如何提高GPS在工程测量应用中的精度测量
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发布时间：2022-05-01 11:38
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懂视网
时间：2022-08-16 02:35
1、公式如下：斜边=直角边×根号2（也就是1.414）。
2、两条中对中距离是23公分的排水立管并成一条，上图图中斜三通与45度弯头组合后的距离为16公分，与实际情况还差7公分。垂直距离相差7公分，那我们就先计算出这垂直7公分的斜管长度用多长？
3、根据等腰直角三角形的计算公式：斜边=直角边×根号2（也就是1.414），换算成7×1.414约等于10公分，也就是再增加十公分的管就能达到我们立管想要的尺寸。
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时间：2024-04-25 16:35
Surveying andMapp ing of Geology andMineral Resources Vol. 22, No. 3, 2006
GPS测量技术及其在工程测量中的应用
3
赖继文
(湖南省地质测绘院,湖南衡阳 421008)
摘要:介绍了GPS的系统组成、工作原理、技术特点等;给出了GPS测量技术在工程测量中的应用;并将公路工程的GPS测量技
术与传统的公路工程测量技术相比较,指出了GPS测量技术在公路工程测量中的优势和发展前景。
关键词:全球定位系统; GPS测量技术;工程测量;应用
中图分类号: P 22814; P 258 文献标识码: B 文章编号: 1007 - 9394 (2006) 03 - 0011 - 03
GPS Survey Technology and Its Applica tion to Eng ineer ing Survey
LA I J i2wen
(Hunan Institute of Survey ing and M apping of Geology, Hengyang Hunan 421008, China )
Abstract: This paper introces the composition, the working p rincip le, and the technical characteristic of GPS sys2
tem, and give the app lication of GPS survey technology in highway engineering survey. And then the paper compares
GPS survey technology of highway engineeringwith traditional highway engineering survey technology and pointes out the
advantages and develop ing foreground in highway engineering survey.
Key words: GPS; GPS survey technique; engineering survey; app lication
0 引言
全球定位系统GPS (Global Positioning System)是美国国防
部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和
定位的要求而研制的卫星导航系统,具有全球性、全天侯、连续
性、实时性导航定位和定时功能,能为各类用户提供精密的三维
坐标。该系统从20世纪70年代初开始设计、研制。根据最初
设计思想,利用接收卫星发射的伪随机噪声码( P码)为美军及
北大西洋组织的盟军提供米级导航定位,同时将定位精度为数
十米的C/A码伪距提供民用导航定位。GPS作为新一代卫星
导航与定位系统,不仅具有全球性、全天候、连续的精密三维导
航与定位能力,而且具有良好的抗干扰性和保密性。全球定位
系统的迅速发展,引起了各*事部门和广大民用部门的普遍
关注。
1 GPS测量技术
GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的
潜力,也引起了广大测量工作者的极大兴趣。。当时GPS定位
基本上只有一个作业模式———静态相对定位,两台或若干台
GPS接收机安置在待定点上,连续同步观测同一组卫星1～2 h
或更长一些时间,通过观测数据的后处理,给出各待定点间的基
线向量,在采用广播星历的条件下,静态定位可取得5 mm + 1 ×
10 - 6D (双频)或10 mm + 2 ×10 - 6D (单频)基线解精度。
随着技术的发展,快速静态定位为短基线测量作业闯出了
一条新路,大大提高了GPS测量的劳动生产率。一对GPS测量
系统(双频)在10 km以内的短边上,正常接收4～5颗卫星5
min左右,即可获取5～10 mm + 1 ×10 - 6D 的基线精度,与1～
2 h甚至更长时间静态定位的结果不相上下。各个GPS测量厂
商看好这个大趋势,纷纷推出各自的GPS测量新产品。有的把
这种新型产品称之为GPS全站仪,有的称之为RTK(实时动态
测量) ,有的称之为RTK GPS。
总之, GPS测量理论与设备的不断发展,使得GPS测量技
术日趋成熟, GPS测量功能更加完善, GPS测量应用面更广,并
且GPS测量设备价格变得低廉,操作更加简便,使GPS测量更
加实用化和自动化。20世纪80年代以来,随着GPS定位技术
的出现和不断发展完善,使测绘定位技术发生了*性的变革,
为工程测量提供了崭新的技术手段和方法。长期以来用测角、
测距、测水准为主体的常规地面定位技术,正在逐步被以一次性
确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替;
定位方法已从静态扩展到动态;定位服务领域已从导航和测绘
领域扩展到国民经济建设的广阔领域。
下面主要介绍GPS系统的组成、工作原理以及其在测量领
域的应用特点。
·11·
3 收稿日期: 2006 - 03 - 08
. 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
111 GPS系统的组成
GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分
组成,除此之外,测量用户还应有卫星接收设备。
空间卫星群, GPS的空间卫星群由24颗高约20万公里的
GPS卫星群组成,并均匀分布在6个轨道面上,各平面之间交角
为60°,轨道和地球赤道的倾角为55°,卫星的轨道运行周期为
11小时58分,这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以
上可以同时接收4～11颗GPS卫星发送出的信号。
GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的用
户设备如计算机、气象仪器等组成,其作用是接收GPS卫星发
出的信号,利用信号进行导航定位等。在测量领域,随着现代的
科学技术的发展,体积小、重量轻便于携带的GPS定位装置和
高精度的技术指标为工程测量带来了极大的方便。
112 GPS的工作原理
GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。就
是在需要定位的位置p点架设GPS接收机,在某一时刻同时接
收了3颗( a、b、c)以上的GPS卫星所发出的导航电文,通过一
系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的
距离sap、sbp、scp ,同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星
在空间的位置(三维坐标) 。从而用距离交会的方法求得p点
的三维坐标( xp , yp , zp ) ,其数学式为:
sap
2 = [ ( xp - xa ) 2 + ( yp - ya ) 2 + ( zp + za ) 2 ]
sbp
2 = [ ( xp - xb ) 2 + ( yp - yb ) 2 + ( zp + zb ) 2 ]
scp
2 = [ ( xp - xc ) 2 + ( yp - yc ) 2 + ( zp + zc ) 2 ]
(1)
式(1)中( xa , ya , za ) , ( xb , yb , zb ) , ( xc , yc , zc )分别为卫星
a, b, c在ti时刻的空间直角坐标。在GPS测量中通常采用两类
坐标系统,一类是在空间固定的坐标系统,另一类是与地球体相
固联的坐标系统,称地固坐标系统,在公路工程控制测量中常用
地固坐标系统。(如: WGS - 84世界大地坐标系和1980年西安
大地坐标系。)在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数
进行坐标系统的变换,来求出所使用的坐标系统的坐标。这样
更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果,因此在
测量中被得到了广泛的应用。
113 GPS测量的技术特点
相对于常规的测量方法来讲, GPS测量有以下特点:
1)测站之间无需通视。GPS这一特点,使得选点更加灵活
方便。但测站上空必须开阔,以使接收GPS卫星信号不受干
扰。
2)定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5 mm
+ 1 ×10 - 6D,而红外仪标称精度为5 mm + 5 ×10 - 6D, GPS测量
精度与红外仪相当,但随着距离的增长, GPS测量优越性愈加突
出。
3)观测时间短。采用GPS布设控制网时每个测站上的观测
时间一般在30～40 min左右,采用快速静态定位方法,观测时
间更短。
4)提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的
同时,可以精确测定观测站的大地高程。
5)操作简便。GPS测量的自动化程度较高。目前GPS接
收机已趋小型化和操作傻瓜化,观测人员只需将天线对中、整
平,量取天线高打开电源即可进行自动观测,利用数据处理软件
对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星
的捕获,跟踪观测等均由仪器自动完成。
6)全天候作业。GPS观测可在任何地点,任何时间连续地
进行,一般不受天气状况的影响。
在中国GPS定位技术的应用已深入各个领域,国家大地
网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用GPS
技术。在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、
建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测
量等也已广泛的使用GPS技术。随着DGPS差分定位技术和
RTK实时差分定位系统的发展和美国AS技术的解除,单点定
位精度不断提高, GPS技术在导航、运载工具实时监控、石油物
探点定位、地质勘查剖面测量、碎部点的测绘与放样等领域将有
广泛的应用前景。
2 GPS全球定位系统在工程测量中的应用
GPS全球定位系统(Global Positioning System)在工程测量
中的应用,在最近的两年得到了迅速推广,这主要依赖于GPS
系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐
标、三维速度和时间信息等技术参数。工程测量主要应用了
GPS的两大功能:静态功能和动态功能。静态功能是通过接收
到的卫星信息,确定地面某点的三维坐标;动态功能是通过卫星
系统,把已知的三维坐标点位,实地放样地面上。利用GPS静
态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地
完成公路平面控制测量。例如在公路控制测量中使用静态功能
这一技术进行定线测量的精度可以完全满足公路勘察设计和公
路建设的精度要求。下面以GPS测量技术在公路测量中的应
用为例介绍GPS系统在实际工程测量工作中的应用。
随着国民经济的快速增长,国内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*,作业强度大,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量,为勘测阶段测绘带状地
形图、路线平面、纵横断面测量提供依据;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,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技术在公路工程测量中的应用,有着非常广阔的前
景。下面就RTK技术在公路勘测中的应用作简单的介绍。
211 实时动态( RTK)定位技术简介
实时动态(RTK)定位技术是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1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
·12· 地矿测绘 第22卷
. 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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。
实时动态(RTK)定位有快速静态定位和动态定位两种测量
模式,两种定位模式相结合,在公路工程中的应用可以覆盖公路
勘测、施工放样、监理和GIS(地理信息系统)前端数据采集。
21111 快速静态定位模式
要求GPS接收机在每一流动站上,静止的进行观测。在观
测过程中,同时接收基准站和卫星的同步观测数据,实时解算整
周未知数和用户站的三维坐标,如果解算结果的变化趋于稳定,
且其精度已满足设计要求,便可以结束实时观测。一般应用在
控制测量中,如控制网加密;若采用常规测量方法(如全站仪测
量) ,受客观因素影响较大,在自然条件比较恶劣的地区实施比
较困难,而采用RTK快速静态测量,可起到事半功倍的效果。
单点定位只需要5 ～10 min不及静态测量所需时间的五分之
一,在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密
工作。
21112 动态定位
测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需
2～10 s)进行初始化工作,之后流动站就可以按预定的采样间
隔自动进行观测,并连同基准站的同步观测数据,实时确定采样
点的空间位置。其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在
公路勘测阶段有着广阔的应用前景,可以完成地形图测绘、中桩
测量、横断面测量、纵断面测量等工作。且整个测量过程不需通
视,有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。
21113 RTK技术的优点
RTK技术主要具有以下优点:
1)实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果
(包括高程) ;
2)彻底摆脱了由于粗差造成的返工,提高了GPS作业效
率;
3)作业效率高,每个放样点只需要停留2～4 s,其精度和效
率是常规测量所无法比拟的;
4)应用范围广,可以涵盖公路测量(包括平、纵、横) ,施工
放样,监理,竣工测量,养护测量, GIS前端数据采集诸多方面;
5)如辅助相应的软件, RTK可与全站仪联合作业,充分发
挥RTK与全站仪各自的优势。
3 结论
综上所述,虽然GPS测量技术在公路工程测量中的应用使
传统的公路工程测量技术有了突飞猛进的发展,但二者相比,常
规测量方法还存在以下的缺陷:
1)规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有
严格规定。由于公路测量的作业面是一狭长带状,这样,导线长
度很难达到规范要求,往往会出现超规范作业。
2)搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证
为同一测量系统,往往国测、军测、城市控制点混杂一起,这就存
在系统间的兼容性问题,如果用不兼容的起算点,势必影响测量
质量。
3)国家大地点破坏严重影响测量作业。由于国家基础控
制点,大多为20世纪50、60年代完成,有些点由于经济建设的
需要已被破坏,有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。因此
往往不易找到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到
保证。
4)地面通视困难往往影响常规测量的实施。由于通视的
条件的*,在大范围密林、密灌及青纱帐地区,根本无法实施
常规控制测量。
相比较, GPS测量技术在公路工程测量上具有较大的优势
和发展前景:
1) GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限
制,非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。
2) GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因
素的影响,整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制,自
动记录、自动数据预处理、自动平差计算。
3) GPS RTK技术将彻底改变公路测量模式。RTK能实时
地获得所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、
隧道勘察,它可以直接进行实地实时放样、点位测量等。
4) GPS测量可以极大地降低劳动作业强度,减少野外砍伐
工作量,提高作业效率。
5) GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样,是GPS
测量应用的重要领域。特别是在当前高等级公路逐渐向山岭重
丘区发展的形势下,往往由于这些地区地形条件的*,实施常
规水准测量有困难时, GPS高程测量无疑是一种有效的手段。
GPS在公路工程测量中的应用,对高等级公路的勘测手段
和作业方法产生了*性的变革,极大地提高了勘测精度和勘
测效率,特别是实时动态(RTK)定位技术将在公路勘测、施工和
后期养护、管理方面有着广阔的应用前景。
[参 考 文 献]
[ 1 ] 张正禄1工程测量学的发展现状和趋势[ J ] 1武汉测绘科技大学
学报, 1999, (增刊) 1
[ 2 ] 许国祯1GPS最新态势及嵌入式GPS/ INS系统[ J ] 1卫星应用,
1997, (3) : 38～441
[ 3 ] 周良,刘经南,张全德. 2000年前后GPS进展状况[ J ] 1地理信息
世界, 1998, (3) : 23～271
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时间：2024-04-25 16:35
1.选取高精度、分布合理的控制点做点校正，减小已知点引起的参数转换误差
2.使用带支架的移动站对中干，减小人为对中误差
3.注意移动站手簿里显示的精度，精度低时不要进行测量
参考资料：华测RTK操作规程
