GPS在公路工程中的应用.pdf

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1、 I 摘 要 GPS 技术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术革命，其应用及开发的前景十分广阔.尤其是实时动态(RTK）定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力，本文主要介绍了 GPS 中的 RTK 技术在公路测量中的应用.GPS 技术不仅能达到较高的定位精度，而且大大提高了测量的工作效率,随着 GPS 技术的提高,通过相应的数据处理程序，可大大减轻了测量人员的内、外业劳动强度,GPS 技术以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点将会在各个工程项目建设中得到应用。关键词：GPS;RTK；静态定位；动态定位 ABSTRACT That the GPS technolog

2、y applies to highway survey be a highway outside job reconnaissance one significant item technological revolution,whose apply and development prospect is very vast。Especially real time development(RTK）allocation technology middle applies to highway survey being containing the gigantic technology pot

3、ential,the main body of a book having introduced that RTK technology in GPS hits the target in highway survey mainly.The GPS technology can reach higher allocation accuracy,and have improved the availability measuring greatly not only，may lighten the inside and outside job labour intensity measuring

4、 a personnel greatly with GPS technology rise，by corresponding data processor，the GPS technology uses whose highaccuracy,all-weather,high efficiency,multifunctional，handle the application simple and convenient，applying to wait for a characteristic a meeting to be got in each construction projects in

5、 construction broadly。Keywords:GPS;RTK;Static state allocation；Development fixes position II 目 录 1 GPS 的简介.1 1。1 GPS 的工作原理.1 1。1.1 空间卫星星座.1 1.1.2 地面监控系统.1 1。1。3 用户设备.2 1。1。4 GPS 用户接收设备.2 1.1.5 差分 GPS(DGPS)原理.2 1。1。6 GPS 的特点.4 2 GPS 的误差分析.4 2。1 与卫星有关的误差.4 2。2 与传播途径有关的误差.5 2.3 与 GPS 接收机有关的误差.5 3 石家庄市祁

6、连街公路工程 GPS 的运用.6 3.1 工程概况.6 3.2 GPS 的野外工作流程.7 3。2.1 网形规划及时段安排.错误!未定义书签。3。2.2 摆站的程序.错误!未定义书签。3。2。3 记录观测手簿.错误!未定义书签。3。2.4 意外状况处理.错误!未定义书签。3。3 GPSRTK 中线放样.7 3。3。1 GPS 中线放样的数学模型.7 3.3.2 GPS 中线放线程序.9 3。4 祁连街道路工程中 GPS 的应用.10 3.4.1 选择作业时段.10 3.4.2 建立测区平面控制网.10 3.4.3 高程控制测量.10 3。4。4 求取地方坐标转换参数.10 3。4.5 基准站选

7、定.10 3.4.6 放样内业数据准备.10 3。4.7 外业操作.11 3。4。8 精度评定.12 4 总结.13 致 谢.14 参考文献.15 1 GPS 在公路工程中的应用 随着我国国民经济的快速增长的西部大开发的实施,高等级公路建设迎来前所未有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求，随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展，公路设计已实现CAD 化,有些软件本身还要求提供地面数字化产品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄、输入等中间环节,是公路勘测设计“内外业一体化”的要求，也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈所在。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等

8、先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制,作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期.勘测技术的进步在于设备引进和技术改造,在目前的技术条件下引入GPS 技术应当是首选。当前,用 GPS 静态或快速静态方法建立沿线总体控制测理，为勘测阶段带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据；在为桥梁，隧道建立施工控制网,RTK 技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景。1 GPS 的简介 1.1 GPS 的工作原理 全球定位系统(Global Positioning System,GPS）是美国国防部为了满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的新一代卫星导航系统.是

9、美国继阿波罗登月和航天飞机之后的第三大空间工程.GPS 系统的组成可分为：（1）空间卫星星座部分（2)地面监控部分（3）用户设备部分。前两部分是用 GPS 进行定位的基础，用户只有借助于用户设备才可达到定位的目的。1.1。1 空间卫星星座 1993 年 GPS 就全面进入正式运行。该系统由 21 颗卫星组成，分别沿 6 个轨道平面运行，还有 3 颗卫星一直处于热备份状态，总计 24 颗。但在轨道上运行的 GPS 卫星总数实际上是变动的，在 1998 年就有 27 颗 GPS 卫星在轨道上运行。若从与赤道面 55倾角算第一个轨道面,则其他5个轨道面均以此为基础,彼此各以60角度相交.每个轨道面上

10、有4颗卫星，卫星轨道为圆形，远行周期为 11 小时 58 分，这样的卫星分布，可保证全球任何地区、任何时刻有不少于 4 颗卫星以供观测。卫星的高度为 2104M。连同设在美国本土的地面监测部分和采用伪随机码测跨技术的接收机，满足了提供全球范围从地面到 9103M高空之间任一载体高精度的三维位置，三维速度和系统时间信息的要求。1.1。2 地面监控系统 2 地面监控部分包括五个监控站、一个主站和三个注入站，并从战略角度上考虑,全部用于美国境内,监控部分的主要任务是监测每颗卫星的运行情况，并通过注入站及时修正卫星的有关参数。卫星监测站设有双频 GPS 接收机，高精度原子钟,计算机和环境（气象）数据传

11、感器.该站在主控站直接控制下自动采集数据，对 GPS 卫星连续观测，并监控卫星工作状况。观测资料经初步处理后存储并传送给主控站,以便确定卫星的轨道。主控站设在美国的 Coloradosprings，除协调和管理所有地面监控系统外，其主要任务是：（1）由本站及其他监控站的所有观测资料，推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等，并把这些数据传送到注入站；(2）提供全球定位系统的时间基准；(3)调整偏离轨道的卫星并使之沿预定轨道运行;（4）启用备用卫星以代替失效的工作卫星。1。1。3 用户设备 用户部分主要是 GPS 接收机，它接收卫星发射的信号并利用本机产的伪随机噪音码取得距离观测量和导

12、航电文,根据导航电文提供的卫星位置和钟差改正信息计算位置.用户接收机按使用环境可分为低动态用户接收机和高动态。随着 GPS 应用领域的日益扩大，用户设备依用途不同而异,主要由 GPS 接收机硬件,数据处理软件，微处理机及其终端设备组成;硬件又分为主机、天线和电源。1。1。4 GPS 用户接收设备 1GPS 用户接收机的分类 GPS用户设备主要指GPS接收机,也指与其他设备组合应用的组合设备，传感器等.GPS接收机有多种不同的分类方法.按照工作模式的不同可分为：单点定位:利用一台任一类型的 GPS 接收机确定绝对位置。通常 1 秒钟到几分钟内可更新一次位置数据；相对定位：利用 2 台以上接收机进

13、行相对的定点定位。定位精度取决于接收机类型，观测时间和观测量类型；差分定位：给定至少一个已知点坐标，用两台或多台 GPS 接收机的观测数据推求其余未知点坐标参数的定位方法。克服了单点定位误差较大的缺陷和相对定位的相对性，精度较高，但受基准台的范围限制.1.1.5 差分 GPS(DGPS）原理 根据差分 GPS 基准站发送的信息方式可将差分GPS 定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改 3 正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正,以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同.（1）位置差分原理

14、 这是一种最简单的差分方法，任何一种 GPS 接收机均可改装和组成这种差分系统。安装在基准站上的 GPS 接收机观测 4 颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标。由于存在着轨道误差、时钟误差、SA 影响、大气影响、多径效应以及其他误差，解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的,存在误差。基准站利用数据链将此改正数发送出去,由用户站接收，并且对其解算的用户站坐标进行改正。最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差，例如卫星轨道误差、SA 影响、大气影响等，提高了定位精度.以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况.位置差分法适用于用户与基准站间距离在 100km 以内

15、的情况。(2)伪距差分原理 伪距差分是目前用途最广的一种技术。几乎所有的商用差分 GPS 接收机均采用这种技术。国际海事 无线电委员会推荐的 RTCM SC-104 也采用了这种技术。在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离，并将此计算出的距离与含有误差的测量值 加以比较。利用一个-滤波器将此差值滤波并求出其偏差。然后将所有卫星的测距误差传输 给用户，用户利用此测距误差来改正测量的伪距。最后，用户利用改正后的伪距来解出本身的位置，就可消去公共误差,提高定位精度。与位置差分相似，伪距差分能将两站公共误差抵消,但随着用户到基准站距离的增加又 出现了系统误差，这种误差用任何差分法都是不能消除的。用

16、户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。(3）载波相位差分原理 测地型接收机利用 GPS 卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度(10-6108)。但为了可靠地求解出相位模糊度,要求静止观测一两个小时或更长时间。这样就限制了在工程作业中的应用.于是探求快速测量的方法应运而生。例如，采用整周模糊度快速逼近技术（FARA）使基线观测 时间缩短到 5 分钟，采用准动态（stop and go），往返重复设站（reoccupation）和动态（kinematic)来提高 GPS 作业效率.这些技术的应用对推动精密GPS 测量起了促进作用。但是,上述这些作业方式都是事后进行数据处理，不能实时提交

17、成果和实时评定成果质量，很难避免出现事后检查不合格造成的返工现象。载波相位差分技术又称为 RTK 技术(real time kinematic），是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。它能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级的高精度。与伪距差分原理相同，由基准站通过数据链实时将其载波观测量及站坐标信息一同传送给用户站。用户站接收 GPS 卫星的载波相位 与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行实时处理,能实时给出厘米级的定位结果。实现载波相位差分 GPS 的方法分为两类：修正法和差分法。前者与伪距差分相同,基准站将载波相位修正量发送给用户站,以改正其载波相位，然后求解坐标.后者

18、将基准站 4 采集的载波相位发送给 用户台进行求差解算坐标。前者为准RTK技术，后者为真正的RTK技术。1.1.6 GPS 的特点 全球定位系统的主要特点：(1)全球、全天候工作.定位精度高。单击定位精度优于 10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级.功能多，应用广。GPS 系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等.1定位精度高 应用实践已经证明，GPS 相对定位精度在 50KM 以内可达 10-6,100-500KM 可达10-7，1000KM 可达 10-9。在 3001500M 工程精密定位中，1 小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于 1mm，与 ME50

19、00 电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为 0.3mm。2、观测时间短 随着 GPS 系统的不断完善，软件的不断更新,目前，20KM 以内相对静态定位，仅需1520 分钟；快速静态相对定位测量时,当每个流动站与基准站相距在 15KM 以内时，流动站观测时间只需 12 分钟，然后可随时定位,每站观测只需几秒钟。2 GPS 的误差分析 2.1 与卫星有关的误差(1)卫星星历误差 卫星星历误差是指卫星星历给出的卫星空间位置与卫星实际位置间的偏差,由于卫星空间位置是由地面监控系统根据卫星测轨结果计算求得的,所以又称为卫星轨道误差。它是一种起始数据误差，其大小取决于卫星跟

20、踪站的数量及空间分布、观测值的数量及精度、轨道计算时所用的轨道模型及定轨软件的完善程度等。星历误差是 GPS 测量的重要误差来源。（2)卫星钟差 卫星钟差是指 GPS 卫星时钟与 GPS 标准时间的差别.为了保证时钟的精度，GPS卫星均采用高精度的原子钟，但它们与 GPS 标准时之间的偏差和漂移和漂移总量仍在1ms0.1ms 以内，由此引起的等效误差将达到 300km30km.这是一个系统误差必须加于修正。(3)SA 干扰误差 SA 误差是美国军方为了限制非特许用户利用GPS 进行高精度点定位而采用的降低系统精度的政策，简称 SA 政策，它包括降低广播星历精度的 技术和在卫星基本频率上附加一随

21、机抖动的 技术。实施 SA 技术后，SA 误差已经成为影响 GPS 定位误差的最 5 主要因素。虽然美国在 2000 年 5 月 1 日取消了 SA,但是战时或必要时,美国可能恢复或采用类似的干扰技术。(SA 技术其主要内容是：1。在广播星历中有意地加入误差,使定位中的已知点（卫星)的位置精度大为降低；2.有意地在卫星钟的钟频信号中加入误差，使钟的频率产生快慢变化,导致测距精度大卫降低。)（4）相对论效应的影响 这是由于卫星钟和接收机所处的状态(运动速度和重力位）不同引起的卫星钟和接收机钟之间的相对误差.2。2 与传播途径有关的误差（1）电离层折射 在地球上空距地面 50100 km 之间的电

22、离层中，气体分子受到太阳等天体各种射线辐射产生强烈电离，形成大量的自由电子和正离子。当 GPS 信号通过电离层时，与其他电磁波一样，信号的路径要发生弯曲,传播速度也会发生变化,从而使测量的距离发生偏差，这种影响称为电离层折射.对于电离层折射可用 3 种方法来减弱它的影响:利用双频观测值，利用不同频率的观测值组合来对电离层的延尺进行改正.利用电离层模型加以改正.利用同步观测值求差，这种方法对于短基线的效果尤为明显。（2)对流层折射 对流层的高度为 40km 以下的大气底层,其大气密度比电离层更大,大气状态也更复杂。对流层与地面接触并从地面得到辐射热能，其温度随高度的增加而降低.GPS 信号通过对

23、流层时,也使传播的路径发生弯曲，从而使测量距离产生偏差,这种现象称为对流层折射。减弱对流层折射的影响主要有 3 种措施:采用对流层模型加以改正,其气象参数在测站直接测定。引入描述对流层影响的附加待估参数,在数据处理中一并求得。利用同步观测量求差.（3)多路径效应 测站周围的反射物所反射的卫星信号（反射波)进入接收机天线，将和直接来自卫星的信号（直接波)产生干涉,从而使观测值偏离，产生所谓的“多路径误差”。这种由于多路径的信号传播所引起的干涉时延效应被称作多路径效应。减弱多路径误差的方法主要有：选择合适的站址。测站不宜选择在山坡、山谷和盆地中，应离开高层建筑物。选择较好的接收机天线，在天线中设置

24、径板,抑制极化特性不同的反射信号.2。3 与 GPS 接收机有关的误差(1)接收机钟差 GPS 接收机一般采用高精度的石英钟，接收机的钟面时与 GPS 标准时之间的差异称为接收机钟差.把每个观测时刻的接收机钟差当作一个独立的未知数，并认为各观测时刻的接收机钟差间是相关的,在数据处理中与观测站的位置参数一并求解，可减弱接收机钟差的影响.(2）接收机的位置误差 6 接收机天线相位中心相对测站标石中心位置的误差,叫接收机位置误差.其中包括天线置平和对中误差,量取天线高误差。在精密定位时，要仔细操作,来尽量减少这种误差影响。在变形监测中,应采用有强制对中装置的观测墩。相位中心随着信号输入的强度和方向不

25、同而有所变化，这种差别叫天线相位中心的位置偏差。这种偏差的影响可达数毫米至厘米。而如何减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。在实际工作中若使用同一类天线,在相距不远的两个或多个测站同步观测同一组卫星,可通过观测值求差来减弱相位偏移的影响。但这时各测站的天线均应按天线附有的方位标进行定向，使之根据罗盘指向磁北极。(3)接收机天线相位中心偏差 在 GPS 测量时，观测值都是以接收机天线的相位中心位置为准的，而天线的相位中心与其几何中心，在理论上应保持一致。但是观测时天线的相位中心随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，这种差别叫天线相位中心的位置偏差.这种偏差的影响可达数毫米至厘米.而如何

26、减少相位中心的偏移是天线设计中的一个重要问题。3 石家庄市祁连街公路工程 GPS 的运用 3.1 工程概况 地质，水文，气象资料（1）石家庄市区西靠太行山，东临华北大平原.区域地质构造单元为太行山隆起与华北平原凹陷的交接部位，区域地质构造活动不明显，是相对稳定地段.在地貌上属于太行山前冲积扇中上部，为倾斜平原，地形基本平坦,地面标高在 6672 米之间.地形平坦，浅层无地下水。除土层初表面有杂填土外，主要地层由粘质土和细砂土组成.根据国家地震局数据，石家庄市地震基本烈度为 7 级。（2）石家庄市北部 5km 处滹沱河流过,流域面积达 23400 平方公里，上游（距市区50km 和 25km)有

27、岗南、黄壁庄两座串联水库，蓄水量分别为 15 亿和 12 亿方;由黄壁庄水库引流的石津灌渠，在市区北部流过，南支流量为 22 立方/s，北支流量为 100 立方/s。（3)石家庄市地处暖湿带，属于半湿润季风性气候，年平均气温为 12.9，最高温度42。7，最低温度26.5。一月份最冷，温度平均在2.74。6之间；七月份最热，温度平均在 26.526。9之间.无霜期平均 194 天，初霜期一般在十月中旬，终霜期一般在四月上旬。最深冻土深度为 53cm.石家庄市多年平均降水量为 532。2mm，年最大降水量为 1181.2mm，年内降水量的6080集中在 68 月份，春、冬二季多旱少雨,季节变化明

28、显.石家庄市主导风向为东南风（夏季）,占到 12%，次主导风向为西北风（冬季），占 10。在夏季平均风速是 1.5m/s，而冬季是 1。8m/s。7 3。2 GPS 的野外工作流程 3。2.1 网形规划及时段安排 GPS 网形的规划与控制点分布有关,为使整个网的点位中误差差值能够均匀，最好使网形能依控制点之分布规划：（1）平面控制点之分布:：网形测区：最好有至少三个已知控制点分布在测区外围的四个象限，若已知三角点位于测区外面，则测区外缘与该已知点之距离最好不超过 20km.线状测区：最好有至少三个已知控制点分布在测区两端及中央，且每隔 30km 左右最好有一个已知控制点。(2）高程控制点分布：

29、网状测区:一般而言，在每 10 平方公里范围内需有 4 个已知水平点作为控制点,且分布与测区周围.若欲得较高高程精度时，可于测区内加密水平高程控制点的数目，通常待测点与已知水平点相距最好不超过 5km。线状测区：最好有至少四个已知控制点分布在测区两端及中央.当线状测区区域较大时,在每 10 平方公里范围内需有已知水平点作为控制点。时段安排最好能避开中午时段观测.时段安排后，填写计划时段表，并明确指示测量员测站行程。3.2。2 摆站的程序 外业负责人负责明确告知摆站人员其所摆设测站点名、点号及开关时间，若架站人员有为明了事项,也应主动向负责人请示了解。以下是架设 GPS 是应注意的事项及操作程序

30、：（1）找寻点位：该点若已经去过，应该不会发生问题;若是没有去过，而应按点之记找寻，在到达点位之后应确认该点之记标石号码,检查无误后再架设仪器。(2）架设仪器：首先进行仪器的对中与整平。通常注意的是：在对中和整平过程中，不要将天线盘架在脚架上，仅架上基座即可。光学求心仪器因仪器及个人视力不同,而有不同的焦距，所以在对中之前应要调整到最适合的焦距，避免求心上有像差的发生。天线盘挂上之后，将天线盘的指示方向指向北方，量测三个方向上的天线盘高及对应的数据，记录下来。开机后将点号、天线高输入接收机中,并开始接受卫星数据。3.2.3 记录观测手簿 手簿是数据下载及内业的计算最重要的信息记录，外业所发生的

31、错误都必须要经由手簿的记载来改正，因此手簿数据的记载务必要求正确、详尽。注意事项：注意点名、点号书写是否正确；天线高、天线盘及接收机的型号、序号记录是否正确；开关机时间务必记录。3。2.4 注意事项 架设 GPS 人员尽可能留在仪器旁，不要让仪器离开视线范围外，数分钟需至接收机查看一次，注意数据有无持续接受、电池剩余电量等.注意：任何以外造成仪器对中整平移动甚至倾倒，则立即关机重新架设，并在手簿上记录关机及开机时间；断电处理：换上新电池,重新开机，记录断电及重开机的时间;若有本身无法排除的困难，则立即回报并记录状况.3.3 GPSRTK 中线放样 3。3.1 GPS 中线放样的数学模型 公路中

32、线分别由直线、圆曲线、缓和曲线三种线元相间组合.公路中线上第i个线元中,8 距曲线起点弧长为S的任一点iP 处的曲率ik,可由下式表示：112/1)(/1/1()(RLSSRRsksii 式中S 为第i个线元距曲线起点的弧长；L 为缓和曲线总长；R为第一圆曲线曲率半径;R 为第二圆曲线半径。当R=R=时 K（S)=0即为直线段当 1R=2R=R 时 ik(S）=1/R 即为圆曲线段当 1R=R,2R=R 时 ik（S)=(S-iS）/sLR 即为第一缓和曲线段当 1R=R,2R=时 ik（S）=(S-iS)/sLR 即为第二缓和曲线段高0ia 为第i个线元中起始方位角，由式可推出iP 点处的切

33、线方向为:a(s)=0ia=0iaik(S)ds=0ia（1/sL）（1/2R 1/1R)（S iS)2/2+(S iS)/1R 若令 1K=1/1R，2K=1/2R,p=1/2 sL(1/2R-1/1R），L=S iS 则有 a(s)=0ia(P2L+1KL)现在来推导iP 点的坐标，假定第i 个线元起点C 为原点，切线方向为X轴，建立坐标系XY。如图1，图 1 则有dX=cosdl,dY=sindl对上式积分,则iP 坐标为:X=dlYLcos0=dlYLsin0把、按级数展开，并将式中=p L+K L 代入后,由式积分得出点在第i个线元坐标系中的坐标（X,Y)，为了换算到线路中线统一坐标

34、系中，可按下式进行 9 坐标转换则公路中线上任一点P 在统一坐标系中的坐标为XY P=XY C+X Y 3.3.2 GPS 中线放线程序 公路中线上的一些主要点可预先算出坐标，将其输入控制器内,放样时直接调出即可。但实地放样时,需要据地形、地貌、地物等特征点进行加桩放样。也就是说,加桩点的坐标预先未计算好，而应在实际需要时临时确定。根据以上实际问题及GPS 能实时测出点坐标特性，GPS放样程序应能用以下方法放样.1 坐标引数法 预先计算路线桩号坐标，放样时直接调出进行放样，即根据对中杆所在位置与理论点的差值移动对中杆,直到符合放样精度为止,定出放样点。2 桩号引数法 待放样点的里程桩号已知，诸

35、如曲线主点桩、百米桩、公里桩或上一阶段提供的逐桩里程桩号等,只需将桩号输入,由软件自动计算进行放样。3 测点引数法 此种方法，是在任意加桩时采用，虽然已知GPS 测点坐标(XG,YG）,但是事实上不能由此唯一求待放样点P,必须附加其条件。图2 中G 为GPS 测点，以不同的方向线，总是可以推出路线中线上P1、P2、Pi 点，假定G为参考点，分别到达路线上的距离为S1、S 2、S3、Si，我们认为离G 点最近的，即与路线法线（正交）方向点P 是加桩人员欲放样点.这是因为，加桩人员能以最短的距离进入路线中线，称之为“法线相交法”或“法 线方向法”如图3 法线相交法 当加桩人员测得G1 后，按“法线

36、方向法”推放出待放样点P1。但是，加桩人员去放样P1 点，而是到G2 点再测点，同理可得待放样P2，这时加桩人员试图通过G 与G 的连线去寻找路线的中线点p,诸如在水网区沿堤埂上移动,沿水沟中线移动等,试图找出这些特点(即G G 方向线与路线中线的交点)，称为“双点引线法或“任意方向法”。10 4 GPS 自动放样中线的控制条件 GPS 具有较强的数据记录和存储功能，为了使操作更加灵活、简便,除将公路中线数据，如起点、终点、曲线半径、缓和曲线长度、转角点坐标等欲置,便于计算任意点坐标外,关键在于现场任意加桩时数据的自动判断与处理(表 1）。表 1 一些设定的约束条件参数说明灵敏度gjgigjg

37、iyyyXXxyx2/1)22(GPS 相临测点动态变化值确认度gPgpYYYXXxyx2/1)22(确认GPS测点进入放样点 P 之限差 O K 条件 gipgipYYyXXxyx2/1)22(GPS 测点G 精确逼近待放样点 P 之限差间隔 D 5，10，20，50 是线上逐桩点之间最大间隔控制强制条件曲线主点桩、百米、公里桩号按规定必须放样的以里程桩号作为控制的中线点序列条件里程桩号按规定排列在自动数据记录时,放样点里程桩号由小到大(或由大到小）排列,便于成果整理 3。4 祁连街道路工程中 GPS 的应用 3.4.1 选择作业时段 公路沿线地物地貌复杂多变，为获取完整的数据，必须根据卫星

38、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，卫星的分布情况可用用Planning 软件 查看多项预测指标，根据预测结果合理安排工作计划。3.4.2 建立测区平面控制网 根据中线放样资料，用 GPS 静态测量方法建立测区控制网，相邻点间间距 58公里，并与国家点联测，求出各控制点平面坐标，同时投影变形不得不考虑,变形的程度与测区地理位置和高程有关，公路线路短则数公里，长则数十公里，跨越范围广，线路走向、地形情况千差万别，长度变形各不相同。在 3o 投影带的边缘，长度变形可达以上，导致中线桩由图上反算的放样长度与实地测量长度不一致，无法满足放样要求。因此必须采取相应的措

39、施消弱长度变形.3.4。3 高程控制测量 GPS 得到的高程是大地高，而实际采用的是正常高，需要将大地高转化为正常高。而测区的高程异常是未知数，且高程异常的变化较复杂，特别在山区精度较差。此外,新线定测要求约每隔 2KM 设置水准点,而有些地形环境不能满足 GPS 观测的条件，采用高程拟合的方法拟合的高程精度不能得到保证。完全用 GPS 替代等级水准难度大。因此等级水准仍采用水准仪作业模式。3。4.4 求取地方坐标转换参数 合理选择控制网中已知的 WGS84 和北京 54 坐标(或地方独立网格坐标）以及高程的公共点,求解转换参数，为 RTK 动态测量做好准备。选择转换参数时要注意以下两个问题：

40、要选测区四周及中心的控制点,均匀分布；为提高转化精度，最好选 3 个以上的点，利用最小二乘法求解转换参数。3。4.5 基准站选定 基准站设置除满足 GPS 静态观测的条件外，还应设在地势较高，四周开阔的位置，便于电台的发射。可设在具有地方网格坐标和 WGS84 坐标的已知点上，也可未知点设站。3。4.6 放样内业数据准备 11 利用测量内外业一体化程序完成全部计算工作。将线路的起点坐标、方位角、加直线长度及曲线要素输入，程序根据里程计算出全线待放样点的坐标,其中直线上每 50 米一个点,曲线上每 10 米一个点。按相应的数据格式将放样点坐标导出成 Trimble DC 文件，通过 Data T

41、ransfer 将 DC 文件导入到外业掌上电脑供外业调用。3。4.7 外业操作 将基准站接收机设在基准点上，开机后进行必要的系统设置、无线电设置及天线高等输入工作。流动站接收机开机后首先进行系统设置，输入转换参数，再进行流动站的设置和初始化工作。通常公布的坐标系统和大地水准面模型不考虑投影中的当地偏差，因此要通过点校正来减少这些偏差，获得更精确的当地网格坐标，且确保作业区域在校正的点范围内。应用实例：边线里程桩坐标 西侧坐标 东侧坐标 里程 X Y X Y 40 199331。683 510861。537 199332.267 510879。524 50 199321。682 510861.

42、799 199322。259 510879.864 60 199311.690 510862.187 199312.275 510880。172 70 199301.679 510862。465 199302.266 510880。354 80 199291.709 510862。656 199292.242 510880.626 90 199281.668 510862。784 199282。288 510880。873 100 199271。689 510862。842 199272。298 510881。025 110 199261。714 510863。636 199262。233 5

43、10881。257 120 199251。752 510864。869 199252。287 510881.369 130 199241。785 510866。103 199242.269 510881。595 140 199231。776 510866.264 199232.260 510881.652 150 199221。767 510866.327 199222.255 510881.747 160 199211。793 510866。522 199212。267 510881。821 170 199201.806 510866。847 199202。273 510882。136 18

44、0 199191.784 510867。155 199192.247 510882.593 190 199181.795 510867。684 199182。269 510882.854 200 199171。818 510868.216 199172.306 510883。195 210 199161.804 510868.338 199162.298 510883.462 220 199151.822 510868。569 199152。277 510883。728 230 199141.796 510868.735 199142.265 510883。915 240 199131。813

45、 510868.947 199132.286 510884。357 12 250 199121.814 510869。818 199122。328 510884。801 260 199111。843 510870。151 199112。263 510885.269 3.4.8 精度评定 坐 标 比 较 西边线桩里程 全站仪放样点坐标 GPS 放样点坐标 坐标差值/mm X Y X Y X Y K0+40 199331.685 510861。531 199331。683 510861。537 2-6 K0+50 199321.684 510861.792 199321.682 510861.79

46、9 2 7 K0+60 199311.699 510862。183 199311.69 510862.187 9-4 K0+70 199301.675 510862。469 199301。679 510862。465 4 4 K0+80 199291.707 510862.651 199291.709 510862。656 2 5 K0+90 199281。665 510862。788 199281.668 510862。784 3 4 K0+100 199271。684 510862。847 199271。689 510862。842 5 5 K0+110 199261.716 510863

47、.634 199261。714 510863。636 2 2 K0+120 199251。753 510864.865 199251.752 510864。869 1-4 K0+130 199241.786 510866.108 199241。785 510866。103 1 5 K0+140 199231。775 510866.269 199231。776 510866。264-1 5 K0+150 199221.766 510866.325 199221。767 510866.327 1 2 K0+160 199211。795 510866.527 199211。793 510866。52

48、2 2 5 K0+170 199201.808 510866.842 199201.806 510866.847 2 5 K0+180 199191。785 510867.151 199191.784 510867.155 1-4 K0+190 199181。794 510867。686 199181.795 510867.684 1 2 K0+200 199171。816 510868。219 199171。818 510868.216 2 3 K0+210 199161。803 510868.334 199161.804 510868。338-1 4 K0+220 199151.828 5

49、10868。199151。822 510868。6-4 13 565 569 K0+230 199141。791 510868。731 199141.796 510868.735 5 4 K0+240 199131。819 510868.943 199131.813 510868.947 6 4 K0+250 199121.817 510869。813 199121。814 510869。818 3 5 K0+260 199111。849 510870。158 199111.843 510870。151 6 7 由项目指标误差在 1cm 以内,由上表可以看出 GPS 放样点的坐标是可用的 3.

50、4.9 RTK 动态测量的特点 1 在能够接收 GPS 卫星信号的任何地方，可进行全天候作业。2 经典 GPS 测量不具备实时性,RTK 动态测量弥补这一缺陷，放样精度可达到厘米级，误差不累积。3 流动站利用同一基准站信息可各自独立开展工作。4 实时提供测点三维坐标,现场及时对观测质量进行检查，避免外业出现返工。5 GPS 误差不累积。4 总结 GPS 技术不仅能达到较高的定位精度，而且大大提高了测量的工作效率，随着GPS 技术的提高，通过相应的数据处理程序,可大大减轻了测量人员的内外业劳动强度.1、工程控制测量用 GPS 建立控制网，最精密的方法应属静态测量。对于大型建筑物,如特大桥、隧道、