毕业论文--GPS在公路控制测量中的应用

1、 GPS在公路控制测量中的应用 目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 引言11.2公路工程控制测量现状探讨22 GPS的相关知识32.1 GPS系统的组成32.2GPS RTK的测量原理52.3 差分GPS63 GPS网的技术设计73.1 GPS控制网的内业设计73.1.1 GPS控制网设计73.1.2 影响GPS测量技术设计的因素103.1.3 GPS控制网的图形设计103.1.4 技术指标113.2 GPS控制网的外业设计123.2.1 选点要求123.2.2 埋石123.2.3 外业观测134 控制网的布设134.1施工控制网的常见网形设计方法134.2 GPS公路工程独立控制网建立144.2.1 快速静态定位模式154.2.2 动态定位164.3 基于GPS控制网布设的优点164.4GPS公路工程独立控制网建立的工作流程174.4.1静态GPS测量175 精度分析185.1 流动站-流动站校正精度分析196 优化设计207应用实例217. 1布设GPS网的技术方案218 结语25致 谢26参考文献27 GPS在公路控制测量中的应用 摘 要公路的控制测量方法有很多种

2、，其中用GPS来对公路的控制点坐标进行测量就是公路的GPS控制测量，在国家建设的各个方面GPS全球定位系统都发挥着重要的作用，尤其是这几年GPS已经广泛应用于地质灾害的预防和国家建设以及未知领域的探索。本文主要介绍了GPS在公路控制测量中的布设控制点的方法，并且对其中出现的问题进行了一定的讨论，对精度和后期处理作出了有关的说明，并对优化处理进行了一定的阐述。GPS比以前布设导线网或者三角网的优势就是能快速及时准确的测定一些点的坐标，在地形测量中发挥了很重要的作用，其中用到了RTK因此对RTK我们也进行了相关的介绍。关键词 公路控制网的设计/控制网的建立/精度评定/优化设计I GPS在公路控制测量中的应用 Application of GPS in control survey of highway ABSTRACTThere are many methods of control measure of the highway, which is controlled by the GPS to point to the road coordinate control GPS measu

3、rement is the highway, in each country construction aspect of the GPS global positioning system plays an important role, especially the prevention and national construction in recent years, GPS has been widely used in geological disasters and exploration the unknown.This paper mainly introduces the GPS in highway control layout measurement control point method, and on the problems discussed, made the relevant description of the precision and post processing, and the optimum processing describes.

4、GPS can quickly and timely and accurate determination of coordinates of some point advantage over previous layout is wire or triangulation, has played a very important role in topographic survey, which uses the RTK to RTK we also introduced.Keywords： Highway control network design / control network establishment / accuracy / optimization design I GPS在公路控制测量中的应用 1 绪论1.1 引言在公路测量过程中我们会碰到各种各样不同的工程，例如桥梁、涵洞、隧道等等。这样我们公路平面控制测量就要考虑到这些情况中测量的工作进行的方法。而在测量过程中其中路线测量是最主要的方面，而其中的碰到的桥梁、涵洞、隧道它们的控制测量最终都要参与到整个路线平差。

5、以前我们更多的用的是布设导线网和布设三角网最终平差，但是随着GPS技术的发展，GPS已经渗入到民用生活的各个方面，其中测量方面是非常重要的一方面，它的时间短，精度高，无需通视等优点使它在现在测量工作中更受青睐。传统的控制测量是通过测量导线的角度和边长，从而换算成方位角，由角度距离在通过一个点的坐标往前传递，最终符合到一个已经点上，在平差从而求出其中导线点的坐标啊。它所用的坐标系统是大地坐标系，GPS所用的坐标系统是WGS-84地心坐标系，在这个过程中我们知道的是一个点的空间直角坐标或者大地坐标（B,L,H）T。由于测量过程中不是根据一个点的坐标推出后面点的坐标，从而各个点之间的坐标值没有相关性。但是GPS测量是根据空中卫星的坐标来推算出的大地上一些点的坐标，因此地球对整个测量的影响就非常大，这其中的误差包括钟误差，卫星星历误差，电离层延迟误差，对流层延迟误差，多路径误差等误差。对于精度要求比较高的公路以及里程数比较长的公路这些影响因素都需要考虑到。GPS定位方法有很多种，其中有好几种方法定位的精度很低，通过相互对比，我们可以得出，公路控制方面的测量用的是GPS相对定位的技术。我们根据的

6、是线路周边已有的符合精度的GPS控制点，根据联测的方法，建立起首级的公路平面控制网，然后在在网内进行加密。下文我们将对GPS在公路控制测量中的各种技术问题进行展开的阐述，现在GPS和GPS-RTK技术已经非常的成熟，它有很多传统工程测量没有的优点，传统 的工程测量各个点的精度都不一样，而这个精度也很不好把控，GPS-RTK精度问题一直不太理想，但是以前我们已经有成功的案例，利用RTK进行控制测量布设首级控制网，并且做了评定符合精度要求实践证明了RTK进行控制测量布设首级控制网的可行性。1.2 公路工程控制测量现状探讨一般短距离的线路比较简单的公路可以通过布设导线网来进行公路的控制测量。但是对于线路比较长等级要求比较高的公路，传统的测量方法在误差的传播过程中精度比较低，实施起来非常困难，同时浪费人力物力。而GPS在长距离测量中精度高的特点就展现出来了，当然还得考虑长距离测量过程中地球投影的误差。随着上世纪后期GPS全球定位系统的形成，中国也开始探索和学习GPS定位技术在公路控制测量中的应用，近现代也在很多公路的建设工程中进行了实践，如应用GPS进行了控制测量的技术并在贵州贵黄公路、河南安

7、林高速公路、厦门厦浙公路、天津津石公路进行了有益的探索和实践。同时很多新的技术是自己发明和实践中得到的。云南云贵公路建设有限公司对GPS在水准高程方面进行了相关的研究。现在利用GPS技术进行首级控制网的布设已经非常普遍，如在湖广高速公路，连霍高速公路，济上高速公路等公路的控制测量过程中已经得到广泛的应用。GPS静态相对定位技术在公路控制测量中非常常用。将两台接收机分别安置在基线的两个端点，其位置静止不动，并同步观测相同的4颗以上的GPS卫星，确定基线两个端点在协议地球坐标系中的相对位置，这种定位模式称为相对定位。静态相对定位中所应用的观测值可以是载波相位观测值，也可以是测码伪距观测值。考虑到修复周跳并确定了整周模糊度后的载波相位观测值就“相当于”高精度的测码伪距观测值（除电离层延迟项反号外，其余数学模型皆相同）。这种方法事通过同时观测相减消除一部分误差，从而精确获得两点的坐标差，再根据一个已知的坐标点坐标，从而可以推算出另一点的坐标。静态相对定位技术由于精度高的优势已经非常普遍的应用于一些精度要求比较高的项目，用于建立高精度的控制网、首级控制网。随着理论技术的深入研究和方法的不断改进，

8、这种技术将会更好的应用于公路控制测量中。1.3 GPS技术在公路测量中的应用前景随着国民经济的快速发展，我国的北斗导航系统的覆盖面进一步扩大，精度进一步提高，和GPS兼容性更加完善。利用GPS或者北斗系统的全球定位系统进行工程建设也迎来了前所未有的机遇。随着计算机硬件和软件技术的发展，我们利用GPS采集的数据，内业处理方面的软件开发还有很多进步的空间。现在已经有很多软件支持数字化测绘产品。例如南方CASS，MAPGIS,MAPINFO,等等。其中很多软件都是建立在CAD的基础上的。像地形图的生成，填挖土量的计算都可以利用软件进行计算。常规测量方法虽然得到了不断的改善，测量仪器不断的更新，精度不断的提高，但是由于常规方法受到通视情况、天气情况、光线情况、作业条件等方面的局限性，而且作业强度大效率，比较低下，整体成本比较高。综合这些情况，引入GPS成为首选。在公路测量初期阶段，应用GPS静态或者快速静态方法方法进行首级控制网的布设，为整个公路勘测一条带状的地形图，为公路的纵横断面测量提供数据支持，在施工过程中碰到的隧道、涵洞、桥梁为其建立施工控制网，公路测量技术蕴含在RTK技术之中，RTK技术将有着广阔的应用前景，在公路控制测量方面也会体现的非常明显。2 GPS的相关知识2.1 GPS系统的组成GPS全球定位系统是由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星还有3颗备用卫星。这几颗卫星处于距离地面20200km的上空，分布在6个轨道面上，平均一个轨道上有4颗卫星。运行周期是12个小时。卫星轨道的倾角是55度。这样的轨道分布可以让每个用户在全球的每个地方任何时间都能够接收到四颗卫星。能够存住导航信息，卫星在运行过程中因为一些阻力，这样时间越往后，整个系统的精度将会越来越低1。监测站是无人值守的数据自动采集中心，整个全球定位系统一共设立了17个监测站，其中有6个是美国空军的检测站，它们位于卡纳维拉尔角、科罗拉多泉城、夏威夷、阿松森岛、卡瓦加兰、迭戈加西亚。主要功能是对市场中的各个GPS卫星进行伪距测量。通过气象传感器自动测定并记录气温、气压、相对湿度等气象元素。对伪距观测值进行改正后再进行编辑、平滑和压缩，然后传送到主控站。用户部分由用户及GPS接收机等仪器设备设备组成。GPS接收机主要是捕捉到一定的卫星截止角的待测卫星。再通过跟踪这些

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