gps技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用

gps技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域中的應(yīng)用

0抗干擾性和保密性gps是基于衛(wèi)星的無(wú)線衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，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(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、海洋測(cè)量、城市測(cè)量等測(cè)繪領(lǐng)域得到了應(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。1gps參數(shù)1.1gps地面監(jiān)控站1.1.1GPS空間衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi),軌道平面的傾角為55°,衛(wèi)星的平均高度為20~200km,運(yùn)行周期為11h58min。1.1.2GPS地面監(jiān)控站主要由分布在全球的一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站組成。主控站根據(jù)各監(jiān)測(cè)站對(duì)GPS衛(wèi)星的觀測(cè)數(shù)據(jù),計(jì)算各衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差參數(shù)等,并將這些數(shù)據(jù)編制成導(dǎo)航電文,傳送到注入站,再由注入站將主控站發(fā)來(lái)的導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)器中。1.1.3GPS用戶設(shè)備由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及其終端設(shè)備(如計(jì)算機(jī))等組成。1.2天線中心—GPS定位原理GPS定位是根據(jù)測(cè)量中的距離交會(huì)定點(diǎn)原理實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示,在待測(cè)點(diǎn)Q設(shè)置GPS接收機(jī),在某一時(shí)刻tk同時(shí)接收到3顆(或3顆以上)衛(wèi)星S1、S2、S3所發(fā)出的信號(hào)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理和計(jì)算,可求得該時(shí)刻接收機(jī)天線中心(測(cè)站點(diǎn))至衛(wèi)星的距離ρ1、ρ2、ρ3。根據(jù)衛(wèi)星星歷可查到該時(shí)刻3顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)(Xj,Yj,Zj),j=1,2,3,從而由下式解算出Q點(diǎn)的三維坐標(biāo)(X,Y,Z):ρ12=(X-X1)2+(Y-Y1)2+(Z-Z1)2,ρ22=(X-X2)2+(Y-Y2)2+(Z-Z2)2,ρ32=(X-X3)2+(Y-Y3)2+(Z-Z3)2。1.3靜態(tài)相對(duì)定位系統(tǒng)測(cè)量的特點(diǎn)GPS測(cè)量與以往的測(cè)量方式相比,具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì):第一,GPS測(cè)量可以精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo),可以提供較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù),其高程精度已經(jīng)達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的要求了;第二,測(cè)量時(shí)間短,進(jìn)行GPS測(cè)量時(shí),動(dòng)態(tài)相對(duì)定位僅需幾秒鐘就可以了,而靜態(tài)相對(duì)定位雖然所需時(shí)間多一些,但也最多超不過(guò)20min,隨著GPS測(cè)量技術(shù)的不斷完善,軟件的不斷更新,時(shí)間還會(huì)進(jìn)一步縮短;第三,測(cè)量精度高。與以往的測(cè)量方式比,GPS觀測(cè)的精度明顯高于一般常規(guī)測(cè)量;第四,儀器操作簡(jiǎn)單,目前觀測(cè)人員只需對(duì)中、整平、量取天線高及開機(jī)后設(shè)定參數(shù),接收機(jī)即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)和記錄。機(jī)器操作完全實(shí)現(xiàn)智能化,并且目前的趨勢(shì)是,智能化程度在逐步增高,這就給操作人員的工作帶來(lái)了便利條件;第五,測(cè)站間無(wú)需通視。GPS測(cè)量使得選點(diǎn)工作更加靈活方便,它可根據(jù)實(shí)際需要確定點(diǎn)位,不需要測(cè)站間相互通視;第六,無(wú)時(shí)間限制,GPS測(cè)量可以實(shí)現(xiàn)全天候作業(yè)。它可以在任何地點(diǎn)、任意時(shí)間連續(xù)進(jìn)行觀測(cè),它具有分布均勻,衛(wèi)星點(diǎn)數(shù)目多的特點(diǎn),且它一般不受天氣狀況影響,可以任意時(shí)間段觀測(cè)。2使用示例2.1gps測(cè)量條件本文涉及的工程是一個(gè)廠區(qū)的施工控制測(cè)量,工程位于城郊,廠區(qū)東西長(zhǎng)0.93KM,南北寬0.47KM,場(chǎng)地為吹填沙,地勢(shì)平坦。為了本工程設(shè)計(jì)和施工需要,需建立首級(jí)控制網(wǎng)。考慮到業(yè)主提供的兩個(gè)已知GPS點(diǎn)相距1.24公里較遠(yuǎn)且不通視等因素,決定采用GPS測(cè)量。本次測(cè)量屬于第二次控制點(diǎn)補(bǔ)充測(cè)量,隨著施工的進(jìn)展前期所做的5個(gè)GPS點(diǎn)已不能滿足施工需要,本次在原有基礎(chǔ)上增設(shè)4個(gè)GPS點(diǎn)。2.2gps測(cè)量技術(shù)的設(shè)計(jì)2.2.1測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)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(cè)量規(guī)范》、及《衛(wèi)星定位城市測(cè)量技術(shù)規(guī)范》CJJ/T73-2010,及工程測(cè)量合同有關(guān)要求制定的。2.2.2級(jí)控制網(wǎng)控制根據(jù)工程需要和測(cè)區(qū)情況,選擇城市或工程二級(jí)GPS網(wǎng)作為測(cè)區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)。要求平均邊長(zhǎng)小于0.5km,最弱邊相對(duì)中誤差小于1/45000,GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度的固定誤差a≤10mm,比例誤差系數(shù)b≤10×10-6。2.2.3標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)如圖2所示,控制網(wǎng)共由8個(gè)點(diǎn)組成,其中CM02和CM07為已知點(diǎn);采用3臺(tái)GPS接收機(jī)觀測(cè),網(wǎng)形布設(shè)成邊連式。2.2.4觀測(cè)計(jì)劃2.3點(diǎn)前及其它測(cè)量2.3.1選點(diǎn)GPS測(cè)量點(diǎn)位選擇比較方便,各測(cè)站點(diǎn)之間至少有一個(gè)方向通視即可,它的圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活多樣,因此,GPS測(cè)量選點(diǎn)不是什么難事,但基于它測(cè)量的特殊性,并顧及后續(xù)測(cè)量,我們還應(yīng)注意一下一些問(wèn)題:第一,考慮到廠區(qū)施工的復(fù)雜性,易破壞性,點(diǎn)盡量選在視野開闊,沿主要裝置軸線方向,且相距地下管線3米以上,點(diǎn)周圍應(yīng)少有載重車輛行駛;(5)選點(diǎn)結(jié)束后,按要求埋設(shè)標(biāo)石,并填寫點(diǎn)之記及控制點(diǎn)布置略圖。第二,為避免電磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的干擾,點(diǎn)位要遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源、高壓電線等;第三,為避免信號(hào)被遮擋或吸收,點(diǎn)周圍高度角15°以上不要有障礙物;第四,為方便后續(xù)測(cè)量工作的使用,每點(diǎn)最好與多個(gè)方向通視。2.3.2數(shù)據(jù)采集GPS測(cè)量采用南方測(cè)繪公司北極星9600GPS接收機(jī),采用靜態(tài)定位模式進(jìn)行同步觀測(cè),儀器高準(zhǔn)確至mm。GPS每時(shí)段觀測(cè)時(shí)間5KM以內(nèi)基線不少于45分鐘,5KM以上基線不少于60分鐘。衛(wèi)星高度角15°,采樣間隔10s。在3個(gè)點(diǎn)上同時(shí)安置3臺(tái)接收機(jī)天線(對(duì)中、整平、定向),量取天線高,開機(jī)觀察,當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求時(shí),按接收機(jī)的提示輸入相關(guān)數(shù)據(jù),則接收機(jī)自動(dòng)記錄,觀測(cè)者填寫測(cè)量手簿。2.4gps測(cè)量數(shù)據(jù)2.4.1、84的中央子+c本工程擬采用業(yè)主提供中央子午線為106°的HN-72坐標(biāo)系統(tǒng),現(xiàn)場(chǎng)GPS測(cè)量發(fā)現(xiàn)擬建廠區(qū)經(jīng)度位于105°,如采用中央子午線106°的坐標(biāo)系統(tǒng),距離將產(chǎn)生每公里約16厘米的坐標(biāo)投影變形。利用業(yè)主提供的GPS01,GPS03的中央子午線分別為105°、106°的HN-72坐標(biāo)反算該兩點(diǎn)之間距離分別為1230.718米,1230.879米,相差約16厘米?，F(xiàn)場(chǎng)GPS實(shí)測(cè)距離為1230.746米。所以本工程若采用中央子午線為105°的HN-72坐標(biāo)系統(tǒng)比較準(zhǔn)確。因?yàn)楸竟こ淌┕ぴO(shè)計(jì)圖紙均采用106°的坐標(biāo)系統(tǒng),為了跟旁邊的相關(guān)單位位置銜接,以及與現(xiàn)在的設(shè)計(jì)圖紙坐標(biāo)系統(tǒng)相吻合,建議仍采用106°的坐標(biāo)系統(tǒng)。因此:為了使現(xiàn)有的中央子午線106°的HN-72坐標(biāo)投影誤差不影響廠區(qū)內(nèi)的控制點(diǎn)的精度,簡(jiǎn)單可行的方法是:以GPS03的理論坐標(biāo)為準(zhǔn),按GPS03與GPS01現(xiàn)有理論方位角292.122272°定向,以GPS3———GPS1實(shí)測(cè)的距離1230.746米作為廠區(qū)控制點(diǎn)測(cè)量的起算數(shù)據(jù)。2.4.2gps控制點(diǎn)的檢查GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個(gè)階段,采用南方GPS隨機(jī)處理軟件,基線解算結(jié)果,取雙差固定解,對(duì)不合格基線剔除。然后把已知起算點(diǎn)數(shù)據(jù)代入平差計(jì)算。經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、外業(yè)重測(cè)和網(wǎng)平差后,得到GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)(見(jiàn)表1),進(jìn)外業(yè)檢查,發(fā)現(xiàn)本次測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)間互檢坐標(biāo)符合性不太好,某些點(diǎn)實(shí)測(cè)坐標(biāo)與理論坐標(biāo)相差多達(dá)2.5cm。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)研究發(fā)現(xiàn),GPS03點(diǎn)周圍由于高壓電桿施工打樁,樁位與該點(diǎn)相距僅一米,GPS03點(diǎn)已發(fā)生位移,經(jīng)GPS實(shí)測(cè)檢查,本次GPS01-GPS03基線長(zhǎng)與上一次相差約1cm。為保持兩次坐標(biāo)良好的銜接性,所以采用上次所做GPS點(diǎn)CM02,CM07為起算點(diǎn)。經(jīng)檢查CM02,CM07兩點(diǎn)精度滿足規(guī)范要求。經(jīng)全站儀實(shí)測(cè)檢查,兩次共用點(diǎn)GCM4,GCM5本次坐標(biāo)與第一次相差小于5mm,符合性良好。3聯(lián)測(cè)高程點(diǎn)對(duì)測(cè)量的影響通過(guò)GPS在本測(cè)量中的應(yīng)用,得到如下體會(huì):3.1在不同的地方測(cè)量,要注意起算點(diǎn)數(shù)據(jù)的投影變形。如投影變形超過(guò)使用要求,因建議獨(dú)立坐標(biāo)系或采用本工程使用方法。3.2要保證控制點(diǎn)高程的精度,必須聯(lián)測(cè)足夠的已知高程點(diǎn)。GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)傳輸和處理采用隨機(jī)軟件完成,要想方便地求出符合精度要求的控制點(diǎn)三維坐標(biāo),只要保證接收衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量和已知數(shù)據(jù)的數(shù)量、精度就行了。但由于聯(lián)測(cè)已知高程點(diǎn)較少,致使的控制點(diǎn)高程精度較低,所以不得不聯(lián)測(cè)足夠的已知高程點(diǎn),以保證測(cè)量的精度。3.3GPS控制網(wǎng)不受通視、網(wǎng)形的限制,選點(diǎn)靈活,布網(wǎng)方便。但由于基線相對(duì)精度較低,個(gè)別邊長(zhǎng)相對(duì)精度大于1/30000,應(yīng)避免短邊測(cè)量,在測(cè)量地形復(fù)雜、通視困難的地區(qū)時(shí),必須要謹(jǐn)慎觀測(cè),以保證測(cè)量的準(zhǔn)確度。3.4GPS測(cè)量雖然實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化、智能化,大大提高了工作效率,但也不可避免地受到一些因素的干擾,影