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1、测绘工程毕业论文-GPS在公路工程测量中的应用 摘 要数字化测图是近几年随着计算机地面测量仪器数字化测图软件的应用而迅速发展起来的全新内容已广泛应用于测绘生产水利水电工程土地管理城市规划环境保护和军事工程等部门并被广大用户所接受而GPS做为数字化测绘的先进技术应用于公路测量则是公路外业勘测的一项重大技术革命其应用及开发的前景十分广阔尤其是实时动态 RTK 定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力本文从GPS卫星定位系统的概述入手先介绍了GPS卫星定位技术的原理和接着列举实例对GPS在公路测量中的应用及其对公路勘测的巨大推进作用做了详述主要是对孝义市市区北外环公路控制网的测绘过程做了详细介绍最后
2、对GPS技术在公路测量中的应用前景做了展望关键词 GPS全球卫星定位系统 GPS控制网 RTKAbstractThe digitized mapping is in recent years along with the computer the ground survey instrument the brand-new content which but the digitized mapping software application develops rapidlyHas widely applied in departments and so on mapping producti
3、on water conservation water and electricity project land management urban planning environmental protection and military engineering and is accepted by the user community But GPS does for the digitized mapping vanguard technology applies in the highway surveying is a significant technological revolu
4、tion which the road field operation surveys its application and the development prospect is extremely broad The real-time dynamic RTK localization technology is in particular containing the huge technical potential in the highway surveying This article from GPS satellite positioning system outline o
5、btaining introduced first the GPS satellite positioning technology principle and the work regulations then enumerated the example which surveyed to the road have made the specification to GPS in the highway surveying application and the huge advancement functionMainly was the outer ring road control
6、 net mapping process has made the detailed introduction to the fidelity city urban district north finally has made the forecast to the GPS technology in the highway surveying application prospectKey word The Global Positioning System GPS control net RTK目 录第一篇 GPS在公路工程测量中的应用1第一章 绪论1第一节 GPS卫星定位系统的产生发展
7、及应用前景1第二节 GPS定位技术的应用现状3第三节 我国GPS定位技术的发展和应用4一我国GPS定位技术的发展4二我国GPS定位技术的应用5第二章 GPS卫星全球定位系统7第一节 GPS卫星定位系统概论7一GPS系统简介7二GPS卫星定位原理9三GPS卫星的导航定位信号13四GPS信号接收机14第二节 GPS系统的应用17一GPS系统能够实施全球性全天时全天候的连续不断的三维导航定位测量17二GPS信号能够用于运动载体的七维状态参数和三维姿态参数17三GPS卫星能够为陆地海洋和空间广大用户提供高精度多用途的导航定位服务17第三章 GPS在公路测量中的应用及实例分析19第一节 GPS在公路测量
8、中应用趋势及相关技术19第二节 实例分析孝义市市区北外环公路控制网的测绘20一测区概述20二工程概况20三测量工作的总体方案21四GPS网的外业观测26五用RTK技术进行控制测量32总 结42第二篇 三度带六度带的坐标转换44第一节 简述44第二节 研究目的46第三节 程序设计48参考文献64英文资料65致 谢72第一篇 GPS在公路工程测量中的应用第一章 绪论 第一节 GPS卫星定位系统的产生发展及应用前景 20世纪60年代第一代卫星导航定位系统子午卫星系统Transit正式建成并投入军用该系统采用多普勒测量的方法进行导航和定位由于其存在的种种局限性由美国国防部等多家机构组成的联合工作办公室
9、JPO提出了一个综合性方案GPS系统并于20世纪90年代建成并投入运行该系统是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统它具有全能性全球性全天候连续性和实时性的精密三维导航与定位功能而且具有良好的抗干扰性和保密性GPS系统现代化更新阶段2000-2010根据1996年美国的总统决定建立了国防部和交通部组成的联合管GPS事务局IGEB在IGEB的主持下于19971998年期间讨论了增加GPS民用信号从而改进民用和商用目的的GPS状况并与空军已经开始的计划相结合形成了更新GPS运行要求的文献ORDOperational Requirements Document其内容即为目前的GPS现代化计划并于199
10、9年1月由美国副总统戈尔以GPS现代化的名称发布通告其具体实施是以2000年5月2日取消SA政策为标志GPS现代化的主要目的有三点保护美国及其盟军的军用服务防止敌方使用保持并增强民用服务GPS发展进程时间一览表1957年10月4日第一颗人造卫星 Sputnik I 发射成功1958年12月 开始设计 NNSS Navy Navigation SatellitSystem TRANSIT即子午卫星系统1964年1月该系统正式运行1967年7月TRANSIT系统解密以供民用1973年12月美国国防部批准研制GPS1978年2月22日第1颗GPS试验卫星发射成功1989年2月14日第1颗GPS工作卫
11、星发射成功1991年海湾战争中GPS首次大规模用于实战1992年IGS成立International GPS Service国际GPS服务机构1995年7月17日GPS达到FOC 完全运行能力Full Operational Capability1999年1月25日美国副总统戈尔宣布将斥资40亿美圆进行GPS现代化1999年8月2122日GPS发生GPS周结束翻转问题2000年1月1日Y2K问题2000年5月1日美国总统克林顿宣布GPS停止实施SA第二节 GPS定位技术的应用现状如人们所说GPS的应用仅受人们的想象力制约GPS问世以来已充分显示了其在导航定位领域的霸主地位许多领域也由于GPS的
12、出现而生革命性变化目前几乎全世界所有需要导航定位的用户都被GPS的高精度全天候全球覆盖方便灵活和优质价廉所吸引GPS应用于测量GPS技术给测绘界带来了一场革命利用载波相位差分技术RTK在实时处理两个观测站的载波相位的基础上可以达到厘米级的精度与传统的手工测量手段相比GPS技术有着巨大的优势 测量精度高 操作简便仪器体积小便于携带 全天候操作观测点之间无须通视测量结果统一在WGS84坐标下信息自动接收存储减少繁琐的中间处理环节 当前GPS技术已广泛应用于大地测量资源勘查地壳运动地籍测量等领域 GPS应用于交通出租车租车服务物流配送等行业利用GPS技术对车辆进行跟踪调度管理合理分布车辆以最快的速度
13、响应用户的乘车或送请求降低能源消耗节省运行成本 GPS在车辆导航方面发挥了重要的角色在城市中建立数字化交通电台实时发播城市交通信息车载设备通过GPS进行精确定位结合电子地图以及实时的交通状况自动匹配最优路径并实行车辆的自主导航 民航运输通过GPS接收设备使驾驶员着陆时能准确对准跑道同时还能使飞机紧凑排列提高机场利用率引导飞机安全进离场GPS应用于救援利用GPS定位技术可对火警救护警察进行应急调遣提高紧急事件处理部门对火灾犯罪现场交通事故交通堵塞等紧急事件的响应效率特种车辆如运钞车等可对突发事件进行报警定位将损失降到最低 有了GPS的帮助救援人员就可在人迹罕至条件恶劣的大海山野沙漠对失踪人员实施
14、有效的搜索拯救装有GPS装置的渔船在发生险情时可及时定位报警使之能更快更即使地获得救援GPS应用于农业当前发达国家已开始把GPS技术引入农业生产即所谓的精准农业耕作该方法利用GPS进行农田信息定位获取包括产量监测土样采集等计算机系统通过对数据的分析处理决策出农田地块的管理措施把产量和土壤状态信息装入带有GPS设备的喷施器中从而精确地给农田地块施肥喷药通过实施精准耕作可在尽量不减产的情况下降低农业生产成本有效避免资源浪费降低因施肥除虫对环境造成的污染GPS应用于娱乐消遣随着GPS接收机的小型化以及价格的降低GPS逐渐走进了人们的日常生活成为人们旅游探险的好帮手通过GPS人们可以在陌生的城市里迅速
15、地找到目的地并且可以最优的路径行驶野营者携带GPS接收机可快捷地找到合适的野营地点不必担心迷路甚至一些高档的电子游戏也使用了GPS仿真技术70年代后期有关单位在从事多年理论研究的同时引进并试制成功了各种人造卫星观测仪器 1980年国家大地坐标系进行了南海群岛的联测80年代初我国一些院校和科研单位已开始研究GPS技术十多年来我国的测绘工作者 GPS定位基础理论研究和应用开发方面作了大量工作80年代中期我国引进GPS接收机并应用于各个领域同时着手研究建立我国自己的 GPS接收机拥有量约在 4万台左右其中测量类约500700台航空类约几百台航海类约3万多台车载类数千台 GPS技术在我国各行业中应用的
16、广泛性GPS技术开展国际联测建立全球性大地控制网提供高精度的地心坐标测定和精10多个单位30多台GPS双频接收机参加革命992年全国GPS定位GPS网点地心坐标精度优于02M点间位置精度优于10-8在我国建成了平均边长约100KM的GPS A级网提供了亚米级精度地心坐标基准此后在A级网的基础上我国又布设了边长为此30100KM的B级网全国约2500个点AB级GPS网点GPS联测使海岛与全国GPS静态相对定位技术布设精密工程控制网用于城市和矿区油田地面沉降监测GPS实时动态定位RTK测绘各种比例尺地形图和用于施工放样GPS技术进行航测外业控制测量航摄飞行导航机载 GPS航测等航测成图的各个阶段G
17、PS技术用于全球板块运动监测和区域板块运动监测我国已开始用兵GPS技术 GPS形变监测网等GPS技术已经用于海洋测量水下地形测绘GPS测量规范已于己于人1992年10月1日起实施GPS技术的 GPS静态定位和高动态高精度GPS跟踪站进行对GPS GPS定位测量提供观测数据和精密星历服务致力于我国自主的广域差 GPSWADGPS方案的建立参与全球导航卫星系统GNSS和GPS增强系统WAAS GPS接收机GPS技术的应用正向更深层次发展GPS技术的应用与发展1995年成立了中国GPS协会协会下设四个专业委员会 GPS应用技图2-1 GPS卫星轨道图GPS卫星系列参数情况见下表2-1表2-1 GPS
18、卫星系列的主要技术参数及发射情况指标类型Block Block Block ABlock R重量Kg5007749871075功率 W 4007107001036铯钟数1220铷钟数2223设计寿命年5737810首次发射时间comcomcomcom已发射数量119199GPS的地面控制系统 对于卫星大地测量而言GPS卫星是以一种动态已知点描述卫星及其轨道参数称为卫星星历每颗卫星的星历由地面监控系统提供另外卫星入轨运动后它的健康状况如何也需地面设备进行监测和控制地面监控系统包括一个主控站三个注入站和五个监控站主控站拥有以大型计算机为主体的数据收集计算传输诊断等设备它的主要功能是收集各监测站测得
19、的距离和距离差气象要素卫星时钟和工作状况的数据监测站自身的状态数据等根据收集的数据及时计算每颗GPS卫星的星历时钟改正状态数据以及信号的大气传播改正并按一定格式编制成导航电文传送到注入站监控整个地面监控系统是否工作正常检验注入卫星的导航电文是否正确监测卫星是否将导航电文发出调度备用卫星替代失效的工作卫星将偏离轨道的卫星拉回到正常轨道位置监控站是为主控站编算导航电文提供观测数据每个监测站均用GPS信号接收机测量每颗可见卫星的伪距和距离差采集气象要素等数据并将它们发送给主控站图2-2 GPS 组成部分示意图二GPS卫星定位原理一概述测量学中有测距交会确定点位的方法与其相似无线电导航定位系统卫星激光
20、测距定位系统其定位原理也是利用测距交会的原理确定点位就无线电导航定位来说设想在地面上有三个无线电信号发射台其坐标为已知用户接收机在某一时刻采用无线电测距的方法分别测得了接收机至三个发射台的距离d1d2d3只需以三个发射台为球心以d1d2d3为半径作三个定位球面即可交会出用户接收机的空间位置如果只有两个无线电发射台则可根据用户接收机的概略位置交会出接收机的平面位置这种无线电导航定位是迄今为止仍在使用的飞机轮船的一种导航定位方法近代卫星大地测量中的卫星激光测距定位也是应用了测距交会定位的原理和方法虽然用于激光测距的卫星表面上安装有激光反射棱镜是在不停的运动中但总可以利用固定于地面上三个已知点上的卫
21、星激光测距仪同时测定某一时刻至卫星的空间距离d1d2d3应用测距交会的原理变可确定该时刻卫星的空间位置如此可以确定三颗以上卫星的空间位置如果在第四个地面点上坐标未知也有一台卫星激光测距仪同时参与测定了该点至第三颗卫星点的空间距离则利用所测定的三个空间距离可以交会出该地面点的位置将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上组成一颗卫星定位导航系统应用无线点测距交会的原理便可由三个以上地面已知点控制点交会出卫星的位置反之利用三颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点用户接收机的位置这便是GPS卫星定位的基本原理GPS卫星发射测距信号和导航电文导航电文中含有卫星的位置信息用户用GPS接收机在某一时刻同时
22、接收三颗以上的卫星信号测量出测站点接收机天线中心P至三颗以上卫星的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标据此利用距离交会法解算出测站P的位置如下图所示设在时刻ti 在测站点P用GPS接收机同时测得P点至三颗GPS卫星S1S2S3的距离123通过GPS电文解译出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为XjYjZjj 123用距离交会的方法求解P点的三维坐标XYZ的观测方程为下式2-1 2-1图2-3 GPS卫星定位示意图在GPS定位中GPS卫星是高速运动的卫星其坐标值随时间在快速变化着需要实时地由GPS卫星信号测量出测站至卫星之间的距离实时地由卫星的导航电文解算出卫星的坐标值并进行测站点的定位依据测
23、距的原理其定位原理与计算方法主要有伪距法定位载波相位测量定位以及差分GPS定位等对于待定点来说根据运动状态可以将GPS定位分为静态定位和动态定位静态定位指的是对于固定不动的待定点将GPS接收机置于其上观测数分钟乃至更长的时间以确定该点的三维坐标又叫绝对定位若以两台GPS接收机分别置于两个固定不变的待定点上则通过一定时间的观测可以确定两个待定点间的相对位置又叫相对定位而动态定位则至少有一台接收机处于运动状态测定的是各观测时刻观测历元运动中的接收机的点位绝对点位或相对点位利用接收到的卫星信号测距码或载波相位均可进行静态定位实际应用中为了减弱卫星的轨道误差卫星钟差接收机钟差以及电离层和对流层的折射误
24、差的影响常采用载波相位观测值的各种线形组合即差分值作为观测值获得两点之间高精度的GPS基线向量即坐标差二伪距测量定位伪距法定位是由GPS接收机在某一时刻测出得到四颗以上GPS卫星的伪距以及已知的卫星位置采用距离交会的方法求定接收机天线所在点的三维坐标所测伪距就是由卫星发射的测距码信号到达GPS接收机的传播时间乘以光速得到的量测距离由于卫星钟接收机钟的误差以及无线电信号经过电离层和对流层中的延迟实际测出的距离与卫星到接收机的几何距离有一定的差值因此一般称量出的距离为伪距用CA码进行测量的伪距为CA码伪距用P码测出的伪距为P码伪距伪距法定位虽然一次定位精度不高P码定位误差约为10mCA码定位误差为
25、2030m但因其具有定位速度快且无多值性问题等优点仍然是GPS定位系统进行导航的最基本方法同时所测伪距又可作为载波相位测量中解决整周数不确定问题模糊度的辅助资料三载波相位测量定位利用测距码进行伪距测量是GPS定位系统的基本测距方法然而由于测距码的码元长度较大对于一些高精度应用来讲其测距精度还显的过低无法满足需要如果观测精度均取至测距码波长的百分之一则伪距测量对P码而言量测精度为30cm对CA码而言为3m左右而如果把载波作为量测信号由于载波的波长短19cm24cm所以就可达到很高的精度目前的大地型接收机的载波相位测量精度一般为12mm有的精度更高但载波信号是一种周期性的正弦信号而相位测量又只能测
26、定其不足一个波长的部分因而存在着整周数不确定性的问题使解算过程变地十分复杂在GPS信号中由于已用相位调整的方法在调制了测距码和导航电文因而接收到的载波的相位已不再连续所以在进行载波相位测量以前首先要进行解调工作设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉重新获取载波这一工作称为重建载波重建载波一般可采用两种方法一种是码相关法另一种是平方法采用前者用户可同时提取测距信号和卫星电文但用户必须知道测距码的结构采用后者用户无须掌握测距码的结构但只能获取载波信号而无法获得测距码和卫星电文四差分GPS定位差分技术很早就被人们所应用比如相对定位中在一个测站上对两个观测目标进行观测将观测值求差或在两个测站上对一个
27、目标进行观测将观测值求差或在一个测站上对一个目标进行两次观测求差其目的是消除公共误差提高定位精度利用求差后的观测值解算两观测站之间的基线向量这种差分技术已经用于静态相对定位该部分所讲述的差分GPS定位技术是将一台接收机安置在基准站上进行观测根据基准站已知精密坐标计算出基准站到卫星的距离改正数并由基准站实时地将这一改正数发送出去用户接收机在进行GPS观测的同时也接收到基准站的改正数并对其定位结果进行改正从而提高定位精度GPS定位中存在着三部分误差一是多台接收机公有的误差如卫星钟误差星历误差二是传播延迟误差如电离层误差对流层误差三是接收机固有的误差如内部噪声通道延迟多路径效应采用差分定位可完全消除
28、第一部分误差可大部分消除第二部分误差视基准站至用户的距离差分可分为单基准站差分具有多个基准站的局部区域差分和广域差分三种三GPS卫星的导航定位信号一概述GPS卫星向广大用户发送的导航定位信号均采用L22cm波段作载波而且采用扩频技术传送卫星导航电文所谓扩频是将原拟发送的几十比特速率的电文变换成发送几兆至上十兆比特速率的由电文和伪随机噪声码组成的组合码GPS卫星向广大用户发送的导航电文是一种不归零二进制码组成的编码脉冲串称之为数据码记作D其速率为50bits换言之D码的码率f 50Hz对于距离地面20000km之遥而电能紧张的GPS卫星扩频技术能够有效地将很低码率的导航电文发送给用户其方法是用很
29、低码率的数据码作为二级调制扩频第一级用50Hz的D码调制一个伪噪声码在D码调制伪噪声码以后再用它们的组合码去调制L波段的载波实现D码的第二级调制而形成向广大用户发送的已调波为了简便起见将每颗GPS卫星发送的两种已调波分别叫做第一导航定位信号和第二导航定位信号总称为GPS信号二GPS卫星的伪噪声码导航卫星向广大用户发送的导航定位信号也是一种已调波但有别于常用的无线电广播电台发送的调频调幅信号而是利用伪随机噪声码传送导航电文的调相信号1伪噪声码的定义GPS信号的调制波是卫星导航电文和伪随机噪声码的组合码称为伪噪声码2伪噪声码的生成移位寄存器是产生伪噪声码的基础电路移位寄存器不仅具有暂时存放数据和指
30、令的功能而且具有移位功能所谓移位功能是寄存器中所存放的数据可以在移位脉冲的作用下逐次向左移动或向右移动伪噪声码的产生不能用一般的移位寄存器而必须采用一种具有特殊反馈电路的移位寄存器称为最长线性移位寄存器它所产生的伪噪声码也称为m序列下图表示一个四级最长线性移位寄存器它包括4个D型触发器 D1D2D3D4 模二和反馈电路和时钟脉冲产生器图中的置1脉冲将使m序列发生器的各个触发器之初始状态均为1称为全1状态x1表示反馈到触发器D4的序列该反馈序列是触发器D1D2输出脉冲串的模二和所需要的m序列x0是从触发器D1输出的图2-4m序列发生器的方框图四GPS信号接收机一概述GPS信号接收机是GPS导航卫
31、星的用户设备是实现GPS卫星导航定位的终端仪器它是一种能够接收跟踪变换和测量GPS卫星导航定位信号的无线电设备既具有常用无线电设备的共性又具有捕获跟踪和处理卫星微弱信号的特性二GPS信号接收机的类型1按工作原理分类基于被动式定位原理的GPS卫星测量技术关键在于怎样测得GPS信号接收天线和GPS卫星之间的距离简称站星距离按测量站星距离所用测距信号之异GPS信号接收机可以分为下列几种类型 码接收机用伪噪声码和载波作测距信号 无码接收机仅用载波作测距信号 集成接收机既用GPS信号又用GLONASS信号测量站星距离2按用途分类 测地型接收机厘米级精度测后数据处理 导航型接收机米级精度实时数据处理 定时
32、型接收机专用于时间测定和频率控制3按所用载波频率多少分类用于卫星导航定位的载波是L1和L2它们的频率分别为f1 1541023MHz 157442MHZf2 1201023MHz 122760MHz按所用载波频率多少GPS信号接收机可以分成下列类型 单频接收机仅使用第一载波L1及其调制波进行导航定位测量 双频接收机同时使用多个载波及其调制波进行导航定位测量三GPS信号接收机的组成及原理1天线单元它由接收天线和前置放大器两个部件组成它的作用是将到达GPS信号接收天线的功率约为-160dBW的GPS电磁波变换成微波电信号并将如此微弱的GPS电信号予以放大为便于接收机对信号进行跟踪处理和量测对天线部
33、分有以下要求 天线与前置放大器应密封一体以保障其正常工作减少信号损失 能够接收来自任何方向的卫星信号不产生死角 有防护与屏蔽多路径效应的措施 天线的相位中心保持高度的稳定并与其几何中心尽量一致下图2-5是GPS接收机原理图 图2-5 GPS接收机原理图2接收机主机 变频器及中频放大器经过GPS前置放大器的信号仍然很微弱为了使接收机通道得到稳定的高增益并且使L频段的射频信号变成低频信号必须采用变频器 信号通道信号通道是接收机的核心部分GPS信号通道是硬软件结合的电路GPS信号通道的作用有三一是搜索卫星牵引并跟踪卫星二是对广播电文数据信号实行解扩解调出广播电文三是进行伪距测量载波相位测量及多普勒频
34、移测量 存储器接收机内没有存储器或存储卡以存储卫星星历卫星历书接收机采集到的码相位伪距观测值载波相位观测值及多普勒频移目前GPS接收机都装有半导体存储器接收机内存数据可以通过数据口传到微机上以便进行数据处理和数据保存在存储器内还装有多种工作软件如测试软件卫星预报软件导航电文解码软件GPS单点定位软件 微处理器微处理器是GPS接收机工作的灵魂GPS接收机工作都是在微机指令统一协同下进行的其主要工作步骤为接收机开机后首先对整个接收机工作状况进行自检并测定校正存储各通道的时延值接收机对卫星进行搜索捕捉卫星当捕捉到卫星即对信号进行牵引和跟踪并将基准信号译码得到GPS卫星星历当同时锁定4颗卫星时将CA码
35、伪距观测值连同星历一起计算测站的三维坐标并按预置位置更新率计算新的位置根据机内存储的卫星历书和测站近似位置计算所有在轨卫星升降时间方位和高度角根据预先设置的航路点坐标和单点定位测站位置计算导航的参数航偏距航偏角航行速度等接收用户输入信号 显示器GPS接收机都有液晶显示屏以提供GPS接收机工作信息并配有一个控制键盘用户可通过键盘控制接收机工作对于导航接收机有的还配有大显示屏在屏幕上直接显示导航的信息甚至显示数字地图 电源GPS接收机电源有两种一种为内电源一般采用锂电池主要用于RAM存储器供电以防止数据丢失另一种为外接电源这种电源常用于可充电的12V直流镉镍电池组或采用汽车电瓶当用交流电时要经过稳
36、压电源或专用电源交换器第二节 GPS系统的应用一GPS系统能够实施全球性全天时全天候的连续不断的三维导航定位测量在20000KM高空的GPS卫星从地平线升起至没落可以近乎无干扰地通过大气层而到达地面每一个用户在任何地方都能够同时接收到来自4-12颗GPS卫星导航定位信号用以测定他的实时点位和其他状态参数实现全球性全天时的连续不断的导航定位二GPS信号能够用于运动载体的七维状态参数和三维姿态参数GPS卫星发送的导航定位信号不仅携带着内容丰富的导航电文而且调制着各个用于测量距离的伪随机噪声码换言之GPS信号的两个载波两个伪噪声码和导航电文为运动载体的多参数和广用途测量提供了丰富的数据载体三GPS卫
37、星能够为陆地海洋和空间广大用户提供高精度多用途的导航定位服务一GPS技术的陆地应用各种车辆的行驶状态监测旅游者或者旅游车的景点导游应急车辆的快速引行和探寻大气物理监测地球物理资源勘探工程建设的施工放样测量大型建筑和煤气田的沉降监测陆地海洋大地测量基准的测定二GPS技术的海洋应用远洋船舶的最佳航线测定远洋船队在途航行的实时调度和监测海洋救援的探寻和定点测量海洋油气平台的就位和复位测定水文测量海岸地形的精细测量海底大地测量控制网的布设三GPS技术的航空应用民航飞机的在途自主导航航空救援的探寻和定点测量机载地球物理勘探飞机探测灾区大小和标定测量摄影和遥感飞机的七维状态参数和三维姿态参数测量四GPS技
38、术的航天应用低轨通讯卫星群的实时轨道测量卫星入轨和卫星收回的实时点位测量载人航天器的在轨防护探测对地观测卫星的七维状态参数和三维姿态参数测量五GPS技术能够达到毫米级的静态定位精度和厘米级的动态测量精度近年来美国的试验表明对于3000km以内的站间距离GPS相对定位数据经过精细的处理可达到5mm1E-8D距离精度3cm左右的三维位置精度GPS卫星星历情况见下表表2-2 IGS提供的GPS卫星星历情况星历类型卫星轨道精度卫星时钟精度采样间隔获取时间更新时间最终星历 5 cm01 ns15 min13day1 week快速星历5 cm02 ns15 min17 hour1 day预报星历25 cm
39、5 ns15 minReal timeTwice daily第三章 GPS在公路测量中的应用及实例分析第一节 GPS在公路测量中应用趋势及相关技术随着我国国民经济的快速增长的西部大开发的实施我国的高等级公路建设迎来前所末有的发展机遇这就对勘测设计提出了更高的要求随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展公路设计已实现CAD化有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持建立勘测设计施工后期管理一体化的数据链减少数据转抄输入等中间环节是公路勘测设计内外业一体化的要求也是影响高等级公路设计技术发展的瓶颈所在目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制作业强度
40、大且效率低大大延长了设计周期勘测技术的进步在于设备引进和技术改造在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选当前用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测理为勘测阶段测绘带状地形图路线平面纵面测量提供依据在施工阶段为桥梁隧道建立施工控制网这仅仅是GPS在公路测量中应用的初级阶段其实公路测量的技术潜力蕴于RTK 实时动态定位 技术的应用之中RTK技术在公路工程中的应用有着非常广阔的前景实时动态 RTK 定位技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS RTDGPS 技术它是GPS测量技术发展的一个新突破在公路工程中有广阔的应用前景众所周知无论静态定位还是准动态定位等定位模式由于数据处理滞后所以无
41、法实时解算出定位结果而且也无法对观测数据进行检核这就难以保证观测数据的质量在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性这样一来就降低了GPS测量的工作效率实时动态定位 RTK 系统由基准站和流动站组成建立无线数据通讯是实时动态测量的保证其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点安置一台接收机作为参考站对卫星进行连续观测流动站上的接收机在接收卫星信号的同时通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收
42、敛情况根据待测点的精度指标确定观测时间从而减少冗余观测提高工作效率下面我将一个具体的例子详细讲述GPSRTK技术在公路测量中的应用第二节 实例分析孝义市市区北外环公路控制网的测绘一测区概述 位置孝义市属于山西省吕梁市位于山西省中部的晋中盆地西南隅吕梁山脉中段东麓地理位置介于东经1112111156北纬3656 3718之间海拔7311777米北与汾阳为邻西北与中阳县相依西与交口县接壤南与灵石县相连东南与介休市隔汾河相望境域东西直线最长46公里南北直线最宽为2655公里总面积9458平方公里交通当今孝义区位优势明显交通便利公路铁路四通八达距省会城市太原120公里境内38公里的南同蒲公铁路介西支线
43、直插腹地贯穿东西33公里的孝柳铁路向西延伸直抵黄河大运高速公路太高速公路从南北两侧擦境而过孝义的主干公路南北纵贯的汾介一级公路和东西横穿的孝午公路与307和108国道市乡油路乡村公路构成了纵横交错四通八达的交通网络公路通车里程达1288公里 CJJ 899 布设城市图根导线控制网分级布网如图31 图31 分级布网二测量作业流程图32 GPS实测流程图三GPS控制网的设计方案1仪器设备GPS控制网的仪器设备配置表31 GPS控制网布设的仪器设备仪器设备名称数量9600型GPS接收机4台三脚架4付对讲机4个小钢尺4把数据传输线1根9600型GPS接收机的主要技术参数静态相对定位精度 静态基线5mm
44、1ppm 高 程10mm2ppm2GPS控制网的技术标准 GPS测量的精度指标各等级GPS网相邻点间弦长精度用下式表示 31式中标准差基线向量的弦长中误差mm 固定误差mm 比例误差110-6相邻点间的距离km GPS网的主要技术要求表32 四等二级GPS网的主要技术要求等级平均距离kma mm b 110-6 最弱边相对中误差四等二级 11520110000注 相邻点最小距离应为平均距离的1213最大距离应为平均距离的23倍 当边长小于200m时边长中误差应小于20mm闭合环或附和线路边数的规定GPS网应由一个或若干个独立观测环构成也可采用附合线路形式构成非同步观测的GPS基线向量边应按所设
45、计的网图选定也可按软件功能自动挑选独立基线构成表33四等二级GPS网闭和环和线路边数的规定等 级四 等 二 级闭合环或附和线路边数条10 接收机的选择表34 四等二级GPS网接收机的选择等级接收机类型标称精度观测量同步观测接收机数四等二级双频或单频10mm510-6d载波相位2 GPS测量作业的基本技术要求表35 四等二级GPS测量作业的技术要求等级观测方法卫星高度角有效观测卫星数平均重复设站数时段长度min数据采样间隔s四等二级静 态15416451060快速静态15516151060注 当采用双频机进行快速静态观测时时间长度可缩短为10min GPS测量各等级的点位几何强度因子PDOP值应
46、小于6GPS控制网测量数据的检核3 数据预处理 基线解算可采用双差相位观测值对于边长超过30km的基线解算使也可采用三差相位观测值 在采用多台接收机同步观测的一个同步时段中可采用单基线模式解算也可以只选择独立基线按多基线处理模式统一解算 同一级别的GPS网根据基线长度不同可采用不同的数学处理模型但8km内的基线必须采用双差固定解30km以内的基线可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果30km及其以上的基线可采用三差解作为基线解算的最终结果4 同步观测数据的检核 同一时段观测值基线向量处理中二三等数据采用率都不宜低于80 采用单基线处理模式时对于采用同一种数学模型的基线解其同步时段中任一三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差不宜超过表36的规定表36 同步环坐标分量及环线全长相对闭合差的规定110-6 32式中重复观测基线的长度较差 相应级别的规定中误差按平均边长计算6 同步观测环的检核对于采用不同数学模型的基线解其同步时段中任一三边同步环的坐标分量闭合差和全长相对闭和差应符合下式的规定 33式中三边同步环闭和差对于四站或更多站同步闭合环而言除应用上述方法检查一切可能的三边环闭合差外所有闭合环的分量闭合差不应大于而环闭合差符合下式规定 34式中
