GPS在工程测量中的应用研究

1GPS在工程测量中的应用研究专业：学院：年级：学号：姓名：2摘要GPS是一种全新的空间无线电导航系统，它不仅具有全球性、全天候和连续的精密三维定位能力，而且能实时地对运动载体的速度、姿态进行测定以及精确授时。GPS是现代科技发展的结晶，已成为导航技术现代化的里程碑。随着全球定位系统的不断发展，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地拓展，目前已遍及国民经济各部门，并开始逐步深入人们的日常生活，了解GPS的相关知识显得尤为重要。简述了全球定位系统（GPS）的基本结构和测量原理，总结了GPS用于工程测量所具有的特点，介绍了GPS在工程测量中的应用实例。关键词：GPS工程测量数据应用实例3目录摘要第1章绪论………………………………..………………………………………...11.1GPS构成.……………………………………………………………………...11.2GPS测量的特点.……………………………………………………………...11.3GPS定位原理.………………………………………………………………...2第2章GPS的布网特色与布网方法….…………………………………………….32.1GPS测量的布网特色…….…………………………………………………...32.2GPS布网方法….……………………………………………………………...3第3章GPS在工程测量中的应用…………….……………………………………...43.1建立工程控制网………….…………………………………………………...43.2RTK的碎部测量与放样……………………………………………………...43.3区域差分网下的碎部测量与放样……………………………………………43.4GPS变形监测…………………………………………………...…………….5第4章GPS在工程测量中的应用实例……………………………………………...64.1测区基本概述………………………………………………………………...64.2技术指标……………………………………………….………………….….64.3平面控制网的布设…………...…..…………………………………………..64.4选点埋石……………………………………………………………………...64.5外业观测……………………………………………………………………...74.6GPS数据处理………………………………………………………………...74.7布设加密导线检测GPS网……………………………………………..……9第5章结论……….…………………………………………………………...11参考文献…………………………………………………………………………….121第1章绪论1.1研究背景全球定位系统GPS是英文NavigationSatelliteTimingandRanging/GlobalPositioningSystem的字头缩写词NAVSTAR/GPS的简称。它的含义是利用导航卫星进行测时和测距。是目前最先进、应用最广泛的卫星定位系统。是美国从20世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在陆、海、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。第2章GPS是一种全新的空间无线电导航系统，它不仅具有全球性、全天候和连续的精密三维定位能力，而且能实时地对运动载体的速度、姿态进行测定以及精确授时。GPS是现代科学技术发展的结晶，已成为导航技术现代化的里程碑。第3章早在1990年的海湾战争中，尽管GPS系统尚未全部建成，但它从根本上解决了空中、陆地、和海上运载体的定位和导航问题，为美军及其盟军部队预测打击敌人，正确引导部队迅速穿越沙漠，占领预定目标以及效率极高地提供后勤救援发挥了前所未有的重要作用。第4章现在，美国、日本、德国等发达国家在国内建立了大量GPS综合应用网络,如美国的连续运行参考站网络系统(CORS)、美国CUE,ACCQPOINT公司的广域定位导航服务网络、加拿大的主动控制网系统(CACS)、德国的卫星定位与导航服务计划(SA2POS)、日本的GPS连续应变监测系统(COSMOS)等。第5章随着我国信息化程度的提高及计算机网络和通信技术的飞速发展，电子政务、电子商务、数字城市、数字省区和数字地球的工程化和现实化，需要采集多种实时地理空间数据，几年来，国内不同行业已经陆续建立了一些专业性的卫星定位连续运行网络，其中著名的有中国地震局牵头建设的中国地壳运动监测网络，交通部建设的沿海差分站网络系统，信息产业部建立的电离层监测网络，国家测绘局建立的连续运行参考框架网络，部队建设的连续跟踪站网络等。目前，为满足国民经济建设信息化的需要，一大批城市、省区和行业正在筹划建立类似的连续运行网络系统，特别是具有多种功能的综合服务系统，如深圳、北京、上海、四川、昆明、香港、天津等城市。我国GPS综合服务系统的建设现已进入快速发展时期。在测绘、军事国防、智能交通、邮电通信、地矿、煤矿、石油、建筑以及农业、气象、土地管理、环境监测、金融、公安等部门和行业，在航空航天、测时授时、物理探矿、姿态测定等领域,我国做了大量的GPS研究工作。在静态定位和动态定位应用技术及定位误差方面作了深入的研究，研制开发了GPS静态定位和动态高精度定位软件以及精密定轨软件。随着我国现代化的进程速度越来越快,对GPS的需求也越来越多，GPS也会发掘出巨大的功能潜力，使GPS具有更大、更广阔的发展空间。1.2研究目的和意义GPS定位技术从问世之初发展到目前,它已渗入工程测量、地籍测量、交通管理、导航、地理信息系统、海洋、气象和地球空间研究等许多领域。差分GPS（DGPS）与相位差分GPS（RTK）技术，实现了高精度实时动态导航与定位，可以在一个瞬间获得厘米级精度的测站坐标。GPS全站仪己经向传统的全站仪发起了挑战。GPS定位技术日益广泛应用，使它成为测绘类专业生的一门必修课程。GPSRTK技术作为测绘领域内的高科技技术，已经为测绘提供了有力的测量定位手段，特别是GPSRTK测量技术的发展和推广，使得GPS测量技术真正开始走上了取代全站仪进行各种地面测量和数据采集工作的新阶段，扩大了GPS测量的应用领域。课题的目的探讨了GPS2技术和GPSRTK技术的组成、应用及特点。1.3研究内容GPS测量方法，如静态、快速静态、动态测量、都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为各种控制测量、地形测图、工程放样及海洋、地籍测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。变形监测主要是监测像大桥、水库大坝、高层大楼等建筑物、构筑物的地基沉降、位移以及整体的倾斜等状况。常规的监测技术是应用水准测量的方法，监测地基的沉降；应用三角测量（或角度交会)的方法监测地基的位移和整体的倾斜，由于被监测物体通常都是几何尺寸巨大，监测环境复杂，监测技术要求较高，因此应用常规技术不仅观测时间长、劳动强度大，而且难以实现自动化监测。而GPS定位技术由于定位精度高，不需要通视、可全天候工作等特点。研究表明，利用GPS进行水平位移观测可获得小于士2mm精度的位移矢量，高程的测量也可获得不大于士10mm的精度。因此，GPS在变形监测中越来越受到广泛的应用，尤其是大型工程：一个有代表意义的范例是：湖北省长阳土家族自治县境内的隔河岩大坝，坝顶弧线全长653m，最大坝151m，于1997年底至1998年初安装、调试并运行成功了GPS自动监测系统。经实验及运行实践结果表明系统自动化程度高、数据可靠、监测精度高。该系统设有两个基准点，采取了适当的提高精度的措施(系统设置、数据处理等)。取得了监测点在在水平方向的精度为0.5至1.0mm,高程方向的精度为1.0至1.5mm的较为理想的成果。这一监测工程的成功范例,标志着我国大型建筑物、构筑物高精度变形监测,采用GPS自动监测系统时代的开始。此外，一种低费用，多天线的GPS变形监测系统正在研制，其宗旨是采用一个特制天线转制开关（GPS多天线转制开关）来实现多个GPS天线与一台接收机相连接，接收机按照预先设置的程序分时扫描每一台天线并实现GPS卫星的跟踪，通过数据处理软件（包括多天线识别与分离模块）来完成数据处理。无疑，这种监测系统将大大降低检测的成本。1.4GPS构成GPS(GlobalPositioningSystem)是美国研制的导航、授时和定位系统。它由三部分构成：一是地面控制部分，由主控站（负责管理、协调整个地面控制系统的工作）、地面天线（在主控站的控制下向卫星注入导航电文）、监测站（数据自动收集中心）和通讯辅助系统（数据传输）组成；二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面上；三是用户装置部分，主要由GPS接受机和卫星天线组成。用户只需购买GPS接受机，就可享受免费的导航，授时和定位服务。(1)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55°，卫星平均高度为20×200km，运行周期为11h58min。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3一个动态的已知点。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)GPS地面监控站主要由分布在全球的一个主控站、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。(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的待测卫星的信号，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)三维坐标。1.5GPS测量的特点相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下特点：①测量精度高。GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10－6，在大于1000km的基线上可达1×10－8。②测站间无需通视。GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。③观测时间短。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。④仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。⑤全天候作业。GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。⑥提供三维坐标。GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。随着科学技术的进步和应用需求的增加，GPS已从当初的性能单一发展到今天的广泛应用。GPS以其独特的、强大的功能，涉足于国民经济的各个领域。尤其是近几年来向消费市场发展的势头很强，它已进入我们的日常工作、学习、生活和娱乐之中。GPS已成功地应用于大地测量和城市控制网；正在试验应用于民用飞机的航线导航和精确进场着陆；应用于陆地车辆的智能交通指挥与管理；应用于地球资源勘察大型工程项目设计测量与形变监测；应用于航测与卫星遥感等。GPS技术的高精度和自动化深刻地影响着地球动力学、大地测量学、天文学及其相关学科领域，它在这些基础学科的应用研究与开拓工作方面都取得了迅速的发展和卓越的成就，展示了GPS巨大的优势和潜力。在21世纪GPS将继续成为军民两用的系统，既要更好地满足军事需要，也要扩展民用市场和应用的范围。GPS技术在各方面的应用正在蓬勃发展，可以相信，它正在向军用、民用及其他各个领域不断渗透与应用，也必将朝者更宽广的范围和更深刻的层次迅速发展。随着全球定