測繪工程畢業論文--gps在公路工程測量中的應用(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 見下表表22 IGS提供的GPS衛星星歷情況星歷類型 衛星軌道精度 衛星時鐘精度 采樣間隔 獲取時間 更新時間 最終星歷 5 cm 01 ns 15 min 13day 1 week 快速星歷 5 cm 02 ns 15 min 17 hour 1 day 預報星歷 25 cm 5 ns 15 min Real time Twice daily 第三章 GPS在公路測量中的應用及實例分析第一節 GPS在公路測量中應用趨勢及相關技術隨著我國國民經濟的快速增長的西部大開發的實施我國的高等級公路建設迎來前所末有的發展機遇這就對勘測設計提出了更高的要求隨著公路設計行業軟件技術和硬件設備的發展公路設計已實現CAD化有些軟件本身還要求提供地面數字化測繪產品的支持建立勘測設計施工后期管理一體化的數據鏈減少數據轉抄輸入等中間環節是公路勘測設計內外業一體化的要求也是影響高等級公路設計技術發展的瓶頸所在目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設備但常規測量方法受橫向通視和作業條件的限制作業強度大且效率低大大延長了設計周期勘測技術的進步在于設備引進和技術改造在目前的技術條件下引入GPS技術應當是首選當前用GPS靜態或快速靜態方法建立沿線總體控制測理為勘測階段測繪帶狀地形圖路線平面縱面測量提供依據在施工階段為橋梁隧道建立施工控制網這僅僅是GPS在公路測量中應用的初級階段其實公路測量的技術潛力蘊于RTK 實時動態定位 技術的應用之中RTK技術在公路工程中的應用有著非常廣闊的前景　　實時動態 RTK 定位技術是以載波相位觀測值為根據的實時差分GPS RTDGPS 技術它是GPS測量技術發展的一個新突破在公路工程中有廣闊的應用前景眾所周知無論靜態定位還是準動態定位等定位模式由于數據處理滯后所以無法實時解算出定位結果而且也無法對觀測數據進行檢核這就難以保證觀測數據的質量在實際工作中經常需要返工來重測由于粗差造成的不合格觀測成果解決這一問題的主要方法就是延長觀測時間來保證測量數據的可靠性這樣一來就降低了GPS測量的工作效率實時動態定位 RTK 系統由基準站和流動站組成建立無線數據通訊是實時動態測量的保證其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點安置一臺接收機作為參考站對衛星進行連續觀測流動站上的接收機在接收衛星信號的同時通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數據隨機計算機根據相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度這樣用戶就可以實時監測待測點的數據觀測質量和基線解算結果的收斂情況根據待測點的精度指標確定觀測時間從而減少冗余觀測提高工作效率下面我將一個具體的例子詳細講述GPSRTK技術在公路測量中的應用第二節 實例分析孝義市市區北外環公路控制網的測繪一測區概述 ⑴ 位置孝義市屬于山西省呂梁市位于山西省中部的晉中盆地西南隅呂梁山脈中段東麓地理位置介于東經111176。21～111176。56北緯36176。56 ～37176。18之間海拔731～1777米北與汾陽為鄰西北與中陽縣相依西與交口縣接壤南與靈石縣相連東南與介休市隔汾河相望境域東西直線最長46公里南北直線最寬為2655公里總面積9458平方公里交通當今孝義區位優勢明顯交通便利公路鐵路四通八達距省會城市太原120公里境內38公里的南同蒲公鐵路介西支線直插腹地貫穿東西33公里的孝柳鐵路向西延伸直抵黃河大運高速公路太高速公路從南北兩側擦境而過孝義的主干公路南北縱貫的汾介一級公路和東西橫穿的孝午公路與307和108國道市鄉油路鄉村公路構成了縱橫交錯四通八達的交通網絡公路通車里程達1288公里 CJJ 899 布設城市圖根導線控制網分級布網如圖31 圖31 分級布網二測量作業流程圖32 GPS實測流程圖三GPS控制網的設計方案1儀器設備⑴GPS控制網的儀器設備配置表31 GPS控制網布設的儀器設備儀器設備名稱 數量 9600型GPS接收機 4臺 三腳架 4付 對講機 4個 小鋼尺 4把 數據傳輸線 1根 ⑵9600型GPS接收機的主要技術參數靜態相對定位精度 靜態基線177。5mm1ppm 高 程177。10mm2ppm2GPS控制網的技術標準⑴ GPS測量的精度指標各等級GPS網相鄰點間弦長精度用下式表示 31式中——標準差基線向量的弦長中誤差mm ——固定誤差mm ——比例誤差1106——相鄰點間的距離km⑵ GPS網的主要技術要求表32 四等二級GPS網的主要技術要求等級 平均距離km a mm b 1106 最弱邊相對中誤差 四等二級 1 ≤15 ≤20 110000 注① 相鄰點最小距離應為平均距離的12～13最大距離應為平均距離的2～3倍② 當邊長小于200m時邊長中誤差應小于20mm③閉合環或附和線路邊數的規定GPS網應由一個或若干個獨立觀測環構成也可采用附合線路形式構成非同步觀測的GPS基線向量邊應按所設計的網圖選定也可按軟件功能自動挑選獨立基線構成表33四等二級GPS網閉和環和線路邊數的規定等 級 四 等 二 級 閉合環或附和線路邊數條 ≤10 ⑶ 接收機的選擇表34 四等二級GPS網接收機的選擇等級 接收機類型 標稱精度 觀測量 同步觀測接收機數 四等二級 雙頻或單頻 ≤10mm5106d 載波相位 ≥2 ⑷ GPS測量作業的基本技術要求表35 四等二級GPS測量作業的技術要求等級 觀測方法 衛星高度角176。 有效觀測衛星數 平均重復設站數 時段長度min 數據采樣間隔s 四等二級 靜 態 ≥15 ≥4 ≥16 ≥45 10～60 快速靜態 ≥15 ≥5 ≥16 ≥15 10～60 注① 當采用雙頻機進行快速靜態觀測時時間長度可縮短為10min② GPS測量各等級的點位幾何強度因子PDOP值應小于6③GPS控制網測量數據的檢核3 數據預處理⑴ 基線解算可采用雙差相位觀測值對于邊長超過30km的基線解算使也可采用三差相位觀測值⑵ 在采用多臺接收機同步觀測的一個同步時段中可采用單基線模式解算也可以只選擇獨立基線按多基線處理模式統一解算⑶ 同一級別的GPS網根據基線長度不同可采用不同的數學處理模型但8km內的基線必須采用雙差固定解30km以內的基線可在雙差固定解和雙差浮點解中選擇最優結果30km及其以上的基線可采用三差解作為基線解算的最終結果4 同步觀測數據的檢核⑴ 同一時段觀測值基線向量處理中二三等數據采用率都不宜低于80⑵ 采用單基線處理模式時對于采用同一種數學模型的基線解其同步時段中任一三邊同步環的坐標分量相對閉合差和全長相對閉合差不宜超過表36的規定表36 同步環坐標分量及環線全長相對閉合差的規定1106 32式中——重復觀測基線的長度較差 ——相應級別的規定中誤差按平均邊長計算6 同步觀測環的檢核對于采用不同數學模型的基線解其同步時段中任一三邊同步環的坐標分量閉合差和全長相對閉和差應符合下式的規定 33式中——三邊同步環閉和差對于四站或更多站同步閉合環而言除應用上述方法檢查一切可能的三邊環閉合差外所有閉合環的分量閉合差不應大于而環閉合差符合下式規定 34式中——同步環的邊數7 異步觀測環的檢核無論采用單基線模式或多基線模式解算基線都應在整個GPS網中選取一組完全的獨立基線構成獨立環各獨立環的坐標分量閉和差和全長閉合差應符合下式的規定 35式中——異步環閉和差 ——異步環中的邊數8 GPS網平差處理⑴ 無約束平差當各項質量檢驗符合要求時應以所有獨立基線組成閉合圖形以三維基線向量及其相應方差協方差陣作為觀測信息以一個點的WGS84系三維坐標作為起算依據進行GPS網的無約束平差無約束平差應提供各控制點在WGS84系下的三維坐標各基線向量三個坐標差觀測值的總改正數基線邊長以及點位和邊長的精度信息無約束平差中基線向量的改正數絕對值應滿足下式要求 36當超限時可認為該基線或其附近存在粗差基線應采用軟件提供的方法或人工方法剔除粗差極限直至符合上式要求⑵ 約束平差在無約束平差確定的有效觀測量的基礎上在國家坐標系或城市坐標下應進行三維約束平差或二維約束平差約束點的已知點坐標已知距離或已知方位可作為強制約束的固定值也可作為加權觀測值平差結果應輸出在國家或城市獨立坐標系中的三維或二維坐標基線向量改正數基線邊長方位以及坐標基線邊長方位的精度信息轉換參數及其精度信息約束平差中基線向量的改正數與剔除粗差后的無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差應符合下式要求 37當超限時可認為作為約束的已知坐標距離已知方位與GPS網不兼容應采用軟件提供的或認為方法剔除某些誤差較大的約束值直至符合上式要求四GPS網的外業觀測一 作業要求1 觀測組應嚴格按調度表規定的時間進行作業本證同步觀測同一衛星組當情況有變化需修改調度計劃時應經作業隊負責人同意觀測組不得擅自更改計劃2 GPS接受機在正式觀測前應進行預熱和靜置然后方可啟動接收機進行觀測3 開機后接收機有關指示顯示正常并通過自檢后方能輸入有關測站和時段控制信息4 每時段開機前作業員應量取天線高并及時輸入測站名時段號天線高等信息關機后再量取一次天線高作校核兩次量天線高互差不得大于3mm取平均值作為最后結果記錄在手簿若互差超限應查明原因提出處理意見記入測量手簿備注欄中5 接收機開始記錄數據后作業員可使用專用功能鍵選擇菜單查看測站信息接受衛星數衛星號各通道信噪比實時定位結果及存貯介質記錄情況等6 儀器工作正常后作業員應及時逐項填寫手簿中各項內容當時段觀測時間超過60min以上應每隔30min記錄一次7 一個時段觀測過程中不得進行以下操作關閉接收機又重新啟動進行自測試發生故障除外改變衛星高度角改變數據采樣間隔按動關閉文件和刪除文件等功能鍵8 觀測員在作業期間不得擅自離開測站并應防止儀器受震動和被移動防止人和其他物體靠近遮擋衛星信號9 接收機在觀測過程中不應在接收機近旁使用對講機雷雨過境時應關機停測并卸下接收機以防雷擊10 觀測中應保證接收機工作正常數據記錄正確每日觀測結束后應及時將數據轉存至計算機硬軟盤上確保觀測數據不丟失11 在觀測過程中要特別注意供電情況除在出測前認真檢查電池容量是否充足外作業中觀測人員不要遠離接收機聽到儀器的低電壓報警要及時予以處理否則可能會造成儀器內部數據的破壞和丟失12 觀測站的全部預定作業項目經檢查均已按規定完成且記錄與資料完整無誤后方可遷站二 技術指標根據GPS網的技術設計方案此次測量所使用的南方測繪9600型GPS接收機的標稱精度滿足四等二級GPS網對GPS接收機的選擇要求另外擬定所設計的GPS網觀測作業的技術指標符合下表要求表37 四等二級GPS網測量的技術指標項目 技術指標 衛星高度角176。 20 有效觀測衛星數 ≥6 平均重復設站數 ≥16 時段長度min ≥50 數據采樣間隔s 20 點位幾何強度因子PDOP ≤4 基線平均距離km 1 閉合環或附和線路邊數條 ≤10 三 作業步驟1 選點要求 ① 點位的選擇應符合技術設計要求并有利于其他測量手段進行擴展與聯測② 點位的基礎應堅實穩定易于長期保存并有利于安全作業③ 點位應便于安置接收機設備和操作視野應開闊被測衛星的地平高度角應大于15176。④ 點位應遠離大功率無線電發射源如電視臺微波站等其距離不得小于200m并應遠離高壓輸電線距離不得小于50m⑤ 附近不應有強烈干擾接受衛星信號的物體在點位選好后在對點位進行編號時必須注意點位編號的合理性在野外采集時輸入的觀測站名是由四個任意輸入的字符組成為了在測后處理時方便及準確必須不使點號重復實施為了保證GPS點位的選擇符合四等二級GPS網的技術設計要求并有利于全站儀布設圖根導線網進行加密結合外環公路的地理條件經過實地踏勘后決定將GPS網點均勻布設在公路中線這樣做是基于GPS選點的原則避開了公路沿線建筑物的遮擋以及流動車輛的干擾更重要的是實現了GPS點間的互相通視GPS網的選點網圖2 擬定觀測計劃⑴ 衛星可見性預報根據網站提供的星歷Yuma數據高程應取至01mf 天線高應包括測前測后量得的高度及其平均值均取至0001mg 觀測狀況應包括電池電壓接收衛星信噪比SNR故障情況等② 記錄應符合下列要求a 原始觀測值和記事項目應按規格現場記錄字跡要清楚整齊美觀不得涂改轉抄b 外業觀測記錄各時段觀測結束后應及時將每天外業觀測記錄結果錄入計算機硬盤或軟盤c 接收機內存數據文件在卸到外存介質上時不得進行任何剔除或刪改不得調用任何對數據實施重新加工組合的操作指令d 天線高的量取安置好儀器后觀測員應在各觀測時段的前后各量測天線高一次量至毫米量取時由標石或其他標志或者地面點中心頂端量至天線中部即天線上部與下部的中縫圖31量取天線高示意圖采用下面公式計算天線高 41其中——標石或其它標志中心頂端到天線下沿所量的斜距即為觀測員用鋼卷尺由地面中心位置量至天線邊緣的斜距 天線半徑天線相位中心為準99mm 天線相位中心至天線中部的距離13mm所算即為天線高理論計算值兩次量測的結果之差不應超過3mm并取其平均值采用注意實際輸入儀器天線高時要求輸入即用鋼卷尺由地面中心位置量至天線邊緣的斜距⑷ 退出數據記錄① 退回到主界面然后長按PWR鍵關機② 在任何界面下同時按下F1F4快捷鍵關機即可退出數據采集且不會丟