【文章內(nèi)容簡介】 間載波信號傳播的相位稱為載波相位觀測量，亦稱為測相偽距觀測量。假設(shè)接收機內(nèi)振蕩器頻率初相與衛(wèi)星發(fā)射 載波初相完全相同，兩者振蕩頻率也完全一致并穩(wěn)定不變，又假設(shè)衛(wèi)星鐘和站鐘亦完全同步，則載波相位觀測量實際上是衛(wèi)星 tj時刻載波相位與用戶接收機 ti 時刻復制的載波相位之間的相位差，參見下圖 若設(shè) : Φ j(tj)表示衛(wèi)星 Sj于歷元 tj發(fā)射的載波信號相位，Φ i(ti)表示接收機 Ti于歷元 ti的復制信號相位。 則上述載波信號之相位差為 : 畢業(yè)論文報告紙 21 設(shè)載波信號的波長為λ，則有衛(wèi)星到接收機的幾何距離 Rij為 : 如圖 ， GPS 觀測值是向量，可設(shè) GPS 觀測值有如下關(guān)系 : 式中， 表示衛(wèi)星 Sj在協(xié)議地球坐標系中的直角 坐標向量，它由導航電文中提供星歷參數(shù)計算出的己知量，表示測站在協(xié)議地球坐標系中的直角坐標向量，是待求量。 根據(jù)簡諧波的物理特性，Φ ij(t)看成整周數(shù)與不足整周數(shù)之和，當跟蹤到衛(wèi)星后，在初始觀測歷元 ti=t0即有 : 畢業(yè)論文報告紙 22 當接收機跟蹤住衛(wèi)星信號進行首次載波相位測量后，對氣候任一歷元 t 的總相位差可由下式表示 : 畢業(yè)論文報告紙 23 顧及衛(wèi)星和接收機鐘差，電離層和對流層影響，同時取現(xiàn)測站坐標初始向量為， 其改正數(shù)向量為 ，把 Rij（ t）在（ xi0， yi0，zi0）用泰勒公 式展開，則可得到載波相位觀測方程線性化形式： 式中 C 為電磁波傳播速度， f 為信號頻率，ρ ij(t)為測相偽距，δρ 1和δρ 2為電離層和對流層的影響，δ ta和δ tb分別為接收機和衛(wèi)星鐘差改正數(shù) 。 上式即為接收機 j 對衛(wèi)星 Si載波相位測量的觀測方程。 美國為控制非授權(quán)用戶獲得高精度實時定位，對 GPS 采用了在衛(wèi)星信號上施加干擾信號的方法以限制用戶的使用，使用 SA技術(shù)和 AS技術(shù)，使得非特許用戶無法接收 L2載波上的 P 碼。更不能利用 P 碼實行定位，也不能用 P 碼和 C/A 碼的相位觀測量進行聯(lián)合測算。以上兩種限制性技術(shù)使廣播星歷精度由原來的 15m 畢業(yè)論文報告紙 24 左右降到 75m 以上，影響最大時，單點定位精度可下降 100m 以上。為了提高實時導航定位精度，常采用差分 GPS 技術(shù)。靜態(tài)差分 GPS 定位又稱為靜態(tài)相對定位，目前普遍采用的不同衛(wèi)星之間、不同接收機之間和不同里元之間的獨立觀測量的 3 種差分形式 :單差，雙差和三次差。根據(jù)獨立觀測量里面很多待求參數(shù)相等或相似，采用相互求差法可以消除或者減弱弱諸如衛(wèi)星星鐘誤差，接收機星鐘誤差，電離層和對流層影響，整周模糊度以及軌道殘差，從而達到提高 GPS觀測精度 的目的 [36]。 GPS的特點 相對于常規(guī)的測量方法來講 , GPS 測量有以下特點 : 1)測站之間無需通視。 GPS 這一特點 ,使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊 , 以使接收 GPS衛(wèi)星信號不受干擾。 2)定位精度高。一般雙頻 GPS接收機基線解精度為 5mm+1 10 6D, 而紅外儀標稱精度為 5mm+ 5 10 6D, GPS 測量精度與紅外儀相當 , 但隨著距離的增長 , GPS 測量優(yōu)越性愈加突 出。 3)觀測時間短。采用 GPS布設(shè)控制網(wǎng)時每個測站上的觀測 時間一般在 30~ 40min 左右 , 采用快速靜態(tài)定位方法 , 觀測時間更短。 4)提供三維坐標。 GPS 測量在精確測定觀測站平面位置的同時 , 可以精確測定觀測站的大地高程。 畢業(yè)論文報告紙 25 5)操作簡便。 GPS 測量的自動化程度較高。目前 GPS 接收機已趨小型化和操作傻瓜化 , 觀測人員只需將天線對中、整平 , 量取天線高打開電源即可進行自動觀測 , 利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲 , 跟蹤觀測等均由儀器自動完成。 6)全天候作業(yè)。 GPS 觀測可在任何地點 , 任何時間連續(xù)地進行 , 一般不受天氣狀 況的影響。 在中國 GPS 定位技術(shù)的應(yīng)用已深入各個領(lǐng)域 , 國家大地網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)的建立與改造已普遍地應(yīng)用 GPS技術(shù)。在石油勘探、高速公路、通信線路、地下鐵路、隧道貫通、建筑變形、大壩監(jiān)測、山體滑坡、地震的形變監(jiān)測、海島或海域測量等也已廣泛的使用 GPS技術(shù)。隨著 GPS差分定位技術(shù)和 RTK 實時差分定位系統(tǒng)的發(fā)展和美國 AS 技術(shù)的解除 , 單點定位精度不斷提高 , GPS 技術(shù)在導航、運載工具實時監(jiān)控、石油物探點定位、地質(zhì)勘查剖面測量、碎部點的測繪與放樣等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛的應(yīng)用前景。 GPS在 高速鐵路控 制測量相關(guān)概念 基礎(chǔ)框架平面控制網(wǎng) CP0：為滿足線路平面控制測量起閉聯(lián)測的要求，沿線路每 50km 左右建立的衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)，作為全線勘測設(shè)計、施工、運營維護的坐標基準。基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)CPⅠ：在基礎(chǔ)框架平面控制網(wǎng)（ CP0）或國家高等級平面控制網(wǎng) 畢業(yè)論文報告紙 26 的基礎(chǔ)上，沿線路走向布設(shè)，按 GPS靜態(tài)相對定位原理建立的線路平面控制網(wǎng)起閉的基準。在勘測階段按靜態(tài) GPS 相對定位原理建立，點間距為 4km左右，測量精度為 GPS B 級網(wǎng)。平面控制網(wǎng)CPⅡ：在基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（ CPⅠ）上沿線路附近布設(shè)，為勘測、施工階段的線路平面控制和軌道控 制網(wǎng)起閉的基準?？捎?GPS 靜態(tài)相對定位原理測量或常規(guī)導線網(wǎng)測量，在勘測階段建立。點間距為 400～ 800m 左右，測量精度為 GPSC 級網(wǎng)或三等導線?？刂凭W(wǎng) CPⅢ：沿線路布設(shè)的三維控制網(wǎng)，起閉于基礎(chǔ)平面控制網(wǎng)（ CPⅠ）或線路控制網(wǎng)（ CPⅡ），一般在線下工程施工完成后進行施測，為軌道施工和運營維護的基準。 CPⅢ網(wǎng)按自由設(shè)站邊角交會的方法測量。點間距為縱向 60m左右、橫向為線路結(jié)構(gòu)物寬度，測量精度為相鄰點位的相對中誤差小于 1mm。在施工、檢測中直接應(yīng)用最多的就是 CPⅢ控制點。 CPⅢ控制網(wǎng)布設(shè)要求及施測方 法 1 布設(shè)要求 沿線路方向通常每公里有 16 對即 32 個控制點，控制點通常設(shè)置在接觸網(wǎng)桿上（路基部分）、防撞墻上固定端（橋梁部分）和圍巖上（隧道部分）。 CPⅢ測量標志通常由永久性的預(yù)埋件、平面測量桿、高程測量桿和精密棱鏡組成；每個控制點與相鄰 5個控制點的相對點位中誤差均要求小于 1mm；平面網(wǎng)測量要求全站儀具有電子驅(qū)動、目標自動搜索和操作系 畢業(yè)論文報告紙 27 統(tǒng)功能的測量機器人（如 LeicaTCA2020 和 TCRA120 Trimble S6 和 S8 系列全站儀等）；高程測量一律采用電子水準儀（如Trimble DiNi1 Leica DNA03 等）； 2 施測方法 CPⅢ平面測量 CPⅢ平面網(wǎng)是一個邊角控制網(wǎng)，但其測量方法較傳統(tǒng)邊角網(wǎng)測量有很大差異。傳統(tǒng)的邊角網(wǎng)測量儀器都是架設(shè)在控制點上進行觀測，距離必須進行往返觀測，但 CPⅢ平面網(wǎng)卻采用自由設(shè)站進行邊角交會測量，而其距離只能進行單程觀測。 （ 1）測站間距為 120m 時， CPⅢ平面控制網(wǎng)測量網(wǎng)形示意圖如圖1 所示。 （ 2）測站間距為 60m 時， CPⅢ平面控制網(wǎng)測量網(wǎng)形示意圖如圖2 所示。 （ 3） CPⅢ平面網(wǎng)的水平方向觀測的技術(shù)要求應(yīng)滿足表 1 的規(guī)定。 畢業(yè)論文報告紙 28 （ 4） CPⅢ平面網(wǎng) 的距離測量應(yīng)滿足下列要求： Ⅲ控制點的距離測量應(yīng)與全圓方向觀測同時進行。 。方向觀測時，盤左和盤右分別對同一 CPⅢ 點進行距離測量，盤左和盤右距離測量的平均值為一測回的距離測量值。 ，各測回間距離較差應(yīng)≤。 . CPⅢ高程測量 CPⅢ高程控制網(wǎng)測量采用矩形法進行，矩形法水準測量閉合環(huán)的情況如圖 3 所示。其中，箭頭方向為高差傳遞方向。由圖 3 可知，每相鄰兩對 CPⅢ點均構(gòu)成獨立的矩形閉合環(huán)，方便形成閉合差檢核，可靠性高。 CPⅢ高程網(wǎng)水準測量測站的主要技術(shù)要求，應(yīng)符合表 2 的規(guī)定。 畢業(yè)論文報告紙 29 第二章 GPS在工程上的實例 新建吉林至琿春鐵路站前工程 JHSⅢ標段位于吉林省吉林市蛟河市及吉林省延邊朝鮮族自治州敦化市境內(nèi)，本標段起于蛟河市，起點里程為 DK110+500，線路在 DK110+885～ DK114+225 處設(shè)威虎嶺隧道（ 3340m,三個斜井），于 DK116+500 設(shè)威虎嶺北站，線路在大川屯大橋（ GDK122+～ GDK122+）跨越既有鐵路長圖線后，向東南方向至北官隧道止，終點里程 DK146+300。 橋梁 9座占標段長度的 %，主要橋梁有大川屯 1特大橋、大川屯 2特大橋、永強特大橋及 6 座大橋；隧道 8 座占標段長度的 %，主要隧道有威虎嶺隧道（ 3340m、 3 個斜井）、雙泉上 1隧道（ 999m）、明川隧道（ 1560m）、三道泉 2隧道（ 2740m、1 個斜井）高松樹隧道（ 1960m、 1 個斜井）等；涵洞及框架小橋49 座，路基工程 ，占標段長度的 %。平面經(jīng)過 5個曲線，最大曲線半徑為 7000m,最小曲線半徑為 5000m。縱斷面經(jīng)過 21個坡段，最大縱坡為 2%，最小縱坡為 %，豎曲線半徑均為 20200m。 本區(qū)屬北亞溫帶濕潤半濕潤大陸性季風氣候。按照對鐵路工程影響的氣候分區(qū)，該區(qū)為嚴寒地區(qū)。夏季短促溫暖，冬季漫長酷寒，春季干旱多風，秋季涼爽，四季分明。 年平均氣溫 ～ ℃， 1 月平均氣溫 ～ ℃， 7 月平均氣溫 ～ ℃；極端最高氣溫 ～ ℃，極端最低氣溫 ～ ℃，年平均降水量 528～ 670mm，主要集中于 6～ 8 畢業(yè)論文報告紙 30 月；年平均蒸發(fā)量 ～ ；平均相對濕度 64～ 76％，全年平均風速約 ～ ，最大風速 18～ 20 m/s。 土壤最大凍結(jié)深度： 167cm～ 192cm。 主要工程見下表： 各工區(qū)橋隧工程表 工區(qū) 橋隧名稱 中心里程 長度（ m） 工作面 一工區(qū) 威虎嶺隧道 DK112+555 3340 威虎嶺隧道進口 威虎嶺隧道 2號斜井 威虎嶺隧道出口 雙泉上 1 號隧道 DK131+040 999 雙泉上 1 號隧道進口 三道泉 2 號隧道 DK128+804 1352 三道泉 2 號隧道出口 雙泉上 2 號隧道 DK132+127 354 雙泉上 2 號隧道進口 明川隧道 DK133+800 1560 明川隧道進口 明川隧道出口 高松樹隧道 DK143+900 980 隧道出口 北關(guān)隧道 DK145+805 790 北關(guān)隧道進口 畢業(yè)論文報告紙 31 二工區(qū) 大橋屯大橋 DK119+ 大川屯 1特大橋 DK120+ 大川屯大橋 DK122+ 大川屯 2特大橋 DK123+ 三工區(qū) 三道泉 1隧道 DK126+ 605 三道泉 1隧道出口 西溝大橋 DK127+ 三道泉 2隧道 DK128+804 1352 三道泉 2隧道進口 五人班前大橋 DK130+ 雙泉上大橋 DK131+ 永強特大橋 DK135+ 四工區(qū) 高松樹大橋 DK142+ 高松樹隧道 DK143+900 980 隧道進口 各工區(qū)路涵工程表 工區(qū) 路基起止里程 長度（ m） 備注 一工區(qū) DK110+500DK110+885 385 包含小橋涵 1 處 DK110+500DK110+885 716 包含小橋涵 3 處 畢業(yè)論文報告紙 32 DK146+200DK146+300 100 二工區(qū) DK114+225DK115+700 1475 其中包括框架涵、 框架小橋共 23處 DK115+700DK117+200 1500 DK117+200DK119+8 DK119++20 DK121++12 其中包括框架涵 1處 DK122++86 DK123++400 其中包括框架涵 1處 三工區(qū) DK126++44 90 GDK127++ DK130++540 DK131++55 畢業(yè)論文報告紙