《GPS定位技术在山区高速公路平面控制测量中的应用研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPS定位技术在山区高速公路平面控制测量中的应用研究（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、GPS定位技术在山区高速公路平面控制测量中的应用研究 作者： 日期：17 个人收集整理 勿做商业用途GPS定位技术在山区高速公路平面控制测量中的应用研究（Word版)（提示：此文是本人从百度文库下载，原文为PDF格式)摘要GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统，在测量领域得到了广泛应用。以洪西高速公路为例，阐述在地形复杂的LJ区进行GPS控制测量时，坐标系统的选择、控制网的布设、数据采集和数据处理的方法,对从事山区公路测量的测绘人员有一定的借鉴意义。关 键 词：GPS；控制点;平面控制测量;基线；平差目录摘要1目录20 引 言31 工程概况32 坐标系统的选择43 平面控制网的布设5
2、31 平面控制网等级的确定532 控制网点的布设64 GPS数据采集75 GPS数据处理851 路线平面控制网的数据处理9511基线解算9512 控制网平差10513 精度分析1152 构造物平面控制网数据处理126 结论与建议12参考文献:140 引 言GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统，在测量领域得到了广泛应用 。国内外专家学者研究表明，应用IGS精密星历和高精度数据处理软件处理数据，中短边相对中误差优于 1410 -7，长边相对中误差优于1810 -9。但在树木丛生的山岭重丘区，GPS接收信号将受到一定程度的影响，如何利用GPS技术建立高精度的控制网，就成为测绘工作者研究的
3、内容.笔者以洪酉高速公路为例，阐述在地形复杂的山区采用GPS定位技术进行控制测量时,坐标系统的选择、控制网的布设、数据采集和数据处理的方法，对从事山区公路测量的测绘人员有一定的借鉴意义。1 工程概况洪安至酉阳高速公路位于重庆市秀山县和酉阳县境内,属山岭区高速公路,地形地质条件复杂,初步设计里程长876km，有54座大桥和10座隧道，其中老虎山、平阳盖、葡萄山3个特长隧道均在3km以上，桥梁和隧道总长度超过314km，已超过路线总长的13.考虑到本测区地形比较复杂、植被较厚、树木较多以及通视较困难的特点，同时GPS测量具有点与点问不要求通视，相对定位精度高,能全天候作业、速度快以及从数据采集、数
4、据处理到数据分析全过程易于实现 自动化等优点,因此本项目采用GPS定位技术进行平面控制测量（因该地区重力异常较大 故高程控制采用三角高程测量方法)，现就GPS测量技术在山区高速公路平面控制测量中的应用进行说明。2 坐标系统的选择在进行平面控制测量之前，首先应确定其平面直角坐标系，以保证测区内投影长度变形值小于25cmkm2 。在海拔高度小于 160m的平坦地区,由于高程归化引起的长度变形值小于25cmkm，所以控制网长度变形只需考虑高斯正形投影就可以了。但在山岭重丘区，由于地形起伏较大,海拔较高，不仅高斯正形投影引起的长度变形可能会超限，而且高程归化引起的长度变形也会超限,因此在山区进行控制测
5、量,选择适宜的坐标系统,对于提高勘测成果精度，减少繁琐的数据计算,显得尤为重要。根据规范要求和山区特点，结合山区经纬度、平均高程等因素，按照下列方法选择坐标系:1) 当勘测路线距离国家统一的3带中央子午线较近时，可建立投影于抵偿高程面上的高斯正形投影3带平面直角坐标系 。2) 当勘测路线偏离国家统一的3带中央子午线较远时，可采用： 投影于抵偿高程面上的高斯正形投影任意带平面直角坐标系 。 投影于参考椭球面上的高斯正形投影任意带平面直角坐标系 。 当采用一个投影带不能满足要求时,可分为几个投影带,但投影分带位置不能选择在大型构造物处 。 当勘测路线较短或独立的工点如桥梁、隧道工程控制网建立时，可
6、直接把局部地球表面作为平面建立假设平而直角坐标系。洪酉高速公路项 目最远处经度为10916，距统一的高斯正形投影3。带中央子午线约 140km，若采用高斯正形投影3带平面直角坐标系，根据式（1）可知，投影长度变形最大为0241mkm，远远超出了限差要求。又由于该测区平均海拔高度为400m，根据式(2）可知，高程归化引起控制网边长缩短0062mkm 利用高程归化和高斯正形投影对于控制网边长的影响为前者缩短和后者伸长的特点,存在着两者抵偿的地带,为使测区投影长度变形值符合规范要求，经过反复推算，选择以东经 10920为中央子午线，投影面高度为400m，很好地解决观测值长度变形问题，保证投影误差不会
7、影响控制网的精度 。高斯正形投影和高程归化长度变形计算公式如下：S=SY(2R) （1)D=D(1一R（H+R)） （2)式中，S为长度增加值;S为参考椭球体上的边长；Y为测距边两端点平均横坐标；D为长度缩短值；D为经仪器加乘常数、气温气压及三差改正后的平距;H为测距边平均高程；R为地球平均曲率半径,R= 6371km。3 平面控制网的布设31 平面控制网等级的确定在地形较为平坦的地区,构造物平面控制网可与路线平面控制网同时布设。然而在山区,由于高速公路项目包括大量的桥梁和隧道，而各级公路、桥梁和隧道的平面控制网等级又不同，所以应采用路线平面控制网与构造物平面控制网分步布设的方法。但为了保证构
8、造物平面控制网联系到路线平面控制网上，在大型构造物两侧应分别设置至少1对相互通视的首级平面控制点，并且这些平面控制点应布设成四边形。对于路线平面控制网，应首先布设首级控制网，然后再布设加密路线平面控制网 。首级控制网的等级应根据路线平面设计的实际需要和公路勘测规范的要求确定.对于高速公路和一级公路，加密控制网等级不得低于一级导线精度；对于二、三、四级公路，加密控制网等级不得低于二级导线精度 .各级隧道、桥梁的平面控制网等级，根据其长度和桥梁单跨跨度按照公路勘测规范的要求确定。按照上述布网原则，洪酉高速公路项目首级路线平面控制网等级应为四等，在四等控制网下布设一级导线作为加密控制网。葡萄山隧道长
9、度为63km,采用二等平面控制网；老虎山和平阳盖隧道长度为33km,采用三等平面控制网；青冈隧道长度为13km,采用四等平面控制网；杉木洞特大桥长度为15km，属于多跨桥梁，采用四等平面控制网，其余隧道和桥梁均采用一级导线布网。但为了保证上述构造物平面控制网联系到路线平面控制网上，在其两侧分别设置1对相互通视的首级平面控制点。32 控制网点的布设首先在1：10000的地形图上进行控制网设计和点位的选择，然后进行实地踏勘确定点位。点位应根据山区地形特点选在较高位置，避免峡谷和树林对GPS卫星信号的严重遮挡，特别是在隧道进出口，既要保证GPS卫星信号不受影响，又要避免点位离路线太远,影响隧道贯通精
10、度.点位上方应无大面积遮挡物,距离大功率发射台和高压线较远，视野开阔，点位附近没有易引起多路径效应的反射物，每一点应至少有一相邻点通视。大型构造物每一端应埋设2个以上的平面控制点。一级导线相邻点之间的距离在山岭区不得小于 100m,最大距离不应大于平均边长的两倍.按照上述要求，洪酉高速公路项目首级路线平面控制点共布设28个，加密路线平面控制点共布设 176个，特长隧道和特大桥梁两侧分别设置 1对相互通视的首级平面控制点。首级平面控制点和构造物平面控制点采用GPS观测，加密路线平面控制点采用全站仪观测。4 GPS数据采集在山区进行GPS测量时，由于路线经过峡谷等地形复杂地段，点位上方的GPS卫星
11、信号会被遮挡一部分,从整体上讲观测条件往往较差，因此作业前应查看观测站星空图，选择适当的观测时间段，适当延长观测时间等手段来提高观测精度，二、三、四等GPS控制网应以边连式、网连式方法组网观测。根据实践经验，在山岭重丘区，用GPS双频接收机对控制点进行静态观测时，二等平面控制网每个时段同步观测时间不少于3h，三等平面控制网每个时段同步观测时间不少于2h;四等平面控制网每个时段同步观测时间不少于15h，截止高度角取20。洪酉高速公路项目控制点设置完毕后，经过约7d以上的稳定时间，用4台TopconGPS双频接收机对28个GPS控制点进行静态观测。为保证测量精度，观测前对TopconGPS接收机的
12、性能和可靠性进行全面检验，各项指标合格后才允许参加作业；首级平面控制网点每个时段同步观测时间均不少于15h，重复设站次数不少于2次；大型构造物控制网点每个时段同步观测时间均不少于2h，重复设站次数不少于2次；以边连式方法组网进行观测，采样间隔取5S,截止高度角取20，GDOP小于6，同时观测到有效卫星数大于5颗;接收机开始记录数据后，随时注意卫星信号和信息存储情况，当接收或存储出现异常时，调整观测计划,延长接收机观测时间。每天观测结束后要及时对当天的测量数据进行处理,包括基线解算，同步环闭合差计算等，对超限的点位要进行整体分析，如有必要进行重测或补测。5 GPS数据处理控制网点观测完成后，对原
13、始数据进行全面检查和校对，确认外业数据无误后,采用高精度的GPS数据处理软件进行数据处理工作.首先进行基线解算，其次进行三维无约束平差和三维约束平差，最后进行二维约束平差。在GPS观测条件较好的平坦地区，控制网数据处理工作一般能一次完成。在地形起伏较大、树木众多的山岭重丘区,由于GPS接收信号受到不同程度的影响，在数据处理过程中，往往会出现大量不合格基线或者合格基线误差较大，部分同步环闭合差、重复基线较差、异步环闭合差会超限，如何提高控制网解算精度，尽量避免大量的外业重测工作，就成为测绘工作者研究的问题，下面将以洪酉高速公路为例，谈谈在山区进行GPS测量的数据处理方法.51 路线平面控制网的数
14、据处理511基线解算在基线解算过程中,对不合格和误差较大的基线进行认真分析，通过查看卫星的残差图，提高卫星高度角，调整起止时间历元的位置、删除数噪声比较大的卫星、屏蔽信号质量差的时段，来提高基线解算质量，但对同一时段观测值的数据剔除率不得大于10(不包括受高度角和不同步观测影响的值)。基线解算结束后，通过检验重复基线较差、同步环闭合差、异步环闭合差和RMS、RATIO、RDOP的值来衡量基线的解算质量,对解算不合格的基线进行重测或补测.对于GPS控制网基线闭合差限差按以下公式计算：Ds2(=） （3）W2(5）（且Wx,Wy，Wz/(5） （4)V2（且 Vx，Vy，Vz2) （5） 式中，为基线标准差，mm；a为固定误差，a=5 mm；b为比例误差系数,b=1mm;d为基线长度，km；n为环的边数；Ds为重复基线测量差值，mm；W为同步环闭合差，mm；V为异步环闭合差,mm。Vx、 分别为基线分量的改正数绝对值。洪酉高速公路项目内业采用拓普康接收机的随机软件PinnacleV10进行数据处理，同时将观测文件转换成标准RINEX格式,采用国内优秀的中海达HD2003数据处理软件进行
