網(wǎng)時，可以采用傳統(tǒng)的測量方法，當(dāng)然，也可以采用先進的測量技術(shù)，例如全球定位系統(tǒng)測量方法。公路平面控制網(wǎng)的主控網(wǎng)是路線平面控制網(wǎng)，而主控網(wǎng)必須統(tǒng)一平差且需要全線

33、貫通，所以沿線各種工程平面控制網(wǎng)必須聯(lián)系到路線主控網(wǎng)上。用傳統(tǒng)方法進行控制測量時，必須滿足相鄰控制點之間的通視，逐級傳遞起始邊長和方位角的已知數(shù)據(jù)是通過角度，邊長和方位角的觀測量進行傳遞的。GPS定位技術(shù)與傳統(tǒng)的測量方法不同點在于相鄰測站之間無需通視，在滿足一定的精度范圍內(nèi)，任意待定點的WGS-84坐標(biāo)可以直接確定，并且由于各觀測點之間是不相關(guān)的，即不相關(guān)性滿足，所以就不需要逐級傳遞其坐標(biāo)。這樣，在測量中應(yīng)用GPS進行定位測量時就不會出

34、現(xiàn)傳遞誤差。</p><p>　　通常，GPS定位技術(shù)與傳統(tǒng)的測量方法在進行平面控制測量時的不同點有很多，主要表現(xiàn)在傳統(tǒng)的平面控制網(wǎng)多以大地坐標(biāo)（B，L，H）的形式表示控制點，控制網(wǎng)的坐標(biāo)系采用參心坐標(biāo)系。而用GPS定位技術(shù)進行平面控制測量時，控制網(wǎng)點采用大地坐標(biāo)在WGS-84坐標(biāo)系中的坐標(biāo)表示即或以空間直角坐標(biāo)在WGS-84坐標(biāo)系中的坐標(biāo)表示控制點點位即，并建立在協(xié)議地球坐標(biāo)系統(tǒng)中平面控制網(wǎng)。因此，我們必須先計

35、算傳統(tǒng)地面控制網(wǎng)和GPS地面控制網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)后，這樣接下來以此才可以建立GPS平面控制網(wǎng)，其轉(zhuǎn)換主要是確定網(wǎng)的配合參數(shù)和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)。通常轉(zhuǎn)換參數(shù)的計算是在空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)下進行的?；鶞?zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)包括3個旋轉(zhuǎn)變量因子（Wx，Wy，Wz）和3個平移變量因子（Δx，Δy，Δz）和1個尺度縮放變量因子m。在實際公路測量中，一般僅考慮基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)，考慮到地面控制網(wǎng)可能存在的系統(tǒng)誤差時，控制網(wǎng)的配合參數(shù)才用計算。</p><

36、p>　　我們知道絕對定位的GPS定位技術(shù)在定位精度方面是較低的。因此，GPS相對定位技術(shù)在公路控制測量中主要采用。首先，建立測區(qū)的首級平面控制網(wǎng)需要選用滿足精度要求的GPS控制點、滿足精度要求的地面控制點、及滿足精度要求的已知坐標(biāo)，聯(lián)合觀測時采用GPS靜態(tài)定位方法；再者，如果想加密首級平面控制網(wǎng)可以應(yīng)用GPS動態(tài)定位技術(shù)來達到。下面是詳細(xì)闡述如何應(yīng)用GPS定位技術(shù)布設(shè)公路平面控制網(wǎng)，我是通過結(jié)合具體的工程實例來表明觀點的。<

37、/p><p>　　2.1 GPS靜態(tài)定位技術(shù)布設(shè)首級平面控制網(wǎng)</p><p>　　就目前來說，采用GPS定位技術(shù)建立線路首級高精度控制網(wǎng)在國內(nèi)的應(yīng)用實例是越來越多，例如目前在河南省修建高速公路的應(yīng)喲平內(nèi)閣實例中，其很多的首級控制網(wǎng)就是利用GPS定位技術(shù)來進行布設(shè)的，然后在首級控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用常規(guī)的測量方法進行導(dǎo)線加密控制網(wǎng)的布設(shè)。以往的實踐證明，GPS定位技術(shù)可以達到常規(guī)測量方法難以實現(xiàn)

38、的精度要求，點位誤差在幾十千米范圍內(nèi)也只有2cm左右，同時由于其觀測速度快，也使工期大大提前了。在隧道測量和特大橋梁中GPS技術(shù)也具有廣泛的應(yīng)用前景，由于采用GPS技術(shù)進行測量時，在方面通視沒有特別的要求，這樣很多的中間環(huán)節(jié)就可以大大的減少了，并且在控制網(wǎng)的布設(shè)時也很容易構(gòu)成具有較強強度等級的網(wǎng)形了。又因其測量速度快、定位精度高，而具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。同樣可以應(yīng)用GPS定位技術(shù)對進行控制測量。由于其構(gòu)成的網(wǎng)形可以達到很高的強度

39、等級而大大提高了點位精度，不需要通視的要求，并且對應(yīng)用常規(guī)測量得到的支點也具有有效的檢測作用。如現(xiàn)實中的意境建成的廣州大橋，就是先用常規(guī)方法布設(shè)高精度的邊角網(wǎng)，然后用GPS定位技術(shù)進行點位的檢測。其次，檢測該網(wǎng)利用GPS定位技術(shù)，檢測網(wǎng)利用GPS技</p><p>　　在實地進行測量時，我們可以依據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)將GPS的作業(yè)模式主要分為4種，即快速靜態(tài)相對定位、靜態(tài)相對定位、準(zhǔn)動動態(tài)相對定位和動態(tài)相對定位。<

40、/p><p>　　我們常說的動態(tài)相對定位中的實測動態(tài)測量技術(shù)，在公路路線測量中它是我們常常用到的方法。我們常說的實時動態(tài)（Real Time Kinematic, RTK）則是通過實時地對載波相位進行觀測得到實時的相位觀測值，并以此為數(shù)據(jù)處理的依據(jù)來達到實時動態(tài)相對定位的，它實質(zhì)上就是實時差分GPS測量技術(shù)。它揭開了在GPS測量技術(shù)的發(fā)展成果中又一嶄新的一頁，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。在工作原理上它與DGPS有非常多的相似

41、之處。所不同的是RTK測量技術(shù)的觀測數(shù)據(jù)是通過基準(zhǔn)站發(fā)送到移動站的，然后移動站上的接收機通過其內(nèi)部配備的先進的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對傳送來的數(shù)據(jù)進行復(fù)雜的處理后，這樣就可以得到實時測量結(jié)果的測量精度比 DGPS高得多的測量結(jié)果，其一般可以達到2mm左右的測量精度。GPS在山嶺重丘區(qū)的橋梁測量中也有廣泛的應(yīng)用前景。由于在計算機中可以事先算好橋梁中心線的坐標(biāo)，并且測點在測量時并不需要通視的要求，并且只需要一次測量就可以完成采集地面高程和標(biāo)定的橋梁中

42、心線在地面的位置兩項工作，這就可以大大提高測量橋軸斷面時的測量精度和縮短測量工期，并且也減少了工作人員，減少了工程費用，提高了社會和經(jīng)濟效益。GPS在施工放線</p><p>　　GPS測量技術(shù)由于其可以提供三維信息、可用于放樣中線、采集數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)以及測量縱斷面而在公路工程測量中越來越得到廣泛的普及與應(yīng)用。在中線放樣中要得到移動站的實時位置，需要實時地通過數(shù)據(jù)鏈把基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)傳到移動站。縱斷面可在放樣中線平

43、面位置時得到。不像經(jīng)緯儀那樣GPS儀器無需指示方向。因此要在計算機屏幕上看到設(shè)計坐標(biāo)與目前位置的差異需結(jié)合計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)。</p><p>　　首級控制網(wǎng)布設(shè)成GPS控制網(wǎng)在公路工程項目中按《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》規(guī)定要求：通常采用邊連式的布網(wǎng)方式不舍控制網(wǎng)，即布網(wǎng)時相鄰三角網(wǎng)之間僅有兩個公共點相連的，布設(shè)一對相互通視的GPS控制點需每隔5km左右。</p><p>　　

44、采用GPS定位技術(shù)進行控制測量得到的定位數(shù)據(jù)是在WGS-84坐標(biāo)系下的定位數(shù)據(jù)，而公路工程測量通常采用北京-54坐標(biāo)系，這樣就要求計算WGS-84坐標(biāo)系與北京-54坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。而GPS控制網(wǎng)的精度主要受控制網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換模型和國家聯(lián)測點坐標(biāo)的精度影響。因此，需要具有一定的數(shù)量和一定的密度的高的精度的國家聯(lián)測點的坐標(biāo)。因此，將國家控制點坐標(biāo)作為GPS控制網(wǎng)成果轉(zhuǎn)換的起始數(shù)據(jù)，需將測區(qū)內(nèi)平面控制點同國家GPS控制網(wǎng)進行聯(lián)測。同時，為

45、了保證地面控制點具有足夠高的可靠性和高度的準(zhǔn)確性，這樣就需要聯(lián)測不少于一個坐標(biāo)點作為檢核點。另外，《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》規(guī)定：聯(lián)測需要至少3個國家平面控制點進行坐標(biāo)聯(lián)測，并且為了確?？刂凭W(wǎng)的坐標(biāo)精度，坐標(biāo)聯(lián)測點的數(shù)量應(yīng)隨著測區(qū)范圍的擴大應(yīng)適當(dāng)?shù)卦黾印８鶕?jù)以前的布網(wǎng)經(jīng)驗，一般應(yīng)聯(lián)測3-5個高精度且分布均勻的平面控制點。而坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時需要至少2個以上的聯(lián)測點，這樣方便將已聯(lián)測的高精度的2點以上的方位角和邊長作為起算數(shù)據(jù)進行后續(xù)

46、點坐標(biāo)的計算，并且在地面坐標(biāo)系內(nèi)這些已聯(lián)測的起算點是GPS控制網(wǎng)的長度和定向的起算數(shù)據(jù)，在平面坐標(biāo)中GPS控制網(wǎng)的定位起</p><p>　　廣東-惠州的快速軌道工程路線全長46km是廣東省的重點工程項目，由于此工程項目線路平面控制網(wǎng)要求的精度高，且工期時間較短，因此，為了提高工作效率，縮短勘測時間，我們團隊與兄弟設(shè)計院共同承擔(dān)了勘測任務(wù)。根據(jù)項目建設(shè)指揮部的要求，此項工程外業(yè)勘測依據(jù)《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）

47、測量規(guī)范》和《公路勘測規(guī)范》的要求進行測量。我們負(fù)責(zé)勘測廣東開發(fā)區(qū)為平原微丘區(qū)的惠州路段，勘測路線全長25km。根據(jù)公路測量的特點以及要求的不同，我們將該GPS平面控制網(wǎng)可以分為四個不同的等級。</p><p>　　我們接的廣東-惠州的快速軌道這個工程的平面控制測量的等級定的是四等的三角測量，它要求在整個測區(qū)的范圍內(nèi)，其投影長度變形值必須滿足在2.5cm/km的范圍內(nèi)的變形限差。在整個測區(qū)內(nèi)，路線兩側(cè)的國家平面控

48、制點的最大高差為160.931m，它們都分布大地坐標(biāo)緯度在121°52′00″的兩側(cè)。結(jié)合國家平面控制點已有的高斯投影分布情況，我們可以計算知道該測區(qū)正好位于3°帶的邊緣，因為離中央子午線越遠(yuǎn)其投影變形誤差就越大，因此經(jīng)計算知其投影長度變形超過了測量規(guī)范的允許范圍，這就要求我們必須選擇合適的抵償坐標(biāo)面或?qū)y區(qū)內(nèi)平均緯度作為中央子午線進行高斯平面投影，通過一定的改正計算，可以使該測區(qū)的投影長度變形在允許的精度誤差要求范

49、圍內(nèi)。</p><p>　　2.2 GPS測量的測前準(zhǔn)備</p><p>　　2.2.1 GPS測量的外業(yè)準(zhǔn)備</p><p>　　GPS在進行外業(yè)實測的工作之前，必須將準(zhǔn)備工作做好做到位。這些準(zhǔn)備工作主要包括測區(qū)資料收集、測區(qū)實地踏勘、觀測計劃的擬定、儀器設(shè)備的籌備和人員組織、GPS信號接收機的檢驗等主要內(nèi)容。</p><p>　　2.2.

50、1.1 測區(qū)資料收集及測區(qū)實地踏勘</p><p><b>　　1. 測區(qū)資料收集</b></p><p>　　已有測區(qū)控制點成果，如測區(qū)內(nèi)的水準(zhǔn)點、三角點、導(dǎo)線點和GPS控制點等各類控制點的坐標(biāo)系統(tǒng)和水準(zhǔn)點的高程系統(tǒng)，點位的數(shù)量及分布情況，變?yōu)闃?biāo)志的可用性等。已有圖件資料，如測區(qū)內(nèi)的1:10000--1:50000地形圖，大地水準(zhǔn)面起伏圖和測區(qū)現(xiàn)有交通圖等。測區(qū)內(nèi)的

51、地質(zhì)、氣象、地形、地貌、交通和通信方面的情況等。測區(qū)內(nèi)的城市區(qū)劃表和發(fā)展方面的資料等。</p><p><b>　　2. 測區(qū)實地踏勘</b></p><p>　　根據(jù)下達的測量任務(wù)和簽訂的GPS測量合同，依據(jù)測區(qū)的施工設(shè)計圖和已收集的資料進行測區(qū)踏勘，為后續(xù)的技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計和成本預(yù)算提供依據(jù)。測區(qū)踏勘工作主要包括：測區(qū)已有控制點的分布情況，測區(qū)的現(xiàn)有水系分布情況

52、，測區(qū)的植被分布情況，測區(qū)最近居民點、公共設(shè)施及服務(wù)區(qū)的分布情況，當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)俗民情和交通情況等。</p><p>　　3. 外業(yè)觀測計劃的擬定</p><p>　　為確保外業(yè)GPS測量工作保質(zhì)保量地按期完成，在觀測之前必須擬定嚴(yán)密周全的外業(yè)觀測技術(shù)書，以便于測量工作能按部就班地完成。對保證完成數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，保證測量的精度和提高工作效益是極為重要的。</p><p>

53、　　擬定GPS外業(yè)觀測測量的依據(jù)是測區(qū)內(nèi)GPS控制網(wǎng)的規(guī)模大小，測區(qū)內(nèi)GPS點位的精度和密度，測區(qū)內(nèi)GPS衛(wèi)星星座分布的幾何圖形強度情況，GPS測量工作所用的GPS信號接收機的型號和數(shù)量，測區(qū)交通運輸、聯(lián)系通信及后勤保障情況等。</p><p>　　外業(yè)觀測計劃的主要內(nèi)容包括：GPS衛(wèi)星的可見性預(yù)報圖的編制，選擇合適的GPS衛(wèi)星的幾何圖形強度，觀測區(qū)域的設(shè)計與劃分，選擇最佳的觀測時間段及編排外業(yè)測量的調(diào)度表。&l

54、t;/p><p>　　4. 儀器設(shè)備的籌備和人員組織</p><p>　　完成測量工作的關(guān)鍵設(shè)備是GPS信號接收機，其性能的優(yōu)劣直接影響整個工程的質(zhì)量。其性能、型號、數(shù)量、精度和測量的精度有關(guān)。選用GPS信號接收機時可以參照表2-1。</p><p>　　表2-1 GGPS信號接收機與GPS信號接收機的選用</p><p>　　信號接收機的性能

55、、精度和可靠性進行檢驗，經(jīng)檢驗合格后才可以投入使用。檢驗內(nèi)容主要包括一般性檢驗、通電檢驗和實測檢驗。</p><p>　　除了對所選接收機進行檢驗外，還必須做好儀器設(shè)備的籌備和人員組織工作。主要包括搜集必須得儀器、計算機及其配套設(shè)備，搜集必須的機動設(shè)備及通信設(shè)備，搜集必須的施工器材及油料、材料的消耗，組建實測隊伍，初定實測人員名單及其崗位，對整個工程進行詳細(xì)的經(jīng)費預(yù)算。</p><p>　

56、　2.3 GPS測量的實施</p><p>　　GPS測量的實施包括GPS點的選點埋石、實地觀測、GPS測量數(shù)據(jù)處理等工作。</p><p>　　2.3.1 選點埋石</p><p>　　與常規(guī)控制測量的選點不同的是選點工作由于GPS測量不一定要求測站間相互通視，并且控制網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)較靈活，從而在選點時的工作就很簡單快捷多了。我們先在測區(qū)已有的1:50000地形圖圖

57、紙上擬選定了幾個合適的國家平面控制點位置，同時對國家三角點我們又聯(lián)測了3個，這3個三角點的具體情況分別是二級三角點董山、耗山和三級三角點羊山。上面三個點在北京-54坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)和高斯投影坐標(biāo)見表2-2。</p><p>　　表2-2 大地坐標(biāo)及高斯投影坐標(biāo)</p><p>　　我們又沿著快軌的路線方向選擇6個水準(zhǔn)點，并將其布設(shè)成四等精度的水準(zhǔn)點，高程系統(tǒng)我們采用的是1985國家高程

58、基準(zhǔn)。為了使勘測時更加方便，我們重新對上面各個國家三角點和水準(zhǔn)點作了新的定義。見表2-3。</p><p>　　表2-3 三角點和水準(zhǔn)點重命名</p><p>　　首先確定GPS平面控制點（包括6個水準(zhǔn)點和3個國家三角點）后，我們選擇了9個GPS控制點，然后對它們進行了實地踏勘測量，這是以便進一步地對控制點周圍的觀測環(huán)境做深入的調(diào)查研究，避免出現(xiàn)在觀測過程中觀測信號被干擾的現(xiàn)象。在廣東開

59、發(fā)區(qū)的惠州5號路的兩側(cè)均勻地分布著6個水準(zhǔn)點，根據(jù)表2-4中的數(shù)據(jù)可以看出，6個水準(zhǔn)點的地勢都比較的低。在高山頂上均勻地分布著3個國家三角點，控制點的上方及周圍均無樹木或建筑物遮擋，具有開闊的視野，較理想的條件下進行觀測。在進行觀測的過程中，受周圍的地物的影響，GPS信號接收機跟蹤GPS衛(wèi)星的數(shù)目很可能有較大的變化。因此，我們就對衛(wèi)星的不同觀測角度和觀測時段進行觀測結(jié)果的比較，以便于在大量的觀測時段中選擇出最佳的觀測時段。我們對下載的G

60、PS衛(wèi)星廣播星歷進行專業(yè)處理，即應(yīng)用隨機配置的GPS信號接收機星歷分析軟件進行分析，得出觀測時段的最佳觀測時段。見表2-4。 </p><p>　　表2-4 最佳觀測時段表</p><p>　　根據(jù)符合《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》的規(guī)定要求，我們將一個半小時作為觀測時段的觀測時間。表2-5是進行平面控制網(wǎng)的定位觀測時采用GPS靜態(tài)定位技術(shù)應(yīng)滿足的

61、觀測指標(biāo)。</p><p>　　表2-5 GPS控制網(wǎng)的觀測指標(biāo)</p><p>　　GPS控制網(wǎng)點均應(yīng)埋設(shè)具有中心標(biāo)志的標(biāo)石，用于精確確定GPS點位，GPS點位的標(biāo)石和中心標(biāo)志必須穩(wěn)定、堅固以便于長久保存和利用。每個GPS點位標(biāo)石埋設(shè)結(jié)束后，必須及時填寫點之記，以便于以后用。</p><p>　　2.3.2 實地觀測</p><p>　　

62、完成前期的測量準(zhǔn)備工作后，我們就按照事先已經(jīng)制定好的工作日程進行了測量觀測，計劃花費兩天的觀測時間進行三角觀測，從而精確確定GPS控制網(wǎng)的位置。我們對GPS控制網(wǎng)進行測量時使用的GPS信號接收機是ASHTECH公司生產(chǎn)的z-12型號機，這一款接收機設(shè)備包括三臺GPS信號接收機（即兩臺流動站和一臺基準(zhǔn)站）、相關(guān)的用于基線結(jié)算、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和控制網(wǎng)平差等相關(guān)軟件以及兩個手持計算機手簿等。我們采用三臺GPS信號接收機野外進行觀測來布設(shè)首級GPS控

63、制網(wǎng)，本網(wǎng)的布設(shè)主要是應(yīng)用GPS動態(tài)定位技術(shù)進行的。按照外業(yè)的觀測日程安排及使GPS信號接收機的觀測指標(biāo)能夠滿足測量要求。在實地測量中我們分了三個小組進行實測，在同一時段的這3個GPS控制點需要被分別定位觀測以確定其精確位置，通過通信設(shè)備觀測小組之間進行相互之間的交流和聯(lián)系。對觀測結(jié)果的定位精度，我們提高定位精度通過延長觀測時間的方法來達到預(yù)定目的，從而提高測量的質(zhì)量。</p><p>　　2.3.3 GPS測量

64、數(shù)據(jù)處理</p><p>　　經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理過程將原始的觀測數(shù)據(jù)進行處理以便得到符合精度要求的定位測量結(jié)果和獲得GPS觀測的符合精度的基線向量，并對觀測結(jié)果進行質(zhì)量檢核。數(shù)據(jù)處理的基本過程分為下面幾個階段：解算GPS觀測數(shù)據(jù)的基線向量、平差GPS基線向量網(wǎng)以及聯(lián)合平差地面網(wǎng)與GPS網(wǎng)或平差GPS網(wǎng)等。數(shù)據(jù)處理的基本流程是：數(shù)據(jù)采集→數(shù)據(jù)傳輸→數(shù)據(jù)預(yù)處理→GPS基線向量解算→GPS網(wǎng)平差。</p>

65、<p>　　2.3.3.1 數(shù)據(jù)傳輸</p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸通過配備的專用電纜將計算機和GPS信號接收機連接在一起，并通過后處理軟件傳輸觀測數(shù)據(jù)計算機中，傳輸觀測數(shù)據(jù)是在該軟件菜單中選擇傳輸數(shù)據(jù)選項后將觀測得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中的。數(shù)據(jù)分流伴隨在數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼麄€過程中，它將生成四個文件：偽距觀測值和載波相位文件、測站信息文件、UTC參數(shù)文件和電離層參數(shù)文件、星歷參數(shù)文件。在這四個數(shù)據(jù)文件中，除

66、了測站信息文件可以直接用外，其余均應(yīng)進行預(yù)處理，因為它們都是二進制的數(shù)據(jù)文件，必須將它們翻譯成可以直接識別的文件，將數(shù)據(jù)文件標(biāo)準(zhǔn)化。</p><p>　　2.3.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理</p><p>　　GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理的目的是：對觀測數(shù)據(jù)進行剔除粗差和平滑濾波檢驗；統(tǒng)一將不同類型的數(shù)據(jù)文件格式成給定的文件格式并將加工各類數(shù)據(jù)文件為標(biāo)準(zhǔn)化文件（如GPS衛(wèi)星軌道方程的標(biāo)準(zhǔn)化，觀測值文件標(biāo)準(zhǔn)化和

67、衛(wèi)星時鐘鐘差的標(biāo)準(zhǔn)化等），找出整周跳變點并對觀測值進行修復(fù)；建立合適的各種模型以對觀測值進行便改正。</p><p>　　2.3.3.3 GPS基線向量解算</p><p>　　GPS基線向量解算是對2臺及2臺以上GPS信號接收機的同步觀測值進行獨立基線向量（即坐標(biāo)差）的復(fù)雜平差計算過程。注意解算時要考慮觀測時段中由于星座變化而增加了整周未知數(shù)的問題、注意發(fā)現(xiàn)及剔除觀測數(shù)據(jù)粗差以及由于衛(wèi)星

68、信號間斷引起剔除數(shù)據(jù)等問題。</p><p>　　基線處理之后要對處理的結(jié)果進行分析和檢核，包括分析和檢核觀測值殘差，分析和檢核線GPS基長度的精度以及計算和檢核GPS基線向量環(huán)閉合差。</p><p>　　根據(jù)《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》的要求，在進行基線解算的起算點必須是已知固定的一點。因為在WGS-84坐標(biāo)系中的起算點坐標(biāo)是起算數(shù)據(jù)，因此影響GPS基線向量解算結(jié)果的精度將直

69、接受到起算點坐標(biāo)在WGS-84坐標(biāo)系中的精度影響。有經(jīng)驗知道，要想達到1ppm的相對定位精度，起算點的坐標(biāo)誤差必須小于2.5m。因此，預(yù)達到GPS信號接收機1cm（1-2）ppm的標(biāo)稱精度，在進行基線解算時，根據(jù)相關(guān)規(guī)定起算點坐標(biāo)的絕對誤差必須小于等于20m。從而，為了使測量精度在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，我們選擇了3個與30號控制點相關(guān)的最佳觀測時段，并對30號控制點的觀測采取了延長觀測時間的措施，達到了10小時以上的連續(xù)觀測時間。從以前的經(jīng)

70、驗可知，要想使控制點最終單點定位精度的絕對誤差不超過20m（《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》的規(guī)定數(shù)據(jù)）的誤差極限。因此，在基線解算的過程中，對01、03、04三個控制點的時段觀測數(shù)據(jù)進行提前的基線解算，以便于將它們作為基線解算和控制網(wǎng)平差的起算點。表2-6是控制點經(jīng)過計算機處理后得到的在WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)下的大地坐標(biāo)。</p><p>　　表2-6 控制點的大地坐標(biāo) </p>

71、<p>　　每個觀測時段進行基線解算是通過坐標(biāo)的傳遞實現(xiàn)的，并對觀測結(jié)果進行了初步評定，分析論證是否滿足規(guī)范規(guī)定的精度指標(biāo)。表2-7是各個時段基線解算的結(jié)果。</p><p>　　表2-7 基線解算結(jié)果表</p><p>　　基線處理之后要對其結(jié)果進行分析和檢核，檢核成果是否符合規(guī)范要求和調(diào)度命令。這需要我們對觀測數(shù)據(jù)進行質(zhì)量分析后才能得出觀測數(shù)據(jù)是否符合實際。然后進行必要的

72、檢核，包括每個時段同步觀測數(shù)據(jù)的檢核，重復(fù)觀測邊的檢核，同步觀測環(huán)的檢核，異步觀測環(huán)的檢核以及GPS同一基線向量成果互差檢驗和同步環(huán)閉合差檢核。</p><p>　　1. 每個時段同步觀測數(shù)據(jù)的檢核</p><p>　?。?）數(shù)據(jù)剔除率的檢核：數(shù)據(jù)剔除率就是觀測的剔除個數(shù)與應(yīng)該獲取的觀測個數(shù)之比。同一時段的觀測值數(shù)據(jù)剔除率必應(yīng)超過10%。</p><p>　?。?）

73、對于處理模式使用的是單基線處理模式時，而且基線解算采用同一種數(shù)學(xué)模型，其同步觀測時段中任一三邊同步環(huán)的全長相對閉合差和坐標(biāo)分量相對閉合差必須滿足表2-8的限差規(guī)定。</p><p>　　表2-8 環(huán)線全長相對閉合差限差及同步坐標(biāo)分量限差（D×）</p><p>　　2. 重復(fù)觀測邊的檢核</p><p>　　對同一條基線邊進行多個時段的觀測時將會得到多個

74、邊長的觀測結(jié)果。根據(jù)《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》的規(guī)定，任意二個時段的重復(fù)觀測邊的成果互差必須小于相應(yīng)等級規(guī)定等級規(guī)定等級的倍。</p><p>　　由于測量所用GPS信號接收機的標(biāo)稱精度為1cm2ppm，因此，有已得的觀測數(shù)據(jù)可以計算出《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》和同一基線成果的最大互差的允許誤差值。具體同一基線不同時段的觀測結(jié)果滿足的要求見表2-9。</p><p>

75、;　　表2-9 基線解算成果檢核表</p><p>　　3. 同步觀測環(huán)的檢核</p><p>　　當(dāng)多臺接收機同步對閉合環(huán)中的各邊進行觀測時，閉合環(huán)的閉合差由于各邊并不獨立而一定為零。但是由于所用的處理軟件和處理模型本身存在的不足，使得這種同步環(huán)的實際閉合差并不一定為理論閉合差零。但由于其數(shù)值較小，這對定位結(jié)果不會產(chǎn)生大的影響影響。根據(jù)《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》的要求，在同

76、一觀測時段進行觀測的多于兩臺GPS信號接收機的各個GPS基線向量的同步觀測時間必須超出觀測時間的80%。其同步觀測閉合差精度指標(biāo)計算式見式2-1:</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　σ：網(wǎng)中相鄰點間的距離中誤差(mm)；</p><p>　　a：固定誤差(mm)；</p><p>　　b

77、：比例誤差(ppm),其中b取2；</p><p>　　D：相鄰點間的距離(km)。</p><p>　　一般地，三邊同步環(huán)中前兩邊的代數(shù)和之差與第三邊的處理結(jié)果必須滿足一定的限差，見式2-2。</p><p>　　即： (2-2)</p><p>　　式中：σ為相應(yīng)級

78、別的規(guī)定中誤差（按平均變長計算）。</p><p>　　所有閉合環(huán)的分量閉合差必須小于等于·σ，而環(huán)閉合差ω必須滿足下式子2-3。</p><p>　　ω＝﹙ωx²＋ωy²＋ωz²﹚½≤·σ。 (2-3)</p><p>　　利用隨機軟件計算得到的

79、同步環(huán)閉合差結(jié)果見表2-10。</p><p>　　表2-10 同步環(huán)閉合差</p><p>　　分析上表可知，所有觀測數(shù)據(jù)都可以滿足相應(yīng)規(guī)范規(guī)定的限差。</p><p>　　4. 異步觀測環(huán)檢核</p><p>　　無論采用單基線模式還是多基線模式解算基線，在整個GPS網(wǎng)中都應(yīng)選取一組完全獨立的基線構(gòu)成獨立環(huán)，各獨立環(huán)的坐標(biāo)分量閉合差和全

80、長閉合差必須滿足一定的限差，具體式子見2-4。</p><p>　　即： (2-4)</p><p>　　2.3.4 GPS網(wǎng)平差</p><p>　　進行GPS網(wǎng)平差前必須提取基線向量，構(gòu)建GPS基線向量網(wǎng)。進行基線向量網(wǎng)的平差計算之前，基線向量檢核必須合格，從

81、而求得各個GPS網(wǎng)點之間的相對坐標(biāo)差值，根據(jù)基準(zhǔn)點坐標(biāo)值便可求得待定點GPS的坐標(biāo)值。GPS網(wǎng)平差根據(jù)平差時采用的觀測值和起算數(shù)據(jù)的類型和數(shù)量，將分為無約束網(wǎng)平差，約束網(wǎng)平差，地面網(wǎng)和GPS網(wǎng)的聯(lián)合平差三種類型。無約束網(wǎng)平差只需提供必要的起始數(shù)據(jù)即可按間接平差方法步驟進行平差計算的平差方法，其平差結(jié)果為WGS-84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。我們常說的約束網(wǎng)平差就是以國家大地坐標(biāo)系中某些已知點的坐標(biāo)、方位角和邊長作為約束條件，依次為起始條件進行平

82、差后得到國家統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)中結(jié)果的一種平差方法。而我們常說的聯(lián)合平差則是將GPS基線向量觀測值和地面常規(guī)觀測值距離、方向、高差等一并進行平差計算得到在地方坐標(biāo)系或國家大地坐標(biāo)系下的平差結(jié)果的平差方法。</p><p>　　由于無約束網(wǎng)平差注重考慮GPS網(wǎng)本身的內(nèi)部符合精度、考察基線向量之間有無明顯的系統(tǒng)誤差和粗差，同時為GPS點提供大地高稱數(shù)據(jù)，便于聯(lián)合相關(guān)的正常高程數(shù)據(jù)以求出GPS點的正常高程，且在控制網(wǎng)平差前無

83、需考慮觀測數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問題。因此，我們選用了無約束網(wǎng)平差方法。在制定觀測計劃時，必須考慮控制網(wǎng)平差的固定點精度問題。經(jīng)過分析研究，我們將03號點作為GPS控制網(wǎng)平差的起算點，并對其進行了連續(xù)觀測，最終得到符合精度的控制點平差值。下面是各個控制點平差后的WGS-84坐標(biāo)及各個觀測值的改正數(shù)。見表2-11。</p><p>　　表2-11 各控制點平差后的WGS-84坐標(biāo) </p><

84、p>　　GPS控制網(wǎng)平差后也將會得到一系列的控制網(wǎng)基線向量的平差改正數(shù)。表2-12是基線向量的相關(guān)改正數(shù)。</p><p>　　表2-12 控制網(wǎng)基線向量平差改正表</p><p>　　控制網(wǎng)平差后需進行GPS基線向量網(wǎng)的精度分析。分析上表并與相關(guān)規(guī)范比對知道評查結(jié)果符合精度要求。</p><p>　　2.3.5 GPS定位成果的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換</p>

85、<p>　　由于GPS得到的定位成果屬于WGS-84坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)，而實際應(yīng)用的測量成果往往是屬于某一國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系，因此，必須將得到的控制點在WGS-84坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為測區(qū)采用的北京-54坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)和北京-54橢球下的高斯投影平面坐標(biāo)(X,Y)。根據(jù)控制點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換結(jié)果表達方式的不同將坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法分為兩種 ：</p><p>　　（1）WGS-84大地坐標(biāo)→WGS-8

86、4空間直角坐標(biāo)→北京-54空間直角坐標(biāo)→高斯平面直角坐標(biāo)。</p><p>　　（2）WGS-84大地坐標(biāo)→WGS-84橢球高斯坐標(biāo)→北京-54橢球高斯坐標(biāo)→北京-54大地坐標(biāo)。</p><p>　　在實際應(yīng)用中我們選擇了更為簡單的第一種方法。主要過程：在WGS-84坐標(biāo)的橢球參數(shù)和測區(qū)所用的北京-54橢球參數(shù)已知的情況下，在兩個坐標(biāo)系之間聯(lián)測控制點計算轉(zhuǎn)換參數(shù)，選擇經(jīng)度L=119

87、6;30′00″作為高斯投影的中央子午線?？刂泣c坐標(biāo)在不同坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)見表2-13。 </p><p>　　表2-13 控制點坐標(biāo)表</p><p>　　由以上聯(lián)測控制點的不同坐標(biāo)結(jié)果，就可以在WGS-84高斯平面直角坐標(biāo)系和北京-54平面直角坐標(biāo)系之間通過四參數(shù)轉(zhuǎn)換的方法計算得到控制點在北京-54平面直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。四參數(shù)包括坐標(biāo)原點的平移量（Δx，Δy）、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度（θ

88、）、比例縮放因子（m）。運用下式2-5通過同一點的坐標(biāo)值進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)計算。</p><p>　　(2-5) </p><p>　　通過兩個同一控制點兩個不同坐標(biāo)系間的數(shù)據(jù)進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)的計算，并應(yīng)用第三個點進行檢核，分析是否滿足參數(shù)轉(zhuǎn)換的精度要求；計算四個轉(zhuǎn)換參數(shù)時，我們還可以通過最小二乘的方法，然后直接計算三個聯(lián)測控制點坐標(biāo)得到。而在實際的測量中，在計算四個轉(zhuǎn)

89、換參數(shù)時我們常常應(yīng)用了末者，如果（a，b，c，d）是假定的四個轉(zhuǎn)換參數(shù)，那么下面是計算公式2-6：</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　通過計算得到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)為:</p><p>　　a=1.00000138</p><p>　　b=3.87349087</p><p

90、>　　c=26382.389</p><p>　　d=31980.294</p><p>　　算出坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)后就可以計算其余控制點在北京-54坐標(biāo)系下的高斯平面直角坐標(biāo)，表2-14是計算結(jié)果。</p><p>　　表2-14 北京-54平面直角坐標(biāo)表 </p><p>　　坐標(biāo)轉(zhuǎn)換完成后，就可以在WGS-84大地坐標(biāo)系與地方坐標(biāo)系

91、之間及北京-54高斯平面直角坐標(biāo)系之間建立關(guān)系，這樣我們就完成了采用靜態(tài)定位對首級控制網(wǎng)的布設(shè)。</p><p>　　2.4 采用GPS動態(tài)定位技術(shù)加密首級平面控制網(wǎng)</p><p>　　我們對平面首級網(wǎng)進行加密時，我們采用了載波相位測量模式的GPS動態(tài)定位技術(shù)進行了控制網(wǎng)的加密工作，定位數(shù)據(jù)通過電臺實時地傳送到接收機中，基線向量在進行解算時，我們采用的是差分方法，然后再結(jié)合已知基準(zhǔn)站在W

92、GS-84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)和相應(yīng)的已知坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)，從而經(jīng)過一系列的計算就可以得到待定點在WGS-84坐標(biāo)和地方坐標(biāo)系下的平面直角坐標(biāo)，這種方法也稱為實時動態(tài)定位技術(shù)（Real Time Kinematic-RTK)。</p><p>　　根據(jù)《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》的要求及現(xiàn)場勘測的情況，我們在每700-800m左右的距離上簡單的做了標(biāo)記，然后在首級控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上布設(shè)二級控制點。至于我們在加密平面控

93、制網(wǎng)時，我們則是應(yīng)用GPS靜態(tài)定位技術(shù)進行加密的。考慮到控制點之間的通視條件及便于用全站儀進行數(shù)據(jù)采集和路線放樣，我們沿路線全線加密的二級控制點數(shù)目總共是42個。由于應(yīng)用GPS動態(tài)定位技術(shù)在進行公路測量時的測量情況在《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》中并沒有對其作相應(yīng)的明確規(guī)定。這就使在進行公路工程測量時，更多的是依據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗及其靜態(tài)觀測數(shù)據(jù)對動態(tài)定位精度進行檢驗。進行動態(tài)定位時，在觀測時段內(nèi)應(yīng)有4顆以上分布良好的GPS衛(wèi)星可供觀測

94、，并且在觀測時段內(nèi)，流動站接收機所觀測的衛(wèi)星必須是連續(xù)觀測的沒有失鎖的，一旦若有失鎖現(xiàn)象出現(xiàn)，必須在失鎖后的站點上延長觀測時間，一般可以延長數(shù)分鐘即可，并且，流動站與基準(zhǔn)站之間的距離一般不超過20km。</p><p>　　2.4.1 建立基準(zhǔn)站</p><p>　　通常完整的基準(zhǔn)站需要具備一臺GPS信號接收機、電臺和發(fā)射天線等特定配套設(shè)備。在進行動態(tài)定位測量的過程中，二級控制網(wǎng)基準(zhǔn)站定位

95、數(shù)據(jù)的起算點坐標(biāo)必須是在WGS-84坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，并且因為其是坐標(biāo)起算時的起算數(shù)據(jù)，因此它的點位坐標(biāo)精度將很大程度地影響到加密控制網(wǎng)的精度。因此，我們加密時的基準(zhǔn)點一般都要首選首級控制網(wǎng)的高精度的控制點坐標(biāo)，并且，我們很多時候選擇的數(shù)據(jù)還是地勢較高的控制點作為基準(zhǔn)點，這是為了在傳輸數(shù)據(jù)時更加的方便可行。我們在進行野外測量時，通過實地踏勘分析論證后得出了，選擇04號點即耗山作為測區(qū)的前半部分基準(zhǔn)站。確定好基準(zhǔn)站的位置后，我們選擇了一個合

96、適的位置安置儀器設(shè)備，并且對GPS信號接收機的動態(tài)定位模式是通過手持計算機進行設(shè)置的，設(shè)置后我們將已知基準(zhǔn)站的位置在WGS-84坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值輸入到GPS信號接收機中，檢查沒有什么大問題后，按下相應(yīng)設(shè)置按鈕即可以將該控制點上的GPS信號接收機的點位設(shè)置為基準(zhǔn)站。而接收機的工作實質(zhì)上就是實時地將其接收到的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備傳送到流動站上的手持計算機中。</p><p>　　2.4.2 設(shè)置流動站<

97、/p><p>　　所謂流動站就是將基準(zhǔn)站上接收機能夠觀測的所有衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)和衛(wèi)星發(fā)送來的定位信息同時發(fā)送到地面移動的接收機中，然后實時地通過流動站上接收機的特定數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)解算出基線向量，再結(jié)合坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時必須用到的已知轉(zhuǎn)換參數(shù)，計算待定點的高斯平面直角坐標(biāo)在地方坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值。手持計算機則是通過電臺接收基準(zhǔn)站傳來的定位信息，然后再結(jié)合流動站接收的定位數(shù)據(jù)，將這兩個來源的定位信息實時地進行聯(lián)合平差解算得到基線向量，

98、最后，再對計算結(jié)果進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)化后，我們就得到了待測點在北京-54坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。</p><p>　　因為，在這個時段內(nèi)我們可以得到的固定解精度很高結(jié)果，并且待測點的定位精度也很快地進行了收斂。所謂較佳的觀測時間段就必須滿足GPS衛(wèi)星分布的幾何強度因子小于3 h的觀測時段要求，并且還要滿足所在的觀測時段中基準(zhǔn)站與流動站之間鎖定的衛(wèi)星數(shù)目必須不得少于5顆的共同衛(wèi)星的要求。為了能夠保證重復(fù)觀測時定位數(shù)據(jù)的不相關(guān)性要求

99、，在每一個待定點進行觀測前，都必須先初始化處理流動站的數(shù)據(jù)，并且需要建立連接這些數(shù)據(jù)的新通道，這是便于過濾掉以前接收到的無用的定位數(shù)據(jù)。一般重復(fù)5次定位觀測，并且觀測之間的坐標(biāo)差必須小于1cm，否則，要重新初始化處理流動站數(shù)據(jù)，循環(huán)往復(fù)直至得到滿足限差的觀測數(shù)據(jù)值為止。</p><p>　　2.4.3 內(nèi)業(yè)處理</p><p>　　我們在進行內(nèi)業(yè)處理工作時，必須先將微機和手持計算機連接在一

100、起，并且利用隨機配備的數(shù)據(jù)處理軟件和數(shù)據(jù)下載軟件，聯(lián)機以后將外業(yè)所觀測得到的測量數(shù)據(jù)下載到計算機中，然后在室內(nèi)進行專業(yè)的數(shù)據(jù)處理工作。因為觀測得到的數(shù)據(jù)因采集方式或別的因素的原因，使測量數(shù)據(jù)往往有WGS-84大地坐標(biāo)和地方高斯平面直角坐標(biāo)兩種表示形式。因此，預(yù)得到高斯平面直角坐標(biāo)，我們可以通過直接實地觀測得到，即采用普通大地測量方法得到或?qū)討B(tài)觀測數(shù)據(jù)即采用遙感等現(xiàn)代前言技術(shù)進行事后處理計算得到。</p><p>

101、;　　2.5 GPS動態(tài)測量技術(shù)可行性分析</p><p>　　我們在進行野外測量的過程中，我們采用了動態(tài)定位測量技術(shù)對沿線已有的一級導(dǎo)線控制點進行測量定位，這樣以便于分析利用GPS動態(tài)定位技術(shù)加密平面控制點的精度。精度比較結(jié)果見表2-15</p><p>　　表2-15 動態(tài)定位結(jié)果與城市一級控制點比較結(jié)果表 </p><p>　　分析上表中的定位測量數(shù)

102、據(jù)及結(jié)合《公路勘測規(guī)范》對定位精度的要求，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用動態(tài)定位技術(shù)解算的基線距離與城市一級控制點基線間的距離差值符合限差的要求。因此，我們分析上面的表格可以得出如此的結(jié)論：我們在對首級平面控制網(wǎng)進行加密控制時可以采用GPS動態(tài)定位技術(shù)來達到。</p><p>　　2.6 GPS靜態(tài)定位技術(shù)布設(shè)水準(zhǔn)控制網(wǎng)</p><p>　　因為如果得到的基線向量是應(yīng)用GPS靜態(tài)相對定位技術(shù)得到的，那么平差處理

103、后得到的大地高可以達到很高的精度。因此，若網(wǎng)中有一點或多點具有精確的WGS-84坐標(biāo)系下的大地高時，則在GPS網(wǎng)平差后，可以求得高精度的WGS-84大地高。但在實際應(yīng)用中常常應(yīng)用的是正常高，這就要求找出GPS點的大地高與正常高的關(guān)系，并選擇合適的模型進行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　GPS測量結(jié)果是在WGS-84坐標(biāo)系下進行的，因此，所得得高程值也應(yīng)該為相對于WGS-84坐標(biāo)系下大大地高，通常記為H。我們習(xí)慣上把高

104、程系統(tǒng)的高程基準(zhǔn)選擇的是參考橢球面的高程系統(tǒng)稱為大地高高程系統(tǒng)，在這個高程系統(tǒng)中我們把沿地面某點的橢球面法線到橢球面的距離稱為該點的大地高。</p><p>　　在現(xiàn)實中的工程測量實踐中，我們常常采用的是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的正常高高程系統(tǒng)，記為。由于，正常高是以可以精確確定并且具有明確的物理意義的似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)，從而得到了非常廣泛的應(yīng)用。似大地水準(zhǔn)面與橢球面之間的差距稱為高程異常值。、H、之間的

105、關(guān)系如下式：</p><p>　　=H— (2-7)</p><p>　　由上式可以知道，研究GPS高程有下面兩方面的意義：</p><p>　?、倬_求得GPS點的正常高；</p><p>　?、诰_求定似大地水準(zhǔn)面。</p

106、><p>　　因此，可以知道，若某一點的高程異常值是事先知道的，我們就可以很方便地將該點的GPS大地高轉(zhuǎn)換為更為常用的正常高高程。但實際上，要活的高精度的高程異常值并非易事，而且GPS單點定位誤差又較大。一般地，測區(qū)內(nèi)高精度的GPS基準(zhǔn)點很少。因此，GPS網(wǎng)平差后，要想得到高精度的大地高H就很難辦到。所以，上式在實際中并不實用。要精確確定各GPS點的正常高，目前主要應(yīng)用的是GPS三角高程、GPS重力高程和GPS水準(zhǔn)等