GPS测量魏德凯

GPS在城市控制测量当中的应用11海洋1班 201114590111 魏德凯摘要：简要介绍了 GPS 全球定位技术在城市测量中的应用及其特点，比较测量中 GPS 测量与常规测量的优劣，并证明 GPS 定位技术用于城市测量是可行。关键字：GPS ; 城市控制测量；静态定位 ; 基线1、 概述GPS 是伴随现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航和定位系统,它不仅具有全球性、全天候、连续的三维导航与定位能力，而且具有良好的抗干扰性。近几年来，GPS 定位技术在应用基础的研究、新应用领域的开拓、软硬件的开发研制等方面都取得了迅速的发展。目前，GPS 定位技术已高度自动化，其所达到的定位精度和潜力，广泛应用于控制测量、经济建设和科学技术的许多领域，为国家经济建设做出了重大的贡献。随着科学技术不断发展 , GPS实验卫星和工作卫星先后升空 ,各国科学家和生产厂家不断开发生产 , GPS硬件导航型和大地型 GPS接收机及各类配件日臻完善 ,各种不同的应用软件精益求精 ,使 GPS定位技术在导航、测绘等领域迅速获得推广应用。2、 GPS定位系统的优越性(1) 观测站之间无需通视控制点的位置可以根据测量的实际需要来布点，GPS 测量不需观测站之间互相通视，即选点方便灵活，不必造标，给测绘工作带来了极大的方便，可节省招标费用。GPS 测量虽然不需要观测站之间相互通视，但必须保持测站上空开阔,应该考虑常规测量方法加密时的应用，每点应有一个以上通视方向。(2) 不受控制网几何图形的限制控制网的几何图形已不是决定测量精度的重要因素，点与点之间的距离长短可以根据实际的需要自由分布。(3) 全天候作业，观测时间短，作业效率高GPS 测量工作，可以在任何地点，任何时间连续地进行，就是不受时间，气象条件的限制，具有全天候观测的能力，多台 GPS 接收机联合作业可以快速联测和周期性复测大规模的控制网，所以可大大缩短实际测量的时间，提高作业效率。(4) 定位精度高点位精度均匀，而且精度高。单频接收机适用于小于 10Km 的短距离精密定位工作，其相对定位精度能达（10mm1ppm） ，双频接收机相对定位精度可高达（5mm+1ppm）,但其结构复杂，价格较高。(5) 能够测出 3 维坐标GPS 测量在精确测定平面坐标的同时，还可以测出观测站的大地高程。平面精度较高，高程精度比平面精度低，但地籍测量对高程精度的要求亦不高。(6) 操作简便GPS 测量的自动化程度很高，接收机自动接受信息，数据自动存储，内外业紧密结合，减少了繁琐的数据记簿和手工计算工作，可以迅速提交控制测量成果，提高了测量456成果的可靠性和规范化程度。3、 GPS定位技术在城市测量中的应用现就在河北省邯郸市西部低楼群外业工作过程中 GPS控制测量简述如下:3. 1 GPS网的技术设计GPS网的图形设计是 1 : 1万规划图上进行的。由于是初次用 GPS定位技术来进行首级控制 ,故在网图设计时考虑了多方面的因素。一是便于作业 ,所以大部分 GPS点均布设在交通便利的十字路口或其它交通工具便于抵达的地方;二是为了满足整网精度的要求将所有 GPS点连成多边形闭合环;三是为了满足城市发展的要求 , GPS网所覆盖的面积远远超过现有建成区面积;四是为了求得 GPS点在 1954年北京坐标系中的坐标 ,外业观测时与原有的浙江省外业测绘大队 1990年所施测的国家四等点老虎山、外岗后、二轻公司等进行联测 ,并与两个水准点进行联测以求得 GPS网点的正常高。3. 2 GPS网点的选点与埋石GPS点位的选择应考虑以下几点:( 1)点位的基础应坚实稳定 ,便于长期保存 ,且有利于安全作业;( 2)点位应便于安置接收设备和操作 ,视野开阔 ,被测卫星的地平高度角应大于 15度 ,以减弱对流层折射的影响;( 3)点位应远离大功率无线电发射源 (如电视台、微波站等 ) ,其距离应大于 200m,且应远离高压输电线其距离应大于 50m,其目的就是为了避免其周围磁场对 GPS卫星信号的干扰 ,在实际作业中较低的高压输电线有时影响不大 ,其远离的距离可因地制宜;( 4) GPS点附近不应有大面积水域或对电磁波反射 (或吸收 )强烈的物体 ,以减弱多路径效应的影响;( 5)交通方便 ,利于作业基于上述几点 ,该区的首级 40个 GPS控制点大部分符合以上要求 ,但也有少数几个点位受电信塔干扰较大 ,导致同、异步闭合环的闭合差超限而重复了几个时段的观测;另外根据规范 , GPS点应最少有一个以上通视方向 ,以便于图根控制测量的加密 ,但又考虑到实际地形情况 ,故在选择 GPS点时对该要求作了适当的调整。GPS点采用 12mm、长 10cm的钢钉标心中部锯“十”字 ,外套 50mm、长 10cm的钢管。埋设时坑底填以砂石 ,并现浇混凝土、夯实。3. 3 GPS外业观测在进行外业观测前就对 GPS接收机进行鉴定 ,并对设备按规范进行各项检查。准备三台 GPS接收机为常州大地测距仪厂采用美国芯片和技术的组装产品 ,型号为DSY 118,一般要求接收机应锁定 4颗以上的卫星才能进行数据的采集。GPS外业观测采用静态相对定位方式进行 ,根据目前数据处理软件的情况 ,为了达到相应等级的定位精度和整周未知数的求解 ,需要的足够的数据量 ,要求在测点上观测时间段具有一定的长度。 即每时段同步观测时间为 40 50分钟;采集高质量的载波相应观测值是解决周跳的根本措施。 而适当增加其采集密度则是诊断和修复周跳的重要途径 ,因此采样间隔一般为10秒。外业观测应先后量取天线高两次 ,并根据实际情况输入测站名、时段号、天线高、采样间隔等数据。 操作人员应通过对讲机或其他通讯工具相互保持联络以保证同步开关机。 但因对讲机等在通话时会对接收机的卫星信号产生影响 ,故在通讯时应远离接收机 10m以上。 接收机开始记录数据后 ,作业人员可查看测站信息、接收卫星数、卫星号、各通道信噪比、实时定位结果及所记录的历元数等情况 ,并将有关数据 GPS外业观测记录本上作好记录。PD0P为三维位置几何图形强度因子 ,它的大小与观测卫星高度角的大小以及观测卫星在空间的几何分布有关。观测卫星高度角越小 ,分布范围越小 ,其 PD0P值越小。 综合其他因素影响 ,当卫星高度角规定在 15 的情况下 ,选取 PD0P不大于 6则可提高定位精度。4、 数据处理导入数据将每天观测的数据利用 Trimble 公司提供的 TGO 软件，以*.dat 文件传输到计算机，然后编辑测站名，天线高，天线类型等信息。基线处理所谓基线向量的解算，就是根据两点的同步观测的载波相位观测值，进行相对定位解算，及解算两点间的坐标差。基线解算利用 Trimble 公司提供的 TGO 软件进行，基线解算模型采用双差固定解，采用集选择要处理的基线。进行基线解算时，TGO 软件仅使用最小卫星高度角以上的卫星， 该值一般取 15。 基线解算时所采用的星历是广播星历GPS 处理列表中对具有低比率和高参考方差的基线进行进一步分析。自由网平差自由网平差所选择的基准为 WGS-84 坐标系统。当各项质量检验符合要求时，应以所有独立基线著称闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息，以一个点的 WGS-84 系三维坐标作为起算数据，进行 GPS 网的无约束平差。约束平差约束平差是对通过了预处理和无约束平差各项检查后的 GPS 向量网，在多个固定点的约束下进行平差计算。本网采用城市四等导线点仁坪和园艺作为起算点进行约束平差，求得邯郸市城市一级 GPS 坐标。5、 误差分析为确保 GPS外业观测成果的质量 ,在数据处理完成之后 ,必须对整个 GPS网进行全面检查 ,以便发现不合格的成果。一是用精密仪器 (如全站仪 )对可通视的 GPS网点进行直接测定 ,将所测的平面距离与 GPS基线向量计算得到的相应边长作比较;二是对同步或异步多边形的环闭合差进行检查 ,其结果应满足下式规定:Wx = Xi 1/5 n Wx = Yi 1/5 n Wx = Zi 1/5 n W = Wx 2 + Xy 2 + Wz 2 (其中 为仪器的标称精度 )参考文献：1 魏二虎，黄劲松，GPS 测量操作与数据处理M ，武汉大学出版社，2004 年 4 月，48-1022高成发，GPS 测量M ，人民交通出版社，2000 年 3 月，114，1233 周忠漠 ,易杰军. GPS卫星测量原理与应用 M .北京测绘出版社.6