1.GPS工程測(cè)量及數(shù)據(jù)處理研究-文獻(xiàn)綜述

1、O李*g噌£常HUAZHONGAGRICULTURALUNIVERSITY本科畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述題目：GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用及數(shù)據(jù)處理姓名：趙建平學(xué)號(hào)2009303200901專(zhuān)業(yè)：地理信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：苗潔職稱(chēng)講師中國(guó)武漢二O三年一月密級(jí)分類(lèi)號(hào)華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用及數(shù)據(jù)處理GPSinEngineeringMeasurementandDataProcessing學(xué)生姓名：趙建平學(xué)生學(xué)號(hào)：2009303200901學(xué)生專(zhuān)業(yè)：地理信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：苗潔講師華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院二O三年一月目錄1. GPS和工程測(cè)量等相關(guān)概念211GPS相關(guān)概念21

2、.1.1 GPS概念21.1.2 GPS技術(shù)21.1.3GPS衛(wèi)星測(cè)量原理31.1.4GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)31.2工程測(cè)量介紹42. GPS在現(xiàn)代工程測(cè)量中的具體應(yīng)用分析52.1實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)簡(jiǎn)介52.2靜態(tài)GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用62.3動(dòng)態(tài)GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用63. 工程測(cè)量及數(shù)據(jù)處理73.1工程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法73.2GPS基線處理與質(zhì)量控制83.2.1 GPS基線邊的解算83.2.2 各種檢核計(jì)算83.2.3 平差計(jì)算和成果分析94. 分析與總結(jié)95. 參考文獻(xiàn)116.致謝11GPS工程測(cè)量及數(shù)據(jù)處理研究II摘要：GPS測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量時(shí)間短、技術(shù)含量高、精確度高等優(yōu)

3、點(diǎn)，在工程測(cè)量實(shí)踐中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文主要通過(guò)介紹GPS的系統(tǒng)組成、工作原理、技術(shù)特點(diǎn)等基本情況，系統(tǒng)總結(jié)了GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用情況，及其在工程測(cè)量后的數(shù)據(jù)處理方法。川關(guān)鍵詞：全球定位系統(tǒng)；GPS測(cè)量技術(shù)；工程測(cè)量；應(yīng)用；靜態(tài)測(cè)量；動(dòng)態(tài)測(cè)量；數(shù)據(jù)處理1.GPS和工程測(cè)量等相關(guān)概念11GPS相關(guān)概念1.1.1GPS概念GPS是英文NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositioningSystem衛(wèi)星測(cè)時(shí)測(cè)距導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱(chēng)，而其中文簡(jiǎn)稱(chēng)為“球位系”。GPS是20世紀(jì)70年代由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定

4、位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過(guò)20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達(dá)98的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。1.1.2GPS技術(shù)GPS定位技術(shù)的高度自動(dòng)化及其所達(dá)到的高精度和具有的潛力，也引起了廣大測(cè)量工作者的極大興趣。當(dāng)時(shí)GPS定位基本上只有一個(gè)作業(yè)模式靜態(tài)相對(duì)定位,兩臺(tái)或若干臺(tái)GPS接收機(jī)安置在待定點(diǎn)上，連續(xù)同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星1-2h或更長(zhǎng)一些時(shí)間，通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)的后處理，給出各待定點(diǎn)間的基線向量，在采用廣播星歷的條件下，靜態(tài)定位可取

5、得5mm+lX106D（雙頻）或10mm+2X106D（單頻）基線解精度。隨著技術(shù)的發(fā)展，快速靜態(tài)定位為短基線測(cè)量作業(yè)闖出了一條新路，大大提高了GPS測(cè)量的勞動(dòng)生產(chǎn)率。一對(duì)GPS測(cè)量系統(tǒng)（雙頻）在10km以?xún)?nèi)的短邊上，正常接收4-5顆衛(wèi)星5min左右，即可獲取5-10mm+1X106D的基線精度,與1-2h甚至更長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)定位的結(jié)果不相上下。各個(gè)GPS測(cè)量廠商看好這個(gè)大趨勢(shì)，紛紛推出各自的GPS測(cè)量新產(chǎn)品。有的把這種新型產(chǎn)品稱(chēng)之為GPS全站儀，有的稱(chēng)之為RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量），有的稱(chēng)之為RTKGPS?？傊珿PS測(cè)量理論與設(shè)備的不斷發(fā)展，使得GPS測(cè)量技術(shù)日趨成熟，GPS測(cè)量功能更加完善，GP

6、S測(cè)量應(yīng)用面更廣，并且GPS測(cè)量設(shè)備價(jià)格變得低廉，操作更加簡(jiǎn)便，使GPS測(cè)量更加實(shí)用化和自動(dòng)化。20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著GPS定位技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展完善,使測(cè)繪定位技術(shù)發(fā)生了革命性的變革，為工程測(cè)量提供了嶄新的技術(shù)手段和方法。長(zhǎng)期以來(lái)用測(cè)角、測(cè)距、測(cè)水準(zhǔn)為主體的常規(guī)地面定位技術(shù)，正在逐步被以一次性確定三維坐標(biāo)的、高速度、高效率、高精度的GPS技術(shù)所代替；定位方法已從靜態(tài)3華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)；定位服務(wù)領(lǐng)域已從導(dǎo)航和測(cè)繪領(lǐng)域擴(kuò)展到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的廣闊領(lǐng)域。1.1.3GPS衛(wèi)星測(cè)量原理GPS衛(wèi)星定位測(cè)量是通過(guò)用戶(hù)接收機(jī)接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)來(lái)測(cè)定所在位置的坐標(biāo)的，粗略的來(lái)

7、講，GPS衛(wèi)星信號(hào)包括測(cè)距碼信號(hào)(P碼和C/A碼信號(hào))、導(dǎo)航電文(D碼，即數(shù)據(jù)碼信號(hào))和載波信號(hào)。GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。就是在需要定位的位置p點(diǎn)架設(shè)GPS接收機(jī)，在某一時(shí)刻同時(shí)接收了3顆(a、b、c)以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過(guò)一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的距離Sap、Sbp、Scp，同樣通過(guò)接收衛(wèi)星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置(三維坐標(biāo))。從而用距離交會(huì)的方法求得p點(diǎn)的三維坐標(biāo)(Xp，Yp，Zp)，其數(shù)學(xué)式為：Sap2=(XpXa)2+(YpYa)2+(Zp+Za)2Sbp2=(XpXb)2+(YpYb)2+(Zp+Z

8、b)2Scp2=(XpXc)2+(YpYc)2+(Zp+Zc)2(1)式(1)中(Xa,Ya，Za)，(Xb，Yb，Zb)，(Xc，Yc，Zc)分別為衛(wèi)星a，b，c在t時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)。在GPS測(cè)量中通常采用兩類(lèi)坐標(biāo)系統(tǒng)，一類(lèi)是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類(lèi)是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱(chēng)地固坐標(biāo)系統(tǒng)，在公路工程控制測(cè)量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)。(如：WGS84世界大地坐標(biāo)系和1980年西安大地坐標(biāo)系)在實(shí)際使用中需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，來(lái)求出所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)。這樣更有利于表達(dá)地面控制點(diǎn)的位置和處理GPS觀測(cè)成果，因此在測(cè)量中被得到了廣泛的應(yīng)用。1.1.4GPS測(cè)量的技術(shù)

9、特點(diǎn)相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法，GPS測(cè)量擁有諸多優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。(1) 測(cè)站之間無(wú)需通視：這一特點(diǎn)使得選點(diǎn)更加靈活方便，但測(cè)站上空必須開(kāi)闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。(2) 定位精度高：一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1XD，而紅外儀標(biāo)稱(chēng)精度為5mm+5XD,GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。(3) 觀測(cè)時(shí)間短：采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在3040min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。(4) 提供三維坐標(biāo)：GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。(5) 操作簡(jiǎn)便：GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度較高。

10、目前，GPS接收機(jī)已趨小型化和操作傻瓜化，觀測(cè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高打開(kāi)電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。(6) 全天候作業(yè)：GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)、時(shí)間連續(xù)地進(jìn)行，一般不受天氣狀況的影響。在中國(guó)GPS定位技術(shù)的應(yīng)用已深入各個(gè)領(lǐng)域，國(guó)家大地網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)的建立與改造已普遍地應(yīng)用GPS技術(shù)。在石油勘探、高速公路、通信線路、地鐵、隧道貫通、建筑變形等也已廣泛的使用GPS技術(shù)。GPS技術(shù)不是萬(wàn)能的,系統(tǒng)本身的特點(diǎn)決定了其在工程測(cè)量應(yīng)用的局限性。應(yīng)用華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述的場(chǎng)合不同，局限性的表現(xiàn)形式也不同。(1) 一些帶有隱蔽性

11、和遮擋性地區(qū)無(wú)法使用GPS技術(shù)在進(jìn)行地下工程、隧道控制測(cè)量中，地面首級(jí)網(wǎng)可以采用GPS技術(shù)，然而在地下施工控制方案中卻無(wú)法采用，因?yàn)榈叵聸](méi)有GPS信號(hào)。在大森林中布設(shè)控制網(wǎng)，如果道路較窄而道兩旁的樹(shù)木茂盛，GPS信號(hào)就會(huì)被樹(shù)木遮擋而呈現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)，很難解算出符合精度要求的基線向量。建立工業(yè)區(qū)十字控制網(wǎng)，采用GPS技術(shù)遠(yuǎn)沒(méi)有應(yīng)用全站儀方便。(2) 碎部測(cè)量與放樣不適合使用GPS技術(shù)目前，大面積地形測(cè)量多采用攝影測(cè)量方案。小區(qū)域1：500地形圖、補(bǔ)圖采用解析法測(cè)圖，這些測(cè)圖區(qū)域，多數(shù)為城建區(qū)，不是建筑物高大、就是民房密集。高大的建筑物會(huì)遮擋GPS信號(hào)，使得觀測(cè)值產(chǎn)生周跳，破壞了整周計(jì)數(shù)的連續(xù)性，需要

12、重新確定初始周未知數(shù)。這樣,不但影響觀測(cè)工作的效率，也影響了工作人員的情緒。如果這種現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，將造成記錄的支離破碎,影響成圖精度，甚至?xí)l(fā)生錯(cuò)誤。(3) 應(yīng)用GPS定位技術(shù)不能直接得到地面點(diǎn)的正常高應(yīng)用GPS定位技術(shù)不能直接得到地面點(diǎn)的正常高，而只能得到大地高。采用GPS定位技術(shù)確定地面點(diǎn)的正常高，必須要知道地面點(diǎn)的高程異常，這就限制了GPS技術(shù)在高程測(cè)量方面的作為。對(duì)于一個(gè)區(qū)域而言，GPS高程的常用方案是，用水準(zhǔn)測(cè)量的方法聯(lián)測(cè)部分GPS點(diǎn)，建立高程異常模型。當(dāng)知道任一點(diǎn)大地高時(shí)，由地面高程模型即可推算出該點(diǎn)的正常高。(4)GPS定位技術(shù)不適用于變形監(jiān)測(cè)對(duì)于常規(guī)工程的變形監(jiān)測(cè)，水準(zhǔn)測(cè)量容易

13、達(dá)到毫米級(jí)精度，而且工作組織簡(jiǎn)單、操作方便。特別是數(shù)字水準(zhǔn)儀的使用,更減輕了記錄的工作量，使得水準(zhǔn)測(cè)量工作速度快、精度高。應(yīng)用GPS技術(shù)，如果不采用特殊的觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理方法,高程精度不像水準(zhǔn)測(cè)量那樣容易達(dá)到監(jiān)測(cè)精度要求，而且組織復(fù)雜。1.2工程測(cè)量介紹工程測(cè)量的主要工作為小區(qū)域大比例尺地形圖測(cè)繪，施工測(cè)量，變形監(jiān)測(cè)等。其特點(diǎn)是工作場(chǎng)所多變、環(huán)境復(fù)雜、干擾因素多。隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，工程測(cè)量的對(duì)象進(jìn)一步向宏觀和微觀發(fā)展，精度要求也愈來(lái)愈高，所使用的儀器也趨于電子化、數(shù)字化、自動(dòng)化。工程測(cè)量通常使用的儀器有：經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀，測(cè)距儀，全站儀，數(shù)字水準(zhǔn)儀GPS接收機(jī)。目前，經(jīng)緯儀正在被逐步

14、淘汰，單一功能的測(cè)距儀愈來(lái)愈少；常規(guī)水準(zhǔn)儀商品價(jià)格低、精度可靠，因而常規(guī)水準(zhǔn)儀將在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)采用；全站儀的自動(dòng)化、數(shù)字化程度高，可以同時(shí)完成經(jīng)緯儀、測(cè)距儀的工作，也可以完成水準(zhǔn)儀的部分工作，但是，全站儀仍然擺脫不了對(duì)于工程控制的依賴(lài)，在未來(lái)的“數(shù)字城市”環(huán)境下，難于直接融入社會(huì)的技術(shù)環(huán)境。應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)進(jìn)行定位和導(dǎo)航，具有自動(dòng)化程度高、定位精度高以及全天候觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，因而已廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、海陸空導(dǎo)航、氣象預(yù)報(bào)、自動(dòng)控制等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)方面。對(duì)于測(cè)繪行業(yè)而言，GPS定位技術(shù)已普遍應(yīng)用于：大地測(cè)量、地殼板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、建立各種工程控制網(wǎng)、監(jiān)測(cè)網(wǎng)和進(jìn)行各種工程測(cè)量等。特別是在“數(shù)字城

15、市”的環(huán)境下，城市具有區(qū)域差分網(wǎng)，在差分基站的支持下，單臺(tái)GPS接收機(jī)可以方便地進(jìn)行碎部測(cè)量和放樣，因而鼓舞了GPS應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。GPS的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了各種測(cè)繪工作都試圖采用這一技術(shù)的趨勢(shì)，很少有人關(guān)注GPS技術(shù)的局限性。顯然，GPS對(duì)于測(cè)繪工作不是萬(wàn)能的，具有一定的局限性。只有正確地認(rèn)識(shí)這一點(diǎn)，客觀地對(duì)待這一技術(shù)，才能有效發(fā)揮這一技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，避免GPS技術(shù)應(yīng)用的盲目性。測(cè)繪的大量工作是工程測(cè)量，將GPS應(yīng)用于工程測(cè)量不像人們想象得那樣簡(jiǎn)單,最明顯的例子是：它對(duì)于隧道、礦山等地下工程測(cè)量是無(wú)能為力的。工程測(cè)量的外業(yè)工作，大部分是碎部測(cè)量和施工放樣。保證外業(yè)工作效率高的關(guān)鍵是，使用儀器設(shè)備少

16、，依賴(lài)的基礎(chǔ)控制少，工作連續(xù)。2GPS在現(xiàn)代工程測(cè)量中的具體應(yīng)用分析2.1實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位技術(shù)簡(jiǎn)介實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK,RealTimeKinematics）定位技術(shù)是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破，在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。眾所周知,無(wú)論靜態(tài)定位，還是準(zhǔn)動(dòng)態(tài)定位等定位模式，由于數(shù)據(jù)處理滯后,所以無(wú)法實(shí)時(shí)解算出定位結(jié)果，而且也無(wú)法對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核，這就難以保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，在實(shí)際工作中經(jīng)常需要返工來(lái)重測(cè)由于粗差造成的不合格觀測(cè)成果。解決這一問(wèn)題的主要方法就是延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間來(lái)保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性，這樣一來(lái)就降低了GPS測(cè)量的工作效率。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動(dòng)站組成，建立無(wú)

17、線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證，其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù)，隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。這樣用戶(hù)就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測(cè)點(diǎn)的精度指標(biāo)，確定觀測(cè)時(shí)間，從而減少冗余觀測(cè)，提高工作效率。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）定位有快速靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種測(cè)量模式，兩種定位模式相結(jié)合，在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測(cè)、施工放樣、監(jiān)理和GIS（地理信息系統(tǒng)）前端數(shù)據(jù)采集。RTK技術(shù)主要具有以下

18、優(yōu)點(diǎn):1）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級(jí)精度的測(cè)量成果（包括高程）；2）徹底擺脫了由于粗差造成的返工,提高了GPS作業(yè)效率；3）作業(yè)效率高，每個(gè)放樣點(diǎn)只需要停留2-4s,其精度和效率是常規(guī)測(cè)量所無(wú)法比擬的；4）應(yīng)用范圍廣,可以涵蓋公路測(cè)量（包括平、縱、橫）,施工放樣,監(jiān)理,竣工測(cè)量,養(yǎng)護(hù)測(cè)量,GIS前端數(shù)據(jù)采集諸多方面；5）如輔助相應(yīng)的軟件，RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè)，充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢(shì)。2.2靜態(tài)GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用所謂靜態(tài)相對(duì)定位，指的是需要兩臺(tái)或以上的接收機(jī)，同時(shí)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收，然后處理相關(guān)數(shù)據(jù)，精確計(jì)算控制點(diǎn)三位坐標(biāo)，并根據(jù)其中某點(diǎn)的坐標(biāo)位置，精確求出另外一點(diǎn)的坐

19、標(biāo)位置，靜態(tài)相對(duì)定位具有很強(qiáng)的精度，在我國(guó)野外工程測(cè)量中，用的最為頻繁。諸如位移監(jiān)測(cè)、地球定位測(cè)量、大型工程野外涵洞隧道精確定位。在我國(guó)公路的工程測(cè)量中，特別是高速公路，其線路的勘測(cè)定位有著十分高的精度。高速公路通暢延綿千里，已知的控制點(diǎn)少之又少，野外需要確定的控制點(diǎn)多不勝數(shù)，若是用常規(guī)工程測(cè)量手段，給工程帶來(lái)十分繁瑣的同時(shí)，還滿(mǎn)足不了工程的精度要求。GPS測(cè)量技術(shù)剛好能彌補(bǔ)這一缺陷。隨著我國(guó)GPS在公路工程的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)已經(jīng)利用GPS技術(shù)布控首級(jí)高精度的控制網(wǎng)，比如在杭金衡、滬杭、滬寧、石太等高速公路中都采用了GPS測(cè)量技術(shù)。在野外，用GPS技術(shù)定位公路的控制點(diǎn)，幾十公里出現(xiàn)的誤差在2cm范圍

20、內(nèi)，這是常規(guī)測(cè)量手段無(wú)法比擬的。在一般的工程測(cè)量中，控制網(wǎng)的布置、檢測(cè)以及樁位的放樣都是測(cè)量在主要任務(wù)，在傳統(tǒng)的測(cè)量工程，一般采用的是將控制網(wǎng)設(shè)置成線形網(wǎng)或者是環(huán)狀網(wǎng)，經(jīng)常利用經(jīng)緯儀以及測(cè)距儀，更有甚者單面利用全站儀進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量工作，其實(shí)這樣的配合測(cè)量工作所需要的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，花費(fèi)的財(cái)力也十分巨大，因此，GPS靜態(tài)定位呼之欲出。前面分析的GPS定位法，其進(jìn)行的靜態(tài)定位，幾乎不受到天氣環(huán)境等相關(guān)因素的困擾，使用十分方便，在監(jiān)測(cè)的同時(shí)，精確度相當(dāng)高，大力縮短了測(cè)量時(shí)間，提高了測(cè)量效率。GPS工程測(cè)量技術(shù)除了在公路測(cè)量中應(yīng)用之外，在我國(guó)大型橋梁以及隧道工程測(cè)量中也不可或缺，GPS技術(shù)不需要全線通視，

21、能形成畫(huà)面清晰的圖像，這點(diǎn)在無(wú)檢核的支點(diǎn)的量測(cè)應(yīng)用十分重要和方便。江陰長(zhǎng)江大橋，在其常規(guī)精密邊角網(wǎng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)便應(yīng)用了此技術(shù)。實(shí)現(xiàn)運(yùn)用普通測(cè)量方式，建立精度達(dá)到要求的邊角網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上，使用GPS檢測(cè)邊角網(wǎng)，因?yàn)镚PS有著毫米計(jì)精度的優(yōu)勢(shì)，在測(cè)量邊角網(wǎng)時(shí)，能符合其精度。在我國(guó)工程測(cè)量領(lǐng)域，航測(cè)是最需要技術(shù)以及最嚴(yán)精度要求的，GPS技術(shù)完全能滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)要求，因而在航測(cè)領(lǐng)域也有GPS的一席之地。尤其在鐵路建設(shè)過(guò)程中，航測(cè)技術(shù)十分重要。當(dāng)前的航測(cè)成圖過(guò)程中，幾乎任何一對(duì)圖像都必須擁有滿(mǎn)足技術(shù)要求數(shù)量的共同控制點(diǎn)，只有如此，圖片之間才能產(chǎn)生自動(dòng)糾正，我們所知道的傳統(tǒng)測(cè)量方法，必須占據(jù)很多平面以及高程二

22、維坐標(biāo)，在占據(jù)坐標(biāo)位置的同時(shí)，必然浪費(fèi)大量時(shí)間，由于人為因素，往往使測(cè)量精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到技術(shù)要求。比如在深圳地鐵工程中，其工程測(cè)量就采用了GPS航測(cè)技術(shù)，所成的圖像沿一字排開(kāi)，便于人工處理。2.3動(dòng)態(tài)GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量就是用GPS信號(hào)實(shí)時(shí)地測(cè)得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相對(duì)于某一參考系的位置、時(shí)間、姿態(tài)、速度和加速度等狀態(tài)參數(shù)。利用安設(shè)在運(yùn)動(dòng)載體上的GPS接收機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)得GPS信號(hào)接收機(jī)天線所在的位置，稱(chēng)為GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。相對(duì)靜態(tài)GPS相對(duì)定位而言，動(dòng)態(tài)GPS相對(duì)定位指的是固定一臺(tái)接收機(jī)，以此當(dāng)基準(zhǔn)站，同時(shí)，另5華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述外的接收機(jī)在不斷處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以此當(dāng)流動(dòng)站。動(dòng)

23、態(tài)GPS相對(duì)定位技術(shù)，利用比較兩站之間相互信號(hào)的差別，通過(guò)計(jì)算，得出各個(gè)流動(dòng)站在任意時(shí)刻的位移以及位置坐標(biāo)。GPS動(dòng)態(tài)測(cè)量的差分?jǐn)?shù)據(jù)一般有兩種處理方式，一種是即時(shí)處理，一種是滯后處理。所謂即時(shí)處理，指的是及時(shí)將基準(zhǔn)站的測(cè)量信息傳輸?shù)搅鲃?dòng)站，進(jìn)行對(duì)比加工，其重要的步驟是及時(shí)形成數(shù)據(jù)鏈，用于實(shí)時(shí)傳送信息數(shù)據(jù)；所謂滯后處理，就是不需要及時(shí)將基準(zhǔn)站的測(cè)量信息傳輸?shù)搅鲃?dòng)站，只在后期進(jìn)行處理相關(guān)數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)GPS相對(duì)定位一般用于道路勘測(cè)，這種技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用還在初級(jí)階段，還并不成熟，相反，動(dòng)態(tài)GPS相對(duì)定位技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)取得相當(dāng)大的成果。在加拿大，一所大學(xué)里有一種全新的動(dòng)態(tài)定位系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)捷聯(lián)式慣性

24、系該、兩臺(tái)GPS接收機(jī)和一臺(tái)微機(jī)組成，其主要作用是為道路勘測(cè)作出直線以及曲線的定位，在養(yǎng)路方面有著十分重要的作用。3. 工程測(cè)量及數(shù)據(jù)處理3.1工程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法工程控制網(wǎng)是工程建設(shè)、管理和維護(hù)的基礎(chǔ)，其網(wǎng)型和精度要求與工程項(xiàng)目的性質(zhì)、規(guī)模密切相關(guān)。常規(guī)的方法多采用邊角網(wǎng)。GPS具有信號(hào)全球地面連續(xù)覆蓋、觀測(cè)站之間不需要通視、操作簡(jiǎn)便、定位精度高等特點(diǎn)，因此，GPS測(cè)量工程控制網(wǎng)已經(jīng)得到廣泛利用。對(duì)于電廠工程控制測(cè)量，不僅要滿(mǎn)足測(cè)繪大比例尺地形圖的需要，同時(shí)也要滿(mǎn)足電廠設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和放樣工作的要求。那么，在GPS數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，如何減少投影變形以滿(mǎn)足日后施工放樣和工程維護(hù)的需要成為當(dāng)前工

25、作中的一個(gè)重要問(wèn)題，也被眾多學(xué)者和工程技術(shù)人員所關(guān)注，為了減小這種投影變形，經(jīng)常采用換帶法和重新選擇中央子午線的方法，這兩種方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)，但是這種處理方法得到的成果不能滿(mǎn)足電廠設(shè)計(jì)時(shí)各個(gè)專(zhuān)業(yè)之間的資料銜接,在工程中操作起來(lái)也不方便，為此，介紹一種在普通工程測(cè)量中處理投影變形的可行方法。高程對(duì)基線長(zhǎng)度歸算公式及其高斯投影距離改化公式如下：S=D(1-H/R+H/R2)(1)0mmS=S0(l+ym2/2R2+y2/24R2)(2)式中y基線投影到橢球面上的長(zhǎng)度；mH地面實(shí)測(cè)基線邊長(zhǎng)；mR兩端點(diǎn)至投影橢球面的平均高度；D橢球曲率半徑；s0基線兩端點(diǎn)橫坐標(biāo)的平均值；S基線歸算到高斯平面的投影長(zhǎng)

26、度。從公式可以看出投影變形與測(cè)區(qū)所在的位置和測(cè)區(qū)的海拔高度有直接關(guān)系。其具體數(shù)據(jù)處理方法為：首先根據(jù)測(cè)區(qū)情況布置好控制網(wǎng)，校核已知控制點(diǎn)的可靠性，然后把已知點(diǎn)和控制網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，利用GPS廠家的隨機(jī)軟件解算出整個(gè)控制網(wǎng)的基線，再利用這個(gè)可靠的已知點(diǎn)把整個(gè)控制網(wǎng)進(jìn)行約束平差，就得到一套和已知點(diǎn)系統(tǒng)一致的坐標(biāo)值。這個(gè)坐標(biāo)往往不能滿(mǎn)足工程控制網(wǎng)的要求，為此必須減小投影變形的影響，需要把在高斯投影面上的觀測(cè)值投影到測(cè)區(qū)平均高程面上。根據(jù)已知控制點(diǎn)和所求的控制網(wǎng)中的控制點(diǎn)坐標(biāo)很容易求出高斯面上已知點(diǎn)到各個(gè)控制點(diǎn)的距離(S)和這條基線的方位角(a，可以根據(jù)各個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)值利用公式(2)便可求出基13線在橢球

27、面上的距離（S0）,根據(jù)式可以求出基線在測(cè)區(qū)高程面的長(zhǎng)度（D）；最后根據(jù)已知點(diǎn)的坐標(biāo)和距離（D）以及這條基線的方位角（a便可以求出各個(gè)控制點(diǎn)的最終坐標(biāo),經(jīng)過(guò)多個(gè)工程的試驗(yàn)表明,這種做法能夠滿(mǎn)足工程測(cè)量的要求。3.2GPS基線處理與質(zhì)量控制目前,GPS定位技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在大地測(cè)量工程測(cè)量地殼形變等領(lǐng)域。一般說(shuō)來(lái),GPS的野外測(cè)量是比較簡(jiǎn)單的,而測(cè)量方案的制定和測(cè)量數(shù)據(jù)的處理則較為復(fù)雜。通常,測(cè)量方案需要結(jié)合任務(wù)的具體情況來(lái)制定,而數(shù)據(jù)的處理則主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，尤其對(duì)超限的測(cè)量成果更是如此。一般說(shuō)來(lái),GPS測(cè)量的數(shù)據(jù)處理可按下面3個(gè)步驟進(jìn)行：（1）GPS基線邊的解算；（2）成果的各種檢核計(jì)算；GPS

28、網(wǎng)的平差計(jì)算和成果的分析。3.2.1 GPS基線邊的解算在GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理時(shí)，基線邊的解算是數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)，基線邊解算的好壞，直接關(guān)系到各種檢核的是否合限和平差結(jié)果的好壞。因此，在進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)處理時(shí),必須認(rèn)真注意基線邊的解算。通常，有下面幾個(gè)因素影響基線邊的解算結(jié)果：電離層延遲、衛(wèi)星截止高度角、單雙頻解算方法。（1）電離層的修正對(duì)觀測(cè)量的利用可選擇使用單頻或雙頻修正電離層延遲，解算長(zhǎng)邊時(shí)要選擇雙頻修正電離層延遲的模式。解算短邊時(shí)，雙頻接收機(jī)選擇-解算更為有利。因?yàn)榫嚯x短電離層延遲無(wú)需修正，而電離層修正值是靠-和L2數(shù)據(jù)組合修正-觀測(cè)值的，其誤差較-大，這樣修正往往得不償失。（2）解算模式的

29、選擇通常，高精度的基線解有兩種形式，即固定解和浮點(diǎn)解。對(duì)于邊長(zhǎng)小于20km時(shí),一般采用固定解方式進(jìn)行解算；當(dāng)邊長(zhǎng)大于20km時(shí)，宜采用浮點(diǎn)解；對(duì)于大于20km的邊長(zhǎng)有時(shí)也能得到固定解，此時(shí)可通過(guò)閉合環(huán)檢驗(yàn)來(lái)確定應(yīng)采用固定解還是浮點(diǎn)解。（3）其他參數(shù)的選擇其他參數(shù)包括衛(wèi)星的截止高度角，剔除衛(wèi)星和歷元間隔等。一般情況，高度角選為15°，當(dāng)解算結(jié)果不好時(shí)，不妨選20°，甚至25°。剔除衛(wèi)星主要依據(jù)前次解算的結(jié)果進(jìn)行選擇，一般可剔除模糊度小數(shù)位在0.5附近的衛(wèi)星，但數(shù)據(jù)剔除率不宜大于20%，剔除衛(wèi)星的歷元間隔可通過(guò)前次解算的殘差分布圖來(lái)進(jìn)行選擇。3.2.2 各種檢核計(jì)算各

30、種檢核計(jì)算包括同步環(huán)、重復(fù)邊和獨(dú)立環(huán)的檢核計(jì)算。（1）同步環(huán)的檢核計(jì)算同步環(huán)的計(jì)算結(jié)果，通常可以反映幾個(gè)方面的問(wèn)題：a. 數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量的好壞；b. 計(jì)算軟件的好壞；c. 運(yùn)行參數(shù)是否合適。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述一般說(shuō)來(lái)，同步環(huán)的計(jì)算結(jié)果，不應(yīng)作為一種反映測(cè)量的精度指標(biāo)，它只能作為一種數(shù)據(jù)解算是否合適的參考?？梢酝ㄟ^(guò)改變運(yùn)行參數(shù)、變換計(jì)算模式，如變換合適的高度角和衛(wèi)星的剔除率等參數(shù)進(jìn)行基線解算，以改進(jìn)同步環(huán)的計(jì)算結(jié)果。另外，也不能因?yàn)橐粋€(gè)大的同步環(huán)超限，而認(rèn)為整個(gè)環(huán)觀測(cè)不行。有時(shí)，多個(gè)點(diǎn)組成的同步環(huán)是由于其中一個(gè)點(diǎn)引起的，如果其他幾個(gè)點(diǎn)組成的同步環(huán)不超限，相應(yīng)的基線解結(jié)果應(yīng)當(dāng)充分利用。

31、（2）重復(fù)邊的檢驗(yàn)重復(fù)邊的檢驗(yàn)不能只限于當(dāng)天的一個(gè)同步環(huán)，應(yīng)當(dāng)把所有測(cè)量結(jié)果一起進(jìn)行計(jì)算，以檢查成果是否存在分群和超限現(xiàn)象，最好利用程序把所有測(cè)量的基線邊的結(jié)果放在一起解算，以避免人為選邊而出現(xiàn)疏忽現(xiàn)象。（3）獨(dú)立環(huán)的檢核計(jì)算獨(dú)立環(huán)的檢核計(jì)算，首先應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)好獨(dú)立閉合環(huán)，以確保獨(dú)立閉合環(huán)檢核合限后，所選獨(dú)立邊參加平差的平差精度滿(mǎn)足要求。獨(dú)立環(huán)的檢核計(jì)算應(yīng)當(dāng)在同步環(huán)檢核和重復(fù)邊檢核合限的基礎(chǔ)上進(jìn)行，只有這樣才能保證獨(dú)立環(huán)檢核合限。3.2.3平差計(jì)算和成果分析（1）平差的選邊計(jì)算平差選邊的基本原則應(yīng)當(dāng)是：首先是在同步閉合環(huán)、重復(fù)邊和獨(dú)立閉合環(huán)檢查合限的基礎(chǔ)上進(jìn)行選邊的，另外還應(yīng)當(dāng)只選獨(dú)立的基線邊。采

32、用Fillnet軟件進(jìn)行平差處理時(shí)，應(yīng)注意它按基線解的中誤差推薦基線是按固定解或是浮點(diǎn)解來(lái)進(jìn)行平差，有時(shí)推薦的解并不一定合適，此時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)閉合環(huán)的檢核情況來(lái)確定采用固定解還是浮點(diǎn)解，通常應(yīng)選擇閉合差較小的解來(lái)參加平差。（2）平差計(jì)算外業(yè)數(shù)據(jù)處理，最好每天都進(jìn)行各種檢核并進(jìn)行平差，這樣當(dāng)出現(xiàn)平差結(jié)果過(guò)大時(shí)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)是因?yàn)槟囊惶斓臏y(cè)量成果有問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行處理。另外，可利用序貫平差的方法來(lái)利用以前平差的結(jié)果，以減少最后平差的工作量。（3）成果分析GPS網(wǎng)平差結(jié)束后應(yīng)認(rèn)真對(duì)成果進(jìn)行分析。分析的主要內(nèi)容有：a. 單位權(quán)中誤差的大小通常，利用Fillnet軟件進(jìn)行平差時(shí)，它要求平差結(jié)束后的單位權(quán)中誤差

33、O<1。當(dāng)O>1時(shí)，應(yīng)認(rèn)真檢查平差計(jì)算時(shí)的殘差是否大于3倍中誤差，對(duì)于殘差大于3倍中誤差的基線邊應(yīng)當(dāng)改進(jìn)或予以剔除。一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)殘差小于3倍中誤差時(shí)，其單位權(quán)中誤差O<1。b. 基線矢量的分量精度對(duì)于精度較差的基線矢量的分量，可以改進(jìn)其基線的解算方法或者可剔除該邊的某一時(shí)段的觀測(cè)量。另外，也可通過(guò)改換選邊的情況來(lái)改善其平差精度。利用現(xiàn)有的商用軟件來(lái)進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)處理，一般情況下是有現(xiàn)成的模式可以利用的，但對(duì)于各種檢核超限成果的分析主要還是要依靠經(jīng)驗(yàn)，只有不斷地摸索總結(jié)才能有更大的收獲。4. 分析與總結(jié)綜上所述，雖然GPS測(cè)量技術(shù)在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用使傳統(tǒng)的公路工程測(cè)量技術(shù)有

34、了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但二者相比，常規(guī)測(cè)量方法還存在以下的缺陷：1) 規(guī)范對(duì)附合導(dǎo)線長(zhǎng)、閉合導(dǎo)線長(zhǎng)及結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線間長(zhǎng)度等有嚴(yán)格規(guī)定。由于公路測(cè)量的作業(yè)面是一狹長(zhǎng)帶狀，這樣，導(dǎo)線長(zhǎng)度很難達(dá)到規(guī)范要求，往往會(huì)出現(xiàn)超規(guī)范作業(yè)。2) 搜集到的用于路線測(cè)量控制的起算點(diǎn)間一般很難保證為同一測(cè)量系統(tǒng)，往往國(guó)測(cè)、軍測(cè)、城市控制點(diǎn)混雜一起，這就存在系統(tǒng)間的兼容性問(wèn)題，如果用不兼容的起算點(diǎn)，勢(shì)必影響測(cè)量質(zhì)量。3) 國(guó)家大地點(diǎn)破壞嚴(yán)重影響測(cè)量作業(yè)。由于國(guó)家基礎(chǔ)控制點(diǎn)，大多為20世紀(jì)50、60年代完成，有些點(diǎn)由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要已被破壞，有些點(diǎn)則由于人們?nèi)狈χR(shí)遭人為破壞。因此往往不易找到導(dǎo)線的聯(lián)測(cè)點(diǎn)。這樣路線控制測(cè)量的質(zhì)量得

35、不到保證。4) 地面通視困難往往影響常規(guī)測(cè)量的實(shí)施。由于通視的條件的限制，在大范圍密林、密灌及青紗帳地區(qū)，根本無(wú)法實(shí)施常規(guī)控制測(cè)量。相比較，GPS測(cè)量技術(shù)在公路工程測(cè)量上具有較大的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景：1) GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和距離限制，非常適合于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。2) GPS測(cè)量可以大大提高工作及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響，整個(gè)作業(yè)過(guò)程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。3) GPSRTK技術(shù)將徹底改變公路測(cè)量模式。RTK能實(shí)時(shí)地獲得所在位置的空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適合路線、橋、隧道勘察，它可以直接進(jìn)行實(shí)地實(shí)時(shí)放樣點(diǎn)位測(cè)量等。4) GPS測(cè)量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少野外砍伐工作量，提高作業(yè)效率。5) GPS高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是GPS測(cè)量應(yīng)用的重要領(lǐng)域。特別是在當(dāng)前高等級(jí)公路逐漸向山嶺重丘區(qū)發(fā)展的形勢(shì)下，往往由于這些地區(qū)地形條件的限制，實(shí)施常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量有困難時(shí)，GPS高程測(cè)量無(wú)疑是一種有效的手段。GPS在公路工程測(cè)量中的應(yīng)用，對(duì)高等級(jí)公路的勘測(cè)手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革，極大地提高了勘測(cè)精度和勘測(cè)效率，特別是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)(RTK)定位技術(shù)將在公路勘