浅谈GPS在工程施工测量中的应用论文.pdf

《浅谈GPS在工程施工测量中的应用论文.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅谈GPS在工程施工测量中的应用论文.pdf（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、GPSGPS 技术在工程施工测量中的应用技术在工程施工测量中的应用 XXX（XX 大学 土木工程学院 土木 XX 班 学号 XXXXXX）摘要：摘要：本文论述了 GPS 定位技术在工程施工测量中应用的基本原理及 GPS 在工程施工控制网及工程施工复测中的应用，还介绍了其应用于工程测量的优缺点及相关处理措施，在工程测量中的具体操作方法，在实践中误差来源分析及改进措施。关键词：关键词：GPS 技术；施工测量；基本原理；施工控制网；优缺点；操作方法；误差分析1 1 引言引言GPS 英文全名是“Global Position System”，意为“全球定位系统”。该系统是以卫星为基础的无线电导航定位系

2、统。GPS 空间部分使用了二十四颗卫星组成的星座，卫星高度约20200 公里，分布在六条升交点互隔60 度的轨道面上，每条轨道上均匀分布四颗卫星，相邻两轨道上的卫星相隔 40 度，使得地球任何地方至少同时可看到四颗卫星。目前，在工程测量中，为了保证控制测量和施工放样的精度，满足工程质量要求，GPS 定位技术被广泛应用于工程施工测量中。GPS 测量通过接收卫星发射的信号并进行数据处理，从而求定测量点的空间位置，它具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能，能提供精密的三维坐标、速度和时间，而且具有良好的抗干扰性和保密性。现已成功应用于工程测量、大地测量、地籍测量、物探测量、航空摄影测量

3、及各种类型的变形监测等诸多领域。本文主要对 GPS 定位技术在工程施工测量中的应用做简要论述。2 2 工程测量中应用工程测量中应用 GPSGPS 定位技术的基本原理及特点定位技术的基本原理及特点2.1 GPS2.1 GPS 定位技术的基本原理定位技术的基本原理GPS 定位的基本原理是根据几何与物理的一些基本原理，利用空间分布的卫星及其与地面点间距离来交会出地面点位置，从测量的角度来说，它与测距后方交会法相似。为了减少卫星本身及信号传播过程产生的各种误差、克服美国的限制政策，人们经过多年研究和实践，总结出多种不同用途、不同精度的定位技术和方法，在工程施工中应用较多的主要是经典静态相对定位（载波相

4、位静态相对定位）和实时动态相对定位（RTK）两种。GPS 定位系统主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备三部分构成。空间卫星星座由 24 颗卫星均匀分布在 6 个轨道平面内，GPS 卫星用 L 波段的两个无线电载波向使用者连续不断地发送导航定位信号，信号中含有卫星的位置坐标信息，使卫星成为一个动态的已知点。在地球的任何地点、任何时刻，在高度角 15以上，平均可同时观测到 6 颗卫星，最多可达到 9 颗。地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站组成。主控站收集各监测站的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等，并将这些数据传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航信息数

5、据注人到相应卫星的存储器中。用户设备由 GPS 接收机、数据处理软件及终端设备（如计算机）等组成。GPS接收机接受待测卫星的信号，对信号进行一系列地处理，再通过相应软件计算待测点的三维坐标。GPS 系统采用了距离交会法，根据已知的卫星瞬时坐标，确定用户天线所对应观测点的位置。2.2 GPS2.2 GPS 系统的主要特点系统的主要特点（1）定位精度高。实践证明，用载波相位观测量进行静态相对定位在小于 50km的基线上可达 1ppm；3001500m 工程精密定位中，平面位置误差小于 1mm（1h以上观测）；实时动态定位（RTK）可达厘米级的精度。（2）观测时间短。目前，20km 以内静态相对定位

6、的时间仅需 1520min，快速静态定位只需 2min 左右，实时动态定位每站观测 12s 就可完成。（3）测站间无需通视。这是GPS 技术区别于常规测量的最大优点，尤其是布设长大隧道施工控制网时，可省去大量的传算点、过渡点的测量，大大减少测量作业时间和费用，同时也使选点布网变得非常灵活。（4）操作简便。GPS 接收机自动化程度非常高，外业观测时，测量人员的任务只是安置仪器、连接线缆（一体化机则不需要）、量取天线高、开关机及监视仪器工作状态，野外测量工作轻松愉快。（5）全球全天候测量。目前卫星数已达 30 颗，正常情况下随时都可以进行测量定位。除雷电、台风天气不宜观测外，其它如阴天黑夜、起雾下

7、雨均不影响，这一点也是常规测量所无法比拟的。3 GPS3 GPS 定位技术在工程施工测量中应用的具体方法定位技术在工程施工测量中应用的具体方法3.13.1 准备工作准备工作3.1.13.1.1 对待测区进行勘察，并收集相关资料对待测区进行勘察，并收集相关资料主要调查当地的控制点分布情况、交通情况、水文分布情况、植被情况、以及当地的风俗民情等。相关资料包括待测区的地形图，各类控制点成果以及与之有关的地质、交通、气象、通信等方面的资料。3 3观测计划的主要内容包括：设计精度。要求平均边长小于 1 km，最弱边相对误差小于 1/10 000，GPS 接收机标称精度的固定误差 a15 mm，比例误差系

8、数b 2010。编制 GPS 卫星的可见性预报图，选择卫星的几何图形强度。选择最佳的观测时段。根据卫星可见预报和天气预报选择最佳观测时段，卫星的几何分布越好，定位精度就越高观测区域的设计与划分。设计基准和控制网，一般采用 3 台 GPS 接收机进行观测，网形布设成边连式。设计 GPS 网与地面的联测方案。尤其对信号接受不好的待测区，应做好联测方案的设计，以保证其精度。编排作业调度表，以保证测量任务按时完成。3 3一般小于 20 公里点位情况良好，宜采用单频接收机，反之，选用双频接收机。接收机性能的检验主要有：一般检验，主要检查接收机各部件及其附件是否完好，使用手册等相关资料是否齐全等；通电检验

9、，主要是检验接收机通电后有关信号灯、按键、显示系统和仪表的工作情况；实测检验，主要检验方法为标准基线检验、已知坐标边长检验、零基线检验、相位中心偏移量检验。3.23.2 外业测量工作外业测量工作3 3GPS 观测点的选取比较灵活，但也要遵循 GPS 测量的一些原则。-6每点最好能与其中某一点通视。应选择在上空开阔、视场内周围障碍物的高度角小于 15，以免信号被遮挡或吸收，影响观测质量。要远离大功率无线电发射源和高压电线等，其距离应大于 200 m，以免电磁场对信号的干扰。避免大面积水域对电磁波反射和吸收。选择交通方便的地方，以有利与其它观测手段联测。3 3GPS 网点应埋设具有标志的标石，以精

10、确标志点位，点的埋设必须坚固以利于长久保存与利用，并做好记录。3 3外业观测工作主要包括：安装天线、观测作业和观测记录等。天线利用三脚架安置，天线底板上的圆水准器气泡必须居中，天线的定向标志应指北，三次测量互差小于 3mm 取平均值。观测作业就是获取所需要的定位信息和观测数据。观测记录由 GPS 接收机自动进行，观测者应做好记录。在测量的过程中，应严格限制高频及对讲机等无线电波的使用，避免环境对信号的干扰，从而提高 GPS 本身的定位精度。4 4 工程测量中应用工程测量中应用 GPSGPS 定位技术的优缺点及相关处理措施定位技术的优缺点及相关处理措施4.1GPS4.1GPS 定位技术应用于工程

11、测量中的优点定位技术应用于工程测量中的优点相对于常规的测量方法来讲，GPS 定位技术应用于工程测量有以下优点：观测不需要通视，测量时选点灵活。不需要建立瞻标，这样可以大大减少测量观测时间和经费。GPS 技术测设方格网，比常规方法适应性更强，并且且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。定位精度高，误差分布均匀。GPS 测量中，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。一般双频接收机基线解精度为 5 mm1ppm，红外仪标称精度为 5 mm5 ppm，实践证明，在小于 50 km 的基线上，-6-6-7其相对定位精度可达12 10，而在 100

12、500 km 的基线上可达10 10，不但能够满足规范要求，而且具有较大的精度储备。观测时间短。GPS 方法布设大地控制网，因其图形强度系数高，能够有效地提高点位趋近速度。采用布设控制网时每个测站上的观测时间一般在 12 h 左右，其观测时间只需 12 min。抗干扰能力强，保密性好，可以实现全天候连续测量定位。GPS 定位技术性能稳定，可在任何地点进行全天候工作，一般不受天气状况的影响，大大方便了测量作业。自动化程度高，操作简便。定位系统可具有自动记录数据、自动平差计算、跟踪观测等功能，操作简单，提高了工作效率。采用 GPS-RTK 测量法与常规测量法相比，效率可提高一倍以上，并能大幅度降低

13、作业人员的劳动强度。4.2GPS4.2GPS 定位技术应用于工程测量中的缺点及相关处理措施定位技术应用于工程测量中的缺点及相关处理措施GPS 定位技术应用于工程测量也存在不足之处，主要缺点和注意事项如下：GPS 测量系统中信号传播，受环境的影响，计算时引入一定的误差。因此，选待测点时一定要保证点位上空视角范围内应尽量避免有障碍物，向上角度15；远离大功率无线电发射源和远离高压输电线路；避开大面积的水域。在市政工程测量中，GPS 测量常出现接收不到信号，或者一直处于浮动状态，出现假固定或者不能固定。因此，GPS 在市政工程测量时，为保证工程测量控制点精度满足要求，应进一步使用常规仪器进行水准联测

14、。不同型号 GPS 工程测量成果之间存在差异。因此，GPS 网在进行平差计算时应注意：归算至大地水准面上；归算到高斯投影面上。GPS 定位技术尚没有统一规范。因此相关部门应进一步完善规范标准，统一的地理信息标准。5GPS5GPS 定位技术在工程施工测量中的误差分析及改进措施定位技术在工程施工测量中的误差分析及改进措施卫星误差主要有卫星星历误差、卫星钟的误差、卫星轨道误差和卫星设备延迟误差。其中卫星轨道误差主要误差来源之一。改进措施有：忽略轨道误差。此方法不考虑卫星轨道实际存在的误差，用于精度较低工程测量中。模型改正法。利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正。适选择 35 个观测条件

15、好、桩位稳固的设计控制点作为平差的约束条件。对于长大桥、隧控制网，为了避免控制网相对于设计线路旋转太多，应尽量选择长边，或者在控制网的两端各选择一个点。（6）约束条件的选择。确定约束条件之前，应充分了解设计控制点的精度及点位保护情况，以免因精度低给控制网带入粗差，破坏 GPS 网内的精度。6 6 小结小结通过以上论述我们可以看到，GPS 定位技术在工程施工测量中有其独特的优越性和适应性，为工程测量质量提供了有利的保障，具有明显的经济和社会效益。随着相关技术软件的不断发展改进，GPS 定位系统在工程测量中有着更加广阔的应用前景。参考文献：参考文献：1陶家科.GPS 定位技术在工程测量中的应用J.科学之友，2010（9）:16-17.2高海清.定位技术在土木工程测量中的应用J.西北电力技术，2004：（6）93-96.3汪灯林.GPS 定位技术在工程测量中的应用J.中国高新技术企业，2009，(22):33-34.4周建郑.GPS 测量定位技术M.北京：化学工业出版社，20045潘文琴.GPS 技术在工程测量中的作用J.中国新技术新产品，2010（12）：45-47.6 徐绍铨，张华海等.GPS 测量原理及应用.武汉：武汉大学出版社，2000.