论文导读：随着GPS测量技术的不断完善,软件的不断更新,在进行GPS测量时,静态相对定位每站仅需20分钟左右,动态相对定位仅需几秒钟。GPS定位技术以其高精度、速度快、费用低、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量、工程测量、变形观测中,可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网,一般将GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。为此,需通过选择某一独立的平面坐标系来解决,具体方法是:根据测区的具体情况,将投影的中央子午线选在测区的中央,地面观测值归算到测区平均高程面上,按高斯正形投影计算平面直角坐标,可以有效的实现两种长度变形改正的补偿。
关键词：平面坐标系，测量技术，工程测量
1.GPS 测量的特点
相对于常规测量来说,GPS测量主要有以下特点:①测量精度高。GPS 观测的精度明显高于一般常规测量, 在小于50km 的基线上,其相对定位精度可达10-6,在大于1000km 的基线上可达1×10-9。②测站间无需通视。GPS 测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点位,使得选点工作更加灵活方便。③观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善,软件的不断更新,在进行GPS 测量时,静态相对定位每站仅需20分钟左右,动态相对定位仅需几秒钟。免费论文网。④仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录。⑤全天候作业。GPS卫星数目多,且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况的影响。⑥提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标,其高程精度已可满足四等水准测量的要求。
GPS 定位技术以其高精度、速度快、费用低、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量、工程测量、变形观测中,可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网,一般将GPS 卫星定位技术建立的控制网叫GPS 网。GPS 控制网分为两大类:一类是全球或全国性的高精度GPS 测量网,网内相邻点的距离在数千公里至上万公里, 主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架, 为全球性地球动力学和空间科学方面的科研工作服务,或用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的GPS 测量网,它包括城市或矿区GPS 网、施工区域控制网等,网内相邻点距离为几公里至几十公里,主要作用是直接为国民经济建设服务。下面主要阐述后者。
区域GPS 网是指国家C、D、E 级GPS 网或者专为工程项目布设的工程GPS 测量网,这类网的特点是控制区域有限,边长短(一般从几百米到20KM), 观测时间短(从快速静态定位的几分钟至一两个小时)。由于GPS 定位的高精度、快速度、省费用等优点,建立工程首级控制网的手段基本被GPS技术所取代。GPS快速静态测量用于平面控制测量与传统的全站仪和典型静态测量相比, 不仅能够显著提高工作效率,而且所测成果精度能够满足设计要求。
1.1工程测量平面坐标系的建立原理
(1)高斯投影长度变形公式
高斯投影长度变形公式地面上的边长归化至平均海水面上,再投影至高斯平面,变形公式如式(1):
其中:△S为地面长度归化的高斯投影面的总改正值;S为地面两点间距离;△S1为地面长度归化至海平面的改正,△S2 为海平面距离投影到高斯平面的改正;V1为地面长度归化至海平面的改正系数,V2为海平面距离投影到高斯平面的改正系数;Hm 为归算边高出海平面的平均高程,h 为平均海水面与参考椭球体之间的高差;Rn 为归算边方向平均海水面法截弧的曲率半径,ym 为归算边两端点y 坐标的平均值:Rm为平均海水面的平均曲率半径。
上面公式中的Rn 和Rm 相差很少,在计算时,为了简便,一般用地球平均半径R代替,h一般也忽略不计,通常用下面的近似公式(2):
人们无论从测图、设计用图到施工放样, 都希望边长改正△S 改正值尽量的小,使实地实测距离与坐标间反算距离、实测图上的距离吻合。因此《城市测量规范》《公路勘测规范一JTGC10—2007》中,均明确规定,每公里的改正不大于2.5cm。
1.2工程测量平面坐标系建立的方法
从上面的公式中,可以看出,当测区平均高程Hm 在1O0m 以下,Y 坐标平均值在40km以下,高斯投影改正每公里小于2.5cm。能满足相应规范的要求。
每公里距离改正2.5cm,即为:
从公式中的△S1、△S2 两项改正,符号相反,故对以上要求,还可适当放宽。然而,有一些测区,往往难以使 。免费论文网。
为此,需通过选择某一独立的平面坐标系来解决,具体方法是:根据测区的具体情况,将投影的中央子午线选在测区的中央,地面观测值归算到测区平均高程面上, 按高斯正形投影计算平面直角坐标,可以有效的实现两种长度变形改正的补偿。
2.GPS测量技术原理
在GPS 测量中,卫星主要被作为位置已知的空间观测目标,从而形成了不需要地面点的后方交会, 每台接收机都是一个独立的控制点,经过接受到的数据解算出点的经纬坐标(WGS-84),在多台接收机同时接收数据便形成了很多三角网形参与平差解算, 自由网无约束平差解算出WGS-84 坐标, 然后把己知的控制点进行约束平差得到BJ-54坐标。
考虑到测区的实际情况,选多于4 台GPS 接收机为一套设备,以两台仪器为一组,成对布设GPS 点。在组成良好网形的前提下,每一对GPS 点必须通视良好,其间距一般500 米左右,以便于以后作为全站仪导线点的起始点。
GPS联测和高等级导线采用软件平差解算。在做较长距离导线时就会产生投影变形, 投影变形处理与否将直接影响整个控制网精度是否达到要求。
3.GPS 测量技术与大地测量技术的应用及比较
某工程施工控制测量采用“分层布网·两级控制”的原则即以该工程首级控制网点为已知点对分层布设的加密控制网点进行测量。测量方法有常规大地测量技术和GPS 静态测量技术。对其中的两次加密控制网(1、2)进行了大地测量技术和GPS 静态测量技术测量以比较测量结果的可靠性, 为工程施工控制测量采用GPS 静态测量技术提供依据。
3.1网形介绍.
施工加密控制网是以该工程首级控制网点作为已知起算点,根据施工进度进行加密以满足施工测量放样工作的需要。
3.2使用仪器、测量技术及结果
(1)应用大地测量技术
大地测量技术主要采用大地测量仪器如全站仪、经纬仪、测距仪等对所布设的控制网进行测量。该工程控制网采用边角网,高程采用测距三角高程,使用全站仪按照观测技术要求进行施测。
(2)应用GPS静态测量技术
GPS静态测量技术就是根据制定的观测方案, 将几台GPS接收机安置在构成同步环的待定点(未知点)上同时接收卫星信号,直至将所有环路观测完毕。然后使用Trimble 公司的GPS Survey 软件进行基线向量的解算和网平差。
GPS 技术用于建立大地控制网,在确定平面位置的同时,能够以很高的精度确定控制点间的相对大地高差, 由于地形图测绘和工程建设都依据水准高程, 因此必须把GPS测得的大地高差转化为水准高差,才便于工程建设使用。通常的方法是:1、采用一定密度及合理分布的GPS 水准高程联测点(即GPS 点上联测水准高程),用数学手段拟合区域大地水准面。2、利用区域地球重力场模型来改化GPS大地高为水准高。
4.结束语
通过GPS 在测量中的应用,得到如下体会。(1)GPS 控制网边长较短时基线相对精度较低,因此,当精度要求较高时,应避免短边,要谨慎观测。(2)GPS 观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。因此,应严格按有关要求选点,选择最佳时段观测,并注意手机、步话机等设备的使用。免费论文网。(3)要保证GPS控制点高程的精度,必须联测足够的已知高程点。(4)根据测区的具体情况通过改变Hm 和中央子午线的位置建立的工程控制网,其长度变形很小,可忽略不计。对于测图、设计和施工放样, 都可以做到图纸与实际相符,不必考虑投影改正。
参考文献
[1] 段虎荣,焦胜军. 最小二乘预估法在重力数据内插的应用[J]现代商贸工业, 2008,(04) .
[2] 段虎荣,郭新成,丁宁. 最小二乘预估法在GPS高程转换中的应用[J]西安科技大学学报, 2006,(01) .
[3] 师芸. 随机模型对GPS网平差结果的影响[J]西安科技大学学报, 2006,(03) .
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