控制测量论文控制工程基础论文.doc

控制测量论文控制工程基础论文
GPS在公路工程控制测量中的应用
摘要：GPS（Global Positioning System)全球定位系统是美国研制并在1994年投入使用的卫星导航与定位系统。其应用技术已遍及国民经济的各个领域。在测量领域，GPS系统已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。本文将以安徽省公路路网项目为例，概略叙述GPS系统在公路工程控制测量中的应用。
　　Abstract: Global positioning system is the satellite navigation and positioning system developed in America and put into use in 1994 which has applied in every field of national economy. In the field of measurement, GPS has widely used in fields such as geodesy, engineering surveying, aerial photogrammetry and topographic survey. Taking the example of Anhui province's highway network project, the paper discussed the application of GPS at highway project control measurement.
　　关键词：GPS定位系统；公路工程；控制测量；应用
　　Key words: GPS global positioning system；highway project；control measurement；application
　　　1概述
　　1.1 GPS系统的组成。GPS全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，测量用户当然还应有卫星接收设备。
　　1.2 GPS的工作原理。GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。在需要的位置P点架设GPS接收机，在某一时刻ti同时接收了三颗（A、B、C）以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP、SBP、SCP，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得 P点的维坐标（Xp,Yp，Zp），其数学式为：
　　SAP2=[（ Xp-XA）2+（Yp-YA） 2+（Zp+ZA） 2]
　　SBP2=[（ Xp-XB）2+（Yp-YB） 2+（Zp+ZB） 2]
　　SCP2=[（ Xp-XC）2+Yp-YC） 2+（Zp+ZC） 2]
　　式中（XA，YA，ZA）, （XB，YB，ZB）, （XC，YC，ZC）分别为卫星A，B，C 在时刻ti的空间直角坐标。在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS观测成果，因此在测量中被得到了广泛的应用。
　　2GPS测量的技术特点
　　2.1 测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。
　　2.2 定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。
　　2.3 观测时间短。观测时间短采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，采用快速静态定位方法，观测时间更短。
　　2.4 提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
　　2.5 操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。
　　2.6 全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
　　3GPS系统在实际测量工作中的应用
　　3.1 高速连接线控制测量。
　　3.1.1 建立布网方案。高速连接线地物地貌较为复杂，部分区域和方向有遮挡，该测区内原有BJ54坐标系的E级控制点二个（已知起算点），根据工程需要在附近沿线加密控制点，以便于测设。
　　3.1.2 大地测量法。主要采用大地测量仪器如经纬仪、全站仪、测距仪等。国道310线郑汴高速连接线控制网采用测边网，高程采用测距三角高程，按照观测技术要求进行施测。
　　3.1.3 GPS静态测量法。GPS静态测量法就是根据制定的观测方案，将三台天宝4800GPS接收机安置在待定点（a2,c1,c2,c3）上同时接收卫星信号，直至将所有环路观测完毕。
　　3.1.4 大地测量法与GPS测量法结果比较。由于两种测量方法本身的测量误差和坐标转换数学模型误差以及在平差计算中观测量权配置等因素引起两种测量方法的结果存在一定的差值，由于其三维坐标差值均小于±10mm，因此可以满足高速连接线加密施工控制网的精度要求。
　　3.2 GPS的动态测量（RTK）在新建工程的应用。大道新建工程周围地势起伏较大，在北城墙外JD4～JD5区间穿越五十公顷面积的国家森林公园，大范围的密林、密灌地使通视较为困难，而规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭合长度和结点导线结点间距等指标都有严格规定，这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。公路局勘察设计院于2000年用10人花费20天时间，用全站仪和测距仪通过导线形式完成了该路段进行了控制测量。
　　4小结
　　通过以上对GPS测量的应用事例的探讨，可以看出GPS在公路工程的控制测量上具有很大的发展前景：它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。
　　参考文献：
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