教学材料《工 程 测 量》-5

５.１ＧＰＳ概述５.１.２美国政府的ＧＰＳ策略两种ＧＰＳ服务:ＳＰＳ...标准定位服务，民用，精度约为１００ｍ;ＰＰＳ...精密定位服务，军用和得到特许的民间用户使用，精度高达１０ｍ。５.１.３其他卫星导航系统ＧＬＯＮＡＳＳ(全球轨道导航卫星系统)，俄罗斯;Ｇａｌｉｌｅｏ.ＥＮＳＳ(欧洲导航卫星系统，即伽利略计划)，欧盟;中国北斗导航系统，该全球卫星定位系统是一种全天候、高精度的连续定位系统，且具有定位精度高、仪器操作简便及方法灵活多样等特点。上一页下一页返回５.１ＧＰＳ概述５.１.４ＧＰＳ系统的特点ＧＰＳ系统的特点:高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。１.定位精度高应用实践已经证明，ＧＰＳ相对定位精度在５０ｋｍ以内可达１０－６，１００~５００ｋｍ可达１０－７，１０００ｋｍ可达１０－９。２.观测时间短随着ＧＰＳ系统的不断完善，软件的不断更新，目前，２０ｋｍ以内相对静态定位，仅需１５~２０ｍｉｎ;快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在１５ｋｍ以内时，流动站观测时间只需１~２ｍｉｎ，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。上一页下一页返回５.１ＧＰＳ概述３.测站间无需通视ＧＰＳ测量不要求测站之间互相通视，只需测站上空开阔即可。４.可提供三维坐标ＧＰＳ可同时精确测定测站点的三维坐标，目前ＧＰＳ水准可满足四等水准测量的精度。５.操作简便随着ＧＰＳ接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达“傻瓜化”的程度。接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻了测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。６.全天候作业目前ＧＰＳ观测可在一天２４小时内的任何时间进行，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。上一页下一页返回５.１ＧＰＳ概述７.功能多、应用广ＧＰＳ系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。近年来，ＧＰＳ精密定位技术在我国已得到蓬勃发展。在我国，大地测量、精密工程测量、地壳运动测量、资源勘察和城市控制网的改善等方面的应用及其所取得的成功经验ꎬ进一步展示了ＧＰＳ精密定位技术的显著优越性和巨大潜力。上一页返回５.２ＧＰＳ的组成ＧＰＳ由空间部分、控制部分、用户部分组成，如图５.１所示。５.２.１空间部分ＧＰＳ空间部分主要由２４颗ＧＰＳ卫星构成，其中２１颗工作卫星，３颗备用卫星。２４颗卫星运行在６个轨道平面上，运行周期为１２小时。保证在任一时刻、任一地点、高度角１５°以上都能够观测到４颗以上的卫星。其主要作用是用于发送导航定位的卫星信号。下一页返回５.２ＧＰＳ的组成５.２.２控制部分控制部分由１个主控站、３个注入站和５个监测站组成。其作用是监测和控制卫星运行，编制卫星星历(导航电文)，保持系统时间。１.监测站监测站接收卫星信号，检测卫星运行状态，收集天气数据，并将这些信息传送给主控站。２.主控站主控站负责协调和管理所有地面监控系统工作。上一页下一页返回５.２ＧＰＳ的组成(１)根据观测数据，推算编制各卫星星历、卫星钟差大气层修正参数，数据传送到注入站。(２)提供时间基准。各监测站和ＧＰＳ卫星原子钟应与主控站原子钟同步，或测量出其间钟差，将钟差信息编入导航电文，送到注入站。(３)调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行。(４)启动备用卫星，以代替失效的工作卫星。３.注入站在主控站控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、钟差、导航电文其他控制指令注入卫星存储器，监测注入信息的正确性。除主控站外，整个地面监控系统无人值守。上一页下一页返回５.２ＧＰＳ的组成５.２.３用户部分用户部分包括ＧＰＳ接收机和相应的数据处理软件，如图５.２所示。ＧＰＳ接收机包括接收天线、主机、电源。ＧＰＳ接收机的任务是捕获卫星信号，跟踪并锁定卫星信号，对接收到的信号进行处理ꎬ测量出测距信号从卫星传播到接收机天线的时间间隔，译出卫星广播的导航电文，实时计算接收机天线的三维坐标、速度和时间。上一页返回５.３ＧＰＳ的定位原理ＧＰＳ定位的基本原理是空间后方交会，以ＧＰＳ卫星与用户接收机天线之间的空间距离为基本观测量，根据已知的卫星瞬时坐标来确定用户接收机所在的点位，即待定点的三维坐标(ｘ，ｙ，ｚ)。下一页返回５.３ＧＰＳ的定位原理ＧＰＳ定位按定位的模式分为绝对定位和相对定位。绝对定位又称为单点定位，就是通过唯一的一个ＧＰＳ接收器来确定位置，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。其优点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的情况。但由于受卫星星历误差、大气延迟误差等影响，定位精度较低，一般为２５~３０ｍ。单点定位一般用于船舶、飞机、勘探、海洋作业等方面，如图５.３所示。相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台或两台以上的接收机，同步跟踪相同的卫星信号，以确定接收机天线间的相对位置(三维坐标或基线向量)的方法。目前定位精度最高的是差分定位，相对精度可达(５ｍｍ)，一般在大地测量、精密工程测量等领域有广泛的应用，如图５.４所示。上一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作ＧＰＳ静态定位测量广泛用于大地测量、工程测量等，ＧＰＳ技术已基本取代了常规的测量方法，成为主要手段。ＧＰＳ的测量工作可分为外业和内业两大部分。外业工作主要包括选点、建立观测标志、野外观测作业以及成果质量检核等;内业工作主要包括ＧＰＳ测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。按照ＧＰＳ测量实施的工作程序，则大体可以分为这几个阶段:技术设计、选点与建立标志、外业观测、成果检核与处理。ＧＰＳ接收机观测，不要求各站点间相互通视。下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作５.４.１选点原则(１)观测站应设在视野开阔、没有遮挡的地方;(２)远离大功率无线电发射台和高压输电线(>２００ｍ);(３)观测站附近不应有大面积的水域或易反射区域;(４)尽量设置在交通方便的地方，便于用其他测量手段联测或扩展;(５)避开雷雨天气观测。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作５.４.２ＧＰＳ静态测量外业观测及内业处理的基本流程(１)整平对中;(２)量天线高，记录测站点名;(３)通知其他各站，同时开机，开始观测;(４)量天线高，关机，结束观测;(５)填写观测记录手簿;(６)数据下载;(７)基线解算;(８)网平差。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作５.４.３ＧＰＳ使用方法每种型号的ＧＰＳ用法不同，本书以ＧＰＳＲＴＫ为例介绍ＧＰＳ的使用方法。１.ＧＰＳＲＴＫ的用途ＧＰＳＲＴＫ用于控制测量、碎部测量、点放样、直线放样、线路放样、断面测量。２.仪器的连接.基准站三声为关机，四声为动态，五声为静态，六声为恢复初始设置。ＤＬ灯常亮，ＳＴＡ灯５秒钟闪一次，表示处在静态模式ＳＴＡ灯常亮;ＤＬ灯５秒钟快闪两次，表示处在动态模式。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作３.基准站架设基准站架设的好坏，将影响移动站工作的速度，并对移动站测量质量有着深远的影响ꎬ因此，观测站位置具备以下条件:(１)在１０°截止高度角以上的空间部应没有障碍物。(２)邻近不应有强电磁辐射源，比如电视发射塔、雷达电视发射天线等，以免对ＲＴＫ电信号造成干扰，其距离不得小于２００ｍ。(３)基准站最好选在地势相对高的地方，以利于电台的作用距离。(４)地面稳固，易于点的保存。(５)用户如果在树木等对电磁传播影响较大的物体下设站，当接收机工作时，接收的卫星信号将产生畸变，影响ＲＴＫ的差分质量，使得移动站很难ＦＩＸＥＤ。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作４.仪器的连接...移动站三声是关机，四声是动态，五声是静态，六声是恢复初始设置，七声是基准站和移动站互换。ＤＬ灯常亮，ＳＴＡ灯５秒钟闪一次，表示处在静态模式;ＤＬ灯１秒钟闪一次，表示处在静态模式。５.参数设置(１)新建工程。依次按要求填写或选取如下工程信息:工程名称、椭球系名称、投影参数设置、四参数设置(未启用可以不填写)、七参数设置(未启用可以不填写)和高程拟合参数设置(未启用可以不填写)，最后单击“确定”按钮，工程新建完毕，如图５.５所示。(２)作业文件名，如图５.６所示。(３)椭球设置，如图５.７所示上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作(４)投影参数设置，如图５.８所示。(５)四参数设置，如图５.９所示。(６)七参数设置，如图５.１０所示。(７)高程拟合参数设置，如图５.１１所示。６.求转换参数(１)控制点坐标库，如图５.１２和图５.１３所示。(２)输入已知坐标，如图５.１４和图５.１５所示。(３)增加原始点坐标，如图５.１６和图５.１７所示。(４)保存及查看参数，如图５.１８和图５.１９所示。７.碎部点测量(１)手动采集，如图５.２０所示。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作(２)自动存储，如图５.２１和图５.２２所示。８.点放样点放样菜单如图５.２３所示，点放样界面如图５.２４所示。(１)增加放样点，如图５.２５和图５.２６所示。(２)确定放样点位，如图５.２７和图５.２８所示。９.直线放样(１)增加放样直线，如图５.２９和图５.３０所示。(２)确定直线位置，如图５.３１所示。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作１０.线路放样(１)线路设置。根据线路设计所需要的要素按照软件菜单提示录入后ꎬ软件按要求计算出线路点坐标和图形。道路设计菜单包括两种道路设计模式:元素模式和交点模式。①元素模式。元素模式是道路设计里面惯用的一种模式，它是将道路线路拆分为各种道路基本元素(点、直线、缓曲线、圆曲线等)，并按照一定规则把这些基本元素逐一添加组合成线路ꎬ从而达到设计整段道路的目的。要根据界面提示添加相应的数据信息，如点要素只需要输入Ｘ坐标和Ｙ坐标，直线元素只需要输入方位角和长度，如图５.３２和图５.３３所示。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作在图５.３３中，“间隔”为生成线路点坐标的间隔;“整桩号”、“整桩距”是生成坐标的方式;“路名”为所需要设计的道路名称;“里程”为起始点里程。单击“图形绘制”按钮，可以看到道路的计算后绘制的图形，如图５.３４和图５.３５所示。②交点模式。交点模式是目前普遍使用的道路设计方式。用户只需输入线路曲线交点的坐标以及相应路线的缓曲长、半径、里程等信息，就可以得到要素点、加桩点、线路点的坐标，以及直观的图形显示，从而可以方便地进行线路的放样等测量工作，具体操作如图５.３６~图５.４２所示。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作如图５.４３所示，列表中显示设计文件中的所有的点(默认设置)，用户也可以通过在列表下的“标志”、“加桩”、“计算”、“断面”前的对话框中打钩来选择是否在列表中显示这些点。选择要放样的点，如果要进行整个线路放样，就单击“线路放样”按钮，进入线路放样模式进行放样;如果要对某个标志点或加桩点进行放样，就单击“点放样”按钮ꎬ进入点放样模式;如果要对某个中桩的横断面放样，就单击“断面放样”按钮。(２)参数设置，如图５.４５所示。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作①最小值、最大值:点放样下面的圆圈提示和报警提示，当离放样点的距离小于最大值并且选择了声音提示时，就给出声音提示。②北方向、线方向:线路放样和点放样两种方向指示模式的互相切换。③属性赋值里程:测量点时是否把里程作为属性。④显示所有路线:如果选择了就显示所有的放样路线。⑤显示标志点:如果选择了就在图中显示所有的标志点。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作⑥显示测量点:如果选择了就在图中显示测量点，并且显示的测量点个数与下面设置“显示测量点个数”一样，如果选择显示“全部”测量点，就把所有采集点都显示出来ꎬ如果选择显示“３”个点，就显示最近的３个采集点。⑦显示断面点:如果选择了就在图中显示所有的断面点。⑧显示加桩点:如果选择了就在图中显示所有的加桩点。⑨显示计算点:如果选择了就在图中显示所有的计算点。⑩范围设置:用来设置放样的起始里程和终点里程，当前点不在此范围内时，不会计算偏距和里程，会提示不在线路范围内。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作设置属性:可以设置属性。横断面法线延长线长度:设置横断面法线延长线的长度，默认值是３０ｍ。断面测量:首先单击线路放样主界面中的“断面文件”按钮，然后选择断面文件。在设计线路的时候，软件会自动计算每一个中桩以及计算桩的切线方位角，并生成横断面文件，文件格式为∗.ｔｄｍ.。选择文件之后，就可以选取某个中桩的横断面进行放样，如图５.４６所示，放样的是中桩为１２０.００的横断面，图中的直线段就是该横断面的法线延长线，这样就可以非常方便地放样这个横断面上的点。上一页下一页返回５.４ＧＰＳ的放样操作在线路放样功能界面下，既可以放样，同时也可以进行纵横断面的测量，横断面的测量可以在断面放样中完成，纵断面测量只要保持在线路上测量就可以进行，纵横断面测量之后，需要进行格式转换才能得到常用的格式。然后单击上面的“测量文件”，选择测量文件，然后根据需要，选择纬地或者天正这两种格式(图５.４７)，完成后单击下面的“转换”按钮，转换完成后(图５.４８)会在相应的文件夹下生成∗.ｈｄｍ和∗.ｄｍｘ文件，即横断面文件和纵断面文件，如图５.４９和图５.５０所示。上一页返回图５.１ＧＰＳ的组成返回图５.２南方测绘ＮＧＳ９６００测地型单频静态ＧＰＳ接收机返回图５.３绝对定位返回图５.４相对定位返回图５.５新建工程返回图５.６作业名称返回图５.７椭球设置返回图５.８投影参数设置

返回图５.９四参数设