gps测量原理及应用

gps测量原理及应用（共8篇）

gps测量原理及应用 篇1

GPS测量原理及应用

实习报告

专 业：12级测绘工程专业

班 级：1220502 姓 名：方 明

学 号：201220050208 指导教师：吴良才

目录

一、前言.............................................................................................................3

1.1 实习目的.................................................................................................3

1.2 实习内容.................................................................................................3

1.3 实习分组情况.........................................................................................3

二、GPS接收机认识学习.................................................................................4

2.1 实验目的要求........................................................................................4

2.2 仪器设备及精度指标...........................................................................4

2.3 实验步骤及操作.....................................................................................4

三、GPS静态相对定位数据采集.....................................................................5

3.1 技术设计.................................................................................................5

3.2 测区情况及测前准备.............................................................................5

3.3 选点情况.................................................................................................5

3.4 观测的作业要求.....................................................................................6

3.5 具体操作步骤.........................................................................................6

四、GPS静态相对定位数据处理.......................................................................7

4.1 数据传输.....................................................................................................7

4.2 数据处理.....................................................................................................7

4.2.1 数据导入.............................................................................................7

4.2.2 基线解算.............................................................................................7

4.2.3 自由网无约束平差...............................................................................8

4.3 成果输出报表..............................................................................................8

五、基站架设以及RTK测图............................................................................9

5.1 实验目的要求.........................................................................................9

5.2 仪器设备.................................................................................................9

5.3 RTK测图步骤.........................................................................................9

5.3.1 基准站设置....................................................................................9

5.3.2 移动站设置....................................................................................9

5.3.3 点测量............................................................................................9

5.3.4 数据传输.......................................................................................10

5.4 南方CASS绘图....................................................................................10

六、实习体会.....................................................................................................11

一、前言.1 实习目的

通过实习，结合课堂教学我们可以掌握GPS接收机的操作方法，掌握利用GPS技术进 行控制测量、地形测量和放样等测绘工作方法。加深对课堂所学理论知识的理解，产生对GPS测量技术的感性认识，并培养和提高利用所学理论知识动手解决实际问题的能力。

1.2 实习内容

这次实习的主要实习内容主要有四项：

1．GPS接收机认识实习；熟悉南方灵锐S86 GPS接收机的基本操作，对GPS接

收机工作原理有个认识。

2．GPS静态相对定位数据采集；在校区进行GPS网的布设，并进行静态相对定

位数据采集。

3.GPS静态相对定位数据处理；利用南方GPS接收机数据处理软件，对所采集的样本

数据进行基线解算和网平差。

4.基站架设以及RTK测图，利用GPS RTK测量技术进行碎部点测量，并用数据处理软

件对采集的数据进行处理。以组为单位，进行地形图的绘制。

1.3 实习分组情况



本次实习班级分6组进行 

本组成员情况介绍：

组长：方 明

组员：郭建雄、陈亚栋、付超远、帅苏芳、邹辉霞、王安迪 

静态采集的数据以组为单位，每个组数据一样； 

动态测量RTK测图以组为单位，每个组一份图。

二、GPS接收机认识学习

2.1 实验目的要求

(1)了解GPS接收机组成的各个部分（接收机天线、主机及其操作面板、电源

等）及其连接；

(2)掌握GPS接收机数据采集的操作，包括整平对中、开机、输入点号、天

线高、查看接收机工作状态、关机等；

(3)通过认识实习，为以后的GPS静态相对定位和RTK测图实习做好知识和技

术上的准备。

2.2 仪器设备及精度指标

本次实习采用南方灵锐S86 GPS接收机

接收机的精度指标：

静态平面精度：3mm+1ppm

静态高程精度：5mm+1ppm

RTK平面精度：1cm+1ppm RTK高程精度：2cm+1ppm

2.3 实验步骤及操作

（1）安置仪器：在任意点上放置三角架，安放基座和天线，整平对中；（2）天线与主机的连接；

（3）熟悉开机、关机、量取天线高；主机面板菜单的各项功能；输入点 号、天线高，查看接收机工作状态等。

三、GPS静态相对定位数据采集

3.1 技术设计依据

依据GPS测量规范及实习任务书，具体内容为：

（1）等级：国家E级；

（2）点数：4个点组成两个三角行，有同步环有异步环；（3）GPS控制点：依据ECIT CAMP GPS 2014网点选择；

（4）成果：以:组为单位，完成设计、选点、观测，每人分别进行数据处理

和质量控制，并提交各自的结果。

3.2 测区概况及测前准备

测区概况：本次实习测区范围为东华理工大学广兰校区，测区内总体地势较为平坦，部分地区有较大起伏，利于基准站和移动站的架设，但由于校区内树木、房屋等高大地物的影响，导致接收机接收卫星信息叫空旷地区差些。

测前准备：通过一天时间将控制点位选好，以备静态测量时使用。其次，需要分配每个小组的任务，并将测量时的一些注意事项协调好。然后，通过GPS接受仪器对所选的控制点进行测量，每个点位保证观测两个时段。当外业测量结束后，运用南方GPS处理软件进行内业计算，得出每个控制点的坐标和高程

3.3 选点情况

小组选点情况如图： JX51——0001（北门）

JX52——0002（国防科技楼旁）JX54——0004（西大门）JX64——0005（东大门）

3.4 观测的作业要求

（1）观测的时段长度≥45min,几何图形强度因子PDOP<6；

（2）天线的对中误差≤3mm，天线应整平：基座上的圆气泡居中，天线定向

标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°；

（3）观测组应按调度规定时间进行作业，保证同步观测同一组卫星； ④每时段开机后应量取天线高，并及时输入点名（点号）及天线高，关机后

再量取一次天线高作校核，两次互差<3mm,取平均值作为最后结果，并

记录在外业观测记录纸上；

（4）仪器工作正常后，应及时填写外业观测记录纸中的有关内容；

（5）作业期间，观测人员不能擅自离开测站，并应防止仪器受震动或被移动，防止人和其他物体靠近天线，遮挡卫星信号。雷雨过境时应关机停测，并卸下天线以防雷击；

（6）观测中应保证接收机工作正常，数据记录正确，观测结束后，应及时将

数据下载到计算机上。

3.5 具体操作步骤

（1）在选好的观测站点上安放三脚架。注意观测站周围的环境必须符合以下的条件，即净空条件好，远离反射源，避开电磁场干扰等。因此，安放时用

户应尽量避免将接收机放在树荫、建筑物下，也不要在靠近接收机的地方

使用对讲机，手提电话等无线电设备。

（2）小心打开仪器箱，取出基座及对中器，将其安放在脚架上，在测点上对中、整平基座。

（3）从仪器箱中取出接收机，将其安放在对中器上，并将其锁紧，再分别取出

采集器及其托盘，将它们安装在脚架上。

（4）按开机键。三秒之内按F1进入设置工作模式。

（5）进入设置工作模式后选择静态模式，然后修改截止角（15°），采样频率

10s，采样模式为自动（6）按F1确定就可以采集了

（7）注意仪器在采集的时候data键会闪烁，要是没有闪烁那就可能仪器的存储已满，要进行删除里面以前的数据。

（8）开始进行观测，要记住开始时间，量取仪器高。

四、GPS静态相对定位数据处理

4.1 数据传输

 用数据线让接收机与计算机连接

 利用“灵锐助手”或者与接收机机型对应的软件传输数据  修改点名以及天线高

4.2 数据处理

4.2.1 数据导入

应用南方测绘GPS数据处理软件

新建一个工程，用于存储文件，增加观测数据将数据都导入。

4.2.2 基线解算

常用设置中将截止角设为15度，历元间隔为10。然后处理全部基线。处理完毕后查看每条基线的整数解，若其小于3，则需要查看此基线的基线残差图，去除部分多余的卫星观测数据，进行单独处理这条基线，直到整数解满足大于3的条件为止。7

4.2.3 自由网无约束平差

首先进行网平差设置，选中三维平差、二维平差、水准高程拟合，重置中央子午线为117度，高程拟合方案为曲面拟合。之后进行网平差，生成成果报告。

4.3 成果输出报表（见附录）

五、基站架设以及RTK测图

5.1 实验目的要求

（1）掌握基准站的架设；

（2）掌握RTK系统的构成，基准站和流动站组成的各部件及其连接；（3）掌握RTK基准站和流动站的位置；（4）掌握RTK测图的基本原理；

（5）掌握南方CASS成图的 软件的使用。

5.2 仪器设备

南方灵锐S86 GPS接收机；S730手簿；脚架、基座；对中杆。

5.3 RTK测量的基本步骤

5.3.1基准站设置

在已知点上架设脚架，固定基座，严格对中整平后，测量仪器高。开机，将接

收机调整为基准站模式，设置差分格式为CMR、电台频道为3。观察DX和

TX指示灯，TX灯闪表示基准站向外发送数据，DX灯闪表示基准站接收卫星

信号。

5.3.2移动站设置

（1）将移动站主机连接在碳纤维对中杆上，将接收天线接在主机上，调节GPS

接收机至移动站模式。

（2）打开主机，主机开始自动初始化和搜索卫星，当达到一定条件后，主机上

的RX指示灯开始1秒闪1次，表明已经收到基准站差分信号。

（3）打开手簿，启动工程之星软件。

（4）设置文件保存路径，新建文件和文件。

（5）连接仪器，搜索到移动站对应的接收机信号，通过蓝牙将移动站和手簿连

接在一起。

（6）电台设置。

（7）设置移动参数：设置差分格式，CMR，设置天线高。

5.3.3 点测量

将对中杆放在目标点上，使水准器的气泡置中。当达到固定解时按下手

簿上的A键进行点的采集；按两下手簿上的B键可以查看采集的点的坐标等。

5.3.4 数据传输

在野外采集的数据都会自动保存在手簿的“我的电脑→Flashdisk→Jobs”中。

我们需要的测量成果文件是以*.dat为后缀的文件，此文件自动存储在我们新

建工程文件下的DATA文件中。

5.4 南方CASS绘图

打开南方CASS→绘图处理→展野外测点点号→将测量成果文件.dat导入CASS中。

根据草图将图完成。

展野外点点号分布图（成果图见附录）

六、实习体会

这次实习中最主要的就是GPS静态测量。GPS静态测量，是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。主要用于建立各种的控制网。进行GPS静态测量时，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位置是静止，在数据处理时，将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中，GPS静态测量的具体观测模式是多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由40分钟到十几小时不等。通过实习，熟悉并熟练掌握GPS仪器的使用及进行控制测量的基本方法, 巩固课堂所学知识，加深对测量学的基本理论的理解。了解GPS原理以及在测绘中的应用,能够用有关理论指导作业实践，做到理论与实践相统一，提高分析问题、解决问题的能力，从而对控制测量学的基本内容得到一次实际应用，使所学知识进一步巩固、深化。学会GPS进行控制测量的基本方法并对GPS数据的处理，培养实际动手能力。

经过了这次实习我们认识到GPS静态相对定位对网形选择的要求是很高的。首先在选择基线时要注意在任意三角形内所选基线至少有两点要相互通视。再就是流动点和基准点的距离不能超过20KM。在进行对中和正平，保证接线连接正确之后，准备开机。要保证进行测量的几组，同时开机，确保测量的准确性。测量的时候，要记录仪器高、点位置和时间段。我们采取的时间段是60分钟，所以一次测量60分钟之后，进行换站，下一步测量。

附录1

GPS静态数据处理成果输出报表

GPS静态数据网型

东华理工大学GNSS网平差结果 施工单位：12级测绘工程 负 责 人：方明

负 责 人：2014年12月14日

2014年12月14日

文件名

观测日期

开始

结束

点名

天线高

天线高

机号

00013482.STH 2014年12月14日 13时57分 14时57分 0001

1.5774

1.5000

W1386782639

00023481.STH 2014年12月14日 12时40分 13时40分 0002

1.4971

1.4200

W1386782643

00023482.STH 2014年12月14日 13时56分 14时56分 0002

1.4971

1.4200

W1386782643

00043481.STH 2014年12月14日 12时40分 13时42分 0004

1.4981

1.4210

W1386782658

00053481.STH 2014年12月14日 12时40分 13时42分 0005

1.4238

1.3470

W1386789841

00053482.STH 2014年12月14日 13时56分 14时57分 0005

1.4238

1.3470

W1386789841

基线简表

中误差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

长度

相

对误差

00013482-00023482 观测量L1 L2 P2同步时长 59分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.012 0.008 0.009

-0.031

0.063

0.039

0.080

1/7 双差浮点解

0.012 0.008 0.009

229.450

101.620

13.463

251.307

1/21148 双差固定解 33.44 0.009 0.003 0.009

229.470

101.623

13.465

251.327

1/27627

中误差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

长度

相

对误差

00043481-00023481 观测量L1 L2 P2同步时长 59分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.011 0.008 0.008

-0.000

0.001

0.000

0.001

1/0 双差浮点解

0.011 0.008 0.008

-4.642

-146.737

236.273

278.170

1/24904 双差固定解 16.43 0.012 0.004 0.011

-4.639

-146.720

236.276

278.163

1/23309

中误差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

长度

相

对误差

00053481-00023481 观测量L1 L2 P2同步时长 60分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.006 0.005 0.004

368.991

-29.742

348.149

508.180

1/87354 双差浮点解

0.009 0.007 0.006

368.781

-29.570

348.240

508.080

1/58062 双差固定解 10.51 0.011 0.003 0.010

368.792

-29.578

348.226

508.078

1/46900

中误差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

长度

相

对误差

00053482-00023482 观测量L1 L2 P2同步时长 59分钟 历元间隔:20 高度截止角:15.0 三差解

0.010 0.007 0.007

0.028

-0.058

-0.035

0.073

1/8 双差浮点解

0.010 0.007 0.007

368.795

-29.631

348.201

508.067

1/52151 双差固定解

4.51 0.017 0.010 0.014

368.804

-29.586

348.230

508.091

1/30255

中误差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增量

长度

相

对误差

00053481-00043481 观测量L1 L2 P2同步时长 61分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.009 0.007 0.006

0.028

-0.059

-0.036

0.074

1/8 双差浮点解

0.009 0.007 0.006

373.414

117.144

111.955

407.056

1/43572 双差固定解 10.53 0.011 0.005 0.010

373.431

117.135

111.947

407.066

1/35563

中误差 水平

垂直

X增量

Y增量

Z增

量

长度

相

对误差

00013482-00053482 观测量L1 L2 P2同步时长 60分钟 历元间隔:10 高度截止角:15.0 三差解

0.012 0.011 0.003

-136.186

132.812

-335.497

385.673

1/33339 双差浮点解

0.047 0.046 0.010

-138.597

131.763

-334.890

385.644

1/8138 双差固定解 17.95 0.026 0.016 0.021

-139.362

131.213

-334.766

385.626

1/14570 重复基线报告

基 线 名

质量

中误差

X

Y

Z

基线长 相对

误差 长度较差 长度限差

重复基线

0.0127

0.0064

0.0039

0.0022

508.0843

25.0ppm

12.72

8.61

00053481-00023481

10.51 0.0108

368.7917

-29.5778

348.2256

508.0780

1/46900

00053482-00023482

4.51 0.0168

368.8045

-29.5856

348.2299

508.0907

1/30255

剔除基线后重复基线

剔除基线后重复基线

0.0127

0.0064

0.0039

0.0022

508.0843

25.0ppm

12.72

8.61

00053481-00023481

10.51 0.0108

368.7917

-29.5778

348.2256

508.0780

1/46900

00053482-00023482

4.51 0.0168

368.8045

-29.5856

348.2299

508.0907

1/30255

基线解详细情况

1.00013482--00023482 Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测

站:(0001)输入文件: E:FM0013482.STH 天线高(m): 1.577 x(m)

-2438212.785

lat(dms)N

30.6626

y(m)

5038645.862

lon(dms)E

49 20.8231

z(m)

3047244.057

(m)

H

37.5513 测

站:(0002)输入文件: E:FM0023482.STH 天线高(m): 1.497 x(m)

-2437983.315

lat(dms)N

31.1784

y(m)

5038747.485

lon(dms)E

49 11.5805

z(m)

3047257.522

(m)

H

36.5929 到测站 0001 基线 0002 标准误差(m):

协方差距阵 :

dx

dy

dz Vector

0.0000000

0.0000000

0.0000000

dx(01)

dy(01)

dz(01)

dx(01)

0.128859

dy(01)

-0.153390

0.216384

dz(01)

-0.098772

0.127520

0.086694 correlations for baseline 1: Solution

Sigma

dx(m)

229.470

0.001

dy(m)

101.623

0.002

dz(m)

13.465

0.001

Rms :0.009 RDOP : 0.7 2.00043481--00023481 Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测

站:(0004)输入文件: E:FM0043481.STH 天线高(m): 1.498 x(m)

-2437980.118

lat(dms)N

22.2589

y(m)

5038895.429

lon(dms)E

49 09.1001

z(m)

3047016.611

(m)

H

36.3779 测

站:(0002)输入文件: E:FM0023481.STH

天线高(m): 1.497 x(m)

-2437984.756

lat(dms)N

31.0194

y(m)

5038748.708

lon(dms)E

49 11.6087

z(m)

3047252.887

(m)

H

35.8813 到测站 0004 基线 0002 标准误差(m):

协方差距阵 :

dx

dy

dz Vector

0.0000000

0.0000000

0.0000000

dx(01)

dy(01)

dz(01)

dx(01)

0.009383

dy(01)

-0.011732

0.028912

dz(01)

-0.006502

0.013966

0.010384 correlations for baseline 1: Solution

Sigma

dx(m)

-4.639

0.000

dy(m)

-146.720

0.000

dz(m)

236.276

0.000

Rms :0.012 RDOP : 0.2 3.00053481--00023481 Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测

站:(0005)输入文件: E:FM0053481.STH 天线高(m): 1.424 x(m)

-2438352.487

lat(dms)N

18.1747

y(m)

5038771.479

lon(dms)E

49 23.4406

z(m)

3046900.967

(m)

H

25.1927 测

站:(0002)输入文件: E:FM0023481.STH 天线高(m): 1.497 x(m)

-2437983.695

lat(dms)N

31.0170

y(m)

5038741.901

lon(dms)E

49 11.6828

z(m)

3047249.193

(m)

H

28.3274 到测站 0005 基线 0002 标准误差(m):

协方差距阵 :

dx

dy

dz Vector

0.0110654

-0.0079144

-0.0147435

dx(01)

dy(01)

dz(01)

dx(01)

0.004117

dy(01)

-0.009768

0.028109

dz(01)

-0.005605

0.015705

0.012466 correlations for baseline 1: Solution

Sigma

dx(m)

368.792

0.000

dy(m)

-29.578

0.000

dz(m)

348.226

0.000

Rms :0.011 RDOP : 0.2 4.00053482--00023482 Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测

站:(0005)输入文件: E:FM0053482.STH 天线高(m): 1.424 x(m)

-2438352.769

lat(dms)N

18.3310

y(m)

5038772.497

lon(dms)E

49 23.4336

z(m)

3046907.022

(m)

H

29.0133 测

站:(0002)输入文件: E:FM0023482.STH 天线高(m): 1.497 x(m)

-2437983.964

lat(dms)N

31.1736

y(m)

5038742.911

lon(dms)E

49 11.6755

z(m)

3047255.252

(m)

H

32.1393 到测站 0005 基线 0002 标准误差(m):

协方差距阵 :

dx

dy

dz Vector

0.0000000

0.0000000

0.0000000

dx(01)

dy(01)

dz(01)

dx(01)

0.032554

dy(01)

-0.017935

0.073446

dz(01)

-0.003098

0.051306

0.067329 correlations for baseline 1: Solution

Sigma

dx(m)

368.804

0.001

dy(m)

-29.586

0.001

dz(m)

348.230

0.001

Rms :0.017 RDOP : 0.4 5.00053481--00043481 Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测

站:(0005)输入文件: E:FM0053481.STH 天线高(m): 1.424 x(m)

-2438352.564

lat(dms)N

18.1756

y(m)

5038771.619

lon(dms)E

49 23.4409

z(m)

3046901.085

(m)

H

25.3891 测

站:(0004)输入文件: E:FM0043481.STH 天线高(m): 1.498

x(m)

-2437979.134

lat(dms)N

22.2575

y(m)

5038888.754

lon(dms)E

49 09.1746

z(m)

3047013.032

(m)

H

29.0135 到测站 0005 基线 0004 标准误差(m):

协方差距阵 :

dx

dy

dz Vector

0.0000000

0.0000000

0.0000000

dx(01)

dy(01)

dz(01)

dx(01)

0.011608

dy(01)

-0.012613

0.036045

dz(01)

-0.008014

0.020908

0.019445 correlations for baseline 1: Solution

Sigma

dx(m)

373.431

0.000

dy(m)

117.135

0.000

dz(m)

111.947

0.000

Rms :0.011 RDOP : 0.3 6.00013482--00053482 Gnss基线解算结果 Ver 1.00 基线 双差固定解 测

站:(0001)输入文件: E:FM0013482.STH 天线高(m): 1.577 x(m)

-2438212.770

lat(dms)N

30.6629

y(m)

5038645.855

lon(dms)E

49 20.8227

z(m)

3047244.061

(m)

H

37.5411 测

站:(0005)输入文件: E:FM0053482.STH 天线高(m): 1.424 x(m)

-2438352.131

lat(dms)N

18.3358

y(m)

5038777.068

lon(dms)E

49 23.3391

z(m)

3046909.294

(m)

H

33.4700 到测站 0001 基线 0005 标准误差(m):

协方差距阵 :

dx

dy

dz Vector

-0.0011845

0.0030725

-0.0028063

dx(01)

dy(01)

dz(01)

dx(01)

0.087910

dy(01)

-0.046121

0.041155

dz(01)

-0.019636

0.021542

0.021158 correlations for baseline 1: Solution

Sigma

dx(m)

-139.362

0.002

dy(m)

131.213

0.001

dz(m)

-334.766

0.001

Rms :0.026 RDOP : 0.4 环闭合差报告

闭合环最大节点数：

闭合环总数：

同步环总数：

异步环总数：

超限闭合环数

闭合差最大值

0.0426

闭合差最小值

0.0076 相对 闭合差最大值

37.18ppm 相对 闭合差最小值

6.38ppm 同步环情况：

环号

环 总 长

相对误差

△Xmm

△Ymm

△Zmm

△边长mm 分量限差 闭合

限差 环中的点

1145.0429

24.384Ppm

27.4783

-4.6999

1.5553

27.9207

15.71

27.22

环中的点:0005 0002 0001

1193.3078

6.375Ppm

0.2438

-7.1701

-2.5303

7.6074

15.72

27.24

1.05

1.82

环中的点:0005 0002 0004 异步环情况：

环号

环 总 长

相对误差

△Xmm

△Ymm

△Zmm

△边长mm 分量限差 闭合

限差 环中的点

1145.0302

37.175Ppm

40.2415

-12.5484

5.9247

42.5669

15.71

27.22

环中的点:0005 0002 0001

1193.3205

11.993Ppm

-12.5194

0.6783

-6.8997

14.3109

15.72

27.24

环中的点:0005 0002 0004 重复基线报告

基 线 名

质量

中误差

X

Y

Z

基线长 相对

误差 长度较差 长度限差

重复基线

0.0127

0.0064

0.0039

0.0022

508.0843

25.0ppm

12.72

8.61

00053481-00023481

10.51 0.0108

368.7917

-29.5778

348.2256

508.0780

1/46900

00053482-00023482

4.51 0.0168

368.8045

-29.5856

348.2299

508.0907

1/30255

剔除基线后重复基线

剔除基线后重复基线

0.0127

0.0064

0.0039

0.0022

508.0843

25.0ppm

12.72

8.61

00053481-00023481

10.51 0.0108

368.7917

-29.5778

348.2256

508.0780

1/46900

00053482-00023482

4.51 0.0168

368.8045

-29.5856

348.2299

508.0907

1/30255 剔除的基线 禁

用：

自动剔除：

WGS84-坐标系下经典自由网平差平差结果 三维自由网平差单位权中误差: 0.029221(米)三维自由网平差基线及其改正

基

线

名

基线△X

基线△Y

基线△Z

△X改正mm △Y改正mm △Z改正mm

相对误差

平差后距离

改正限差 中误差

00013482--00023482

229.4703

101.6227

13.4650

-5.9328

0.3451

-2.1013

1:19422

251.3213

9.03

0.0129 00043481--00023481

-4.6385

-146.7202

236.2764

0.2035

2.0581

1.1757

1:21378

278.1634

9.04

0.0130 00053481--00023481

368.7917

-29.5778

348.2256

0.9284

-1.6851

1.2379

1:43430

508.0796

9.13

0.0117 00053482--00023482

368.8045

-29.5856

348.2299

-11.8348

6.1633

-3.1316

1:29259

508.0796

9.13

0.0174 00053481--00043481

373.4305

117.1353 3.4269

2.5924

1:32056

407.0685

9.08

0.0127 00013482--00053482

-139.3617

131.2130-10.5182

2.5855

1:13905

385.6077

9.07

0.0277平差后Wgs84坐标和点位精度

ID 状态

X

Y

Y偏移mm

Z偏移mm

点名

0001 固定

-2438213.388

5038647.108

0.000

0.000

0001 0002

-2437983.923

5038748.731

6.070

4.137

0002 0004

-2437979.285

5038895.449

6.555

4.500

0004 0005

-2438352.716

5038778.310

5.148

3.722

0005 ID 状态

B

L B偏移(秒)L偏移(秒)

H偏移mm

点名

0001 固定

28.72518405N 1***E

111.9466

0.4811

-334.7664

33.3803

Z

X偏移mm 3047244.815

0.000

3047258.278

5.544

3047022.001

5.781

3046910.052

5.304

H

39.129

0.00000

0.00000

0.000

0001 0002

28.72532730N 1***E

38.172

0.00006

0.00012

8.435

0002 0004

28.72289385N 1***E

38.666

0.00007

0.00013

8.930

0004 0005

28.72175999N 1***E

35.038

0.00006

0.00012

7.363

0005 当前坐标系统: WGS-1984 椭球长半径: 6378137.000000

椭球扁率:1/298.257223563 控制等级： E级-2009

M0: 1.000000

H=：0.000(投影高)B0:

0.000000000N

L0=：

0.000000000E(中央子午线)117.000000000E

N0: 0.000000(北向加)

E0=：500000.000(东向加)采用网配合法进行转换

基

线

名

△X改正mm △Y改正mm 相对误差

距离

0001--0002

1:42532

251.3590

0004--0002

1:82385

278.2069

0005--0002

1:182001

508.1501

0005--0004

1:116584

407.1166

0001--0005

1:72263

385.6467 单位权中误差 0.003457(米)平差后坐标和点位精度

ID

X坐标

Y坐标

rms(mm)

dx(mm)

dy(mm)

点 名

0001

3179378.7443

384954.3345

0.0000

0.0000

0.0000

0001 0002

3179397.1034

384703.6468

2.7498

1.3409

2.4007

0002 0004

3179128.0444

384632.8916

3.1338

1.5946

2.6978

0004 0005

3178998.5339

385018.8592

2.8169

1.3797

2.4559

0005 1 参数拟合高程

-0.000000

内符合精度中误差±0.000(mm)拟合后高程残差

点号

正常高(高程)

大地高

正常高(拟合)

差值

Rms(mm)

0001

39.1287

0.0000 拟合高程

ID

正常高(高程)

0002

38.1719

0004

38.6662

0005

35.0378

ID

坐标 X

Lat.Lon.x y h

点

0001

3179378.7443

28.72518405N

1***E * * *

0002

3179397.1034

28.72532730N

1***E

0004

3179128.0444

28.72289385N

1***E

0005

3178998.5339

28.72175999N

1***E

39.1287

39.1287

0.0000

大地高

Rms(mm)

点 名

38.1719

8.4352

0002 38.6662

8.9297

0004 35.0378

7.3632

0005

坐标 Y

高 程

名

384954.3345

39.1287

0001

384703.6468

38.1719

0002

384632.8916

38.6662

0004

385018.8592

35.0378

0005 24

附录2

RTK测图点号及坐标

001,00000000,384983.352,3179258.388,24.782 002,00000000,384982.228,3179284.114,24.810 003,00000000,384984.536,3179282.615,24.793 004,00000000,384992.104,3179277.030,24.648 005,00000000,384994.232,3179279.274,24.050 006,00000000,384997.522,3179283.010,24.051 007,00000000,384994.857,3179285.124,24.250 008,00000000,384985.841,3179285.911,24.591 009,00000000,384989.185,3179292.067,24.590 010,00000000,384986.048,3179296.221,24.649 011,00000000,384984.459,3179298.969,24.653 012,00000000,384984.363,3179301.941,24.667 013,00000000,384984.097,3179304.278,24.730 0***,384983.206,3179307.216,24.691 0***,384980.643,3179311.237,24.706 016,00000000,384976.694,3179315.085,24.777 0***,384974.732,3179318.235,24.783 018,00000000,384973.817,3179330.321,24.853 019,00000000,384972.542,3179348.210,25.135 020,00000000,384970.604,3179374.640,25.514 021,00000000,384969.578,3179389.635,25.736 022,00000000,384967.745,3179415.863,26.145 023,00000000,384969.097,3179418.054,26.256 024,00000000,384967.310,3179436.000,26.717 025,00000000,384963.459,3179439.396,26.496 026,00000000,384962.671,3179439.521,26.530 027,00000000,384956.330,3179440.206,26.540 028,00000000,384955.456,3179440.325,26.524 029,00000000,384954.378,3179433.756,26.497 030,00000000,384955.167,3179423.775,26.271 031,00000000,384956.944,3179399.009,25.966 032,00000000,384959.291,3179366.529,25.490 033,00000000,384953.806,3179364.487,25.639 034,00000000,384952.467,3179364.415,25.706 035,00000000,384934.093,3179363.753,26.203 036,00000000,384948.175,3179359.910,25.941 037,00000000,384954.180,3179360.116,25.677 038,00000000,384957.066,3179360.174,25.498 039,00000000,384959.788,3179359.137,25.403 040,00000000,384961.568,3179332.795,24.898 041,00000000,384956.066,3179332.293,25.083 042,00000000,384954.343,3179332.154,25.271

043,00000000,384953.593,3179343.225,25.622 044,00000000,384952.418,3179343.648,26.375 045,00000000,384951.117,3179335.133,26.358 046,00000000,384941.569,3179334.528,26.313 047,00000000,384916.042,3179333.428,26.258 048,00000000,384915.904,3179328.697,24.695 049,00000000,384916.639,3179320.101,24.788 050,00000000,384917.109,3179311.275,24.858 051,00000000,384917.414,3179303.157,24.798 052,00000000,384919.897,3179303.146,24.769 053,00000000,384919.631,3179311.496,24.782 054,00000000,384919.278,3179320.271,24.760 055,00000000,384930.876,3179320.615,24.808 056,00000000,384931.163,3179311.815,24.806 057,00000000,384961.185,3179322.383,24.785 058,00000000,384969.356,3179308.983,24.785 059,00000000,384963.455,3179305.347,24.804 060,00000000,384962.732,3179300.504,24.817 061,00000000,384965.991,3179295.415,24.809 062,00000000,384971.227,3179294.506,24.753 063,00000000,384976.208,3179297.784,24.747 064,00000000,384977.141,3179302.969,24.745 065,00000000,384975.501,3179306.574,24.767 066,00000000,384963.261,3179257.810,24.776 067,00000000,384962.296,3179253.927,24.812 068,00000000,384956.047,3179253.703,24.762 069,00000000,384936.325,3179252.788,24.909 070,00000000,384932.775,3179247.516,24.585 071,00000000,384927.815,3179245.160,24.505 072,00000000,384933.915,3179258.097,24.796 073,00000000,384932.719,3179281.018,24.841

附录3：展野外点号图

附录四：CASS绘图结果

gps测量原理及应用 篇2

1 RTK测量原理

RTK(Real Time Kinematic) 实时动态测量其基本原理为载波相位实时差分,因而流动站不仅要接收卫星信号,而且要接收基准站的信号,由机内处理软件进行实时差分处理,求解测站点与基准站间的基线向量,由于GPS测量结果为WGS-84坐标,而工程中通常使用的工程坐标为平面直角坐标与正常高,因而要GPS实时显示工程放样位置或实施测量点位的工程坐标时需要进行坐标转化:

(1)将已知点的平面直角坐标(x、y)根据参考椭球及投影面换算大地坐标(B、L)。

(2)将已知点的大地坐标(B、L、H)换算为同一坐标系内空间直角坐标(X、Y、Z)。

X=(N+H)cosBcosL

Y=(N+H)cosBsinL (1)

Z=[N(1-e2)+H)]sinB

式中:$\text{Ν}=\text{a}/\sqrt{1-\text{e}{}^2\sin {}^2\text{B}}$

a、e2分别是该大地坐标系对应的椭球的长半轴和第一偏心率。

(3)参数求解:不同空间直角坐标系间的换算

$\begin{array}{l}\text{X}{}_{\text{i}\text{s}}=\text{X}{}_{\text{i}\text{t}}+\text{C}{}_{\text{i}}\text{Τ}(2)\\ \text{C}{}_{\text{i}}=\left[\begin{array}{ccccccc}1& 0& 0& \text{X}{}_{\text{i}\text{t}}& 0& -\text{Ζ}{}_{\text{i}\text{t}}& \text{Y}{}_{\text{i}\text{t}}\\ 0& 1& 0& \text{Y}{}_{\text{i}\text{t}}& \text{Ζ}{}_{\text{i}\text{t}}& 0& -\text{X}{}_{\text{i}\text{t}}\\ 0& 0& 1& \text{Ζ}{}_{\text{i}\text{t}}& -\text{Y}{}_{\text{i}\text{t}}& \text{X}{}_{\text{i}\text{t}}& 0\end{array}\right]\\ \text{X}{}_{\text{i}\text{s}}=[\text{X}{}_{\text{i}\text{s}}\text{Y}{}_{\text{i}\text{s}}\text{Ζ}{}_{\text{i}\text{s}}]{}^{\text{Τ}}\\ \text{X}{}_{\text{i}\text{t}}=[\text{X}{}_{\text{i}\text{t}}\text{Y}{}_{\text{i}\text{t}}\text{Ζ}{}_{\text{i}\text{t}}]{}^{\text{Τ}}\\ \text{Τ}=[\text{Δ}\text{X}\text{Δ}\text{Y}\text{Δ}\text{Ζ}\text{k}\text{ω}{}_{\text{X}}\text{ε}{}_{\text{Y}}\text{ε}{}_{\text{Ζ}}]{}^{\text{Τ}}\text{为}\text{不}\text{同}\text{坐}\text{标}\text{系}\text{间}\text{的}\text{转}\text{换}\text{参}\text{数}。\end{array}$

从方程知道要确定七个转换参数,至少需要三个公共已知点。

(4)WGS-84坐标转化为参心坐标系的空间直角坐标(X、Y、Z)。

由式(2),根据转化参数可将WGS-84坐标转化为参心坐标系的空间直角坐标(X、Y、Z)

(5)将同一坐标系内空间直角坐标(X、Y、Z)换算为大地坐标(B、L、H)。

$\begin{array}{l}\text{B}=\text{t}\text{g}{}^{-1}\left[\frac{1}{\sqrt{\text{X}{}^2+\text{Y}{}^2}}\cdot \left(\text{Ζ}+\frac{\text{c}\cdot \text{e}{}^2\cdot \text{t}\text{g}\text{B}}{\sqrt{1+\text{e}{}^2+\text{t}\text{g}{}^2\text{B}}}\right)\right]\\ \text{L}=\text{t}\text{g}{}^{-1}(\text{Y}/\text{X})(3)\end{array}$

$\text{Η}=\frac{\sqrt{\text{X}{}^2+\text{Y}{}^2}}{\text{c}\text{o}\text{s}\text{B}}-\text{Ν}$

式中:c=a2/b、$\text{e}{}^2=\frac{\text{e}{}^2}{1-\text{e}{}^2}$、$\text{Ν}=\text{a}/\sqrt{1-\text{e}{}^2\sin {}^2\text{B}}$

(6)大地坐标(B、L、H)根据投影面转化为平面直角坐标(x、y)。

(7)正常高h的求解

由于GPS坐标转化的结果为相对于参考椭球面的大地高H,而我国采用的高程是以似大地水准面为基准的正常高h。

h=H-ξ (4)

ξ为高程异常,即似大地水准面与参考椭球面之间的差距,要求h即变成求解ξ的问题,现在求ξ有直接法和拟合法两类,直接法为根据点位信息利用地球重力场模型直接求得点位的高程异常,此为直接法。国内外已有许多不同的地球重力场模型,据此求出的高程异常值要达到GPS测定的大地高精度尚为时过早。但对于高程精度要求不高的或不可能进行水准测量的地区,利用地球重力场模型已能达到精度的工程,就可采用直接法。拟合法即已知一些测定点的水准高程,根据式(4)求得各点的高程异常,以此为已知值,用内插技术求其它点的高程异常,目前拟合法有加权平均、平面和二次曲面拟合、多面函数拟合等,各种拟合方法所需的已知点个数不同,精度也不同。

2 RTK测量注意事项

2.1 静态GPS测量时需注意的事项同样适用于GPS RTK测量

2.2 求解转换参数公共点的分布

从误差方程理论,要求解七个转换参数至少需三个已知公共点,随着公共点的个数增加,误差方程个数会增加,由最小二乘法求解出的未知数的可信度会相应增加,公共点的分布区域和分布方式将使求出的转换参数具有区域性,因而在具体应用时,最好使求解转换参数的公共点能覆盖作业区域,当转换参数应用于覆盖区域外的点时,会引起精度的降低,应引起足够的注意。

2.3 求解高程异常时已知水准点的分布

从以上拟合分析得知高程异常是通过已知点拟合模型内插计算求得,因而要使内插值更好的反应实际值,已知点的个数越多越好,且已知点最好均匀分布、覆盖作业测区范围。在诸多拟合方法中,曲面样条拟合曲面能较好地解求测区点的高程异常,且拟合随拟合点的增加对精度的影响并不显著,用适当数量的拟合点就能获得满意的结果。

2.4 现有一些RTK手簿内置软件理论缺陷

(1)参心坐标系已知点输入的高程值为正常高,求解转换参数时理论上需要的高程为大地高,虽然软件内置有高程异常模型,但前已述及要求模型精度达到大地高的精度尚需时日,因而软件的计算理论降低了转换参数的精度,如果软件设置已知点输入时增加大地高选项,会使转化参数精度更高。

(2)现在有些RTK手簿内置软件为方便用户,开发了基准站可以放在未知点上的应用程序,而软件开发商并未对基准站放在已知点和放在未知点对测量放样的点位精度有何影响作说明。用户并未分析其基准站放在未知点上的解算模型,使用时往往随便放置基准站。从上述RTK测量原理可知,RTK测量技术的根本为载波相位实时差分测量,测量结果实质为测量点与基准站间的基线向量,由基准站坐标及基线向量可求得测点坐标,如果基准站放在未知点上,由测量已知点输入已知坐标进行校正,其原理实质为通过测量点已知坐标求得基准站坐标,再由此求得坐标计算其他测点坐标,由误差传播理论可知,所有测点坐标均含有校正点的测量误差,如果进行点校正时,测量出现某种不可知的原因而导致该次测量中含有粗差,那么基于此基准站而作的所有测量结果中均含有粗差,会给测量工程带来很大损失。

2.5 基准站的选择

基准站应选在地势开阔和植被良好的地域,除保证能连续跟踪与流动站的共视卫星外,还要保证与流动站的无线通讯,因而基准站最好选在动态测区的中心,且要注意尽量减少多路径效应的影响。

2.6 RTK应用于山区作业尚需慎重

现在RTK软件中都是通过拟合曲面求解高程异常,对于地势平坦、高程异常值变化不大的地区,结果误差较小,但对于地势起伏较大、高程异常值变化大的地区,结果误差会很大。应注意控制拟合点的分布区域并适当增加拟合点的数量。

3 网络RTK

以上对GPS RTK测量的基本原理及测量的注意事项作了简要阐述,不难看出,RTK技术虽然是GPS应用的一个飞越,极大的拓展了GPS的使用空间,使GPS从只能做平面控制测量的局面中摆脱出来,而开始广泛应用于工程测量,但RTK技术有着一定局限性,主要表现为:用户需要架设本地的参考站,使流动站和参考站距离受到限制(<15km)。网络RTK技术解决了上述局限。网络RTK系统是集Internet技术、无线通讯技术、计算机网络管理和GPS定位技术于一身的系统,网络RTK系统包括3个部分:控制中心、固定站和用户部分。控制中心(Control center)为整个系统的核心,它即是通讯控制中心,也是数据处理中心。它通过通讯线(光缆,ISDN,电话线)与所有的固定参考站通讯;通过无线网络(GSM,CDMA,GPRS...)与移动用户通讯。由计算机实时控制整个系统的运行。

固定站: 固定参考站是固定的GPS接收系统,分布在整个网络中,一个网络RTK网络可包括无数个站,但最少要3个站,站与站之间的距离可达70km,固定站与控制中心之间有通讯线相连,数据实时的传送到控制中心。

用户部分: 用户部分就是用户的接收机,接收机通过无线网络将自己初始位置发给控制中心,并接收中心的差分信号,生成厘米级的位置信息。

网络RTK网络中,各固定参考站将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心,移动用户在工作前,先通过GSM的短信息功能向控制中心发送一个概略坐标,控制中心根据用户位置,由计算机自动选择最佳的一组固定基准站,根据这些站发来的信息,整体的改正GPS的轨道误差,电离层、对流层和大气折射引起的误差,将高精度的差分信号发给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边,生成一个虚拟的参考基站,从而解决了RTK作业距离上的限制问题,并保证了用户的精度。

RTK网络技术可应用于市政建设、交通管理、机械控制、气象、环保、农业等各个领域,有着广阔的前景。

4 结语

GPS、GPS RTK、网络RTK的出现,使测量技术含量不断提高,使测绘产品精度不断提高,使作业员劳动强度不断降低,但广大用户在受益于科技发展的同时,应明白科技产品的基本原理,应注意其应用注意事项,尤其应注意对测量结果可能产生重要影响的若干因素。

摘要：RTK(Real Time Kinematic)实时动态技术是GPS技术的一项飞跃,引领了测量领域的一次技术革新。就GPS RTK的测量原理、应用注意事项及发展动态做了概略阐述。

关键词：RTK,坐标转化,高程异常,网络RTK

参考文献

[1]刘基余,李征航,王跃虎,桑吉章.全球定位系统原理及其应用[M].测绘出版社,1993.10.

[2]陶本藻.GPS测高原理及其算法[J].地矿测绘,1998.(01):7-9.

gps测量原理及应用 篇3

关键词：GPS－RTK；输配电线路；测量

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）06－0027－02

全球定位系统GPS是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间，因其具有自动化程度高、观测速度快、定位精度高、经济效益显著等诸多优点而被广泛应用。

利用GPS技术不仅可以建立各种精密的城市控制网和工程控制网，而且GPS技术还具有经纬仪、全站仪等传统方法不能实现的功能和应用领域。同时GPS－RTK技术具有实时厘米级的定位精度，目前已在电力、水利、道路、林业和勘界测量等领域得到了很好的应用。而将GPS－RTK技术应用于输电线路测量中，特别是定线、测距、高程测量、断面测量以及杆塔定位测量等工作，可以大大提高工作效率和勘测精度。

1 GPS简介

（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°，卫星的平均高度为20 200 km，运行周期为11 h58 min。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，使卫星成为一个动态的已知点。

（2）GPS地面监控站主要由分布在全球的1个主控站、3个注入站和5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）的三维坐标。

2 GPS－RTK技术

GPS－RTK技术是以载波相位观测值为根据的实时差分GPS（GPS－RTK）技术。实时动态定位（RTK）系统是由基准站和流动站组成的，进行RTK定位时，需要基准站和流动站之间的配合。首先，基准站通过数据链，将其观测值和测站已知数据一起传送给流动站；然后流动站通过数据链接收来自基准站的数据，同时再采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出厘米级定位结果，整个过程历时不到1 s。RTK定位技术实现的关键在于数据的传输和数据的实时处理，而建立无线数据通讯是实时动态测量的保证。

GPS－RTK技术其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点，安置一台接收机作为参考站，对卫星进行连续观测，流动站上的接收机在接收卫星信号的同时，通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据，根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标和测量精度。这样，用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况，根据待测点的精度指标，确定观测时间，从而减少多余的观测，提高工作效率。

3 GPS－RTK技术应用于工程测量的优缺点

3.1 GPS－RTK技术的优点

第一，GPS测量可以精确测定测站点的三维坐标，可以提供较为准确的数据，其高程精度已达到四等水准测量的要求。

第二，测量时间短，进行GPS测量时，动态相对定位仅需几秒钟就可以了，而静态相对定位虽然所需时间多一些，但也

最多超不过20 min。随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，时间还会进一步缩短。

第三，仪器操作简单，目前观测人员只需对中、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。

第四，测站间无需通视，GPS测量使得选点工作更加灵活方便，它可根据实际需要确定点位，不需要测站间相互通视。

第五，无时间限制，GPS测量可以实现全天候作业。它可以在任何地点、任意时间连续进行观测，它具有分布均匀，卫星点数目多的特点，且它一般不受天气状况影响，可以在任意时间段观测。

3.2 GPS－RTK技术的缺点

GPS－RTK技术有以下缺点：①测量结果会受到卫星可见度的影响；②外界干扰也可能对测量结果产生影响；③需要有合适的电力供应（电源）等。

4 GPS－RTK技术在输电线路测量中的应用

4.1 应用于选线测量

影响线路走径的因素很多，必须遵循一些基本原则，如尽量少拆房屋；避开重要的建筑；避开地质条件不好的内涝区、矿区等地区；按规划部门、铁路、公路部门的要求跨越铁路、公路；与通讯光缆、一、二级通讯线的交叉角要符合电信部门的要求等。因此，线路走径的优化设计越来越重要，合理、经济的路径方案能带来一定的经济效益和社会效益。线路路径方案优化设计可以通过航测资料、高分辨率的卫片等手段来实现，但在一般输配电线路工程中并无这些资料。利用GPS－RTK技术并参照收集的地形图可以实现选线及路径优化。

在选线时，对线路路径有影响的地方均用GPS进行测量，测出坐标，利用软件生成CAD图，在微机上进行路径调整，确定线路走径及各转角坐标。特别提出的是，在选线时各预计转角位置应测量一到两个点，以控制转角的位置，使用室内调整路径时转角躲开坟、井、坎子等落在合适的位置。具体作业时在1∶5万或其他比例尺走径图上预设好参考站点，使其能被合理有效利用，每一参考站应能完成一个以上直线段的定线及定位工作，同一直线段应使用同一参考站。

4.2 应用于定线定位测量

利用GPS－RTK的实时动态测量的功能，将各转角坐标输入，然后利用两个转角点定义直线，再在实地放样该直线，直接测出各直线桩、断面点的里程、高程。利用GPS数据处理软件生成一定格式的数据文件，输入到线路成图软件中绘制平断面图。

在设置直线桩时，首先进行初步测量，观察相对于直线的偏移量，若偏离直线较多时，不记录此点，经调整后再进行观测、记录。直线桩按控制点观测，一般记录10个以上历元（GPS操作手簿可以自动设定点位误差限差，操作过程中可以自动判定解算值符合限差要求并给予提示）。一个直线段应在同一参考站上完成。每次换参考站时均对上一参考站确定的直线桩进行校测，校测结果点位在5 cm以内，高程在7 cm以内。直线桩

距离一般不少于200 m。

5 RTK技术在输电线路测量中存在的问题

RTK技术在输电线路中的应用大大提高了工作效率，降低了劳动强度。但由于诸多不利因素降低了采集数据的质量。在应用过程中，存在着3部分误差：一部分是对每一个用户接收机所公有的，例如卫星钟误差、星历误差、电离层误差、对流层误差等。第二部分为不能由用户测量或由校正模型来计算的传播延迟误差。第三部分为各用户接收机所固有的误差，例如内部噪声、通道延迟、多径效应等。利用差分技术，第一部分误差完全可以消除。第二部分误差大部分可以消除，其主要取决于基准接收机和用户接收机的距离，可以控制RTK的有效作业半径来控制这部分误差。第三部分误差则无法消除。

6 RTK技术优化探讨

网络RTK技术：在一定区域内建立多个（一般为3个或3个以上）的GNSS基准站，对该地区构成网状覆盖，并以这些基准站中的一个或多个为基准，计算和发播GNSS改正信息，对该地区内的GNSS用户进行实时改正的定位方式，形成GNSS网络RTKCORS系统与常规RTK相比具有作用范围广、精度高、野外单机作业等众多优点，主要体现在：改进了OTF初始化时间，扩大了有效工作的范围；高效精度高，连续的基准站能提供实时的高精度动态定位服务，用户能实时观测，提高工作效率：可靠性更高，抗干扰更强，拥有完善的数据监控系统以及固定可靠的数据链通讯，能有效地消除系统误差、周跳和减少噪声干扰；成本更低，不需要架设基准站，实现单机作业；扩大应用范围，提供远程INTERNET服务，实现数据共享。建设永久性连续运行参考站系统CORS，提供国际通用各式的基准站站点坐标和GPS测量数据，满足各类不同行业用户对精度定位，快速和实时定位、导航的要求，及时地满足城市规划、国土测绘、地籍管理、城乡建设、环境监测、防灾减灾、交通监控、矿山测量等多种现代化、信息化管理的社会要求。

7 结束语

由于GPS－RTK技术在输电线路的测量中有着诸多优点，它有着广阔的应用前景。利用GPS－RTK进行输电线路测量凸显优势，是输配电线路测量的一项突破性的技术革新，作为一种全新的测量方式，它必将在输配电线路等工程测量中发挥巨大的作用。

参考文献：

［1］孔祥元.大地测量学基础［M］.武汉：武汉大学出版社，2010.

［2］邓利平.论GPS系统在建设工程测量中的运用分析［J］.广东科技，2008（3）.

［3］管国斌.全球定位系统（GPS）在工程测量中的运用［J］.中国科技信息，2007（24）.

［4］刘付林.GPS系统在工程测量中的应用实例分析［J］.科技致富向导，2011（17）.

（编辑：王昕敏）

GPS－RTK Principle and its Application in the

Measurement of Transmission and Distribution Lines

Wang Lin

Abstract: This paper outlines the basic structure of Global Positioning System（GPS）and the measurement principle of GPS－RTK technology, introduces the advantages and disadvantages of GPS and GPS’ application in the measurement of transmission and distribution lines.

Key words: GPS－RTK; transmission and distribution lines; measurement

gps测量原理及应用 篇4

光敏电阻的特性曲线测量 一.目的要求 测量 CdS（硫化镉）光敏电阻的伏安特性和光照特性。实验要求达到：

1、使用 Excel 或绘图软件 Origin 绘制出伏安特性特性曲线

2、绘制出光照特性曲线

3、理解光敏电阻的光电特性 二.实验原理 某些物质吸收了光子的能量产生本征吸收或杂质吸收，从而改变了物质电导率的现象称为 物质的光电导效应。光电导效应只发生在某些半导体材料中，金属没有光电导效应。光敏电阻 是基于光电导效应工作的元件。光敏电阻具有体积小，坚固耐用，价格低廉，光谱响应范围宽 等优点。广泛应用于微弱辐射信号的探测领域。由于光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，只要把它当作电阻值随光照度而变化的可变电阻器对待即可，使用时既可加直流电压，也可以 加交流电压。因此光敏电阻在电子电路、仪器仪表、光电控制、计量分析以及光电制导、激光 外差

探测等领域中获得了十分广泛的应用。如图，光功率为 P 的光照射到光敏电，则光敏层单位时间所吸收： 阻上，假设光全部 被吸收 的光量子数密度 N 应为 N = P hνbdl（1）光敏层每秒产生的电子数密度 Ge 为： G e = ηN（2）η为有效量子效率，表示入射光子转换为光电子的效率。它定义为： η = 单位时间内光电转换产生的有效电子空穴对数 单位时间内入射光量子数（3）理想情况下，入射一个光量子产生一对电子空穴，η=1。实际上，η <1。光敏层内电子总产生率应为热电子产生率 Gt 与光电子产生率 Ge 之和： G e + Gt = ηN + rt（4）在热平衡状态下，半导体的热电子产生率 Gt 与热电子复合率 rt 相平衡。导带中的电子与 价带中的空穴的总复合率 R 应为： R = K f(∆n + ni(∆p + p i（5）式中，Kf 为载流子的复合几率，Δn 为导带中的光生电子浓度，Δp 为导带中的光生空穴 浓度，ni 与 pi 分别为热激发电子与空穴的浓度。同样，热电子复合率与导带内热电子浓度 ni 及价带内空穴浓度 pi 的乘积成正比。即 签名: 第 2页

rt = K f ni p i（6）在热平衡状态载流子的产生率应与复合率相等。即 ηN + K f ni pi = K f(∆n + ni(∆p + pi（7）在非平衡状态下，载流子的时间变化率应等于载流子的总产生率与总复合率的差： d∆n = ηN + K f ni pi − K f(∆n + ni(∆p + pi = ηN − K f(∆n∆p + ∆pni + ∆npi（8）dt 下面分为弱光与强光照射两种情况讨论式（8）： ①在弱光照射下 光生载流子浓度Δn 远小于热激发电子浓度 ni，光生空穴浓度Δp 远小于热激发空穴的浓 度 pi，并考虑到本征吸收的特点，Δn=Δp，式（8）可简化为 d∆n = ηN − K f ∆n(ni + pi dt（9）−t 利用初始条件 t = 0 时，Δn = 0，解微分方程得： ∆n = ητN(1 − e 式中τ=1/Kf(ni+pi，称为载流子的平均寿命。τ（10）由式（10）可见，光激发载流子浓度随时间按指数规律上升，当 t >>τ时，载流子浓度Δ n 达到稳态值Δn0，即达到动态平衡状态： ∆n 0 = ητN（11）（12）光激发载流子引起半导体电导率的变化为： ∆σ = ∆n0qµ = ητqµN 式中，μ为电子迁移率μn 与空穴迁移率μp 之和。光敏电阻受光照后阻值会变小也可以这么定性理解：当内光电效应发生时，固体材料吸收 的能量使部分价带电子迁移到导带，同时在价带中留下空穴。这样材料中的载流子数目增加，材料的电导率也就增加。当光敏电阻两端加上电压 U 后，光电流为： I ph = A 为与电流垂直的截面积，d 为电极间的距离。A ∆σ U d（13）由式（12）与式（13）可知：在一定

照度下，光敏电阻两端所加电压与光电流为线性关系，伏安特性曲线符合欧姆定律。光敏电阻具有与普通电阻相似的伏安特性，但它的电阻值是随入 射光照度变化的。可以测出在不同光照下加在光敏电阻两端的电压与流过它的电流的关系曲 签名: 第 3页

线，即光敏电阻的伏安特性曲线，伏安特性曲线过零点，其斜率为某光照度下的电阻值。图 1 不同光照下光敏电阻的伏安特性曲线 弱光照射下半导体材料的光电导 g 为： g = ∆σ bd ητqµbd ητqµ = N = P l l hνl 2（14）可以看出，弱光照下的半导体材料的电导与光功率 P 成线性关系。光照度越大，电导越大，电阻的阻值越小。将式（14）两边微分得： dg = ηqτµ dP hνl 2（15）由此可得半导体材料在弱光照射下的光电导灵敏度： S g = d g ηqτµλ = dP hcl 2（16）可见，在弱光照射下的半导体材料的光电导灵敏度与光电导材料两电极间的长度 l 的平方 成反比，为与材料性质有关的常数。电导随光照量变化越大的光敏电阻就越灵敏。在一定外加电压下，光敏电阻的光电流与光通量之间的关系称为光照特性。光敏电阻阻值 随光照的增加而减小。当照度很低时，光敏电阻的光照特性近似为线性关系，斜率大致相同。随光照度的增高，光照特性从线性渐变到非线性。当照度变得很高时，曲线近似为抛物线性。图 2 光敏电阻的光照特性曲线 签名: 第 4页

②在强光照射下 Δn>>ni，Δp>>pi，式（8）可以简化为： d∆n = ηN e,λ − K f ∆n 2 dt ⎞ 2 t ⎟ tanh ⎟ τ ⎠ 1（17）⎛ ηN 利用初始条件 t = 0 时，Δn = 0，解微分方程得： ∆n = ⎜ e,λ ⎜ K ⎝ f 白色 LED 光源 准直透镜 起偏器P1（18）式中 τ = 1 起偏器P2 聚焦透镜 光敏元件转盘 ηK f N e,λ 为强光照作用下载流子的平均寿命。在强光照情况下，半导体材料的光电导与光功率为抛物线关系： ⎛ ηbd ⎞ ⎟ g = qµ ⎜ ⎜ hνK l 3 ⎟ P f ⎝ ⎠ 两边微分得： dg = 1 2 1 2 数字检流计（19）1 ⎛ ηbd ⎞ ⎟ P dP qµ ⎜ 2 ⎜ hνK f l 3 ⎟ ⎝ ⎠ 1 2 LM07电器箱 1 − 2（20）1 2 半导体材料在强光照射下的光电导灵敏： S g 1 dg 1 ⎛ ηbd ⎞ − 2 ⎟ P = = qµ ⎜ dP 2 ⎜ hνK f l 3 ⎟ ⎝ ⎠（21）在强光照射下半导体材料的光电导灵敏度不仅与材料的性质有关而且与光照度有关，是非 线性的。从图 2 可以看出，光照度越高，光电导灵敏度越低。三.实验装置 仪器设备主要有：导轨、光具座、LED 光源、CdS 光敏电阻、电源箱、数字检流计、硬纸 片。光源为发光二极管，它具有效率高、体积小、耗电少、寿命长等优点，且改变电源电压可 以改变 LED 灯亮度。为了充分利用光源，在光源后放置了透镜 L1，这样点光源经透镜 L1 为出 射平行光，再经棱镜 L2 聚焦到光敏电阻上。为了减少环境光的影响，将光敏电阻置于遮光筒 内，遮光筒开有一小孔，供发光二极管的光照入。光照度的变化通过转动偏振片 P1 和 P2 的夹角达到减光效果，由马吕斯定律： I = I 0 cos 2 α（22）I0 为当两偏振片平行时的出射光强。当两偏振片之间有夹角α时，光强就按式（22）减小，也就是起到减光效果。I 为通过偏振片后的光强。签名: 第 5页

实验所用光敏电阻为最常见的CdS(硫化镉光敏电阻。它的光谱响应特性最接近人眼光谱光视效率,峰值响应波长为0.52μm,在可见光波段范围内的灵敏度最高,因此,被广泛地应用于灯光的自动控制,照相机中电子快门的自动测光等。

三种光敏电阻的光谱响应特性

四.实验步骤、测量内容

(1将发光二极管的底座锁定螺丝顺时针拧紧,固定在滑轨上。打开发光二极管的电源盒背面的开关,将电源盒面板上的旋钮顺时针旋到底(即光照度开到最大。将透镜L1滑动到距离发光二极管9厘米处(L1透镜的焦距,将底座的锁定螺丝顺时针拧紧在滑轨上。

(2光路同轴等高调节:将所有的器件调到同一高度,光束穿过各器件的中心。(3在光敏电阻前立一张硬纸片。一边滑动透镜L2,一边观察纸上的光斑,使光斑聚成尽可能小的光点。如果聚光效果仍不够好,可以在滑动透镜L2的同时,稍微滑动透镜L1,以达到良好的聚光效果。

(4撤掉硬纸片,将光敏电阻的黑色扇形挡板转开,露出光敏电阻黄色转盘上的小孔,观察光是否照进小孔。将导线的一端插入转盘上“光敏电阻”背面的插口。背面有三个插口,要插入到“光敏电阻”正背后的那个插口。插入即可,不必旋转。导线另一端连接到“LM07光电池光敏电阻综合实验仪”电控箱面板上的“光电阻”接口,将“MT数字检流计”电控箱背面的导线接到“LM07光电池光敏电阻综合实验仪”电控箱面板上的“光电流”接口,将电控箱上面板上的光电阻开关拨到“开”的位置。

(5打开“LM07光电池光敏电阻综合实验仪”的电源开关。面板右上角的“电压调节”旋钮可调节“供给电压”(对光敏电阻施加的外部电压。

(6将两只偏振片P1、P2转盘上的0°刻度线与标线对齐。打开“MT数字检流计”的电源开关。面板上显示的是光电流数值。如果光电流显示为1,表示数值溢出了,请将增益旋钮逆时针旋到最小。将“供给电压”从10V→8V→6V→4V→2V→0V依次递减,把相应的光电流数值填入表1中。

(7旋转两偏振片中的一只,每次转15°,直到两偏振片的光轴夹角为90°。每次转角度后,将“供给电压”从10V→8V→6V→4V→2V→0V依次递减,把相应的光电流数值填入表1中。注意:由于经常旋转偏振器的转盘,螺丝可能脱扣。即使两只转盘上 的0°刻度线与标线对齐,并不代表真实情况是这样。可以转动其中一只偏振器的刻度盘,当光电流最大时,视作两偏振片的光轴夹角为0°,然后再依次转15°。

五.数据记录与绘图

表1不同光照下加在光敏电阻两端的电压与流过它的电流的关系αcos2αI(μA U=0V U=2V U=4V U=6V U=8V U=10V 90°0 75°0.07 60°0.25 45°0.5 30°0.75 15°0.93 0°1 根据表1中的数据,使用Excel或绘图软件Origin绘制出如图1所示的光敏电阻伏安特性曲线。1μA=1×10-6A 对表1中的数据进行线性拟合,电脑算出直线的斜率,将斜率填入表2中。斜率的倒数即光敏电阻在不同光照度下的电阻值,将计算出的电阻值也填入表2中。1KΩ=1×103Ω

表2光敏电阻阻值与光照度的关系

αcos2α伏安特性曲线的斜率k电阻R=1/k(KΩ 90°0 75°0.07

60°0.25 45°0.5 30°0.75 15°0.9 0°1 根据表2的数据,使用Excel或绘图软件Origin绘制出光敏电阻的光照特性曲线: 五.观察与思考

1、随着温度的升高,光敏电阻的暗电阻和灵敏度会怎样?

2、光敏电阻效应有什么可能的应用? 光电池的特性曲线测量 目的要求

测量光电池的光照特性和伏安特性。实验要求达到:

1、测量光电池在光照状态下的短路电流I sc、开路电压U oc、最大输出功率P max、填充因子

FF

2、了解光电池的光伏特性和黑暗状态下的伏安特性(二极管特性 实验原理

1839年,法国科学家贝克雷尔(Becqurel就发现,光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差。这种现象后来被称为“光生伏打效应”,简称“光伏效应”。具有光生伏特效应的半导体材料有很多,例如硅(Si、锗(Ge、硒(Se、砷化镓(GaAs等半导

体材料。利用这些材料能够制造出具有各种特点的光生伏特器件,其中硅光生伏特器件具有制造工艺简单、成本低等特点使它成为目前应用最广泛的光生伏特器件。常见的光生伏特器件有光电池、光电二极管、光电三极管、CCD等。

光生伏特器件工作基于PN结的光伏效应。PN结的基本特征是它的电学不对称性。在结区有一个从N侧指向P侧的内建电场存在。

热平衡下,多数载流子(N侧的电子和P侧的空穴的扩散作用与少数载流子(N侧的空穴和P侧的电子由于内电场的漂移作用相抵消,没有净电流通过PN结。此时,用电压表量不出PN结两端有电压,称为零偏状态。当照射光激发出电子一空穴对时,电势垒的内建电场将把电子一空穴对分开,从而在势垒两侧形成电荷堆积,形成光生伏特效应。如果说光导现象是半导体材料的体效应,那么光伏现象则是半导体材料的“结”效应。也就是说,实现光伏效应需要有内部电势垒,当照射光激发出电子一空穴对时,电势垒的内建电场将把电子一空穴对分开,从而在势垒两侧形成电荷堆积,形成光生伏特效应。这个内部电势垒可以是PN结、PIN结、肖特基势垒结以及异质结等。这里我们主要讨论PN结的光伏效应,它不仅最简单,而且是基础。

如果PN结正向电压偏置(P区接正,N区接负,则有较大正向电流流过PN结。如果把PN结反向电压偏置(P区接负,N区接正,则有一很小的反向电流通过PN结,这个电流在反向击穿前几乎不变,称为反向饱和电流。

PN 结的伏安特性为:(10−=T k eu s d B e I I 式中I d 是暗(指无光照电流,I so 是反向饱和电流,U 是偏置电压(正向偏置为正,反向偏置为负,e 是电子电荷量,k B 是波尔兹曼常数, T 是绝对温度。

PN 结光伏探测器的典型结构及作用原理如图所示:

(a光伏探测器的典型结构(b工作原理

假定光生电子一空穴对在PN 结的结区,即耗尽区内产生。由一内电场的作用,电子向N 区、空穴向P 区漂移运动,被内电场分离的电子和空穴就在外回路中形成电流。为了说明光功率转换成光电流的关系,我们设想光伏探测器两端被短路,并用一理想电流表记录光照下流过回路的电流,这个电流常常称为短路光电流。

和光电导探测器不同,光伏探测器的工作特性要复杂一些,通常有光电池和光电二极管之分。也就是说,光伏探测器有着不同的工作模式。光电池又叫光伏电池,它可以把外界的光转为电信号或电能。实际上这种光电池是由大面积的PN 结形成的,即在N 型硅片上扩散硼形成P 型层,并用电极引线把P 型和N 型层引出,形成正负电极。为防止表面反射光,提高转换效率,通常在器件受光面上进行氧化,形成二氧化硅保护膜。

在光照状态下,一个PN 结光伏探测器可等效为一个理想恒流源(光电流源、理想二极管、并联电阻R sh、电阻R S 所组成,那么光电池的工作如图: IPh 为光电池在光照时该等效电源输出电流。Id 为光照时，通过光电池内部二极管的电流。I 为光电池的输出电流，U 为输出电压。由基尔霍夫定律： IRS + U −(I ph − I d − I Rsh = 0 可得： I(1 + Rs U = I ph − − Id Rsh Rsh ⎛ keuT ⎞ − I SO ⎜e B − 1⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 假设 Rsh = ∞ 和 Rs = 0，可简化为： I = I ph − Id = I ph 短路时： U = 0，I ph = I SC 而开路时： I = 0，I SC ⎛ eu ∞ ⎞ k T − I SO ⎜e B − 1⎟ = 0 ⎜ ⎟ ⎝ ⎠（1）可以得到： U OC = 1 I In(SC + 1 β I SO 式（1）即为在 Rsh = ∞ 和 Rs = 0 的情况下，光电池的开路电压 UOC 和短路电流 ISC 的关系式。其中 UOC 为开路电压，ISC 为短路电流。短路电流和开路电压是光电池的两个非常重要的工作 状态，它们分别对应于 RL = 0 和 RL = ∞ 的情况。当光电池外接负载电阻 R L 时，负载所获得的功率为：PL=IL2RL 负载电阻 RL 所获得的功率 PL 与负载电阻的阻值有关。让我们来看以下三种情况：（1）当 RL=0（电路为短路）时，U=0，输出功率 PL=0；（2）当∞＜RL＜0 时，输出功率 PL＞0。（3）当 RL=∞（电路为开路）时，IL=0，输出功率 PL=0； 显然，存在着最佳匹配负载电阻 RL=Ropt。在最佳负载电阻情况下，负载可以获得最大的 输出功率 Pmax。Ropt 取决于光电池的内阻。签名: 第 11页

由于 UOC 和 ISC 均随光照度的增强而增大，所不同的是 UOC 与光照度的对数成正比，ISC 与光 照度成正比(在弱光下，所以 Ropt 亦随光照度变化而变化。UOC、ISC 和 Ropt 都是光电池的重要参 白色 LED光源 数。填充因子 FF 是表征光电池性能优劣的指标，可用下式表示： 光敏元件转盘 准直透镜 起偏器P1 起偏器P2 聚焦透镜 FF = Pmax U OC I SC 电 压 调 节 电 阻 调 节 填充因子一般在 0.5~0.8 之间 数字检流计 实验装置 明 光 电 池 开 开 光 开 仪器设备主要有：导轨、光具座、LED 光源、光电池、电源箱、数字检流计、硬纸片。电 关 关 LM07电器箱 关 阻 光电流 南京浪博科教仪器研究所 光电池接口 ：光电池黑暗状态下的电压 数字检流计接口 光电阻接口 ：光电池光照状态下的电压 光源为发光二极管，它具有效率高、体积小、耗电少、寿命长等优点，且改变电源电压可 以改变 LED 灯亮度。为了充分利用光源，在光源后放置了透镜 L1，这样点光源经透镜 L1 为出 射平行光，再经棱镜 L2 聚焦到光敏电阻上。为了减少环境光的影响，将光敏电阻置于遮光筒 内，遮光筒开有一小孔，供发光二极管的光照入。实验步骤：（1）将发光二极管的底座锁定螺丝顺时针拧紧，固定在滑轨上。打开发光二极管的电源盒背 面的开关，将电源盒面板上的旋钮顺时针旋到底（即光照度开到最大）。将透镜 L1 滑动到距离 发光二极管 9 厘米处（L1 透镜的焦距），将底座的锁定螺丝顺时针拧紧在滑轨上。（2）光路同轴等高调节：将所有的器件调到同一高度，光束穿过各器件的中心。（3）在光电池前立一张硬纸片。一边滑动透镜 L2，一边观察纸上的光斑，使光斑聚成尽可能 小的光点。如果聚光效果仍不够好，可以在滑动透镜 L2 的同时，稍微滑动透镜 L1，以达到良 好的聚光效果。（4）撤掉硬纸片，将光电池的黑色扇形挡板转开，露出光电池的小孔，观察光是否照进小孔。签名: 第 12页

将导线的一端插入转盘背面的插口。背面有三个插口，要插入到 “光电池” 正背后的那个插口。插入即可，不必旋转。导线另一端连接到“LM07 光电池光敏电阻综合实验仪”电控箱面板上 的“光电池”接口。（5）将“LM07 光电池光敏电阻综合实验仪”面板右上角的“电压调节”旋钮逆时针旋到最 小。在做光电池光照特性实验时，不要调节“供给电压”的旋钮，否则稳压电源将给光电池供 电，而不是光电池本身放电。（6）打开“LM07 光电池光敏电阻综合实验仪”的电源开关。将电控

箱面板上的光电阻开关 拨到“关”的位置。将光电池的明开关拨到“开”位置，暗开关拨到“关”位置，将面板上“电 阻调节”旋钮逆时针旋到底（阻值最小）。将 U1/U2 开关拨到“U1”，此时“电压测量”显示的 读数为 0，表明此时流经光电池的电流为短路电流。如果光电流显示为 1，表示数值溢出了，逆时针旋下光电检流计的钮旋，但不要旋到底。（7）顺时针旋转“电阻调节”旋钮，将电阻由最小逐步调到最大。每调一次电阻值，记录下 光电流和输出电压 U1，把数据填入下表中。如果光电流显示为 0，请顺时针旋光电检流计的钮 旋。注意：明状态时，光电检流计所测电流为负，这与由检流计的方向有关，只用记录绝对值，不必记录正负号。由于经常旋转偏振器的转盘，螺丝可能脱扣。即使两只转盘上的 0°刻度线 与标线对齐，并不代表真实情况是这样。表1 输出电压 U1(V 不同负载下，光电池的光电流、输出电压、输出功率的变化情况 光电流 I(μA 负载电阻=U1/I（K Ω）输出功率 P=U1I（μW）光电池的输出电压与光电流的关系 签名: 第 13页

光电池的输出功率和负载电阻的关系 找出上图中的功率最大值，利用公式 FF = Pmax 计算出光电池的填充因子。式中的短路 I scU oc 电流 Isc 为表 1 中的最大电流，开路电压 Uoc 为表 1 中的最大电压。（8）旋转两偏振片中的一只，每次转 15°之后：逆时针旋“电阻调节”的旋钮到底（电阻接近零）记下此时的短路光电流 Isc；，再顺时针旋 “电阻调节” 的旋钮到底（电阻达到最大值 33kΩ），记下此时的开路电压 UOC 表2 开路电压 UOC、短路光电流 Isc 与光照度的关系 α cos2α Isc(μA U(V OC 0° 15° 30° 45° 60° 75° 90° 线性关系。1 0.93 0.75 0.5 0.25 0.07 0 理论上，光电流与光照度之间有线性关系： dJ / J = 6.26di / i 请用你的实验数据作图看是否为 签名: 第 14页

光电池 光照度与短路光电流的关系 UOC 与光照度 J/J0 的关系是近似函数 U OC = β ln(电池的输出电流与开路电压都在减小。J +C J0 可以看出，当光照度减弱时，光 光照度与开路电压的关系（9）关掉 LED 光源。将光电池的明开关拨到“关”位置，将暗开关拨到“开”位置。旋转黑 色扇形挡板遮住光电池的入射孔，使光电池处于黑暗状态。黑暗状态下的光电池工作如图 2。黑暗状态下的光电池等效

电路 在黑暗状态下光电池在电路中就如同二极管。此时加在光电池两端的正向偏压 U 与通过 它的电流 I 之间的关系式为： I d = I s 0 eeU / k BT − 1 签名:(第 15页

式中I d 是暗(指无光 照电流,I so 是反向饱和电流,U是偏置电压(正向偏置为 正,反向偏置为负,e是电子电荷量,k B 是波尔兹曼常数, T是绝对温度。

(10把“电阻调节”的旋钮顺时针旋转到最大(阻值33kΩ。将U1/U2开关拨到“U2”,此时测量负载电阻两端的电压U2,电流I=U2/33kΩ。此时光电池如同二极管在工作。顺时针旋转“电压调节”旋钮,“供给电压”将显示出对光电池施加的正向偏压U的大小,计算出通过它的电流,填入表中。

表3 U U2I=U2/33kΩ(μA

根据数据使用Excel或绘图软件Origin绘制出光电池电流与正向偏压U的曲线。由图可看出,黑暗状态下光电池的工作状态与二极管加正向偏压下类似。

观察与思考

1、光伏器件与光电导探测器件有何不同?

2、最佳匹配负载电阻随光照度的增大如何变化? 光电二极管特性曲线的测量

目的要求

测量光电二极管在不同光照度下的特性曲线。实验原理

光电二极管又称光敏二极管。制造一般光电二极管的材料几乎全部选用硅或锗的单晶材料。由于硅器件较锗器件暗电流、温度系数都小得多,加之制作硅器件采用的平面工艺使其管芯结构很容易精确控制,因此,硅光电二极管得到了广泛应用。

硅光电二极管的封装有多种形式。常见的是金属外壳加入射窗口封装。入射光通过窗口玻璃照射在管芯上。窗口玻璃又有凸透镜和平面之分。凸透镜有聚光作用,有利于提高灵敏度。而且由于聚焦位置与入射光方向有关,因此还能减小杂散背景光的干扰。缺点是灵敏度随方向而变,因此给对准和可靠性带来问题。采用平面玻璃窗口的硅光电二极管虽然没有尖锐的对准问题,但易受杂散光干扰的影响。硅光电二极管的外型及灵敏度的方向性如图所示。

(a硅光电二极管的外形;(b灵敏度随角度的变化

发光二极管管芯是一个具有光敏特性的PN 结,它被封装在管壳内。发光二极管管芯的光

敏面是通过扩散工艺在N 型单晶硅上形成的一层薄膜,称为p +n 结构。光敏二极管的管芯以及

管芯上的PN 结面积做得较大,而管芯上的电极面积做得较小,PN 结的结深比普通半导体二极管做得浅,这些结构上的特点都是为了提高光电转换的能力。另外,与普通半导体二极管一样,在硅片上生长了一层SiO 2保护层,它把PN 结的边缘保护起来,从而提高了管子的稳定性,减少了暗电流。

硅电二极管的典型结构

在无辐射(暗室中的情况下,PN 结硅光电二极管的正、反向特性与普通PN 结二极管的特性一样,其电流方程为:([] 1exp −=kT qU I I d

I d 为U 为负值(反向偏置时且|U|>>kT/q 时(室温下kT/q ≈0.26mV ,很容易满足这个条件的电流,称为反向电流或暗电流。无光照时,电路中也有很小的反向饱和漏电流,一般为1×10-8~1×10-9A(称为暗电流,此时相当于光敏二极管截止。

硅光电二极管的伏安特性曲线当光辐射作用到光电二极管上时,光电二极管的全电流方程为:[]/exp(1(exp(1,e kT qU I d hc

Φq I d −+−−−=αληλ式中η为光电材料的光电转换效率,α为材料对光的吸收系数。

光电二极管为基本的光生伏特器件之一。下图为光伏探测器在不同偏置电压下的输出特性曲线。在第一象限里,是正偏压状态,本来暗(指无光照电流i D 就很大,所以光电流不起重要作用。作为光电探测器,工作在这一区域没有意义。

光伏探测器在不同偏置电压下的输出特性曲线

在第三象限里,光伏探测器是反偏压状态。这时,I d =I so(二极管的反向饱和电流,称为暗电流(对应于光功率P=0,数值很小。此时的光电流是流过探测器的主要电流,对应于光导工作模式。通常把光导工作模式的光伏探测器称为光电二极管,它的外回路特性与光电导探测器十分相似。

在第四象限中,光伏探测器的外偏压为零。流过探测器的电流仍为反向光电流,随着光功率的不同,出现明显的非线性。这时探测器的输出是通过负载电阻R L 上的电压或流过R L 上的电流来体现。因此,把这种工作模式称为光伏工作模式。通常把光伏工作模式的光伏探测器称为光电池。

光敏二极管与普通二极管一样,它的PN 结具有单向导电性,因此,光敏二极管工作时应加上反向电压。当有光照射时,PN 结附近受光子的轰击,半导体内被束缚的价电子吸收光子能量而被击发产生电子一空穴对。这些载流子的数目,对于多数载流子影响不大,但对P 区和N 区的少数载流子来说,则会使少数载流子的浓度大大提高,在反向电压(P 区接负,N 区接正作用下,反向饱和漏电流大大增加,形成光电流,该光电流随入射光照度的变化而相应变化。光电流通过负载R L 时,在电阻两端将得到随人射光变化的电压信号。光敏二极管就是这样完成光电转换的。

反向电压偏置电路

光电二极管的工作区域应在图所示的第3象限与第4象限,看着不方便。采用重新定义电流与电压正方向的方法(以PN结内建电场的方向为正向,把特性曲线翻转成如图所示。

光电二极管的输出特性曲线

Si光电二极管具有一定的光谱响应范围。常温下,Si材料的禁带宽度为1.12(eV,峰值波长约为0.9μm,长波限约为1.1μm,由于入射波长愈短,管芯表面的反射损失就愈大,从而使实际管芯吸收的能量愈少,这就产生了短波限问题。Si光电二极管的短波限约为0.4μm。

Si光电二极管的光谱响应范围 实验步骤

(1将发光二极管的底座锁定螺丝顺时针拧紧,固定在滑轨上。打开发光二极管的电源盒背面的开关,将电源盒面板上的旋钮顺时针旋到底(即光照度开到最大。将透镜L1滑动到距离发光二极管9厘米处(L1透镜的焦距,将底座的锁定螺丝顺时针拧紧在滑轨上。

(2光路同轴等高调节:将所有的器件调到同一高度,光束穿过各器件的中心。(3旋转转盘,使光照进光电二极管的小孔。在光电二极管前立一张硬纸片。一边滑动透镜L2,一边观察纸上的光斑,使光斑聚成尽可能小的光点。如果聚光效果仍不够好,可以在滑动透镜L2的同时,稍微滑动透镜L1,以达到良好的聚光效果。撤掉硬纸片。

(4将导线的一端插入转盘背面的插口。背面有三个插口,要插入到“光敏电阻”正背后的

那个插口。插入即可,不必旋转。导线的另一端连接到“LM07光电池光敏电阻综合实验仪”电控箱面板上的“光电池”卡口。

(5将光电检流计的“增益”旋钮逆时针旋到最小。将电控箱面板上的光电阻开关拨到关的位置,将光电池的明开关拨到关位置,暗状态拨到开位置,顺时针旋“电阻调节”到底,使电阻最大。将U1/U2开关拨到“U2”。此时,光电二极管内部线路接成了反向电路。

(6逆时针旋转“电压调节”旋钮到底。将两偏振片夹角旋为0°,此时光照度最大。光电二极管受光照会产生负电压,“供给电压”将显示出这个初始负电压,请记录下数值。顺时针旋转“电压调节”旋钮,增大反向偏压,发现U2(负载电阻两端电压随之升高,到饱和值之后将保持不变。注意:因为始终有光电二极管的反向电压存在,故加载在光电二极管两端的反向偏压等于“供给电压”的显示值减去初始负电压(即加上初始负电压的绝对值。将两偏振片的夹角改为30°,重复上述步骤,记录数值。

注意:由于经常旋转偏振器的转盘,螺丝可能脱扣。即使两只转盘上的0°刻度线与标线对齐,并不代表真实情况是这样。

数据记录与绘图: 表1不同光照度下,负载电压U2与加载在光电二极管两端的反向偏压U的变化关系α=0°与α=30°时

加载的反向偏压 α=0°时的 负载电压U2 α=30°时的

GPS在控制测量中的应用 篇5

GPS在控制测量中的应用

GPS测量因为具有定位精度高、观测速度快、小巧灵活和价格低廉等优点,深受广大测量工作者的青睐.本文以蓝山县30平方公里地形测量为例论述GPS控制网的`建立过程以及工程点测量,希望能为相关部门提供参考.

作 者：潘尚中 作者单位：永州勘测设计院刊 名：城市建设与商业网点英文刊名：CHENGSHI JIANSHE YU SHANGYE WANGDIAN年，卷(期)：“”(22)分类号：关键词：GS 控制测量 应用

GPS在高速公路测量中的应用 篇6

相对于经典测量学来说，GPS测量主要有以下特点：

--测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。

--定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。

--观测时间短。在小于20公里的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。

--提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。

--操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

--全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

GPS测量在公路测量中的应用

公路路线一般处在一条带状走廊内。其平面控制测量往往采用导线形式，这包括附合导线、闭合导线、结点导线等导线网形式。对于重要构造物如大桥、特大桥、长大隧道等，也有布设成三角网、线形锁等形式。

--常规测量方法的缺陷：

1、规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级公路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭合长度最长不得超过10公里，结点导线结点间距不能超过附合导线长度的0.7倍。这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。

2、搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，往往国测、军测、城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，如果用不兼容的起算点，势必影响测量质量。

3、国家大地点破坏严重，影响测量作业。由于国家基础控制点，大多为五六十年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50公里以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保证。

4、地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制点要求布设在距路线的300米范围内。由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。

对于长大隧道，特大桥用常规测量有下列局限：

1、长大隧道、特大桥等构造物一般要求测量等级在四等以上。用常规测量方法，往往采用增加测回数，延长观测时间等费时、费工的方法来设法提高精度。

2、长大隧道、特大桥多为地形复杂困难地带，进行常规控制测量，为通视和网形，往往砍伐工作量相当大，这样测设费用很大，作业艰苦。

3、长大隧道及特大桥的控制网高精度及与路线网的低精度衔接，虽说用平差方法可以得到克服，但由于地形条件困难，其联结的测量工作量很大，且不太方便。实际工作中，构造物的控制测量与路线的控制测量经常出现脱节现象。

利用GPS测量能克服上述列举的缺陷，并提高作业的效率，减轻劳动强度，保证了高等级公路测设质量。

--GPS测量用于加密国家控制点：

京珠国道主干线粤境高速公路汤塘至广州北二环段路线长约60公里，所处地形为重丘区，路线设计为6车道。

该段有11个各种系统的平面控制点，经过实地寻找，找出了7个，有4个被破坏，破坏中有2个国家Ⅱ等点。在已找出的的7个控制点中，国家测绘局系统Ⅰ等点1个，Ⅲ等点1个；城市测量系统点2个；总参军控点3个。这些平面控制点分属不同测量系统，且等级不同。

为提高京珠国道粤境高速公路汤塘至广州北二环段测设质量，决定在国家测绘系统基础进行控制点的加密。加密的控制点布设方案是：沿公路路线每10km布设一对点，该对点相距约1km，且应通视良好。这样，该段共设了6对GPS加密点，加密点的精度要达到四等控制网的要求。GPS四等网由18个点组成，其网形略图如图1。（图1 汤塘至广州北二环GPS四等国家大地点加密）

该四等网采用4台Trimble SE400单频接收机作业。该机的标称精度为10mm+2PPm。四等网的观测时间为90min。数据采样间隔为15s。

基线预处理采用厂家提供的TrimvecPlus软件，平差计算采用武汉测绘科技大学编制的GPSADJ Ver2.0软件包。

通过平差处理，该四等网最弱点位中误差为4.11cm，平均点位中误差3.18cm，最弱边相对中误差1/27669，平均边长相对中误差1/453578。

整个四等网作业仅花4d时间。其效率较常规测量手段至少提高3倍。

在此基础上，我院同湖北省测绘局、湖南省第二测绘院合作，在京珠国道主干线湖南耒阳广州花都段进行了近600km的GPS加密国家控制点的测量。该地区路线跨越南岭山脉，沿线山高深、植被茂盛、地形地貌复杂、通视条件极差。国家一、二等三角点破坏严重，测设内可供利用的三角点稀少，在路线走廊范围内仅找到7个保存完好的国家三角点。

经过平差处理，网中最弱点点位中误差为4.13cm，最弱边相对中误差为1/12.5万。控制网的各项指标达到甚至超过国家四等网的技术要求。

近600km的GPS控制网，仅用两个外业组，10个作业员，7台GPS接收机，约20d的作业时间。若采用常规测量方法在相同人手的情况下，至少需要三个月的时间才能完成。

GPS测量用于隧道控制测量

在京珠国道主干线粤境高速公路翁城县境内有座靠椅山双洞直线型平行隧道，初测的左、右洞起讫桩号分别为ZK144+710～ZK147+730，YK144+730～YK147+740。其洞长分别为3020m和3010m。根据《公路隧道勘测规程》中对隧道类别划分标准，属公路特长隧道，洞外测量在贯 通面上对贯通误差影响值限值为±55mm。

靠椅山隧道地处亚热带地区，雨量充沛、荆剌丛生，沟深林密，野外作业条件十分艰苦，采用常规方法不仅费时费力，而且选点困难，砍伐工作量大。结合靠椅山地形特征，采用GPS测量，布设了如图2所示的GPS控制网。

靠椅山隧道控制网由14个点组成，网中最短边长为100.842m，最大边长为3597.4m，平均边长为1104.848m。

采用Wild 200 GPS接收机进行静态观测，观测时间为20～50min，采样率为10s，共观测了29条基线向量。

经过平差处理，网中最弱边相对精度为1/60106，最高相对精度达1/137万；最弱点位中误差为±0.83cm。在贯通面上贯通误差左、右线分别为±0.707cm和±0.693cm。

通过实施GPS测量可看出：GPS测量灵活、方便，能大大节省人力、物力、减少野外砍伐工作量，减少一些不必要的过渡点；具有极高的精度，它完全能达到《公路勘察规程》对隧道测量的要求；较红外仪导线测量，可提高效率4～5倍。

GPS用于特大桥控制测量

鄂黄长江公路大桥是连结长江两岸黄冈市和鄂州市的公路特大桥。为便于大桥设计和施工，采用GPS对首选方案Ⅲ、Ⅳ桥位进行Ⅲ等平面控制测量。布网设计方案为双大地四边形(如图3)。垂直于江面的长边约为1200m，平行于江面的短边约为500m。双大地四边形与两个国家Ⅱ等以上大地点联测。

经过平差处理，控制网精度为：最弱点位中误差1.93cm，最弱边长相对中误差1/113000，满足了Ⅲ等平面控制测量的精度要求。

GPS测量用于导线控制测量京深高速公路河北境高邑至邢台段地处华北平原，地势平坦，最大相对高差约20m，平均海拔约50m，境内村庄较多。植被多为小麦及田间行树。

公路及机耕道密集。

采用三台Wild 200 GPS接收机进行导线测量，作业方式采用点连接方式，三台接收机同时作业。作业完后，向前滚动(如图4)。

?Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示观测的同步环。

在GPS观测之前，已作高精度红外导线测量(EDM)和水准测量。

通过实际测量可以看出：

l GPS观测时间为7.5min，与常规红外仪测量相比，时间缩短了约20min，效率为4倍；与全站仪测量相比，时间缩短约8min，效率为2倍。

l GPS导线测量可靠性好，平面精度和高程精度均能满足高速公路测设的要求。

GPS测量用于摄影测量外业控制点测量

摄影测量一般沿飞行航摄的航线，每隔一定间隔就要在野外实地测量一定数量的平面和高程控制点(如图5)。野外平高控制点的间隔n按地形类别及所测地形图的比例尺而定。如1∶2000地形图，摄影比例尺为1∶10000，间隔n一般为4～6个摄影基线。

常规的野外平高控制点的测量方法是先沿航摄方向布设导线，然后在此基础上采用支导线方法测定航测象控点。这种方法主要是导线方式测量。

由于航摄面积较广，对23cm×23cm象幅，1∶10000摄影比例尺，覆盖范围为2.3km宽，双航线覆盖范围更宽，在这广阔范围内进行导线测量，往往由于实地条件的限制，其作业是相当艰苦的，且工作量大，作业周期长。

在京珠国道主干线粤境高速公路汤塘至广州北二环段这60km路线的航测外业中，利用4台TrimbleSE4000接收机，将一台或两台GPS接收机固定于已知点上，其余GPS接收机游动于像控点进行像控点三维坐标测量。全线航测像控点测量仅用5d作业时间。

经过平差处理，像控点平面点位精度达到了优于0.10m的精度，最弱边相对中误差为1/43734。

由此可见，GPS测量作航测控制，不仅具有高精度，而且具有极大的灵活性。它改变了逐步控制的测量模式，其效率较常规方法提高5倍以上。

GPS测量用于密林、密灌地区路线控制测量

随着经济的发展，高等级公路开始向山区、重丘区岭区拓展。这些地区人烟稀少，植被茂盛。成片的密林、密灌地区，水平方向通视困难，有时实施常规测量方法几乎不可能。

在海南中线新建公路海口至屯昌段测设中，自石山至永发镇约20km，植被覆盖厚，多为有剌密灌、杂草地，人迹罕见，有多个火山口。这种地区红外仪导线测量几乎没有可能。为提高高等级公路测设质量，采用GPS沿路线每隔2km作一对GPS点，这一对GPS点应保证足够的水平通视距离。

利用这2km一对的GPS通视点，就可在此基础上前后各支出不超过1km进行放线测设工作，既保证了测设工作的质量，又大大减少了作业的劳动强度，加快了测设周期。

在海南中线的20km密林密灌测设中，作了11对GPS通视点。采用TrimbleSE4000单频接收机在每个测站上观测30min，数据采样率为15s，作业方法是两台接收机处于固定点上，其余接收机游动于密林密灌区的埋设的通视点上。

经过平差处理，这22个GPS点的最弱点位精度为4.95cm，平均点位精度为2.85cm，平均边长相对中误差为1/486993。

GPS应用展望

从GPS测量中，可以看出GPS具有很大的发展前景：

首先，GPS作业有着极高的精度。它的作业不受距离限制，非常适合于国家大地点破坏严重地区、地形条件困难地区、局部重点工程地区等。

其次，GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。

第三，GPSRTK技术将彻底改变公路测量模式。RTK能实时地得出所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧勘察。它可以直接进行实地实时放样、中桩测量、点位测量等。

第四，GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率。一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。

gps测量原理及应用 篇7

基础GPS网采用国家坐标系统或地方城市坐标系统, 采用的起算点为国家坐标系统或地方城市坐标系统的控制点, 因此, 其约束平差也是在国家坐标系统或地方城市坐标系统进行, 得到所有基岩点的国家坐标或地方城市坐标。采用斜轴圆柱投影时, 将基岩GPS网的控制点通过投影计算, 转换到相应的斜轴圆柱投影平面上的平面坐标系统中, 作为施工控制网的基础。

1 高速铁路精密控制测量技术

1.1 高速铁路测量技术要求

高速铁路轨道分为有砟轨道和无砟轨道。无砟轨道是以钢筋混凝土或者沥青混凝土道床取代了有砟轨道的散粒体道砟床的整体轨式结构。与有砟轨道相比无砟轨道具有良好的结构稳定性、连续性和平顺性, 良好的结构的耐久性和少维修性等特点, 但无砟轨道对基础要求比较高, 一旦基础变形下沉, 修复比较困难, 因此在测量精度方面要求比较高。为了适应高速铁路高速行车的平顺性和舒适性的要求, 高速铁路轨道必须具有较高的铺设精度, 甚至精度要保持到毫米级范围内。同时, 对于无砟轨道而言, 轨道施工之后除了依靠扣减进行微量调整外基本不具备调整的可能性, 这就要求为防止测量误差的积累, 提高测量精度的高速铁路轨道控制网测量必须具备更严格的控制网标准。

1.2 德国高速铁路控制测量网布设方案

德国的平面控制网共分为四级:PSO、PS1、PS2和PS4。德国的高速铁路线路采用大地测量基准是以德国土地测量管理部门的ETRF89为基础的DB_REF, 采用七参数转换到局部参考椭球体, 使用3°高斯一克吕格投影将球面投影转换到平面上。

(1) PS0是在联测德国国家控制网点 (网点的间距为3 0~50 km) 的基础上采用GPS大地测量方法测定的三维网络, 其控制点一般分布在线路交汇的范围内, 尽量保证能被多条线路应用, 它构成了德国高速铁路网的坐标框架; (2) PS1是在PS0的基础上采用全站仪和水准的方法建立的大地测量三维网; (3) PS2建立在PS1和PS0基础上, 只是采用全站仪大地测量方法建立的平面控制网, 其控制点以永久的控制点标准设立; (4) PS4则是根据需求设立的其他测量方式获得的控制网; (5) 德国的高程网只有一种PS3, 其控制点只建立在适宜的大楼和建筑物处, 是采用联测国家水准点, 建立的水准网。同时, 对于上述维数少于三的控制网, 需要用分米级精度标称缺少的维数。

1.3 我国高速铁路控制网布设方案

依据误差分析理论和仿真试验, 借鉴德铁的技术标准, 并考虑我国的技术力, 我国高速铁路轨道测量平面控制网是建立在ITRF2000或者ITRF2OO5S框架下选用北京54或者西安80参考椭球体, 通过地区的具体情况, 选择抵偿带坐标系统任意中央子午线系统、任意中央子午线的较窄宽度带横轴墨卡托或者斜轴墨卡托投影到平面上其一般共分为四级:第一级为结合第二级的基础平面控制网 (CPI) , 主要为测、施工、运营维护提供坐标基准;第三级为线路控制网 (CPⅡ) , 主要为勘测和施工提供控制基准;第四级为基桩控制网 (CPⅢ) , 为轨道铺设和运营维护供控制基准。

1.4 高速铁路控制测量中需要注意的若干问题

高速铁路精密工程控制网布设方案;GPS控制网优化设计;各级控制网数据采集方法和预处理;基线解算及其质量控制;GPS网三维无约束平差, 质量控制, 内符合精度的评定;起算数据检查和计算基准的选择;GPS网三维约束平差, 质量控制, 外符合精度评定;二等水准精度评定和GPS水准方法研究。

2 勘测设计阶段控制测量工程概况

为满足某段高速铁路客运专线无砟轨道施工、运营以及后期复测和维护需要, 保证高速铁路运营的高平顺性, 按照分级布网、逐级控制的原则, 在该段铁路客运专线全线建立高精度的平面和高程控制网。下面主要针对严格按照技术规范获取的某高速铁路控制测量数据进行处理分析, 研究高速铁路精密控制网测量的方法和技术。

2.1 己有测量成果

该段勘测设计工作开始, 既有工程控制测量数据资料情况如下。

(1) 国家A、B级GPS点7个, 间隔为50 km左右, 各点基本与既有一等水准路线公用, 但其坐标框架不统一, GS43、GTIO、GS51、HDOI是ITRF93参考框架下的, 其余三个为0016、0017和1169都是ITRF97参考框架下的; (2) 国家三角点9个, 其中国家工等三角点两个:9014和9055;国家11等三角点七个, 分别为:9012、9013、9056、9023、9003、9004和9021; (3) 测技中心布设GPS点2个, 分别为:JSGPS125, JSGPS126。

2.2 施工坐标系选择

在观测过程中, 联测上述点, 进行基准网的测设。由于观测条件限制, HD01采用了偏心观测, 经过兼容性分析, 参考框架JTRF93:GS43、GT10、GS51、HD01四点与参考框架JTRF97:0016、0017、1169三点兼容性较差, 最终处理方案为:全线约束国家GPS点四个, 分别为:WGS-84椭球、参考框架ITRF97:0016、0017、1169和参考框架ITRF93:HD01。并且对HD01进行了框架改化。

2.3 己有测量成果的评价和利用

本线在勘测设计阶段己经充分考虑了投影变形的影响, 因此本次精密控制测量的坐标系统可以利用原勘测阶段的坐标系统参数。但是由于采用框架不同, 原来定测采用的是97框架, 所以原有设计资料可能会修改。既有工程控制网坐标系统设计参照依据为《高速铁路测量暂行规定》相关要求, 在精度等级、分布密度、规格和埋深都与无碴轨道施工控制网要求存在较大差距, 不能满足无碴轨道铺设技术要求, 需在全段建立满足无碴轨道铺设要求的精密工程控制网。本段联测的国家三角点兼容性差。因此应重新建立B级GPS框架网——基准网, 以便作为后续精测网的起算约束点。但是要与原有约束点进行联测, 以确保新建精测网资料与既有勘测设计资料保持一致。

3 高速铁路测量平面控制网处理实例分析

3.1 基准网基线解算

(1) 基准网网中的GPS基线向量采用精密星历和精密基线解算软件Gamit进行平差计算, 其解算的精密基线的同步环闭合差严格为0。 (2) GPS的基线解算质量主要通过重复边和异步环闭合差检核。 (3) 基准网严格按照技术要求进行观测, 在内业数据处理时, 分三种方式进行基线向量解算。

(1) 24小时作为一个时段, 整体计算。

(2) 将24小时分成两个时段, 每个时段16个小时, 中间重复4小时。

(3) 24小时分成四个时段, 每个时段6小时。

经过对比分析, 三种方法计算结果差值均小于10 mm, 最终成果采用将24小时分成两个时段的计算结果。由于两种约束网平差坐标成果之间存在较大差异。点位空间三维坐标分量差值最大达到9 mm, 基线长度差值最大达到5 mm。这一差异主要由双方选用坐标位置基准和约束平差方法的不同而产生的。为了保证该段精密工程控制测量的CPO控制网坐标基准的统一, 采用精测网评估验收专家组建议该段铁路客运专线工程CPO控制网坐标采用评估验收专家组计算的CPO约束网平差计算的坐标成果统一平差。

3.2 CPⅠ和CPⅡ基线解算

该段高速铁路CPⅠ和CPⅡ均是采用GPS静态差分技术, 按照相关规范布设的。限于精度要求, 它们一般选用Leica或者trimble双频GPS接收机来采集数据。数据采集完成后, 经预处理没有任何问题后, 将所有原始观测文件 (trimble数据需转化为rinex数据) 输入商用软件LGO, 再对点号、天线量高方式、天线高复核后进行基线解算基线解算前, 考虑以最佳的方式构网。数据采集过程一般采用四台GPS在各自的测站上, 同时观测相应的时间, 便完成一个时段测量;然后, 以边连的方式, 其中两台不搬站, 另外两台仪器翻滚推进或者四台仪器分两组共同推进, 准备进行下一个测段。其中翻滚推进方式的两个处于不搬站的仪器应改变仪器高。

其中A、B、C、D为同步观测的四台接收机。CPⅠ和CPⅡ在LGO软件的构网方式一般采用由三条同时段采集的基线和另一时段公用边基线构成异步环, 各异步闭合环采用边连式连接, 逐环构网。在联测基准网时, 有可能采用三台仪器观测, 此时也应用边连式连接其它异步环。CPI和CPⅡ构网的唯一不同点只是CPI观测了两个时段, 要进行两次异步环的连接。

WGS-84坐标系下基线解算设置一般采用软件系统推荐的系统缺省值, 均解算出整周未知数, 同时存储基线结果, 并将异步环数据导出为.asc格式ASCⅡ码基线文件。然后把.asc格式文件导入软件依次进行闭合环差计算, 无约束平差、建立相应的坐标系, 输入已知点坐标进行约束平差。 (见图1)

3.3 CPI和CPⅡ精度分析

(1) CPⅠ和CPⅡ重复独立基线和异步闭合环误差统计该段高速铁路数据处理过程中, CPI共取独立基线178条, 独立重复基线共38条, 其中较差最大的wX为5 mm, Yw为22 mm, Zw为7 mm, Sw为8 mm;重复基线均小于限差。

CPI和CPⅡ均形成独立三、四边双基线异步环。CPI独立环闭合差分量及闭合差最大的wX为1 1 m m, Yw为1 2 m m, Zw为11 mm, w为16mm;CPⅡ取独立基线后, 独立基线共569条, 独立闭合环闭合差分量及闭合差最大的wX为11 mm, Yw为14 mm, wZ为13 mm, w为33 mm, 均符合限差要求。

(2) 不同等级GPS网部分同、异步闭合环限差分析。

对CPI、CPⅡ和D级分别建立同、异步闭合环, 在软件tgppsw中进行最小独立闭合环的解算。然后从各级控制网中所有同、异步环中任意选取构网相同的对应闭合环, 进行同、异步环闭合差分量及闭合差统计分析。计算闭合环精度可以得出,

CPI同步环与异步环闭合精度和闭合差相当, 而CPⅡ和D级网主体上异步环大于同步环闭合精度和闭合差, 也就是说当同步环满足限差的时候, 异步环不一定能满足, 建立异步环闭合环在精度控制方面优于同步环闭合环。这种优势在所构建闭合环CPⅡl99-CPIO51-CPⅡZOO-CPⅡl98-CPⅡl99中体现得比较明显。建议在CPI数据处理时, 同时构建同、异步环进行对网闭合差的检核, 以保证原始数据的可靠性。而对于CPⅡ和D级网, 在数据处理过程中, 可只构建异步环对闭合环的检核。

3.4 平差计算精度分析

(1) 无约束平差及精度分析。

复测基线及异步环满足要求后, 继续在测量软件tgppsw中进行无约束网平差计算。对观测值标准差、后验中误差、残差和点位精度进行统计分析。剔除粗差和明显的系统误差, 同时考察网的内符合精度, 从网平差报告和上述分析看, CPI无约束平差基线向量改正数最大∆X为3.6 mm, ∆Y为10.6 mm, 业为14.9 mm, 点位标准差基本在2.2~8.8 mm范围内波动, 大地坐标经纬度RMS主要分布在0~4.5 mm, 高程RMS主要分布在0~10 mm, 平面精度控制在0~6 mm以内, 高程精度控制在0~11 mm以内;而CPH无约束平差基线向量改正数最大∆X为1 9.7 mm, ∆Y为1 3.1 mm, ∆Z为7.6mm, 点位标准差基本在2.5~10 mm范围内波动, 大地坐标经纬度RMS主要分布在0~4.9 mm内, 高程RMS主要分布在0~10 mm平面精度控制在0~6 mm以内, 高程精度控制在0~13 mm以内。其上指标均严格符合限差要求, 说明基线向量网内符合精度很高, 基线向量网的质量十分可靠。

(2) 约束平差。

(1) 不同参考框架下约束平差对CPI和CPⅡ精度分析。

比较CPI和CPⅡ在GPS2000和2005框架下的平差结果, 计算表明, 两种坐标数据间存在几乎固定的相对差值:∆X=1 3.4 cm, ∆Y=-33.9 cm, 固定差值浮动只在1mm范围内。选用中央经线114.1度进行不同控制网的约束平差, 比较两种参考框架下的坐标, 同样可以得到上述结论。因此, 常规GPS测量中, 选用GPS2000或2005框架进行约束平差都能满足相应工程要求。而对于高速铁路控制网高精度要求而言, 最好选用高分辨率和高精度的GPS2005坐标参考框架。

(2) 最终约束平差结果分析。

CPI起算点选用基准网控制点的成果, 采用任意带高斯正形投影抵偿坐标系在软件上整体平差, 点位中误差xm最大为3.1 mm, ym最大为2.9 mm, 均小于±10 mm的限差, 满足规范要求。基线边方向中误差最大为0.63″, 小于1.3″的限差, 满足规范要求。相邻点相对点位中误差最大为3.60 mm, 小于 (8+D*lppm) 的限差。最弱边相对中误差最大为均严格小于1/170000的限差, 满足规范要求。

CPⅡ起算点选用CPI控制点的成果, 同样分别用两种任意带高斯正形投影抵偿带在WGS-84坐标系应用软件上整体平差, 点位中误差xm最大为2.9 m m, ym最大为2.6 mm, 均小于±15 mm的限差, 满足规范要求。基线边方向中误差最大为1.05±, 小于1.7±的限差, 满足规范要求。相邻点相对点位中误差最大为4.50 mm, 小于14 m的限差。其相对中误差数量级均为10-7, 满足规范要求。

摘要：近些年来客专高铁的不断涌现和发展, 对高速铁路安全、可靠和平顺性提出了更高的要求, 因此, 对高速铁路进行精密测量技术研究意义重大。本文首先分析了德国高速铁路控制测量网的布设方案, 进而结合我国国情提出了我国客专高铁的控制测量的布设方案, 并结合实例进行了分析, 相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：测量,平面控制测量,实例,基线解算

参考文献

[1]金时华.多面函数拟合法转换GPS高程[J]测绘与空间地理信息, 2005 (6) .

[2]李鹏, 沈正康, 王敏.IGS精密星历的误差分析[J]大地测量与地球动力学, 2006 (3) .

gps测量原理及应用 篇8

关键词：GPS-RTK技术;公路测量

1 GPS-RTK技术原理

RTK技术是以载波相位测量与数据传输技术相结合的以载波相位测量为依据的实时差分GPS测量技术。是一种将GPS与数传技术相结合，实时解算进行数据处理，在1-2秒的时间里得到高精度位置信息的技术，RTK技术系统由GPS接收设备、无线电通讯设备、电子手薄及配套设备组成，整套设备在轻量化、操作简便性、实时可靠性、厘米级精度等方面的特点，完全可以满足数据采集和工程放样的要求。它是GPS测量技术发展的一个新突破，在公路工程中有广阔的应用前景。

2 GPS-RTK技术在公路测量工程中的应用

随着我国国民经济的快速增长基础设施建设大力发展，中、高等级公路建设迎来前所未有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求。当前，用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制原理，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量提供依据;在施工阶段为桥梁，隧道建立施工控制网，这仅仅是GPS在公路测量中应用的初级阶段，公路测量的技术潜力蕴于RTK技术的应用之中，RTK技术在公路工程中的应用，有着非常广阔的前景。

2.1 GPS-RTK技术应用模式

GPS-RTK定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式，两种定位模式相结合，在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样等前端数据采集。

（1）快速静态定位模式

按照工程实际需求，GPS接收机在每一流动站上，静止的进行观测。在观测过程中，同时接收基准站和卫星的同步观测数据，实时解算整周未知数和用户站的三维坐标，如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可以结束实时观测。一般应用在控制测量中，如控制网加密;若采用常规测量方法（如全站仪测量），受客观因素影响较大，在自然条件比较恶劣的地区实施比较困难，而采用RTK技术可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5-10min，随着技术的不断发展，定位时间还会缩短，不及静态测量所需时间的五分之一，在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。

（2）动态定位模式

测量前需要在一控制点上静止观测数分钟（有的仪器只需2-10s）进行初始化工作，之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时确定采样点的空间位置。目前，其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景，可以完成地形图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等工作。测量2-4s，精度就可以达到1-3cm，且整个测量过程不需通视，有着常规测量仪器不可比拟的优点。

2.2  GPS-RTK技术在公路测量工程中的应用

公路测量通常是指在勘测设计、施工放样阶段。公路测量的特点是线路长、地形地物复杂、测量难度大。采用 GPS-RTK技术在公路测量中的应用，灵活机动，劳动强度小，生产效率高，通常有以下的作用。

（1）绘制大比例尺地形图

高等级的公路选线是在大比例尺（1：1000 或 1：2000）带状地形图上进行。用传统的方法测图，先要建立控制点，然后进行碎部测量，再绘制成大比例尺地形图。这种方法难度大、速度慢、花费时间长、效率低。采用 GPR RTK 测量可以完全克服这些缺点，只需要在公路沿线每个碎部点上停留一两分钟，即要获得每点的三维坐标，结合输入点的特征编码及属性信息，就构成带状地形图所有碎部点的数据。然后用绘图软件成图。这种方法需要采集碎部点的三维坐标和输入属性信息，而且速度快，既省时又省力，大大地克服了测图的难度。

（2）道路中线放样

使用RTK技术进行中线测量，不但克服了传统放样法和坐标放样法的缺点，而且具有观测时间短，精度高、无须通视、现场给出精确坐标等优点，其作业流程如下：

1）设置基准站。GPS-RTK定位要求基准站接收机实时地把观测数据及已知数据通过无线电信号传输给流动站接收机，基准站和流动站的观测数据质量、无线电的信号传播质量对GPS-RTK定位结果影响很大，在设置基准站时。基准站与流动站之间距离不能太大，基准站应设置在上空开阔、没有强电磁干扰、多路径误差影响小的控制点上。架设好基准站和天线，打开接收机，进行点校正工作。在有已知转换参数的情况下，直接输入当前坐标系统与WGS-84坐标系统的转换参数，建立坐标转换关系。在不知道转换参数的情况下，直接采用点校正方式建立坐标转换方式。

2）流动站设置。打开接收机，双击“测量”图标，选择“RTK”测量方式。流动站接收机在跟踪GPS卫星信号的同时也接收来自基准站的数据。进行处理获得流动站的三维WGS-84坐标，通过与基准站相同的坐标转换参数将WGS-84坐标转换为相应坐标。

3）中线放样测量。选择“放样”选项，进行放样测量作业。系统软件会自动根据输入到TRK电子手簿中的放样点的坐标，定出放样点的点位。

4）数值采集。当流动站到达放样点后，整平流动站天线，使放样点位置和天线中心位置重合，按“测量”键对该放样点进行数值采集工作。

（3）道路的纵横断面放样和土石方计算

纵横断面放样时，先把需要放样的数据输入到电子手簿中，生成一个施工预放样点的文件，并储存起来，随时可以到现场测量所用;横断面放样时，先确定横断面作业形式（挖、填、半挖半填），然后把横断面设计有关数据输入电子手簿中（边坡坡度、路肩宽度、设计高）也生成一个施工预放样文件，储存起来，并随时到现场测量放样。还可利用软件自动与地面线衔接进行所谓的“载帽”工作，并利用“断面法”进行填挖土方量的计算。用绘图软件还可绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。因为所采用的数据都是测绘地形图时采集的，不需要到现场进行纵、横断面测量，大大减少了外业工作。而且必要时，可用动态 GPS 到现场检验复合，这与传统方法相比，既经济又易实现。

结语

利用GPS-RTK技术测量精度高，可以达到厘米级精度，且不累计传递误差，观测时间短并可实时提供三维坐标，完全可以满足地下管线点测量精度。近年来，各种用途的连续运行和参考站系统（CORS）的相继建成，出现了由多基站构成的网络 RTK，解决了常规RTK的局限性问题和GPS高程转换问题。该测量技术操作简单方便，可以极大提高工作效率，从而节约了时间，提高了经济效率。随着测绘科技的发展，GPS-RTK将得到更广泛的应用。

参考文献：

[1].宋铁军，赵志全.GPS（RTK）配合全站仪在公路施工放样中应用.价值工程.2014年2期

[2].索效荣，马学武，裴亮.GPS-RTK在线路测量中的应用研究.辽宁工程技术大学学报（自然科学版）.2011年6期