【正文】 u (39) mn mq (310) nq mq (311) 設(shè)點 m的大地坐標為 (B, L)，點 m、點 p的經(jīng)緯差分別為△ L, LB，平面坐標差為江西理工大學 2021屆本科生畢業(yè) 論文 36 △ x、△ y。把國家參考橢球放大為 E1橢球 (中心、軸相、扁率保持不變 )，且使 E1橢球面過 m點再令過點 q的法線與 El橢球面的交點為 q，過 m點的卯酉圈與過 q點的子午圈的交點為 n 由假設(shè)可知， E1橢球的長半徑 a? 有下面關(guān)系式 : N? /N=a? /a (36) 即 a? =((H+N) /N)178。下面從理論上進行推導 : 圖 35 如圖 35， 設(shè)測點 m的大地高為 H，儀器高量測誤差為 h，由于儀器高量測誤差的影響，點。 坐 標 點 江西理工大學 2021屆本科生畢業(yè) 論文 35 差所得的平面坐標沒什么差別，其差別明顯地表現(xiàn)在高程上。 177。 177。 177。 177。 表 48儀器高加粗差的與不加粗差的 YQ07點的坐標結(jié)果 (單位為 :_m) x y H 不加粗差的 YQ07 加粗差的 YQ07 由上表可看出，對 YQ07點的儀器高人為地加長 lm后所得的平面坐標與不加粗DQ1 JD DQ4 DQ8 DQ9 DQ13 DQ14 DQ15 DQ16 DQ17 177。在實際應用中很多情況下最后所需成果為平面坐標，因此有必要討論一下儀器高的量取精度對平面坐標成果的影響。 GPS在路橋工程應用中若干問題的分析 GPS作業(yè)中儀器高的量取精度對平面坐標的影響 在 GPS靜態(tài)測量中，不管接收機天線是架在三角架上還是安置在強制對中墩上，都涉及儀器高的量取問題，而且儀器高的量取高度屬于垂線方向上的高程，顯而易見儀器高的量取精度對點的測量成果有著直接的影響。 表 37 控制點點位中誤差 從表 37 可知，最弱點 DQl的點 中誤差為 177。在橋址坐標系里，利用基線向量成果進行元約束平差和加入兩條光電測距邊長的約束平差，通過兩次平差結(jié)果的比較，可以得出約束平差比無約束平差在測站間方向、距離中誤差及點位中誤差的精度方面有所提高，控制點坐標比較如表 36，最后成果取用有兩條光電測距邊的約束平差成果。同時基線邊參與約束平差．取墩頂平均高程平面作為邊長歸算平面。 5) 平差計算 ① 平差軟件：天任勘測科技有限公司開發(fā)的 Power 版商用軟件。 (2mm+2179。 (5mm+2179。 檢核結(jié)果表明：該網(wǎng)內(nèi)符合精度和外符合精度優(yōu)良，觀測值中不含有粗差，經(jīng)平差后可獲得良好的結(jié)果。 江西理工大學 2021屆本科生畢業(yè) 論文 33 表 35 GPS網(wǎng)復測的特點 總點數(shù) 基線向量總數(shù) 同步圖形個數(shù) 獨立基線向量數(shù) 多余基線向量數(shù) 重復基線測量數(shù) 同一點重復設(shè)站次數(shù) 17 55 18 36 19 15 一次 二次 三次 四次 五次 六次 3 3 2 2 6 1 由表 35 可見 ：重復基線占必要基線的 52％，多余觀測基線與獨立基線之比為 1:2，除檢測點外不存在一次設(shè)站的點，因此該網(wǎng) GPS圖形結(jié)構(gòu)堅強，具有良好的精度和可靠性。同時在外業(yè)觀測過程中特別注意檢?；鶎χ性O(shè)備，并在實際對中時注意檢查。結(jié)合 GPS測量規(guī)范，選定時段長度為 90min，觀測時接收衛(wèi)星個數(shù)大于 5，幾何強度因子 PDOP 值＜ 4，衛(wèi)星高度截止角為 10176。 (5mm+2179。 2) 外業(yè)觀測 改造后控制網(wǎng)的選點埋石工作已完成，即點伍已達足夠穩(wěn)定度。 由于受場地地形限制，致使網(wǎng)形結(jié)構(gòu)較差，同時 受施工干擾，中線等幾個跨河視線方向無法通視，采用常規(guī)三角測量方法難度很大，故在此次復測中應用了GPS 測量技術(shù)。大橋開工前，曾建立了大橋施工控制網(wǎng)，隨著大橋施工全面展開，個別點發(fā)生了位移，部分點間通視受阻，為確保大橋的施工質(zhì)量和工期，對該橋平面控制網(wǎng)進行復測和改造。為好） ，并聯(lián)測兩基線的正常高差， 可求定該點的垂線偏差。因而，在隧道貫通時，多采取削弱垂 線偏差影響的措施 (如盡量使定向邊與隧道施工高程面近似相等的高度上 )。 江西理工大學 2021屆本科生畢業(yè) 論文 32 由上表可看出，當觀測方 向的垂直角較大時，有必要考慮垂線偏差的影響。 10 0176。 20176。 10176。 3176。) 時， 1? 最大，此時不同的 u、12a 所 相應的 1? ,數(shù)值如下表 34所示。 所以 13a = 12a + 1? + A (34) 由垂線偏差改正公式 [6]有 : 12121 )s in ( tgaAu ?? ???? 121212 )c o ss in( tg aAA ????? ?? (35) 其中 12A? 為觀測方向 12的大地方位角 ； ? 為點 1垂線偏差方向的大地方位角 ； u是 點 1的垂線偏差， ? 、 ? 分別是垂線偏差的子午分量和卯酉分量 ； 12a 是觀測方向12的垂 直角。 因為，標高差改正、截面差改正都與觀測點至測站點的距離有關(guān)，而施工放樣過程中觀測點至測站點的距離都較短，故這兩項改正可忽略不計。設(shè)起始方向 12的水平觀測方向值為 12a ,進洞方向 13的水平觀測方向值為 13a , 12a 、 13a 歸算至橢球面上相應大地線的方向值分別 為 12A 、 13A ，由 GPS控制測量確定的放樣角為 A (A為 1至 2的的大地方位角與 1至 3的大 地方位角的夾角 )，則 江西理工大學 2021屆本科生畢業(yè) 論文 31 13A = 12A + A (31) 由水平觀測方向的歸算有 : 12A = 12a + 321 ??? ?? (32) 其中 321 ??? 、 分別為 12a 的垂線偏差改正、標高差改正、截面差改正。此時，必須考 慮垂線偏差對角度放樣的影響。目前，大多隧道貫通工程采用此種方法。 由控制測量學可知，當測站和照準目標兩點的高程大致相等，則垂線偏差對觀測方向值的影響幾乎為零。因此，在隧道施工過程中，如果把洞外的 GPS控制測量成果 (進洞定向等元素 )用 TPS引進 洞內(nèi)時，嚴格講有垂線偏差的影響問題。 GPS控制測量和 TPS施工放樣 在隧道工程中，大都采用獨立坐標系 （ 即以工程施工面為投影面 ） ，此時以常規(guī)控制測量進行 TPS施工放樣不用考慮垂線偏差的影響。表 3表 33分別是邊長和角度的檢測結(jié)果。 4)在 GPS檢測 TPS導線時，由于 TPS導線誤差積累等因素的影響，直接比較兩者的 坐標差往往不能得出正確的結(jié)果 (上表顯示兩種坐標的差異有的達到十幾厘米 )。 2)從上述直伸型導線的 GPS和 TPS測量成果比較來看， Y坐標的分量較差明顯大于 X坐標分量 ,由此 TPS導線測量精度受角度誤差的影響要大于距離。 圖 31 GPS檢測 TPS導線點示意圖 將 GPS 測量成果轉(zhuǎn)換到導線的獨立坐標系，首先把 WGS84橢 球放大為橢球El，并盡量使 El橢球面與獨立坐標系投影面重合或接近，然后把 GPS測量結(jié) 果轉(zhuǎn)化為 E1橢球面上的平面高斯坐標，再分別選 D4, D16, D28和 D4, D14, D19, D28為 公共轉(zhuǎn)換點，進行二維最小二乘轉(zhuǎn)換，最后求得 GPS測量成果與 TPS導線測量成果的較差， 結(jié)果如表 31所示。在用 GPS檢測該導線時，約 m間距與導線點重合設(shè)站進行靜態(tài) 觀測，如圖 31所示。 江西理工大學 2021屆本科生畢業(yè) 論文 28 第 三 章 GPS 在路橋工程中的應用 GPS檢核或加密 TPS導線 由于 TPS 導線精度的不均勻，并 且一般低于 GPS測量精度，為了盡量保證新的 GPS測量與原 TPS測量的一致性，不至于出現(xiàn)兩套測量成果，在用 GPS檢核或加密 TPS導線時，應注意在一定的距離間隔內(nèi)， GPS點要和原 TPS導線點重合，使 GPS測量成果盡量符合在原 TPS導線控制點上。為削弱天線相位中心的影響，在實際測量時，要求天線嚴格對中、整平，同時還要將天線盤上方向指北 (偏差在 3— 5″ 之內(nèi) )。天線相位中心的偏差對相對定位結(jié)果的影響，根據(jù)天線性能的好壞，可達數(shù)毫米甚至數(shù)厘米。但是，天線相位中心的瞬時位置會隨信號輸入的強度和江西理工大學 2021屆本科生畢業(yè) 論文 27 方向不同發(fā)生變化，所以觀測時，相位中心的瞬時位置與理論上的相應的相位中心不一致。而天線對中都是以天線幾何中心為準。這種情況稱為整周變跳或周跳。但是在中途，如果衛(wèi)星信號被阻擋或受到干擾，則接收機 的跟蹤可能中斷 (失鎖 )。另外，載波相位觀測，除了上述整周未知數(shù)問題外，在觀測過程中，還可能發(fā)生整周跳變問題。但是由于接收機只能測定載波相位非整周的小數(shù)部分，和從某一起歷元至觀測歷元件載波相位變化的整周數(shù)，而無法直接測定載波相位相應該起始歷元在傳播路徑上變化的整周數(shù)。解決接收機鐘差辦法如下 :在單點定位時，將鐘差作為未知數(shù)在方程中求解 ； 在載波相位相對定位中，采用觀測值的求差，可以有效消除接收機鐘差 :在高精度定位時，可采用高精度的外接頻標，如鉚鐘或艷鐘，為接收機提供高精度時間標準。早期 GPS接收機采用恒溫晶體振蕩器，目前都用溫補晶體振蕩器。若要精度更高，可采用恒溫晶體 振蕩器，但也只能達到 (1— 5) 910?? 。 一般 GPS接收機內(nèi)時標采用的是石英晶體振蕩器。另外還可選用防多路徑效應的天線來減弱多路徑效應的影響。天線接收到的信號不但有直接從衛(wèi)星發(fā)射的信號，還有從反射體反射的信號，這兩種信號疊加作為觀測量，定位會產(chǎn)生誤差，該誤差為多路徑效應。減少對流層折射對電磁波延遲影響的方法有 :模型改正 ； 當基線較短時，利用基線兩端同步觀測求差。 2 、 對流層折射的影響 從地面向上 40km為對流層，大氣層中質(zhì)量 99%都集中在此層中。水平方向比天頂方向延遲量最大可差 3倍。在這一層中，由于太陽的作用，是大氣層中分之發(fā)生了電離，所以在電磁波傳播過程中，會使傳播的速度和方向發(fā)生變化，而產(chǎn)生傳播延遲。但是對于長基線、高精度相對定位，廣播星歷精度就不夠了，需要用精密星歷。由于衛(wèi)星星歷誤差對相距不太遠的兩個測站定位影響大體相同，因此，對于基線不很長，采用同步觀測求差，就可減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響。廣播星歷對相對定位影響為 6101 ?? 。使得由廣播星歷提供的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星實際位置之間有差值。衛(wèi)星星歷是由監(jiān)控站跟蹤監(jiān)測 GPS衛(wèi)星求定的。要 P進一步削弱剩余的衛(wèi)星鐘殘差，可以通過對觀測量的差分技術(shù)來進行處理。用二項式模擬衛(wèi)星鐘的變化只能保證衛(wèi)星鐘與標準 GPS時間同步在 20ns之間。衛(wèi)星鐘偏差總量達 lms，產(chǎn)生的等效距離誤差可達 300km。而GPS定位所需要的觀測量都是以精密測時為依據(jù)。 GPS定位的誤差來源和影響 GPS定位中，影響觀測量精度的主要誤差來源，可分為三類 :與衛(wèi)星有關(guān)的誤差 ； 與衛(wèi)星信號傳播有關(guān)的誤差 ； 與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。后者將基準站采集的載波相位發(fā)送給用戶臺進行求差解算坐標。實現(xiàn)載波相位差分 GPS的方法分為兩類 :修正法和差分法。與偽距差分原理相同，由基準站通過數(shù)據(jù)鏈實時將其載波觀測量及站坐標信息一同傳送給用戶站。載波相位差分技術(shù)又稱為 RTK技術(shù) (real time kinematic)，是 建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎(chǔ)上的。位置差分、偽距差分、偽距差分相位平滑等技術(shù)已成功地用于各種作業(yè)中。但是，上述這些作業(yè)方式都是事后進行數(shù)據(jù)處理，不能實時提交成果和實時評定成果質(zhì)量，很難避免出現(xiàn)事后檢查不合格造成的返工現(xiàn)象。例如，采用整周模糊度快速逼近技術(shù) (FARA)使基線觀測時間縮短到 5分鐘，采用準動態(tài) (stop and go)，往返重復設(shè)站 (reoccupation)和動態(tài) (kinematic) 來提高GPS作業(yè)效率。這樣就限制了在工程作業(yè)中的應用。用戶和基準站之間的距離對精度有決定性影響。最后，用戶利用改正后的偽距來解出本身的位置， 就可消去公共誤差，提高定位精度。利用一個 ? ? 濾波器將此差值濾波并求出其偏差。國際海事無線電委員會推薦的 RTCM SC104也采用了這種技術(shù)。 偽距差分原理 偽距差分是目前用途最廣的一種技術(shù)。位置差分法適用于用戶與基準站間距離在 100k。最后得到的改正后的用戶坐標已消去了基準站和用戶站的共同誤差，例如衛(wèi)星軌道誤差、 SA影響、大氣影響等，提高了定位精度。由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、 SA影響、大