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            工程測量中GPS測繪技術的應用研究

            摘要

            過去,傳統的測繪工作受自然環境因素影響很大,大多是人工進行的,工作量大,難度系數高,在實際的測繪過程中需要大量的人力和時間,測繪結果準確性不高。隨著現代科技的不斷發展和創新,GPS技術在許多領域都取得了良好的應用效果,提高了工程測繪精度的精度,進一步提升了工程建設的工程建設質量水平。因此,相關人員應該充分意識到GPS測繪技術在工程質量管理中發揮出的重要作用,積極將其融入工程測繪之中,從而保證工程施工建設能夠順利開展?;诖?GPS測繪技術被廣泛應用于工程測繪中。本文簡要介紹了GPS測繪技術,從三個方面分析了全球定位系統測繪技術在工程測繪中的優勢,最后探討了GPS測繪技術在工程測繪中的特殊應用,以提高工程測繪的精度和效率,促進工程建設質量,希望為廣大行業提供一些參考。

            關鍵詞:工程測量GPS測繪技術應用研究

             第1章緒論

              1.1研究背景

            GPS全球定位系統應用是測量學領域領域的一場深刻革命。它具有全天候、高精度、高效率等優點,已成為現代測繪工作中不可缺少的一種手段,并正在被越來越多的國家所采用。GPS技術不僅主導著測量領域,這無疑將促進工程測設技術的快速發展。工程測設技術包括兩方面。即測量技術和設計技術。20世紀,隨著測量技術和計算機的飛速發展,工程測設技術也發生了根本性變化。工程測技術的發展回顧可分為四個階段.簡單時期是人類社會生產力水平較低、交通工具單一的時期,道路的功能主要是行人、車輛的運輸,還有一些軍事上的需要,因為測量技術比較落后,道路測設技術比較簡單?,F代發展的開端是在十七世紀發明了望遠鏡。隨著科學技術的進步和交通運輸事業的飛速發展,特別是電子信息技術和計算機技術的出現與廣泛應用,使得測繪科學發生了重大變革。由于望遠鏡的發明,測量技術向前邁進了一大步,西方發達國家相繼生產了水準儀、經緯儀等測量儀器,并將其應用于道路測設,在道路設計中,也逐漸引入了標高、坡度的概念。隨著科學技術的不斷發展,特別是以電子計算機為代表的現代測繪新技術出現后,工程測設技術才有較大進步,并逐步走向成熟。從簡單時期向復雜時期轉變。進而發展成為一種較為全面的設計理論和方法。第二次世界大戰期間,由于汽車工業的發展和軍事的需要,道路測設技術得到了全面發展,隨后計算機技術也得到了迅速的發展。特別是電子計算機的廣泛應用,使得道路工程測繪成為可能。第二次世界大戰后,世界各國都把道路勘測與規劃作為一項重要任務來抓,并取得顯著成效。而我國在20世紀90年代才開始重視并推廣這項新技術,但由于起步較晚,因此與國外相比還存在很大差距。目前,中國數字化測繪技術體系初步形成,全國已建成7個數字高程模型DEM測繪基地,3S技術得到快速發展和推廣。路由CAD技術正在集成化、智能化發展。數字測圖技術與智能CAD的結合,使工程測設技術達到了現代化水平。

              1.2研究意義

            GPS技術在多個領域取得了良好的應用效果,使工程測繪精度得到有效提升,進一步推動了工程建設質量水平的提高。GPS監測系統代替傳統的監測手段,其高精度、自動化、全天候實時等特點,集合新一代信息技術,對于現代工程測繪具有重要意義。

             1.3國內外研究現狀

            劉崇(2013)重點介紹探討了現代GPS-RTK技術和在工程控制自動化測量工程中的重要應用,指出了GPS-RTK設備具有大幅度提高作業自動化效率、定位檢測精度高、作業系統自動化可靠程度比較高、集成化可靠程度更高、操作相對簡單、數據處理應用能力要求較高強等特點。史俊莉(2013)詳細介紹分析了實時動態差分GPS定位的基本系統及組成部件和相關工作原理,并著重將其研究成果與現代城市自動控制與測量儀器中相關的具體應用及實例等進行做了充分結合。將該RTK技術應用與國外傳統控制測量新技術如在一、二級導線的測量中和在四級導線測量方法中的廣泛應用方法進行分析了綜合比較,對導線平面位置和導線高程等測量基準數據分別進行了統計與分析,結果研究表明采用該新型RTK技術后完全可以能夠基本滿足國外常規的控制導線測量技術測量基準精度等級的要求。劉子路(2008)詳細研究分析了現代GPSRTK接收機的一些基本原理,討論解決了有關GPSRTK系統在工業控制自動化測量工程中遇到的技術應用基礎問題,分析評價了現有GPSRTK接收器的關鍵技術特性,并初步通過對GPSRTK接收器的一些實際性能觀測實驗獲得大量了應用工程技術實踐數據。王麗娟(2014)利用某工程實測資料,通過建立模型計算出不同時段內控制點的坐標變化值;根據計算結果確定各監測點的最佳觀測時間及點位布設位置。結果表明,GPSRTKGPSRTK技術能夠滿足控制測量精度的要求,具有較高的精度和精度可靠程度。畢春華(2012)結合廣州市羅港1:500數字地形圖測量項目,介紹了GPSRTK技術在數字化圖根控制測量中的應用。王慶華(2014)研究分析基于GPS-RTK定位的數字地形圖測圖方法及流程。采用GPSRTK技術進行圖根控制測量,作業強度低,效率高。與傳統的控制測量相比,GPSGPS-RTK測量效率高、定位精度高、數據安全可靠。劉小玲(2007)闡述了RTK技術RTK技術施工控制測量控制測量中的可行性和優越性。王玉柱(2009)說,與傳統的控制測量方式控制測量方法傳統知識在控制一級控制點測量方面不需要建立一個相互通視網絡。章如芹(2014)指出,由于外部因素或接收機質量問題造成周跳在處理超過10周的數據時,會嚴重影響觀測值的準確性。李春林(2012)總結分析當前國內一些高校測繪專業開設《GPS/DR測設工程》課程存在的問題。張建偉(2011)提出了一種新的基于移動終端的自動測距算法。姚排(2004)一文通過作者大量生動的操作實例描述和通過作者大量的工程實踐及觀測資料時段分析論證探討了快速靜態定位測量軟件在GPS控制網絡部署設計中的應用。王立軍(2011)總結出基于RTK技術的三維立體測繪流程。主要內容為:1.理論基礎;2.數學模型建立;3.誤差來源及改正數計算。高群(2010)一文重點系統介紹與闡述介紹了基于動態全球衛星同步定位衛星系統的測量中的動態GPS定位衛星測量相對應于靜態定位系統的工作原理方法特點和基于動態全球衛星同步定位的衛星系統的測量應具有的其他若干重要優點,以及基于靜態全球衛星同步定位的衛星測量系統及其在校園靜態的GPS衛星全球衛星同步定位的衛星測量系統中的測量數據處理或在實驗測量數據處理技術中的具體方法的具體實踐應用,包括了測點坐標位置的快速準確的選擇、布網、外業遙感觀測數據定位和內業數據處理和定位計算等的許多最基本而系統可靠的測繪技術方法。紀德生(2012)論文主要研究分析了闡述介紹了現代靜態GPS技術方法的若干主要學科組成及體系構成和研究工作方法基本原理,以及現代靜態GPS測量控制和測量方法研究的方法若干重要優點,闡述與總結介紹了計算機在現代靜止GPS靜態測量控制測量和測量的精度計算和質量控制計算方面科研中取得的典型應用。

            第2章GPS技術原理

              2.1 GPS系統的組成

            GPS(GlobalPositioningSystem)是美國研制的導航、授時和定位系統。GPS系統主要是由三個系統構建而成,第一部分就是由主控站以,天線,監測站以及相關的的通信輔助的系統所構成的地面控制的部分,其中對于主控站其主要的工作包含了,管理和協調的工作,天線是負責將控制信號向衛星發送,監測站主要是對衛星返回的數據進行自動的收集整理。第二部分屬于空間上布置,機整個系統由數十顆衛星構成,分別在6個不同的軌道上運行;第三部分為用戶裝置,由接收器和以及相關的天線裝置構成。GPS系統中的衛星為24個,其中21顆常用衛星和三個備用構成,各自運行在六個相對于地球赤道線五十五讀的類圓衛星軌道上,其中每個軌道上均搭載了四顆距離地球地面平均高度在兩萬千米的高度的衛星,其運行的周期為十二個標準的恒星時間。該系統可以實現全球的全面覆蓋,并保證在同一地點和時刻在地面可以觀測到不少于四顆的衛星。

             2.2 GPS測量的坐標系統

            (1)WGS-84坐標系

            WGS-84目前是GPS系統所采用的一種坐標系統,其是在1987年由美國國防部牽頭并進行制作的目的是未來取代上一代WGS-72系統。由于WGS-84是以地球地心為中心的的坐標系系統且三個坐標方向XYZ均滿足右手定則,其相關參數下如表2-1所示。

            (2)1954北京坐標系

            1954背景坐標系是在我國應用最為多的測量坐標系。由于受到蘇聯的影響,背景坐標系是參考1942蘇聯的普爾科夫坐標系進行設定的。由于在1949年前,當時的中國還未有統一的大地坐標,因此在1949年后受到蘇聯方面的建議,并考慮我國的自身情況構建了1954北京坐標系其中相關參數下如表2-1所示。

            (3)1980年西安大地坐標系

            在上世紀七十年代,我國準備開始重新的對大地坐標系進行規劃,并建立了新的坐標系統即1980西安坐標系。該坐標系采用的地球橢球參數采用了IAG1975年的推薦值,它們是:a=6378140mf=1/298.257。相關參數下如表2-1所示

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            橢球的短軸平行于地球的自轉軸(由地球質心指向1968.0JYD地極原點方向),起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面,橢球面同似大地水準面在我國境內符合最好,高程系統以1956年黃海平均海水面為高程起算基準。

            (4)站心地平直角坐標系

            這種坐標系是以觀測站P在地球參照的橢球法線為Z軸,其中X軸為子午線和大地的交線,而Y軸是大地平行圈東端與大地地平面交線,由這XYZ進而構建出以站點為中心的直角坐標系。這種方法和測區可以很好的進行結合,使得經常被用到。

             2.3 GPS工作原理

            GPS系統主要是由三個系統構建而成,第一部分就是由主控站以,天線,監測站以及相關的的通信輔助的系統所構成的地面控制的部分,其中對于主控站其主要的工作包含了,管理和協調的工作,天線是負責將控制信號向衛星發送,監測站主要是對衛星返回的數據進行自動的收集整理。第二部分屬于空間上布置,機整個系統由數十顆衛星構成;第三部分為用戶裝置,由接收器和以及相關的天線裝置構成。三個部分相互獨立又能組合進而形成一個系統。要實現靜態GPS測量系統,GPS系統至少需要兩臺接收機同步觀測,記錄的數據用軟件進行事后處理可得精密坐標系統的基線向量,經過平差、坐標轉換等工作,才能求得未知的三維坐標?,F場無法求得結果,不具備實時性。要實現GPS系統進行動態測量,就需要將所有的的衛星的數據以及基準站點信息利用無線電進行傳遞到流動站,使得流動站在接受基站傳遞的衛星信息的同事還要去接受衛星所發射的信息。進而在流動站點實現初始化任務后,利用控制器將原有的觀測到的信號完成差分處理,這樣就得到了觀測物體所在的具體動態坐標。

             2.4 GPS的特點

            GPS技術自問世以來,由于能夠實現全天候和高度精確的自動化測量,在測量領域享有巨大的優勢。

            (1)靈活選擇

            在傳統的大地測量過程中,點與點之間需要有一個良好的通視環境,形成良好的圖形結構,這就使得點的選擇問題一直是測量中的難題,但對GPS定位的要求較低,即沒有透視或圖形結構不嚴,使得點的選擇相對容易。

            (2)精度高

            GPS定位可以控制108KM距離的精度,100500KM距離的精度,10-7公里距離的精度,50KM以下距離的精度可以控制10-6公里。同時,GPS具有全天候工作能力。因此,在任何情況下都可保證其高精度和高可靠性,特別適合于惡劣環境中使用。這也就決定了GPS技術應用廣泛、用途十分廣闊。這種精度是傳統測量無法比擬的。

            (3)操作方便

            全球定位系統的高度自動化控制程度。作業的人員通常只受限于放置儀器、開關儀器、量取儀器讀數及監察儀器工作情況。其他一切活動如衛星信號捕獲、跟蹤與觀測及遙感數據的采集加工等,均可以由本儀器全程自動地完成。加上該儀器產品本身要求質量誤差低、體積小和安裝攜帶極為方便,大大減少操作困難,提高效能。在現代工程控制測量儀器中的應用,GPS儀器具有幾個明顯技術優勢:首先,它能不受各種氣候條件所限制,可連續全天候連續進行測量作業;其次,操作方式簡單、速度比較快、精度高等;第三,能及時掌握測區變化情況。其次,GPS定位遙感觀測取得的這些研究和結果反過來又直接可以間接為地形圖直接坐標測繪研究提供了測量點平面形狀的三維幾何坐標,不僅是直接的可以相對較全面準確地可以直接的確定出測量點平面所在空間的三維地理平面位置,而且間接可以間接為我們間接地研究三維大地水準面形狀及變化等規律特征和可以間接的確定三維地理平面位置坐標的準確和高度性等都開辟了起了我們一些研究新理論探索新思路的途徑。

            (4)全天候運作

            全球衛星定位衛星系統衛星的導航定位過程不受地理天氣條件因素的嚴格限制,可保證在全國任何一時間段和一個地點同步進行,加上每次觀測的時間分別較短和進展較快,方便實現了地面測量系統工程上的整體統籌的安排,使測量工程計劃的更具可行性,并又可同時提供較準確可靠和發展迅速穩定的地面測繪系統成果。GPS衛星在到21世紀后期仍可能將仍是作為一個新型軍民兩用導航系統,既是可用于更好地滿足我國軍事需要,又是可繼續擴大中國民用導航系統市場覆蓋面和延伸應用技術領域。目前,世界各國都把目光集中于這個領域。我國已加入了國際電信聯盟(ITU),因此,我們有必要對這一領域進行廣泛而深入地研究。本文介紹GPS的概況及發展趨勢。GPS導航技術也正在向各個細分領域得到迅速地發展,可以完全相信未來它一定正在逐漸滲透社會和廣泛應用于各軍用、民用和其他領域。隨著信息科學技術突飛猛進的深入發展和信息應用產品需求量的急劇增加,GPS定位系統已經迅速從使用性能較單一而發展過渡到日益廣泛深入的被廣泛所應用。目前,GPS技術在全球范圍內已經得到了普及和推廣,并成為世界上最先進的定位手段之一。GPS系統是作為一種較現代化的全球衛星地面定位通信系統,具有全天候、全天時導航與授時服務等優點。GPS衛星以它其自身獨特優勢和其強大廣泛的覆蓋功能,涉及整個國民經濟系統的幾乎所有應用領域。特別的是在近年來,消費電子產品市場正呈現著出強勁迅猛的發展和勢頭,已經漸漸進入到我們家庭的各項日常生活、學習、生活、娛樂。

            GPS車載導航定位系統目前已是首次并成功地廣泛可靠地并成功地被應用于國家大地信息測量技術體系中和國家區域城市控制網上中;但是我們公司目前也仍是正在繼續努力的對在以下這樣一些應用方面的進行測試:民用大型商用飛機系統中的實時精確的航線導航和控制服務和實時精確地定點的進場控制及起飛著陸的控制服務系統;對大型陸地車輛的導航定位系統提供的實時智能交通控制指揮調度系統服務和交通調度與管理系統服務;以及為大型國家科學工程項目系統開發的衛星實時地球資源信息綜合的勘察、設計控制與空間測量等技術應用服務和衛星地殼形變實時遙感的監測分析服務應用;以及衛星高精度航測與定位導航和高分辨率衛星遙感。

            GPS衛星系統在未來到整個21世紀后期我國仍將都仍將會繼續的是作為中國一個最重要的軍民兩用的導航服務系統,既還將是可用于國防建設更好地滿足目前我國民用軍事需要,又仍將是可用來逐步地擴大在國內的民用衛星導航應用系統市場份額和擴展軍事的應用領域。GPS衛星應用技術目前也已經正在中國社會和各個高科技專業領域里得到迅速和向前地發展,可以幾乎完全可以相信它已經確實并且正在被逐漸被滲透出社會各行各業和逐步被廣泛應用于社會各個專業軍用、民用衛星行業里和在世界各國其他行業各個領域。

            隨著我國全球定位系統軟硬件設備的發展不斷發展完善,應用范圍領域在不斷發展擴大,從全球發展總趨勢值來看,GPS衛星定位服務技術內涵也必將不斷被深化應用和全面普及,給地理信息測繪科技領域再次帶來了另一場內涵深刻廣闊的全新技術新革命。

             第3章GPS測繪

              3.1 GPS靜態測量原理

            目前對于GPS測量工作其于傳統的大地測量具有很多相似之處,在進行作業時候主要分為內業以及外業,對于外業工作包含了即觀測站點的位置選擇,構建出出觀測的標志,進行野外觀測作業以及最后要進行測量結果的檢驗工作等。而對于內業工作主要是進行GPS相關的技術設計以及對于測量結束后的數據處理以及總結工作等。整體上進行GPS測量主要的工作流程分為:設計階段,進行選測點以及建立標志,實行觀測,監測結果的監測以及進程數據處理。對于GPS的定位測量其技術較為負責,而且進行測量時工作量較大,所以要進行GPS的測量需要在盡量滿足客戶對于數據精度的要求下進行精簡的設計以達到減少預算提升效率的效果。

             3.1.1作業模式

            GPS進程測量作業模式即通過GPS技術方法來確定觀測站點所處的相對位置的一種作業方式。其依靠GPS的信號接受設備以及應該所決定,而不同的觀測的作業模式和其對應的觀測的時間具有差異性,也有其相應的應用場景。

             3.1.2 GPS網的技術設計

            進行GPS網技術的設計工作是進行GPS測量實行的最初環節更是最為基礎的。所以這樣的設計工作需要根據客戶的需求進行設計,其中該設計的內容主要是對于測量精度的把握以及測網的形狀以及進行基準設計。

             3.1.3 GPS網的圖形設計

            目前依據測量的不同應用場景,在進行GPS網的測繪都需要構建出具有形狀的幾何圖形。而常見的基本網形狀如下:

            (1)三角形網

            對于GPS網中間的三角形網其是由三個獨立的觀測邊構建。由于三角網其自身具有著良好的結構性,因此可以使得三角形網其自檢的能力相當好從而就可以保證能比較有效準確的地觀測到測量數據中出現的微小粗差,進而可以提升整體的可靠度。但也鑒于當其實際的觀測需要時工作量將可能有較大,尤其的是在當其接收機的工作總接收機數量也可能普遍較少的之多時,將使為其進行觀測數據處理和分析工作的所用設備的工作時間總的工作時間就會相對大而為小地被相應延長,因此在目前國內通常認為都認為只有綜合考慮到當網信號的實時傳輸對精度性能要求和對系統可靠性要求相對普遍都較高,接收機數目又必須保證在有至少有三臺接收機或者一臺以上設備的數量時,才有可能進行單獨系統設計或采用這種圖形。

            (2)環形網

            環形網圖是由一組分別由至少有若干并同時含有多條的彼此相對獨立的觀測邊所組成的環形與閉合的環邊網所共同所組成起來的環形網。最簡單的獨立的閉合環或符合路線邊數的規定。

            0bcc4d2962d73411ecdf84bfd3ff4040

            (3)星形網

            星形網絡的幾何圖形較簡單,但從其與直接的觀測邊之間,一般又不直接構成一個閉合的圖形,所以說其直接檢驗與直接發現粗弦差點的能力就較差。

             3.1.4基線長度

            基線長度越短,抵消干擾的顯著程度則越為顯得著。

            3.1.5 GPS網的基準

            我國所使用到的兩個國家大地坐標系中目前被采用時間最早久的兩個坐標系分別是建于1954年初的美國北京大地坐標系及美國1980年采用西安的大地坐標系。通常用在大型巖土工程地基的測量方法應用中,還要求必須而且往往又是分別采用了兩套相互獨立配套使用起來的巖土施工測量基準坐標系。因此,在全球大地GPS導航定位與測量的工程方案中首先都必須充分考慮預先確定好的地區性坐標系基準與基于全球坐標系基準的國際大地坐標導航系統測量系統工程基準坐標系統之坐標時差,并必須盡可能的進行于上述這兩類基準坐標系統基準之間的坐標系基準的坐標轉換。

             3.2 GPS靜態測量

              3.2.1 GPS網圖形設計原則

            a.GPS網建設應完全根據測區工程實際運行需要情況和周圍交通狀況,作業完成時使用的衛星狀況,預期可以達到的軌道精度,成果產生的技術可靠性要求以及系統工作總體效率,按照工程優化與設計并重原則進行。

            b.GPS網幅內的點之間及與點之間雖然也不要求都有通視,但一般還更應要著重去考慮在采用常規測量方法及進行加密通信工作時的一種特殊技術應用,每測一點之間均要求應有一個至少有一個或多個以上點的通視點方向。

            c.在目前這種最可能實現的技術條件情況下,新要盡量信息分布也要相對均勻,以便能夠及時而可靠又正確地重新設計確定地面新建地面GPS網址及其它與現有地面的原有網址信息之間的信息間的信息相互轉換關系的參數。

            3.2.2 GPS網圖形設計

            a.GPS網網形:三角形網,如下圖3-1所示:b.觀測作業方式:邊連式;c.平均設站數:2;

            圖3-1 GPS網網形概略圖

            8e6e77055a2782da5f6c0315642aed80  3.3 GPS網的密度設計

            在初步確定的GPS方案在進行技術設計分析研究時,一般情況應當包括首先需要明確并根據現場工程測量的工作任務書上所提出要求設計的GPS網分布點的最小技術密度范圍和各項有關工程技術經濟指標,再仔細考慮和結合按本工作規范(工程測量規范)附錄中已規定好的并需要經實地現場工程測量現場踏勘得出的一些具體經濟參數而確定出來的各點網節點間的最佳連接及觀測的方法,各點網設定站間連續觀測點的最小觀測次數、時間長短等提出布網連接和觀測方案。各種針對不同任務場合要求的任務要求對象和服務的需求對象,對GPS定位點位置信息的需求時間點分布形式和任務要求方法自然也必然會不同。對于一般規模的城市測量設計點和一般工程的測量布設點邊長的設計密度應主要表現為要滿足大規模城市測圖數據加密設計需要和大規模工程測量設計需要的測量技術需要,平均邊長密度范圍一般均應限定在半徑十幾公里以內。

              3.4 GPS控制網的選點

            a.點位系統的點位選擇還應同時符合其技術及設計條件要求,并盡可能有利于同其他的測量控制手段間進行相互擴展測試與交叉聯測控制。b.點位的地質基礎層應是堅實且穩定,易于被長期地保存,并同時應有利于安全生產作業進行。c.周圍地面應盡可能便于地面安置無線電接收等設備裝置和人工操作,視野盡量開闊,被探測的衛星的相對地平高度角半徑應盡可能大于地面15°。

            (1)埋石,控制點為原有控制點,其埋石情況如下圖3-2所示:

            圖3-2 GPS控制點標石埋設圖

            6b82ee196ad8d070aa439c87ce17cb78  1-土面2-素土3-貧混凝土

            3.5 GPS-RTK動態測量

            GPS動態定位(測量)GPS動態定位(測量)是利用GPS信號,測定相對于地球運動的用戶天線的狀態參數,這些狀態參數包括三維坐標、三維速度和時間七個參數。

            (1)GPS動態定位的應用

            導航,跟蹤、監控與調度,制導、航天器姿態確定、航空器等測量、測圖、放樣、監測等

            (2)GPS動態定位的特點

            用戶多樣性,速度多異性,定位實時性,數據短時性,精度要求多變性

            (3)GPS動態定位的類型

            1)單點動態定位(動態絕對定位)

            2)實時差分動態定位法:

            ①位置差分

            ②偽距差分

            ③相位平滑偽距差分:載波多普勒計數平滑偽距、載波相位平滑偽距

            ④載波相位差分:修正法、求差法

            GPS動態定位的基本原理:

            (1)單點偽距動態定位技術(動態絕對定位)

            GPS系統實現動態下的絕對定位是利用系統衛星和用戶接受到信號的距離進行測算的,即根據衛星其瞬間所處的空間坐標進行反演出信號接受天線所處的位置是地球上的什么位置。動態狀態條件下的空間絕對定位是用來確定被安裝接受定位裝置內的任何物體的每一個移動瞬間內的具體空間位置。并且由于接收器一直在處于運動的狀態,這一點也是顯而易見的其左邊也是有一個實時的變化的坐標,這也是的在進行觀測的時候所產生的多余觀測較少甚至沒有。在進行這樣的定位的時候一般也會直接采用測距碼來為測距儀進行定位,這樣的定位方法同樣也可能導致到了對于定位的測量精度要求不甚高,而且還可能出現在SA的控制誤差影響情況下,甚至定位精度就會瞬間降低幾米到幾百米的級別。因此這樣的方法僅僅對于精度要求較低的飛行器和船只以及車輛進行導航。

            (2)位置差分原理

            位置差分字計算上具有先天的優勢,即對于數據傳輸所要進行的差分的修正數少,進行運算也簡單,這也使得絕大部分的GPS接收器都可以通過改裝進行實現變成差分系統。其缺點主要為:

            1)若基站為和用戶基站為在同一顆衛星下就會導致衛星定位時所能產生出來的定位誤差有可能會出現不很匹配,進而使得數據的精度降低。

            2)偽位置差分的定位效果一般也還不如偽距差分定位效果好。

            (3)偽距差分原理

            偽距差分定位系統有著相對較好的差分定位的精度以及可靠性以實現性能進成為了目前差分定位系統技術應用中別應用得最多的一項技術領域之一。其最主要應用原理之一即是使用戶直接根據目前的已知衛星定位的衛星空間坐標該衛星空間定位的測量基本技術方法就是先通過衛星站在已知基準站坐標位置上并利用當前上述的已知的衛星坐標數據來快速求測定計算出測標準衛星站坐標位置至測量目標衛星位置間的實際準確位置距離,并要能自動將其實際距離誤差與目前已知的含有該誤差值數據的衛星實際與測量的目標距離值加以比較,然后通過衛星站利用其另外的一個α-β濾波器系統來將此差值經過濾波衛星計算并可自求并測出其偏差,并同時可以同時將來自其他衛星所有在已知衛星表面上獲得的衛星測距所得的誤差信號通過傳輸信號反饋返回給目標用戶,用戶并能立即利用其反饋到此目標衛星的測距產生的衛星誤差信息來及時進行衛星改正消除其已測量定出衛星的偽距。最后,用戶就可以再利用衛星改正消除后衛星產生的衛星偽距之差而求測定出其衛星自身實際位置時的衛星坐標。如果同時在衛星基準站、用戶站的兩端點均能先后確認觀測尋得發現了一顆距離衛星相同位置地點附近的含第4顆星以上或帶第4個顆星及等星以上顆星組成的衛星,即可實現直接實現在衛星用戶站的兩端點的精準定位。

            第4章GPS測繪技術的應用

              4.1大型精密工程測量

            大型的工程精密測量技術一直來是我國工程精密測量領域測量工作的最大原動力點和一個閃光點,代表了著當代工程測量學科發展研究的最新方向。如:電站大壩及其他大型精密測量工程測量工程;水工大壩建設及大型電站樞紐建設的測量方法;特大鐵路橋梁施工建設安裝測量;大型電視塔鋼桁桅桿架設及大型雷達天線的安裝和測量工程;地下特長隧道防滲透加固測量施工;高聳建筑物管線及附屬構筑物加固施工測量及工程安裝和測量施工等,均是以安裝難度較大、技術先進而著稱。大型精密工程的測量儀器項目均有它其所自身具備的基本特點:有的傳統工程儀器測量都要求毫米級精度,有許多的傳統工程儀器測量都由于它其自身不規則性、多樣性、復雜性特征和其空間尺度變化量的巨大超規模,增加到了其工程精度測量方法的技術難度系數和計算難度,有許許多多的現代工程精度測量遠遠超出到了這些傳統精密工程精度測量范疇。結合實際工程特點,不僅研究設計與制造運用了國內一些先進特殊實用的工程儀器系統和測試工具,還吸收引進開發了多種現代實用工程和測量領域高新技術,將國際GPS應用技術技術、電子工程測量儀器技術、自動化計量技術理論等多個高新技術學科系統滲透引入到工業建筑檢測計量過程中,并最終在現場施工及測量工程計量工作中真正得到實踐了應用。許多研究項目逐步實現到了大數據的釆集自動化和大規模數據處理的自動化、實時化,數據管理趨向集成化、標準化、可視化、數據傳輸和計算應用走向網絡化、多樣化。

             4.2城市數字測繪

            我國的三維數字地形圖測繪新技術研究起步早于本世紀上世界90之初,經過短短十多年間的研究發展,已經在日趨接近成熟,形成出了中國自己獨創的制圖方法,開發完成了國內一批完全具有完整自主原創版權功能的地理信息系統國產軟件。目前,數字化基礎測繪系統技術也已初步得到全面普及,大中比例尺電子地形圖、地籍圖、房產現狀圖、竣工測量圖、地下空間管網圖等和北斗導航等電子地圖全部數字化完成測繪,并取消了白紙測圖方法。本文就如何在野外地形復雜情況下快速準確地完成各種數據采集工作進行研究分析,并提出相應解決方案和解決措施。主要涉及的大型數字化衛星測圖與攝影系統產品類型有全站儀軟件+便攜式PDA軟件+便攜式地形圖繪圖軟件、全站儀+手持PDA繪圖軟件+帶掌上電腦功能的手持地形圖繪圖軟件、GPS-RTK繪圖軟件+便攜PDA繪圖軟件+便攜地形圖繪圖軟件、大比例尺衛星數字影像測圖設備和衛星攝影及測量、數字攝影技術軟件+便攜式車載及GPS測量設備軟件+便攜車載測量便攜機軟件+便攜式衛星數字導航系統測圖技術及測繪制圖軟件。

             4.3建筑變形監測

            隨著國民經濟的飛速發展發展,自然、超大型建筑物、構筑物、地鐵的改造步伐加快,高層建筑中的高層建筑和地庫的建設,變形測量越來越重要,對工程單位的要求越來越高,越來越受到人們的關注。變形觀測是一項技術性較強的工作。它主要包括:位移觀測,應力應變觀測,地下水位變化觀測。變形量的大小直接影響到整個工程施工質量和工期。因此必須做好變形控制。在隧道施工建設過程監理中,不僅一定要經常監測超深基坑內支護的結構安全性和高邊坡體的施工穩定性,還要重點監測施工結構主體安全性和隧道鄰近的建筑物施工的施工穩定性。在對大型復雜鋼結構建筑物基礎的建設施工作業中,要學會經常的對工程鋼結構狀態進行現場監測,計算出鋼結構參數與原來設計參數值上的一些偏差,并可以對鋼桿件結構的設計安裝情況進行適時調節。

            第5章測繪技術在工程中未來的發展

              5.1測定中采用GPS

            隨著工業城市發展的高速發展,建筑工程領域也就形成有了一系列新領域的工作特點,建筑系統中的重大變化就體現在其他很多技術方面,包括施工建設土地資源狀況和城市施工場地建設施工條件等等的發展變化,測量作業人員同樣也要面臨著一種更加豐富復雜而多變的建筑工程測量實踐環境。隨著當今我國城市社會經濟水平日益的發展提高,人們普遍對于居住生活質量要求會越來越之高,這將使得城市建筑行業領域得到有了相對較好發展的空間發展前景。在建筑行業當前各個階段,建筑工程勘察測量設計是貫穿整個國家工程基礎建設系統中最為不可或缺的其中一個核心環節,其作用不可小覷。在原建筑工程勘察測量基礎工作規程中,在規定進行建筑工程放樣和測量設計時,應首先注意查明建設用建筑平面與及其周圍各建筑群軸線之間存在的最直接測量聯系,詳細可靠的建筑測繪技術信息應當包括基線高程偏差和建筑間距,在保證實際勘察施工測繪過程進行中,工程坐標軸面與實際測量的軸線面積之間應存在相互交叉關系。在實際轉換建筑坐標、獲取測繪基準坐標資料的計算過程工作中,也相對增加了其實際的測量數據處理工作量。

            5.2確定標志性區域

            在一些建筑工程的初期測量環節,測繪人員需要完成標志性區域的認定工作,選址問題比較突出,可以按照標準的區域選擇常規要求,正確處理測量任務。標準地區必須交通運輸條件便利,必須能夠接收準確的定位信號,否則將無法應用基于位置的制圖技術。一旦確定了道路的具體路段,就可以進入目標區域,以劃定觀測范圍和可用手段。為保證施工質量,應做好GPS,GIS等相關設備的安裝調試和維護管理工作;要確保所有儀器均能正常運行,以提高工作效率;還要加強對數據采集過程中的管理力度。該系統對觀測信息進行實時記錄,可根據科學原則確定天線安裝的準確位置。除了精確的原則外,還必須遵守定向原則,制定更高的測繪標準,然后使用天線進行有針對性的觀測,平衡建筑物與特定位置之間的垂直距離。

            5.3實現計量

            在建筑工程測量過程中,需要結合朝向設置需要進行測量工作,在對GPS數據進行??焙?,要合理使用,使獲得的定位數據可以直接存儲在接收機裝置中進行分析。由于受到外界因素影響,往往會造成觀測值與實際值相偏離,為了避免這一現象發生,GPS測繪人員需要根據自身經驗進行修正和處理。此外,還要注意做好資料管理以及存檔等相關工作。在記錄數據時,建議手工完成,這也對GPS測繪人員的業務水平提出了嚴格的要求。如果數據記錄出錯,朝向設置可能會發生偏差,在完成第一次數據記錄后,需要其他人來驗證數據。

             5.4測繪數據的組織和分析

            在使用GPS定位設備完成測繪工作后,要對所有測繪數據進行檢查和分析,以獲取工程測量環節所需的重要數據,否則,數據分析人員必須具有較高的專業性,否則,應在初步整理測繪環節中過濾掉無用的測繪數據,確保數據準確無誤?;诖?,文章首先闡述了GPS測繪技術及其應用優勢;其次從三個方面探討了GPS測繪技術在建筑工程中的實踐應用。希望能夠為相關技術人員提供幫助和指導。提高建筑工程質量水平。工程測量情況有多種特色。流動測繪站和基準站可結合GPS定位和RTK技術,在相應的工程圖則中繪制地籍圖和地圖,并顯示建筑工程的具體界址點。采用這種聯合式測繪技術,不需要太多的測繪工作人員,只需在預先確定的位置放置GPS信號接收設備,進行特征點編碼活動,并使用成圖軟件取得相應的結果。

             總結

            本文主要研究了GPS全球定位系統在工程測繪測量中的應用,以及GPS全球定位系統的基本原理和特點,尤其是偽距定位、載波相位定位和差分定位技術,為GPS技術在工程測設中的應用奠定了理論基礎。本文結合不同的工程類型,闡述了GPS技術在工程上的應用,并對今后的測繪工作提出了建議。

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            致謝

            學習的時光總是短暫。難掩心中的不舍之情,借此機會,向教導過我的老師們表達心中最真摯的感謝。我的指導老師在生活和學習方面對我的影響不容忽視。老師一直是一個勤勉自律又博學的人,老師不光教會我如何完成一篇合格的論文,還教會了我孜孜不倦向前拼搏的心態,使我在掌握論文寫作和研究方法的同時,還明白了許多為人處世步入社會之后的道理。在此,向老師您表達最誠摯的謝意!同時,我要感謝在這幾年時光里,我曾有幸遇到的各位任課老師。老師們的博學廣聞和深厚專業修養,這些都是我最后能夠完成這篇論文的強勁助推力。大學這幾年能夠遇到各位優秀的老師,并且有機會跟著您們一起學習,非常開心,在此向各位任課老師表示深深的感謝!

            工程測量中GPS測繪技術的應用研究

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