gps技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用

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1、GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用1概述???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CPS技術(shù)所代替，同時(shí)定位范圍己從陸地和近海擴(kuò)展到海洋和宇宙空間；定位方法己從靜態(tài)擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)；定位服務(wù)領(lǐng)域己從導(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。對(duì)經(jīng)典大地測(cè)量學(xué)的各個(gè)方面產(chǎn)生了極其深刻的影響，它在大地測(cè)量學(xué)及其相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，如地球動(dòng)力學(xué)、海洋大地測(cè)量學(xué)、地球

2、物理探測(cè)、資源勘探、航空與衛(wèi)星遙感、地下工程變形監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的測(cè)速以及精密時(shí)間傳遞等方面的廣泛應(yīng)用，充分顯示了衛(wèi)星定位技術(shù)的高精度和高效益。2GPS測(cè)量的基本原理與方法2．1GPS測(cè)量的基本原理???測(cè)量學(xué)中的交會(huì)法測(cè)量里有一種測(cè)距交會(huì)確定點(diǎn)位的方法。與其相似，GPS的定位原理就是利用空間分布的衛(wèi)星以及衛(wèi)星與地面點(diǎn)的距離交會(huì)得出地面點(diǎn)位置。簡(jiǎn)言之，GPS定位原理是一種空間的距離交會(huì)原理。設(shè)想在地面待定位置上安置GPS接收機(jī)，同一時(shí)刻接收4顆以上GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)。通過(guò)一定的方法測(cè)定這4顆以上衛(wèi)星在此瞬間的位置以及它們分別至該接收機(jī)的距離，據(jù)此利

3、用距離交會(huì)法解算出測(cè)站P的位置及接收機(jī)鐘差δt。?圖3-1GPS定位原理???如圖3-1，設(shè)時(shí)刻ti在測(cè)站點(diǎn)P用GPS接收機(jī)同時(shí)測(cè)得P點(diǎn)至四顆GPS衛(wèi)星S1、S2、S3、S4的距離ρ1、ρ2、ρ3、ρ4，通過(guò)GPS電文解譯出四顆GPS衛(wèi)星的三維坐標(biāo)，用距離交會(huì)的方法求解P點(diǎn)的三維坐標(biāo)(X,Y,Z)的觀測(cè)方程為：?式中的c為光速，δt為接收機(jī)鐘差。2．2GPS定位方法分類(lèi)利用GPS進(jìn)行定位的方法有很多種。若按照參考點(diǎn)的位置不同，則定位方法可分為（1）絕對(duì)定位。即在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，利用一臺(tái)接收機(jī)來(lái)測(cè)定該點(diǎn)相對(duì)于協(xié)議地球質(zhì)心的位置，也叫單點(diǎn)定位。這里可

4、認(rèn)為參考點(diǎn)與協(xié)議地球質(zhì)心相重合。GPS定位所采用的協(xié)議地球坐標(biāo)系為WGS-84坐標(biāo)系。因此絕對(duì)定位的坐標(biāo)最初成果為WGS-84坐標(biāo)。（2）相對(duì)定位。即在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，利用兩臺(tái)以上的接收機(jī)測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)至某一地面參考點(diǎn)（已知點(diǎn)）之間的相對(duì)位置。也就是測(cè)定地面參考點(diǎn)到未知點(diǎn)的坐標(biāo)增量。由于星歷誤差和大氣折射誤差有相關(guān)性，所以通過(guò)觀測(cè)值求差可消除這些誤差，因此相對(duì)定位的精度遠(yuǎn)高于絕對(duì)定位的精度。按用戶(hù)接收機(jī)在作業(yè)中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，則定位方法可分為（1）靜態(tài)定位。即在定位過(guò)程中，將接收機(jī)安置在測(cè)站點(diǎn)上并固定不動(dòng)。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，這種靜止?fàn)顟B(tài)只是相對(duì)的，通常指接收

5、機(jī)相對(duì)與其周?chē)c(diǎn)位沒(méi)有發(fā)生變化。（2）動(dòng)態(tài)定位。即在定位過(guò)程中，接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。GPS絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。即動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位、靜態(tài)絕對(duì)定位、動(dòng)態(tài)相對(duì)定位和靜態(tài)相對(duì)定位。若依照測(cè)距的原理不同，又可分為測(cè)碼偽距法定位、測(cè)相偽距法定位、差分定位等。?3GPS技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)?3．1用途廣泛????GPS技術(shù)可以應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)于測(cè)繪工作者而言，GPS定位系統(tǒng)己應(yīng)用：大地測(cè)量，地殼板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，建立各種工程監(jiān)測(cè)網(wǎng)和進(jìn)行各種工程測(cè)量等。GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用有著廣泛的前景，特別是自動(dòng)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、工程施工的自動(dòng)控

6、制系統(tǒng)是未來(lái)應(yīng)用研究的重要方。?3．2自動(dòng)化程度高????用GPS接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，僅需一人將天線準(zhǔn)確地安置在測(cè)站上，量測(cè)天線高，接通電源，啟動(dòng)接收單元，儀器即自動(dòng)開(kāi)始工作，在結(jié)束測(cè)量時(shí)只需關(guān)閉電源，接收機(jī)便完成野外數(shù)據(jù)采集，若在一個(gè)測(cè)站上需要作長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)測(cè)量，還可實(shí)行無(wú)人值守的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸，將所采集的定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的GPS測(cè)量和計(jì)算。?3．3定位精度高????短距離(15公里以?xún)?nèi))精度可達(dá)毫米級(jí)，中、長(zhǎng)距離(幾十公里甚至幾百公里)相對(duì)精度可達(dá)到10-7至10-8。差分導(dǎo)航的精度可達(dá)米級(jí)至厘米級(jí)。大型建筑物、構(gòu)筑

7、物變形監(jiān)測(cè)，在采用特殊的觀測(cè)措施、精密星歷和適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理模型和軟件后，平面精度可達(dá)亞毫米級(jí)，高程精度可穩(wěn)定在1mm左右。?3．4全天候?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)????應(yīng)用GPS定位、導(dǎo)航，不受天氣的影響，可以全天候地工作。這一特點(diǎn)保證了變形監(jiān)測(cè)的連續(xù)性和自動(dòng)化。?3．5可消除或削弱系統(tǒng)誤差的影響?????在變形監(jiān)測(cè)中我們關(guān)注的是兩期的變形量，而不是變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)本身的坐標(biāo)，兩期變形監(jiān)測(cè)中所含的共同的系統(tǒng)誤差雖然只會(huì)分別影響兩期的坐標(biāo)值，但卻不會(huì)影響所求得的變形量。即在變形監(jiān)測(cè)中，接收機(jī)天線的對(duì)中誤差、整平誤差、定向誤差、量取天線高的誤差等并不會(huì)影響變形監(jiān)測(cè)的結(jié)果

8、，只要天線在監(jiān)測(cè)過(guò)程中能保持固定不動(dòng)即可。?4GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用特點(diǎn)?4．1建立工程控制網(wǎng)?????工程控制網(wǎng)是工程