毕业设计论文-GPS技术配合导线测量在隧道贯通中的应用.doc

毕业论文 题 目：GPS技术配合导线测量在 隧道贯通中的应用 学 院： 资源工程学院 专 业： 2012级测绘班 学 号： 二0一六年六月三日GPS技术配合导线测量在隧道贯通中的应用资源工程学院 测绘工程专业【摘要】：近年来，由于我国社会经济快速发展，城市化水平不断提高，城市化建设也得到了前所未有的发展，各种工程项目大量出现，其中隧道类工程也扮演着举足轻重的角色，隧道类工程承担着城市交通、通信、引水管线、燃气等一系列的作用。同时随测量技术的迅猛发展，测量的作业方法也愈发多样化。在此过程中,由于GPS技术的出现以及不断更新的发展,它所具有的全天候性、连续性和实时性的快速定位功能,这也充分显示出它在测量领域的优越性和适应性。但是，隧道类工程中，需要进行贯通测量，仅仅应用GPS技术是很难满足工程上的需求的,这时候就需要应用导线测量技术加以配合。本文介绍了GPS技术的一些基本知识、技术特点和使用情况，通过结合漳州云霄古雷镇供水工程实例，分析GPS技术配合导线测量在隧道贯通中的应用。【关键字】GPS;导线测量；实例应用目录1.绪论11.1 课题研究的意义11.2 GPS的发展与现状11.3 GPS组成与技术11.3.1 空间星座部分11.3.2 地面监控部分21.3.3用户设备部分22 导线测量22.1 导线测量的特点22.2 导线的形式及其使用条件22.3 导线测量的缺点22.4 导线选用23.具体项目技术方案33.1测量前准备33.2 测量精度要求及坐标系统33.3 仪器配备及人员安排33.4外业施测33.5内业数据处理34.工程实例应用34.1工程概况34.1.1测区概况34.1.2已有数据44.1.3作业技术依据44.2GPS控制网平差报告4 4.3导线测量85.实测中应注意的问题96.总结10参考文献10英文摘要11致谢语12绪论1.1 课题研究的意义随着我国社会经济的快速发展，城市化进程加快，城市人口不断增多，城市生活用水、饮用水及工业用水、农业用水的需求增加，但供应却明显不足，为此，不少城市在寻找方法解决此类问题，寻找第二水源（如获取地下水，修建水库等），进行水源的扩补（例如南水北调工程）。同时，为了进行引水，不少城市选择用铺设管线的方式进行引水，但是由于管线引水有时因工程设计方案的原因，常常需要挖掘隧道用以铺设管线，而进行隧道贯通测量，就需要用到一些科学、合理的测量手段与方法。而作为前沿科技之一的GPS技术，在当今社会已然渗透到诸多的行业领域。随着科学技术的发展，GPS技术在测量领域得到了很大的扩展，并且占据着极其重要的地位。随着GPS技术的更新换代，不论是在生活上还是城市基础建设中都发挥着日益重要的作用。同时这也使得GPS技术得到很大提升，功能更加的强大，在作业的时候，更加的方便快捷。与以前的传统测量方法相比较，GPS技术已经发上了的巨大的改变。然而，在隧道的贯通中，由于隧道内无法接收信号的问题，仅仅使用GPS技术是不够的，为此，需要采用一些切实可行的手段进行贯通测量。1.2 GPS的发展与现状“Global Positioning System”即全球定位系统，在上世纪七十年代由美军军方统一开发创建的新型空间卫星导航定位系统，它的建立为不同领域实现了实时的导航定位服务，经过了多年探索和不停的实验，花费了数以万计的成本，终于在1994年3月份左右，在空间布设了24颗卫星，覆盖了全球百分之九十八的面积。当今社会，科学技术的不断发展，使得GPS技术也在不断的完善更新。在此过程中，仪器的成本在逐步降低，GPS使用的范围在慢慢扩大。GPS技术已经渗透到各个领域行业，这就使得它得到了众多生产商的青睐，从而促进了GPS接收机的普及和应用。也正因为如此，许多不同的GPS原始测量数据它的记录格式与其处理的软件及其方法也随之而产生。这样使得GPS的使用出现在人们生活的各个方面和领域。GPS的存在已经和人类的发展密不可分了。1.3 GPS组成与技术GPS系统是由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分这三部分构成的,如图1-1所示： 图1-1 GPS系统1.3.1 空间星座部分全球定位系统的空间卫星星座由24颗卫星构成。这些卫星分布在6个轨道面内，且每个轨道上基本都有4颗。卫星轨道面与地球赤道面间的倾角约为55度，各个轨道面的升交点的赤经之间相差60度。在相邻的轨道上，卫星的升交距相差30度。在一样的观测站上，卫星当天显示出的分布图形是一样的，不一样的地方体现在当天它都会早4分钟。各个卫星在地平线之上运转的时间每天大概5个小时左右，另外在地平线上的卫星数量，也会随时间及地点的改变而改变，在这个时候,至少也有4颗，最多的时候却可以达到11颗。卫星信号的传播不受天气的变化所影响，所以GPS卫星的空间分布，可以保障在求任意地点都能同时接受到4颗卫星的信号，也正因为如此，GPS是一种具备全球、全天候的连续实时性质的定位系统。1.3.2 地面监控部分在地面上，由卫星监测站、主控站和信息注入站等5个覆盖全世界的地面站组成的。监测站是由主控站直接控制的，在站内自动化的采集数据模式。其中接收机部分对GPS卫星进行连续性的观测，从而采集一些有关数据，并了解卫星的工作情况，还有用来减少时间误差的原子钟、资料观测处理确定卫星轨道的计算机及采集有关气象数据的环境数据传感器等等。1.3.3用户设备部分要想达到GPS定位的目地，只有利用用户部分，而用户部分可以分为GPS接收机和数据处理软件两部分。接收机接收卫星发射的信号，对信号进行交换。得到测量数据，把数据输入到软件中，经基线解算，平差得出地面点的坐标。导线测量2.1 导线测量的特点布网方便、方法灵便，几乎不被地形影响，观测速度快，间距精度匀称；有较高的精度，较多的检核条件，可以有效地避免在测量过程中误差的出现；可以同时进行三角高程导线测量，能同步传递高程等优点。2.2 导线的形式及其使用条件闭合导线：从某点起始经由若干其他的控制点，结束于原点，从而构成多边图形，该类形式适用于宽阔、无高级控制点的地区。附和导线：起始于某高层次的已知点，结束于不同的高层次已知点，该类形式适用于狭长地带，如公路、铁路。支导线：导线从已知控制点，没有连接到一个已知点，不要回到原来的点，没有校核条件，该类导线适用于导线数目不足时的测图（在钢尺量距时由于量距精度低一般不超过两个点）。结点导线：起始于多于3个的已知点，结束于1个或多余1个相同点，当增加校核条件时，其精度将被提高。导线网：由一些闭合线路相连而成的网状结构，适合于项目测区很大的情况。2.3 导线测量的缺点需要较多的观测要素，控制的范围较小，导线总长度容易影响导线精度。要求分级布网，逐级加密，需考虑有较好的网形结构。与GPS-RTK等技术方法相比，由于需要投入较多的人员和设备，使得推进速度较慢。2.4 导线选用 由于隧道内未有已知点，故选用支导线方式进行测量，依据隧道外的两个已知点作为起始观测点，将支导线引入，延伸至隧道内，并进行往返观测。3具体项目技术方案3.1测量前准备 在外业测量开始之前，先将甲方提供的相关数据资料在电脑上进行整理，并确认数据无误。根据实际测量的需要，提前选点埋石，方便外业完成GPS静态控制网，提高外业数据采集的效率。3.2 测量精度要求及坐标系统 根据工程项目的需要，要求平面点位中误差3cm,高程中误差5cm。本次平面坐标系统采用1980西安坐标系，按高斯克吕格投影3度分带，中央子午线L0=117,高程系统属1985国家高程基准，隧道内导线测量由于无法进行有效的复合，故采取往返测取平均值。3.3 仪器配备及人员安排 仪器准备：中海达8200G GPS接收机五台，三脚架五副，钢卷尺5把，野外记录本五本，全站仪一台，棱镜两个，基座三个，矿灯三个。 人员安排：测量员5人，内业处理1人，检查员1人3.4外业施测首先应视察并了解测区基本概况，并提前在测区范围内选取若干控制点，并埋石组成控制网，选点时注意应选择视野条件好的地方，周围最好不要存在高压线路以及房屋，最好两个GPS点能够通视，满足全站仪测量的要求。并有利于其他测量手段进行扩展与联测，且点位的基础应坚实稳定，易于长期保存，并且应有利于安全作业,点位应便于安置接收设备和操作，视野应开阔，被测卫星的地平高度角应大于15,最好交通应便于作业，并且按照其它按规程操作。完成外业静态观测后，要进行内页的数据解算，根据业主方提供的已知点数据，结算出控制网中其他点位的坐标及高程数据，之后利用已知点进行支导线测量，延伸至隧道内，往返测取平均值，之后设计贯通测量方案。3.5内业数据处理 静态数据采用HDS2003数据处理软件进行基线解算和平差计算，通过已知点推算出控制网内其他点坐标和高程数据。导线数据利用南方平差易软件进行计算，并设计贯通方案，计算贯通点。4工程实例应用4.1工程概况 古雷区域引水工程位于福建省漳浦县、云霄县及古雷半岛。取水口布置在峰头水库拦河坝上游的左岸，线路经过石门、炉内埔、大殿山、漳江、新埔、下园、石狮头、324国道、双尖山、湖村、松坪湖、荷步村进入古雷半岛，终点在古雷镇规划的古雷第二水厂。输水管线总长49.6公里，其中隧道5段长25.6公里，管道5段长24.0公里。其中需要进行贯通测量处为第二标段，范围为：324国道荷步隧道、管道工程。线路全长9278.066，其中隧洞长7013.232m，管道长2264.834m。 4.1.1测区概况 古雷区域引水工程输水线路起于峰头水库，终点至规划的古雷二水厂，引水规模40万t/d。输水线路总长度约49.6公里，其中隧洞约25.4公里，管道约24.2公里。其中第二标段范围324国道荷步的隧洞、管道工程。线路全长9278.066m，其中隧洞7013.232m，管道2264.834m。隧道总分为五个洞口同时开始掘进，其中1号洞与2号洞需贯通，2号洞与3号洞需贯通，3号洞与4号洞需贯通，4号洞同5号洞需贯通。 4.1.2已有数据 业主方提供C、D级GPS控制点N13、DN23、DN30及DN39为起算点，采用边连接式进行布设，外业采用5台中海达8200G接收机进行观测，观测的时间大于60分钟，卫星高度角大于15度，有效观测卫星数大于4颗，数据采样间隔为15秒。外业操作均按规范和设计书规定执行。 4.1.3作业技术依据 全球定位系统（GPS）测量规程（CH/T 2001-92）；工程测量规范 （GB 50026-2007）；漳州古雷半岛供水工程设计书；国家三、四等水准测量规范（GB/T 12898-2009）。4.2GPS控制网平差报告 4.2.1计算说明： 平面坐标系统采用1980西安坐标系，按高斯克吕格投影3度分带，中央子午线L0=117,高程系统属1985国家高程基准。 GPS网共布设15个E级GPS控制点，其中7个为新设GPS控制点。控制网利用业方提供C、D级GPS控制点N13、DN23、DN30及DN39为起算点，采用边连接式进行布设，外业采用5台中海达8200G接收机进行观测，观测的时间大于60分钟，卫星高度角大于15度，有效观测卫星数大于4颗，数据采样间隔为15秒。外业操作均按规范和设计书规定执行。 内业采用HDS2003数据处理软件进行基线解算和平差计算。共处理了70条基线，重复基线12条，组成42个同步环，33个异步环。首先在WGS-84坐标系统下进行无约束平差，在确定的有效观测量的基础上，利用N13、DN23、DN30及DN39的已知坐标及高程进行约束平差。经平差计算，控制网中GPS网边长最弱边（A4DN27）相对中误差为1: 27304，最弱点（A5-2）平面中误差为0.58cm、最大高程（DN20）中误差为0.83cm，精度满足规范和设计书要求。 4.2.2 GPS网图 图4.2.2 GPS网图4.2.3坐标系统 坐标系名称:1980西安坐标 椭球长半轴 a：6378140.000000 椭球扁率 f：1/298.257000 投影名称:高斯投影 尺度:1.000000 投影高:0.000000 X加常数:0.000000 Y加常数:500000.000000 平均纬度:000:00:00.000000N 中央子午线:117:00:00.000000E 表4.2.4 平差基线边（仅列举部分，总共70条基线边）序号基线名 DX(m)DY(m)DZ(m)距离中误差 (m)改正数 (m)改正数 (m)改正数 (m)改正数 (m)相对误差1A1DN17.2881267.4121278.1509-318.0556500.03650.0072-0.0038-0.00110.0017-0.00371: 692222A1DN20.2881107.92169.920749.8209119.27950.00820.0057-0.0088-0.00490.00241: 145333A1DN39.28811377.3404598.1379172.57311511.49490.0079-0.00780.00110.0003-0.00661: 1921904A1N13.2881-1216.2029-1014.2557724.28641741.39450.00880.0330-0.0541-0.0265-0.00251: 1983985A2A3.2883-902.9565-312.4982-278.0402995.13410.00380.0013-0.00080.0001-0.00091: 2620506A2DN17.28822667.92241119.4589508.01872937.52980.0055-0.0037-0.0107-0.0039-0.00821: 5369707A2DN21.2882188.7686125.890960.0017234.69610.00560.00190.00250.00010.00291: 41754表4.2.5 平面距离平差值(列举部分)起点终点北方向 误差(m)中误差 (m)东方向 误差(m)中误差 (m)平距方位角中误差 (m)相对误差A1DN17-341.98840.0021-364.46650.0041499.7918226.82240.00461: 108159DN2061.84690.0026-100.56790.0031118.0633301.59050.00401: 29214DN39195.22020.0021-1498.67920.00401511.3405277.42160.00451: 334024N13804.67420.00211544.25680.00401741.329862.47710.00451: 384853A2A3-307.49150.0021946.36720.0027995.0688107.99990.00351: 288333DN17551.05470.0026-2885.42910.00292937.5777280.81210.00391: 749135DN2144.05800.0037-225.64570.0030229.9067281.04820.00471: 48845DN23746.61120.0021223.75220.0021779.418616.68300.00301: 258674DN25-578.23260.0024743.07770.0030941.5505127.88860.00381: 248860DN26-379.97090.00251612.39380.00301656.5602103.26020.00391: 424850N131697.71720.0021-976.70580.00211958.6214330.08800.00301: 650021A3DN231054.10270.0025-722.61510.00301278.0082325.56830.00401: 323343DN25-270.74100.0027-203.28950.0035338.5666216.90150.00441: 76630DN26-72.47940.0027666.02650.0034669.958696.21070.00441: 152751A4A5-1-578.32960.00313239.36290.00343290.5831100.12250.00461: 716317A5-648.39070.00363022.61050.00383091.3726102.10720.00521: 589062DN24337.82850.0041-1025.61490.00351079.8213288.23140.00541: 200247表4.2.6 平面坐标序号点名NE中误差 (m)误差椭圆中误差 (m)中误差 (m)E(m)F(m)ET(D:M:S)1A12654913.5968536705.58520.00450.00410.00207720550.00210.00402A22654020.5538539226.54780.00300.00230.001913423060.00210.00213A32653713.0623540172.91510.00400.00330.002212141050.00250.00304A42653287.4662541264.21510.00450.00390.002313209020.00310.00335A5-12652709.1366544503.57800.00370.00320.002011051030.00220.00306A5-22652884.9643544355.60560.00580.00520.002610145430.00270.00517A52652639.0755544286.82560.00470.00400.002412058360.00290.00378DN172654571.6085536341.11870.00340.00280.00208002450.00200.00279DN202654975.4437536605.01730.00500.00420.00268451230.00260.004210DN212654064.6119539000.90210.00450.00360.002816429100.00350.002811DN232654767.1650539450.3000*12DN242653625.2948540238.60020.00580.00500.002813859100.00420.003913DN252653442.3213539969.62550.00380.00320.002211914190.00240.003014DN262653640.5829540838.94160.00390.00320.002212440330.00260.002915DN272653369.8316541321.55070.00400.00340.002212535330.00270.003016DN292652352.0539544333.77080.00430.00360.002411911590.00270.003317DN302651472.0940544743.0510*18DN392655108.8170535206.9060* 点名正高(m)中误差 (m)A131.42690.0079A221.25890.0040A334.22660.0042A472.36570.0052A5-111.23160.0064A5-236.11660.0079A511.07920.0069DN1715.50790.0065DN2014.42870.0083DN2168.46080.0053DN2314.9530DN2453.09650.0063DN2583.34920.0043DN2669.08760.0040DN2767.92290.0048DN2911.01480.0065DN302.4800DN398.8320N1313.9020表4.2.7 高程拟合表4.2.8 最终坐标平差值点名xy正高(m)平面中误差中误差 (m)中误差 (m)中误差 (m)A12654913.5968536705.585231.42690.00450.00210.00400.0079A22654020.5538539226.547821.25890.00300.00210.00210.0040A32653713.0623540172.915134.22660.00400.00250.00300.0042A42653287.4662541264.215172.36570.00450.00310.00330.0052A5-12652709.1366544503.578011.23160.00370.00220.00300.0064A5-22652884.9643544355.605636.11660.00580.00270.00510.0079A52652639.0755544286.825611.07920.00470.00290.00370.0069DN172654571.6085536341.118715.50790.00340.00200.00270.0065DN202654975.4437536605.017314.42870.00500.00260.00420.0083DN212654064.6119539000.902168.46080.00450.00350.00280.0053DN232654767.1650539450.300014.9530*DN242653625.2948540238.600253.09650.00580.00420.00390.0063DN252653442.3213539969.625583.34920.00380.00240.00300.0043DN262653640.5829540838.941669.08760.00390.00260.00290.0040DN272653369.8316541321.550767.92290.00400.00270.00300.0048DN292652352.0539544333.770811.01480.00430.00270.00330.0065DN302651472.0940544743.05102.4800*DN392655108.8170535206.90608.8320*N132655718.2710538249.842013.9020* 4.3导线测量 4.3.1.导线选用与实施 将控制点坐标以及高程数据解算后，即可以利用解算的坐标高程数据进行导线测量由于隧道内未有已知点，无法进行有效的复合，故选用支导线方式进行测量，依据隧道外的两个已知点作为起始观测点，将支导线引入，延伸至隧道内，并进行往返观测取平均值。导线测量采用全站仪测量支导线方法进行，依据隧道外已知点作为起算点进行测量，采取盘左盘右读数，测得边长以及左角，并记录。完成导线测量后需进行内业处理，导线的内业处理采用南方平差易软件进行。 4.3.2导线的内业处理 支导线数据采集后，内业处理采用南方平差易软件进行处理,将测得的导线数据如下图录入 图4.3.2平差易数据输入 经过处理后最终得出的数据如下图所示图4.3.3经软件处理后数据在完成所有导线数据的处理之后，将导线图展于CASS中，并与原隧道设计图进行比对，观察隧道在掘进过程中是否偏离原方向，若偏离原方向，则需要对偏离的方向进行改正，重新设定贯通方向。5实测中应注意的问题GPS技术配合导线测量在隧道贯通中的应用是十分广泛的，但是在应用过程中也会有一些问题，因此，我结合自己在测量中遇到的一些问题谈一谈自己的看法，主要有以下几点：（1）控制点的选择由于GPS接受机需要接收卫星信号，因此一些高大建筑物，茂盛的植被和高大物体会对其有所影响，种种这些的存在将不利于 GPS的施工作业，因此选点时注意应选择视野条件好的地方，周围最好不要存在高压线路以及房屋，以空旷的地方为佳，且最好两个GPS点能够通视，记得在测量某个隧道时，因为临近的两个控制点无法通视，还是造成了不少麻烦，因此，通视良好的控制点有利于导线测量。此外，点位的基础应坚实稳定，易于长期保存，并且应有利于安全作业,最好避开悬崖峭壁等危险地段，点位应便于安置接收设备和操作，视野应开阔，被测卫星的地平高度角应大于15。（2）数据采集时间选择数据采集的时间时，就上述实例中，该测区夏季天气变化比较频繁，天气变化可以说是反复无常。因此也要选好数据采集的时间。在中午的时候，电离层对GPS信号的干扰比较大，测量会经常出现浮动、伪距，使得测量效率较低下，通常可避免在这一时段内进行静态采集，可以在中午11点以前和下午3点以后在测量，这时段内GPS信号受电离层影响较小。（3）已知控制点的检验在进行静态解算之前，最好应该检验一下已知控制点的坐标以及高程数据是否正确，以防已知点数据出错，最好进行一次点放样，观察已知点数据是否正确，有无巨大偏差。若有偏差，则需采取措施改正。（4）静态测量时注意的问题在进行GPS静态测量时，应时刻看护仪器，防止仪器因天气及人为原因造成损坏或丢失，且在进行静态测量时，最好不要在接收机周围使用电子设备，防止对信号接收造成干扰。（5）导线测量中应注意的问题在隧道内进行导线测量时，应注意一个测站，前视与后视的距离不应相差太大，且一个测站不应拉开太长的距离，两个测站的距离最好大致相当等，在通视条件不良的情况下，如隧道内烟尘大、水雾大的情况，测站的距离不应太长。（6）设备的电力问题仪器设备应及时充电，保证电力充足，在进行静态测量时，若有条件，可以带上汽车电瓶，用以应对有可能出现的电力不足的问题，在进行导线测量时，最好多带几块备用电池，防止电力不足带来不必要的麻烦。（7） 作业安全 在进行静态测量时，应注意防晒，注意自身安全，防止中暑，带上备用药品防止突发情况。在进行导线测量时，要防止洞顶的落石，注意佩戴安全帽，尽量避开刚掘进的隧道区，防止砸伤。6总结社会经济不断发展，建设和开发是时代大势所趋，而其中必定有许多艰巨的测量任务，隧道的贯通测量应该算是其中之一了。现如今，在各种测量项目中都涌现着GPS技术的身影，GPS技术以自身得天独厚的优点，在测绘领域中占据着重要的地位，但是由于信号的接收问题，在隧道的贯通中仅运用GPS技术是不够的，为此，结合导线测量技术，首先利用GPS技术做控制，再利用导线测量技术，进行贯通测量。二者相互结合，才能将测绘技术，更好的服务于社会，完成各项工程，发展经济、解决一些因发展而带来问题。参考文献1 李天文. 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