GPS技术在地籍控制测量中的应用 (2)_图文

科技信息

工程技术

GPS技术在地籍控制测星巾的应用
浙江省测绘大队
王小龙

葛亚建

江西有色地质测绘院

昊光耀

[摘要]本文基于GPS理论分析和实践。介绍了Gin5技术的基本原理、特点和GPS技术在地籍控制测量中的应用实例。 [关键词]GPS控制测量应用实例 http://www.konlan.com.cn/
1.概述 而红外仪标称精度为5mm+5ppm,GPS测量精度与红外仪相当,但随着

全球定位系统(GlobalPositioningSystem,简称C,PS),20世纪80年代 以来,随着GPS定位技术的}n现和不断发展完善,使测绘定位技术发生
了革命性的变革。为工程测量提供rr崭新的技术手段和方法。长期以来 用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术,正在逐步被以一次 性确定‘=三维坐标的、高速度、高效率、高精度的GPs技术所代替,同时定 位范围已从陆地和近海扩展到海洋和宇宙空间;定位方法已从静态扩 展到动态;定位服务领域已从导航和测绘领域扩展列国民经济建设的 广阔领域。对经典大地测量学的各个方面产生了极其深刻的影响,它在 大地测量学及其相关学科领域,如地球动力学、海洋大地测量学、地球 物理探测、资源勘探、航空与卫星遥感、地下工程变形监测、运动目标的 测速以及精密时间传递等方面的广泛应用。充分显示了GPS卫星定位 技术的高精度和高效益。 2.GPS简介
2.1

距离的增长,GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明,在小于50公里 的基线上,其相对定位精度可达12 x l酽,而在100—500公里的基线上
可达10r6—10-7。 2.3.3观测时间短。采用GPS布设控制网时每个测站上:的观测时间 一般在30—40min左右,采用快速静态定位方法,观测时f.1更短。例如 使用Timble4600LS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。 2.3.4提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时, 可以精确测定观测站的大地高程。

2.3.5操作简便。GPS测最的自动化程度很高。目前GPS接收机已 趋小型化和操作傻瓜化,观测人员只需将天线对中、整平,量取天线高
打开电源即町进行自动观测,利用数据处理软件对数据进行处理即求

http://www.zglmm.com/

得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获,跟踪观测等均由仪器
自动完成。

GPS构成。GPs主要由空间卫星星座、地面监控站及用户设备 三部分构成。
2.1.1

2.3.6全天候作业。GPS观测可在任何地点,任何时间连续地进行,
一般不受天气状况的影响。 3.GPS系统在地籍控制测量工作中的应用

GPS空间卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组

成。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内,轨道平面的倾角为550,卫 星的平均高度为2020【)km.运行周期为l Ih58min。卫星用L波段的两个 无线电载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号。导航定位信号 中含有卫星的位置信息,使卫星成为—个动态的已知点。在地球的任何 地点、任何时刻.在高度角15。以上,平均可同时观测到6颗卫星,最多 可达到9颗。
2.1.2

3.1工程项目及布网方案。台州市路桥区地籍控制测量。其基础控 制(GPS四等)测量为路桥中心城区约60kin2范围。四等GPS点19个,
其中新布设点2个,编号D0901、D0902,其他17个采用2003年布设的 老点,编号采用原点名。联测GPS A级点1个及GPSC级点4个,四等

网共实测24个,本次外业数据采集采用6台美国天宝GPS4600LS以静
态模式观测。

http://www.yhkssb.com/

GPS地面监控站主要由分布在全球的—个主控站、三个注入 站和五个监测站组成。主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据,计
算各卫星的轨道参数、钟差参数等。并将这些数据编制成导航电文,传

3.2作业依据。《全球定位系统城市测量技术规程)(CJJ73斯);《城
市测量规范)(cjj8—99);本项目技术设计书。 3.3已有资料成果的利用。路桥区范围内的l:1万正射影像图;测区
内1个GPSA级点台州市(A019)及4个GPSC级点黄岩、西山金、上 林、路桥作为四等控制网的平面起算数据。

送到注入站,再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的 存储器中。 2.1.3 GPS用户设备由GPS接收机.数据处理软件及其终端设备(如 计算机)等组成。GPS接收机可捕获到按一定卫星高度截止角所选择待 测卫星的信号。跟踪卫星的运行,并对信号进行交换、放大和处理,再通 过计算机和相应软件,经基线解算、网平差,求出GPS接收机中心(测站
点)的三维坐标。

3.4坐标系统。①平面坐标:采用1980西安坐标系,中央子午线121
度30分。②高程基准:采用1985国家高程基准(二期)。

3.5起算成果。(鲆面起算数据:起算数据根据省测绘资料档案馆

提供的1个GPSA级点及4个GPSC级点;成果为1980西安坐标系,

中央子午线123度,经COORD程序转换为中央子午线121度30分。②
高程拟合起算数据:高程系统采用1985国家高程基准(二期)。以1个

二等水准点及3个四等水准点作为高程拟合起算数据,由于部分四等 点在房顶或山头不便于施测水准,则采用拟合高程。
3.6GPs网图形结构。为充分保证控制网精度,本项目控制测量布 设了四等GPS点19个。GPS网采用网、边联式布网方法,共实测了24 个点,参与平差基线向量101条,多基线网中最长基线12397.357m(下 水龟一黄岩)。最短基线1410.122 m(下庄卢一凉溪),其图形结构主要技
2.2

GPS定位原理。CPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实

术指标见下表1,为全面加强测网图形强度以提高成果精度,增加检核

现的。如上图所示,在待测点Q设置GPS接收机,在某一时刻tk同时接 收到3颗(或3颗以上)32星Sl、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和

条件。网中布设了1l条复测边。
表1 GPS网图形结构主要技术指标 总点 数 同步时 段数 基线向 量总数 平差基 线向量 数
57

计算,可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离pt、p2、阻根
据卫星星历可查到该时刻3颗但星的三维坐标()【i,Yj。zj),j=l,2,3,从 而由下式解算出Q点的三维坐标O【,Y。刁: “=(X-X1)+(Y—YO+侣.zI)

必要基 线向量 数
23

多余观测基
线向量数

复测基 线边数

p2《一)【2)邗一瑚邶一功
2 2 2









24



101

34

ll



p;=fx-xj)+Ⅳ一Y毋+(z—功
2.3

3.7数据采集及基线向量解算检核。

GPS测量的技术特点。

本次GPS野外数据采集使用六台美国天宝公司cls删Is单频
接收机以静态模式进行观测。为方便记录使用。野外手簿仪器器具编号 使用代码记录,其编号对应见表2。
接收机标称精度最低为:平面5mm+lppm、高程10mm+lppm。观测 过程中PDOP值不大于6,一般小于4,卫星高度角大于15。。有效卫星

2.3.1测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。 GPS这~特点,使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔。以使接
收GPS卫星信号不受干扰。

2.3.2定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5nzm+lppra,

一316二

万方数据

科技信息

工程技术
表6独立基线环闭合差分布统计 分布区间 环个数

数大于4,一般大于5。观测时段长度均大于印分钟,数据采样间隔率
为15秒,从而保证了较好的星座图形强度和数据采集量。天线高每时 段前后各量取一次,互差小于3mm,取平均值记入观测手簿。 表2 代码


[o-1/3吲
31

【1/3w-2/3w]


【2/3w-w]


器具内部编号
0220081056

代码


器具内部编号
31 100.O% O.o% O.O%

0220188978



022008106l



0220283852

表7独立基线环闭合差精度分析





0220077835



0220285532

分类统计
各项最大值

环距离(Km)

Dx(m)

Dy(m)

D'gm)

闭合差㈣
0.030

基线解算使用数据处理软件Gpsurvey 2.35处理,采用独立基线模 式解算,处理后本网独立基线网平均基线边长为4.0885Km,其中网中 最长基线12378.469m(螺洋一黄岩),最短基线1410.122 m(下庄卢一凉

25.3

O.014

O.013

o.030

3.8平差计算。 3.8.1无约束平差:在基线向量解算结果各项指标符合要求后,采用 天宝软件Trimble C,eomatics Ofilet 1.62进行平差。所取基线为独屯基线。 首先进行GPS基线网的无约束平差(最小约束平差).以GPS C级点路 桥此点的平面和高程为固定点。无约束平差将更有效全面地考核GPS 网的内部符合精度,并衡蟹已知点成果精度是否含粗差。测区GPS网无 约柬平差在wGS--84坐标系下进行,经x2(对整个观测量群)统计检验

溪),经计算本网盯=、/孬而面ijr=42.0900mm。全网共观测7个时段.本
网选择多基线构成同步观测环52个,异步观测环172个进行检核;同 时又对独立基线构成31个环采用同济大学GPSNET软件进行检核,1l

条复测基线进行比较。检核数据见环闭合差分布统计、环闭合差精度统 计;闭合环细节见环闭合差报告,其精度均满足《全球定位系统城市测量
技术规程》的要求。

复测基线中长度较差均符合《全球定位系统城市测量技术规程》 ds≤2、尼盯(其中d取网平均实际边长)的要求,复测基线较差最大值

通过,各观测值t(对各观测元素)统计检验均通过,基线分量的改正数 绝对值(V。V。、V。)均小于《全球定位系统城市测量技术规程》中相关
要求,平差后单位权方差为1.0,观测值不含粗差。

黄岩~桐屿(d枷.014m),允许限差为0.289m。小于限差要求,详见重复
基线报告。 表3 GPS网实际观测量主要技术指标统计 总点数 观测时段数 观测基线 向量总数
lOl

3.8.2约束平差:在无约束平差对观测值及已知数据全面检核通过
后,进行GPS基线向量网的三维约束平差。以求得坐标系中的最终成

果,本网采用1980西安坐标系,中央子午线12l度30分,GPS网约束
平差基线 向量数
23

重复设站率

平差以1个GPSA级点及4个GPSC级点为平面约束值,测区以4个 水准点为高程约束值,已知点成果见起算数据成果。无约束平差对控制

网内部精度进行检核,精度良好;约束上述起算点后本网尺度比
24


1.8

1.00000095,成果可靠作为本网的平面起算数据。约束平差x2统计检验 通过.57条基线观测值t检验获通过,平差后单位权方为1,0,各基线向

表4多基线环闭合差分布统计

类 别

环线全长相对 闭合差限差w总



分布区间

量改正数与无约束平差结果同一基线相应改正数的较差的绝对值(dV。 dV。dV。)均小于《全球定位系统城rf:『测量技术规程》中2仃要求,最弱
边相对精度为1/141657(迎宾桥~路桥第一医院),基线长1442.313m,边 【2/3W-W]

个 数

[o-1/3w]

【1/3W-2/3W]

长改正数为0.010m,本网最弱点位中误差为0.014m(路桥第一医院),均
符合精度限差要求。 4.结束语

同 步 环 10.0(PPU)
52

52





本文通过对GPS系统在地籍控制测量工作中的应用,总结出:① l∞.O%
172 0.O% O.o%

GPS作业有着极高的精度。非常适合国家大地点破坏严重区、地形条件

困难地区、局部重点工程地区等。②c.Ps测量可以大大提高工作效率及
成果质量。整个作业过程由徽电子技术、计算机技术控制.自动记录、自

异 步 环 0.2525(脚
172





动数据预处理、自动平差计算。C孰;es测量可以极大地降低劳动作业强
度,减少野外砍伐工作量,提高作业效率。一般GPs测量作业效率为常

100.O%

o.O%

0饼6

规测量方法的3倍以上。gx;ps高精度测量同高精度的平面测量一样,
是GPS测量应用的重要领域。特别是在当前较不发达的山区进行测量 时,往往由于这些地区地形条件的限制,实施常规的几何水准测量有困 难,GPS高程测量无疑是一种有效的手段。 参考文献

表5多基线环闭合差精度分析

坐标f,Yt(M)
类 别 分类 统计

环线全长相对闭合差

环距离(M)
平面W。 高程Wz W总 04) W总

∽M)
1.450

[1]张俊中,杨传宽,雷伟伟.GPS技术在工程测量中的应用[J].黑
龙江科技信息。2008(25):17.

[2]何亚倩,郑宇.GPS在公路工程测量中应用的探讨[J].科协论
同 步 环 最大值
26738.665 o.009 0.014 O.014

坛,2009,(4):87.

[3]景建彬.GPS在工程洲量中的应用[J].黑龙江科技信息,2008,
平均值
13514.065 o.003

0瑚3
o.037

0.∞4

(15):56.
0.335

[4]赵国辉,苗世才.GPS在公路工程控制测量中的应用[J].黑龙江
科技信息,2009,(33):35.

异 步 环

最大值

26738.65l

0.028

0脚
0.013

5.029

[5]徐绍全,张华海等.GPS测量原理及应用[M].武汉:武汉大学出
版社.2006.

平均值

15267.065

0.∞9

0舶9

[6]同济大学,武汉测绘科技大学合缡.控制测量学[M].北京:测绘
1.016

出版社。1995.

..——317.-——

万方数据

GPS技术在地籍控制测量中的应用
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 王小龙, 葛亚建, 吴光耀 王小龙,葛亚建(浙江省测绘大队), 吴光耀(江西有色地质测绘院) 科技信息 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2010(20)

参考文献(6条) 1.同济大学;武汉测绘科技大学 控制测量学 1995 2.徐绍全;张华海 GPS测量原理及应用 2006 3.赵国辉;苗世才 GPS在公路工程控制测量中的应用[期刊论文]-黑龙江科技信息 2009(33) 4.景建彬 GPS在工程洲量中的应用 2008(15) 5.何亚倩;郑宇 GPS在公路工程测量中应用的探讨[期刊论文]-科协论坛 2009(04) 6.张俊中;杨传宽;雷伟伟 GPS技术在工程测量中的应用[期刊论文]-黑龙江科技信息 2008(25)

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