【文章內(nèi)容簡介】 見下表表22 IGS提供的GPS衛(wèi)星星歷情況星歷類型 衛(wèi)星軌道精度 衛(wèi)星時鐘精度 采樣間隔 獲取時間 更新時間 最終星歷 5 cm 01 ns 15 min 13day 1 week 快速星歷 5 cm 02 ns 15 min 17 hour 1 day 預(yù)報星歷 25 cm 5 ns 15 min Real time Twice daily 第三章 GPS在公路測量中的應(yīng)用及實例分析第一節(jié) GPS在公路測量中應(yīng)用趨勢及相關(guān)技術(shù)隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長的西部大開發(fā)的實施我國的高等級公路建設(shè)迎來前所末有的發(fā)展機遇這就對勘測設(shè)計提出了更高的要求隨著公路設(shè)計行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展公路設(shè)計已實現(xiàn)CAD化有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測繪產(chǎn)品的支持建立勘測設(shè)計施工后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄輸入等中間環(huán)節(jié)是公路勘測設(shè)計內(nèi)外業(yè)一體化的要求也是影響高等級公路設(shè)計技術(shù)發(fā)展的瓶頸所在目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設(shè)備但常規(guī)測量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制作業(yè)強度大且效率低大大延長了設(shè)計周期勘測技術(shù)的進步在于設(shè)備引進和技術(shù)改造在目前的技術(shù)條件下引入GPS技術(shù)應(yīng)當是首選當前用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測理為勘測階段測繪帶狀地形圖路線平面縱面測量提供依據(jù)在施工階段為橋梁隧道建立施工控制網(wǎng)這僅僅是GPS在公路測量中應(yīng)用的初級階段其實公路測量的技術(shù)潛力蘊于RTK 實時動態(tài)定位 技術(shù)的應(yīng)用之中RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用有著非常廣闊的前景　　實時動態(tài) RTK 定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS RTDGPS 技術(shù)它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景眾所周知無論靜態(tài)定位還是準動態(tài)定位等定位模式由于數(shù)據(jù)處理滯后所以無法實時解算出定位結(jié)果而且也無法對觀測數(shù)據(jù)進行檢核這就難以保證觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量在實際工作中經(jīng)常需要返工來重測由于粗差造成的不合格觀測成果解決這一問題的主要方法就是延長觀測時間來保證測量數(shù)據(jù)的可靠性這樣一來就降低了GPS測量的工作效率實時動態(tài)定位 RTK 系統(tǒng)由基準站和流動站組成建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)測量的保證其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準點安置一臺接收機作為參考站對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測流動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時通過無線電傳輸設(shè)備接收基準站上的觀測數(shù)據(jù)隨機計算機根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標和測量精度這樣用戶就可以實時監(jiān)測待測點的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況根據(jù)待測點的精度指標確定觀測時間從而減少冗余觀測提高工作效率下面我將一個具體的例子詳細講述GPSRTK技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用第二節(jié) 實例分析孝義市市區(qū)北外環(huán)公路控制網(wǎng)的測繪一測區(qū)概述 ⑴ 位置孝義市屬于山西省呂梁市位于山西省中部的晉中盆地西南隅呂梁山脈中段東麓地理位置介于東經(jīng)111176。21～111176。56北緯36176。56 ～37176。18之間海拔731～1777米北與汾陽為鄰西北與中陽縣相依西與交口縣接壤南與靈石縣相連東南與介休市隔汾河相望境域東西直線最長46公里南北直線最寬為2655公里總面積9458平方公里交通當今孝義區(qū)位優(yōu)勢明顯交通便利公路鐵路四通八達距省會城市太原120公里境內(nèi)38公里的南同蒲公鐵路介西支線直插腹地貫穿東西33公里的孝柳鐵路向西延伸直抵黃河大運高速公路太高速公路從南北兩側(cè)擦境而過孝義的主干公路南北縱貫的汾介一級公路和東西橫穿的孝午公路與307和108國道市鄉(xiāng)油路鄉(xiāng)村公路構(gòu)成了縱橫交錯四通八達的交通網(wǎng)絡(luò)公路通車里程達1288公里 CJJ 899 布設(shè)城市圖根導(dǎo)線控制網(wǎng)分級布網(wǎng)如圖31 圖31 分級布網(wǎng)二測量作業(yè)流程圖32 GPS實測流程圖三GPS控制網(wǎng)的設(shè)計方案1儀器設(shè)備⑴GPS控制網(wǎng)的儀器設(shè)備配置表31 GPS控制網(wǎng)布設(shè)的儀器設(shè)備儀器設(shè)備名稱 數(shù)量 9600型GPS接收機 4臺 三腳架 4付 對講機 4個 小鋼尺 4把 數(shù)據(jù)傳輸線 1根 ⑵9600型GPS接收機的主要技術(shù)參數(shù)靜態(tài)相對定位精度 靜態(tài)基線177。5mm1ppm 高 程177。10mm2ppm2GPS控制網(wǎng)的技術(shù)標準⑴ GPS測量的精度指標各等級GPS網(wǎng)相鄰點間弦長精度用下式表示 31式中——標準差基線向量的弦長中誤差mm ——固定誤差mm ——比例誤差1106——相鄰點間的距離km⑵ GPS網(wǎng)的主要技術(shù)要求表32 四等二級GPS網(wǎng)的主要技術(shù)要求等級 平均距離km a mm b 1106 最弱邊相對中誤差 四等二級 1 ≤15 ≤20 110000 注① 相鄰點最小距離應(yīng)為平均距離的12～13最大距離應(yīng)為平均距離的2～3倍② 當邊長小于200m時邊長中誤差應(yīng)小于20mm③閉合環(huán)或附和線路邊數(shù)的規(guī)定GPS網(wǎng)應(yīng)由一個或若干個獨立觀測環(huán)構(gòu)成也可采用附合線路形式構(gòu)成非同步觀測的GPS基線向量邊應(yīng)按所設(shè)計的網(wǎng)圖選定也可按軟件功能自動挑選獨立基線構(gòu)成表33四等二級GPS網(wǎng)閉和環(huán)和線路邊數(shù)的規(guī)定等 級 四 等 二 級 閉合環(huán)或附和線路邊數(shù)條 ≤10 ⑶ 接收機的選擇表34 四等二級GPS網(wǎng)接收機的選擇等級 接收機類型 標稱精度 觀測量 同步觀測接收機數(shù) 四等二級 雙頻或單頻 ≤10mm5106d 載波相位 ≥2 ⑷ GPS測量作業(yè)的基本技術(shù)要求表35 四等二級GPS測量作業(yè)的技術(shù)要求等級 觀測方法 衛(wèi)星高度角176。 有效觀測衛(wèi)星數(shù) 平均重復(fù)設(shè)站數(shù) 時段長度min 數(shù)據(jù)采樣間隔s 四等二級 靜 態(tài) ≥15 ≥4 ≥16 ≥45 10～60 快速靜態(tài) ≥15 ≥5 ≥16 ≥15 10～60 注① 當采用雙頻機進行快速靜態(tài)觀測時時間長度可縮短為10min② GPS測量各等級的點位幾何強度因子PDOP值應(yīng)小于6③GPS控制網(wǎng)測量數(shù)據(jù)的檢核3 數(shù)據(jù)預(yù)處理⑴ 基線解算可采用雙差相位觀測值對于邊長超過30km的基線解算使也可采用三差相位觀測值⑵ 在采用多臺接收機同步觀測的一個同步時段中可采用單基線模式解算也可以只選擇獨立基線按多基線處理模式統(tǒng)一解算⑶ 同一級別的GPS網(wǎng)根據(jù)基線長度不同可采用不同的數(shù)學處理模型但8km內(nèi)的基線必須采用雙差固定解30km以內(nèi)的基線可在雙差固定解和雙差浮點解中選擇最優(yōu)結(jié)果30km及其以上的基線可采用三差解作為基線解算的最終結(jié)果4 同步觀測數(shù)據(jù)的檢核⑴ 同一時段觀測值基線向量處理中二三等數(shù)據(jù)采用率都不宜低于80⑵ 采用單基線處理模式時對于采用同一種數(shù)學模型的基線解其同步時段中任一三邊同步環(huán)的坐標分量相對閉合差和全長相對閉合差不宜超過表36的規(guī)定表36 同步環(huán)坐標分量及環(huán)線全長相對閉合差的規(guī)定1106 32式中——重復(fù)觀測基線的長度較差 ——相應(yīng)級別的規(guī)定中誤差按平均邊長計算6 同步觀測環(huán)的檢核對于采用不同數(shù)學模型的基線解其同步時段中任一三邊同步環(huán)的坐標分量閉合差和全長相對閉和差應(yīng)符合下式的規(guī)定 33式中——三邊同步環(huán)閉和差對于四站或更多站同步閉合環(huán)而言除應(yīng)用上述方法檢查一切可能的三邊環(huán)閉合差外所有閉合環(huán)的分量閉合差不應(yīng)大于而環(huán)閉合差符合下式規(guī)定 34式中——同步環(huán)的邊數(shù)7 異步觀測環(huán)的檢核無論采用單基線模式或多基線模式解算基線都應(yīng)在整個GPS網(wǎng)中選取一組完全的獨立基線構(gòu)成獨立環(huán)各獨立環(huán)的坐標分量閉和差和全長閉合差應(yīng)符合下式的規(guī)定 35式中——異步環(huán)閉和差 ——異步環(huán)中的邊數(shù)8 GPS網(wǎng)平差處理⑴ 無約束平差當各項質(zhì)量檢驗符合要求時應(yīng)以所有獨立基線組成閉合圖形以三維基線向量及其相應(yīng)方差協(xié)方差陣作為觀測信息以一個點的WGS84系三維坐標作為起算依據(jù)進行GPS網(wǎng)的無約束平差無約束平差應(yīng)提供各控制點在WGS84系下的三維坐標各基線向量三個坐標差觀測值的總改正數(shù)基線邊長以及點位和邊長的精度信息無約束平差中基線向量的改正數(shù)絕對值應(yīng)滿足下式要求 36當超限時可認為該基線或其附近存在粗差基線應(yīng)采用軟件提供的方法或人工方法剔除粗差極限直至符合上式要求⑵ 約束平差在無約束平差確定的有效觀測量的基礎(chǔ)上在國家坐標系或城市坐標下應(yīng)進行三維約束平差或二維約束平差約束點的已知點坐標已知距離或已知方位可作為強制約束的固定值也可作為加權(quán)觀測值平差結(jié)果應(yīng)輸出在國家或城市獨立坐標系中的三維或二維坐標基線向量改正數(shù)基線邊長方位以及坐標基線邊長方位的精度信息轉(zhuǎn)換參數(shù)及其精度信息約束平差中基線向量的改正數(shù)與剔除粗差后的無約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)的較差應(yīng)符合下式要求 37當超限時可認為作為約束的已知坐標距離已知方位與GPS網(wǎng)不兼容應(yīng)采用軟件提供的或認為方法剔除某些誤差較大的約束值直至符合上式要求四GPS網(wǎng)的外業(yè)觀測一 作業(yè)要求1 觀測組應(yīng)嚴格按調(diào)度表規(guī)定的時間進行作業(yè)本證同步觀測同一衛(wèi)星組當情況有變化需修改調(diào)度計劃時應(yīng)經(jīng)作業(yè)隊負責人同意觀測組不得擅自更改計劃2 GPS接受機在正式觀測前應(yīng)進行預(yù)熱和靜置然后方可啟動接收機進行觀測3 開機后接收機有關(guān)指示顯示正常并通過自檢后方能輸入有關(guān)測站和時段控制信息4 每時段開機前作業(yè)員應(yīng)量取天線高并及時輸入測站名時段號天線高等信息關(guān)機后再量取一次天線高作校核兩次量天線高互差不得大于3mm取平均值作為最后結(jié)果記錄在手簿若互差超限應(yīng)查明原因提出處理意見記入測量手簿備注欄中5 接收機開始記錄數(shù)據(jù)后作業(yè)員可使用專用功能鍵選擇菜單查看測站信息接受衛(wèi)星數(shù)衛(wèi)星號各通道信噪比實時定位結(jié)果及存貯介質(zhì)記錄情況等6 儀器工作正常后作業(yè)員應(yīng)及時逐項填寫手簿中各項內(nèi)容當時段觀測時間超過60min以上應(yīng)每隔30min記錄一次7 一個時段觀測過程中不得進行以下操作關(guān)閉接收機又重新啟動進行自測試發(fā)生故障除外改變衛(wèi)星高度角改變數(shù)據(jù)采樣間隔按動關(guān)閉文件和刪除文件等功能鍵8 觀測員在作業(yè)期間不得擅自離開測站并應(yīng)防止儀器受震動和被移動防止人和其他物體靠近遮擋衛(wèi)星信號9 接收機在觀測過程中不應(yīng)在接收機近旁使用對講機雷雨過境時應(yīng)關(guān)機停測并卸下接收機以防雷擊10 觀測中應(yīng)保證接收機工作正常數(shù)據(jù)記錄正確每日觀測結(jié)束后應(yīng)及時將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計算機硬軟盤上確保觀測數(shù)據(jù)不丟失11 在觀測過程中要特別注意供電情況除在出測前認真檢查電池容量是否充足外作業(yè)中觀測人員不要遠離接收機聽到儀器的低電壓報警要及時予以處理否則可能會造成儀器內(nèi)部數(shù)據(jù)的破壞和丟失12 觀測站的全部預(yù)定作業(yè)項目經(jīng)檢查均已按規(guī)定完成且記錄與資料完整無誤后方可遷站二 技術(shù)指標根據(jù)GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計方案此次測量所使用的南方測繪9600型GPS接收機的標稱精度滿足四等二級GPS網(wǎng)對GPS接收機的選擇要求另外擬定所設(shè)計的GPS網(wǎng)觀測作業(yè)的技術(shù)指標符合下表要求表37 四等二級GPS網(wǎng)測量的技術(shù)指標項目 技術(shù)指標 衛(wèi)星高度角176。 20 有效觀測衛(wèi)星數(shù) ≥6 平均重復(fù)設(shè)站數(shù) ≥16 時段長度min ≥50 數(shù)據(jù)采樣間隔s 20 點位幾何強度因子PDOP ≤4 基線平均距離km 1 閉合環(huán)或附和線路邊數(shù)條 ≤10 三 作業(yè)步驟1 選點要求 ① 點位的選擇應(yīng)符合技術(shù)設(shè)計要求并有利于其他測量手段進行擴展與聯(lián)測② 點位的基礎(chǔ)應(yīng)堅實穩(wěn)定易于長期保存并有利于安全作業(yè)③ 點位應(yīng)便于安置接收機設(shè)備和操作視野應(yīng)開闊被測衛(wèi)星的地平高度角應(yīng)大于15176。④ 點位應(yīng)遠離大功率無線電發(fā)射源如電視臺微波站等其距離不得小于200m并應(yīng)遠離高壓輸電線距離不得小于50m⑤ 附近不應(yīng)有強烈干擾接受衛(wèi)星信號的物體在點位選好后在對點位進行編號時必須注意點位編號的合理性在野外采集時輸入的觀測站名是由四個任意輸入的字符組成為了在測后處理時方便及準確必須不使點號重復(fù)實施為了保證GPS點位的選擇符合四等二級GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計要求并有利于全站儀布設(shè)圖根導(dǎo)線網(wǎng)進行加密結(jié)合外環(huán)公路的地理條件經(jīng)過實地踏勘后決定將GPS網(wǎng)點均勻布設(shè)在公路中線這樣做是基于GPS選點的原則避開了公路沿線建筑物的遮擋以及流動車輛的干擾更重要的是實現(xiàn)了GPS點間的互相通視GPS網(wǎng)的選點網(wǎng)圖2 擬定觀測計劃⑴ 衛(wèi)星可見性預(yù)報根據(jù)網(wǎng)站提供的星歷Yuma數(shù)據(jù)高程應(yīng)取至01mf 天線高應(yīng)包括測前測后量得的高度及其平均值均取至0001mg 觀測狀況應(yīng)包括電池電壓接收衛(wèi)星信噪比SNR故障情況等② 記錄應(yīng)符合下列要求a 原始觀測值和記事項目應(yīng)按規(guī)格現(xiàn)場記錄字跡要清楚整齊美觀不得涂改轉(zhuǎn)抄b 外業(yè)觀測記錄各時段觀測結(jié)束后應(yīng)及時將每天外業(yè)觀測記錄結(jié)果錄入計算機硬盤或軟盤c 接收機內(nèi)存數(shù)據(jù)文件在卸到外存介質(zhì)上時不得進行任何剔除或刪改不得調(diào)用任何對數(shù)據(jù)實施重新加工組合的操作指令d 天線高的量取安置好儀器后觀測員應(yīng)在各觀測時段的前后各量測天線高一次量至毫米量取時由標石或其他標志或者地面點中心頂端量至天線中部即天線上部與下部的中縫圖31量取天線高示意圖采用下面公式計算天線高 41其中——標石或其它標志中心頂端到天線下沿所量的斜距即為觀測員用鋼卷尺由地面中心位置量至天線邊緣的斜距 天線半徑天線相位中心為準99mm 天線相位中心至天線中部的距離13mm所算即為天線高理論計算值兩次量測的結(jié)果之差不應(yīng)超過3mm并取其平均值采用注意實際輸入儀器天線高時要求輸入即用鋼卷尺由地面中心位置量至天線邊緣的斜距⑷ 退出數(shù)據(jù)記錄① 退回到主界面然后長按PWR鍵關(guān)機② 在任何界面下同時按下F1F4快捷鍵關(guān)機即可退出數(shù)據(jù)采集且不會丟