衛(wèi)星定位系統(tǒng)在公路工程控制測量中的應用

PAGE5衛(wèi)星定位系統(tǒng)在公路工程控制測量中的應用一、GPS控制網的內業(yè)設計1.GPS控制網設計GPS控制網的技術設計是進行GPS測量的基礎。它應根據(jù)用戶提交的任務書或測量合同所規(guī)定的測量任務進行設計。其內容包括測區(qū)范圍、測量精度、提交成果方式、完成時間等。設計的技術依據(jù)是國家測繪局頒發(fā)的《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》及建設部頒發(fā)的《全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程》。（一）GPS網技術設計的一般原則(1)、充分考慮GPS控制網的應用范圍對于工程建設的GPS網，應當既考慮勘測設計階段的需要，又要考慮到施工放樣等階段的需要。對于城市GPS控制網，既要考慮近期建設和規(guī)劃的需要，又要考慮遠期發(fā)展的需要，還可以根據(jù)具體情況擴展GPS控制網的功能，例如，因為GPS測量具有高精度和不要求通視的優(yōu)點，有的城市已經考慮將城市GPS網建成為廉有監(jiān)測三維形變功能的控制網。這樣監(jiān)測GPS網既可以為城市建設提供發(fā)現(xiàn)隱患、預防災害的極有價值的信息，也有利于充分發(fā)揮GPS網在城市建設中的作用。(2)、采用分級布網的方案分級布網是建立常規(guī)測量控制網的基本方法，由于GPS測量具有許多優(yōu)越性，所以并不要求GPS網按常規(guī)控制網分很多等級布設，但有計劃地分級布設GPS網，有利于測區(qū)的近期需要和遠期的發(fā)展。例如，大城市的GPS控制網可以分為三級：首級網中相鄰點的平均距離大于5km；次級網中相鄰點平均距離為1km-5km；三級網相鄰點平均距離可小于1km，且可采用GPS與全站儀相結合的方法布設。對于小城市，分兩級布設GPS網即可。為提高GPS網的可靠性，各級GPS網必須布設成為由獨立的GPS基線向量邊（簡稱為GPS邊）構成的閉合圖形網，閉合圖形可以是三邊形、四邊形或多邊形，也可以包含一些附和路線，但網中不允許存在支線。（二）GPS測量的精度標準GPS測量的精度標準常用網中相鄰點之間的距離中誤差表示，其形式為σ=a+bd式中σ————距離中誤差，mma————固定誤差，mmb————比例誤差系數(shù)，10-6d————相鄰點的距離，km國家測繪局1992年制訂的我國第一部《GPS測量規(guī)范》，將GPS的測量精度分為A-E5級（見下表）。其中A，B兩級一般是國家GPS控制網，而C，D，E3級則是針對局部性GPS網規(guī)定的，在GPS網的技術設計中，應根據(jù)測區(qū)大小和GPS網的用途來設計網的等級和精度標準。表GPS的測量精度ABCDE固定誤差a/mm58101010比例誤差系數(shù)b/10-60.1151020相鄰點最小距離/km10015521相鄰點最大距離/km200025040150相鄰點平均距離/km3007015-1010-55-2（三）坐標系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)GPS采用的1984年世界大地坐標系（worldgeodeticsystem，WGS84坐標系）是一個協(xié)議坐標系，其空間直角坐標系的原點是地球的質心，Z軸指向國際時間局（BIH1984.0）定義的地極方向。而實用上需要得到的是參心坐標系，在我國即1980年國家大地坐標系和1954年北京坐標系（或地方獨立坐標系）的坐標，“參心”

意指參考橢球的中心。為此，在GPS網的技術設計中，必須有GPS網的成果所采用的坐標系和起算數(shù)據(jù)，即GPS網所采用的基準，或稱之為GPS網的設計基準。GPS網的基準與常規(guī)控制網的基準類似，包括位置基準、方位基準和尺度基準。GPS網的位置基準，通常都是由給定的起算點坐標確定；方位基準可以通過給定起算方位角決定，也可以GPS基線向量的方位為方位基準；尺度基準可以由地面的電磁波測距邊確定，或由兩個以上的起算點之間的距離確定，也可以由三、GPS控制網的外業(yè)實施1.儀器準備此次C級控制網的建立所采用的儀器是南方NGS9600型GPS接收機，該接收機是以四臺套進行工作。所以作業(yè)以前準備四個三腳架，四臺接收機，四個盒尺。

1GPS接收機的選用對于不同的GPS網的類級和控制等級，精度要求不一，此處提出選用接收機的基本要求，見下表表接收機的選用級別ABCD、E單頻/雙頻雙頻雙頻雙頻單頻雙頻單頻標稱精度a≤5mm，b≤0.5a≤5mm，b≤1a≤10mm，b≤2a≤10mm，b≤3觀測量載波相位或載波相位+P（Y）碼偽距載波相位或載波相位+P（Y）碼偽距載波相位或載波相位+P（Y）碼偽距載波相位或載波相位+P（Y）碼偽距同步觀測接收機數(shù)≥4≥3≥2≥2南方9600型測量系統(tǒng)GPS測量的工作程序如下圖：是是GPS網的總體設計實地定點、埋石GPS觀測計劃準備基線向量解算數(shù)據(jù)傳輸野外定位觀測及記錄GPS網平差成果輸出打印質量合格否圖2.接收機及附屬設備的檢驗與維護（1）、接收機、天線及其他設備是否完整齊全，可隨時出測。（2）、各設備及電纜外部有無損傷、銹蝕，能否確保安全連接。（3）、充電后信號燈、按鍵、顯示系統(tǒng)以及儀表工作是否正常，可用自測試命令進行測試。（4）、用于A、B級的接收機，每年出測前至少檢定一次，按規(guī)范要求應在不同長度的標準基線或規(guī)定的比較基線或GPS測量檢驗場上進行測試。（5）、新出廠的A、B級GPS觀測的接收設備應進行天線相位中心穩(wěn)定性檢驗，經檢驗或更換插板的接收機，有關檢驗和試測項目需要重新進行。（6）、通風干濕表及空盒氣壓表，至少每三年送檢一次，天線的圓水準氣泡和光學對中器每年至少進行一次檢校。3.人員組織每臺接收機必須有一個人進行操作，為了全面加強控制測量工作的領導，測量隊伍還成立了職員組和技術指導組。職員組的主要任務是在進行測量時負責操作儀器及看管儀器。技術指導組的任務是具體負責組織控制測量實施過程中的的重大技術性問題。4.儀器安裝將準備好的三腳架架到已經選好的待測點上，將接收機安裝到三腳架上對中、整平。量取天線高，開機進入工作階段。注：本次觀測采用的作業(yè)模式是靜態(tài)定位模式：（1）．作業(yè)方法：采用四臺接收設備，分別安置在基線的兩個端點同步觀測顆以上衛(wèi)星，每時段長45分鐘。（2）．精度：基線的定位精度可達5mm+lppm。D,D為基線長度(千米)。（3）．注定事項：所有已觀測基線組成一系列封閉圖形，以利于外業(yè)檢核，提高成果可靠性。并通過平差，助于進一步提高定位精度。5.野外觀測野外觀測應嚴格按照技術設計要求進行。（1)、安置天線:天線安置是GPS精密測量的重要保證。要仔細對中、整平、量取儀器高。儀器高要用鋼尺在互為120°方向量三次，互差小于3mm。取平均值后輸入GPS接收機。(2)、安置GPS接收機:GPS接收機應安置在距天線不遠的安全處，連接天線及電源電纜，并確保無誤。(3)、操作：按規(guī)定時間打開GPS接收機，輸入測站名，衛(wèi)星截止高度角，衛(wèi)星信號采樣間隔等。GPS接收機記錄的數(shù)據(jù)有：GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差參數(shù)；觀測歷元的時刻及偽距觀測值和載波相位觀測值；GPS絕對定位結果；測站信息。(4)、檢查：一個時段測量結束后要查看儀器高和測站名是否輸入，確保無誤再關機、關電源、遷站。四、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理1.數(shù)據(jù)傳輸觀測完畢即可進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸是內業(yè)工作的基礎工作，在數(shù)據(jù)傳輸過程中必須嚴格按軟件的操作程序進行操作，要認真的對待這一過程。本次觀測數(shù)據(jù)傳輸，是將NGS9600型GPS接收機與計算機連接，使用相應的軟件進行數(shù)據(jù)傳輸和處理。（一）連接計算機和GPS接收機前的準備（1）、保證NGS9600型主機電源充足，打開電源（2）、用通訊電纜連接好電腦的串口1(COMl)或串口2(COM2)。（3）、要等待(約10秒鐘)9600主機進入主界面后再進行連接和傳輸(初始界面不能傳輸)。（4）、設置要存放野外觀測數(shù)據(jù)的文件夾，可以在數(shù)據(jù)通訊軟件中設置。（二）進行通訊參數(shù)的設置（1）、選擇“通訊”菜單中的“通訊接口”功能，系統(tǒng)彈出圖4-3所示的通訊參數(shù)設置對話框。（2）、在通訊參數(shù)設置對話框中選擇通訊接口COM1或COM2，鼠標單擊“確定”按鈕。圖通訊參數(shù)設置對話框（三）連接計算機和GPS接收機圖連接計算機和GPS接收機后的程序菜單選擇“通訊”菜單中的“開始連接”功能或直接在工具欄中選擇“連接”。如果在第二步中設置的通訊參數(shù)正確系統(tǒng)將連接計算機和GPS接收機，在程序視窗的下半部分顯示GPS接收機內的野外觀測數(shù)據(jù)。見圖4-3。如果通訊參數(shù)設置不正確，請重復第二步的操作。（四）數(shù)據(jù)傳輸（1）、選擇“通訊”菜單中的“傳輸數(shù)據(jù)”功能，系統(tǒng)彈出圖4-4所示的對話框。（2)、在GPS數(shù)據(jù)傳輸對話框中選擇野外的觀測數(shù)據(jù)文件，鼠標單擊“開始”。（五）斷開連接選擇“通訊”菜單中的“斷開連接”功能或直接在工具欄中選擇“斷開”，即可斷開計算機和GPS接收機的連接。例如要將數(shù)據(jù)保存在E盤根目錄下JT文件夾中，則可以進行如下操作：(1)、打開E盤根目錄下JT文件夾；(2)、選定欲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（如2113點數(shù)據(jù)）如圖。(3)、在圖的對話框中可更改點名、儀器天線高、時段號。(4）、然后鼠標左鍵點擊“開始”，該點上采集的數(shù)據(jù)“2113”將傳輸?shù)侥阒付ǖ腅盤根目錄下JT文件夾。（5)、斷開連接。圖GPS數(shù)據(jù)傳輸對話框2.數(shù)據(jù)處理GPS導線數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網平差兩個階段，數(shù)據(jù)處理采用GPS數(shù)據(jù)處理軟件。經濟基線解算、質量檢核、網平差后，得到GPS控制點的三維坐標。（一）處理過程符合下列技術要求同一時段觀測值基線處理中，二、三等數(shù)據(jù)采用率都不宜低于80%，同步環(huán)的相對閉合差和全長相對閉合差應符合下表規(guī)定：表同步環(huán)坐標分量及環(huán)線全長相對閉合差的規(guī)定（ppm）等級限差類型二等三等四等一級二級相對閉和差2.03.06.09.09.0全長相對閉合差3.05.010.015.015.0（二）觀測成果檢驗1、每個時段同步環(huán)檢驗:同一時段多臺儀器組成的閉合環(huán)，坐標增量閉合差應為零。由于儀器開機時間不完全一致，會有誤差。在檢核中應檢查一切可能的環(huán)閉合差。其閉合差分量要求不超過限差。2、同步邊檢驗：一條基線在不同時段觀測多次，有多個獨立基線值，這些邊稱為重復邊。任意兩個時段所得基線差應小于相應等級規(guī)定精度的2.2倍。3、異步環(huán)檢驗在構成多邊形環(huán)路的基線向量中，只要有非同步觀測基線，則該多邊形環(huán)路稱為異步環(huán)。異步環(huán)檢驗應選擇一組完全獨立的基線構成環(huán)進行檢驗，應符合限差要求。（三）補測與重測為了滿足成果的精度和統(tǒng)一年性當一個控制點不能與兩條合格獨立基線相連接時，則必須在該點上補測或重測不少于一條獨立基線。（四）GPS網平差處理當各項質量檢核符合要求時，應以所有獨立基線組成閉合圖形，進行控制網平差，平差時應遵循以下規(guī)定：（1）、各觀測時段均首先進行一個起算點的三維無約束平差，基線向量的改正數(shù)（VΔx、VΔy、VΔz）的絕對值均≤42mm。（2）、在三維無約束平差確定的有效觀測量基礎上，應在陽泉市礦區(qū)獨立坐標下進行約束平差。在基線向量的改正數(shù)與剔除粗差后的無約束平差結果的同名基線相應改正數(shù)的較差（dVΔx、dΔy、dΔz）均≤28mm。約束點的已知點坐標，已知距離，已知方位可作為強制約束的固定值，平差結果應輸出陽泉市礦區(qū)獨立坐標系中的三維坐標。同時應輸出基線向量改正數(shù)，基線邊長，及成果