GPS动态测量模式（共9篇）
GPS动态测量模式 篇1
0 引言
GPS技术是一种新兴的测量技术,随着科学技术的进步,GPS测量技术以其高精度、全天候的特点迅速被应用于大量工程实践。除了能够完成高精度静态测量之外,GPS还可以应用于动态测量中。随着GPS动态测量应用的日益广泛,对其动态测量性能做出评定也显得非常重要。目前,对于 GPS动态精度检测开展的相关研究并不系统,检测方法还较为缺乏。本文设计了一种基于旋转平台的检测系统,通过精密伺服驱动模拟不同动态条件,在此基础上完成对GPS接收机的相关动态检测,为GPS动态测量应用提供有益的参考。
1 GPS动态测量技术概述
GPS用于动态测量的主要技术手段是RTK技术,动态测量过程中,基站实时将得到的改正数通过电台发送至流动站,流动站利用基站改正数实时修正测量结果,同时,利用基站和流动站的测量数据也可以进行事后差分处理。除了能够完成绝对坐标测量之外,利用GPS动态测量技术还可以实现动态相对测量。目前GPS用于动态测量的精度有了较大提高,载波相位差分可使实时定位精度达到厘米级,在一些特定情况下,甚至可达到毫米、亚毫米级[1]。新一代接收机在动态测量的采样频率上也有突破,可实现20Hz以上的动态测量。随着新的GPS卫星的升空以及伽利略、北斗等导航系统的建成,优良卫星构型和观测量的增加使得利用卫星导航系统进行动态测量的精度会得到更大提高。同时,针对测量过程中GPS信号易受到遮挡的局限,可以通过组合导航的方式来解决。
2 基于旋转平台的动态检测系统
2.1 检测系统原理
本文中动态测量精度检测是基于自行设计的动态精度检测平台来完成的,如图1所示,该检测平台的基本原理是计算机通过运动控制卡控制伺服电机驱动机械负载进动,负载上加工了天线安装孔(左右两臂安装孔分别为A、B),天线安装于负载之后便可完成圆周运动,当电机的转速足够稳定且天线相位中心旋转半径已知时,天线将完成匀速圆周运动。同时,在负载运动的圆形轨迹旁安装光电位置传感器,将传感器所决定的位置作为参考位置,如果可以得到天线经过参考位置的时间信息,就能利用天线相位中心稳定的运行轨迹推算动态运行过程中任意时刻的位置,将推算得到的结果作为高精度的动态测量标准与GPS动态测量结果进行比较即可对其动态测量性能做出评价。
检测系统设计过程中关键技术及其解决方案包括以下四个方面。
(1)稳定的电机驱动系统。
选用了富士伺服电机+运动控制卡+减速器的驱动控制方案,通过1∶10的减速器减速之后,该电机可以实现最高500rad/min的转速。
(2)精密机械结构装置。
设计了高精度机械装置,在电机负载上加工了GPS天线及接收机安装螺孔,负载侧面可以固定用于触发光电位置传感器的金属挡片。
(3)精确计时系统。
采用计算机计时与自行开发的微秒级计时器相结合,适用于不同动态条件,最高计时精度可达微秒级。
(4)高精度动态参考位置基准。
在机械支撑臂上对称安装三台光电位置传感器,通过传感器实现动态条件下的高精度位置基准。
2.2 检测系统精度分析
(1)水平方向精度
对检测系统的精度根据不同的动态条件来进行分析,从系统的组成部件和设备情况来看,主要考虑的精度因素,包括计时设备的精度、电机驱动的精度、回转半径的精度、传感器动态参考位置精度以及测量设备进行静态标定时的精度。动态条件下使用单片机计时器可以忽略计时设备的时延,回转半径的加工精度取保守加工精度值0.5mm,电机转速的精度在不同的搭载设备情况下可以通过测试获取,除此之外,GPS静态位置标定的精度取长时间组网观测精度2mm,传感器动态位置精度则在已知动态条件下可以计算得到。通过实验对各子项误差分别进行了测试,得到该系统动态检测的精度分析结果如表1所示。
除了能够完成表1所示的动态绝对测量精度检测之外,系统还可以完成两台接收机双动态相对测量精度检测,检测精度只跟A位置和B位置的水平距离精度有关,根据前面分析可知,A、B位置的水平相对位置精度跟机械加工精度相关,可以保守地取其精度为0.5mm。
(2)高程方向精度
检测系统的高程方向精度可以通过倾角传感器来测定,利用传感器对转臂在运行一周过程中的倾角进行检测,得到的高程误差优于0.1mm,此精度远高于GPS的测量精度,因此可以认为系统在高程方向上具有很高的精度。
(3)速度检测精度
从系统的设备组成原理可以看出,旋转平台是通过精密伺服驱动实现的,因此检测系统除了完成位置检测之外,还可以完成一定精度条件下的速度检测。系统的速度检测精度跟电机的转速精度相关,不同动态条件下的速度检测精度如表2所示。
3 GPS动态检测实验及分析
由于实验条件所限,本文中GPS动态测试没有对RTK动态测量进行精度检测,主要针对两台诺瓦泰DL-4 plus 双频GPS 接收机的部分动态相对测量性能进行了实验,测试及数据处理条件如表3所示。为便于描述,下文叙述中接收机安装位置均是指天线安装位置。
3.1 GPS动态差分坐标测量检测
将两台接收机中1号接收机作为主站放置于固定点位,2号接收机作为流动站放置于平台上B位置,利用电机驱动接收机运动。对接收机采集的数据做事后差分解算可得2号接收机的动态测量坐标,将接收机测得坐标与检测系统的动态标准坐标进行比较可得到接收机在不同动态条件下的坐标测量误差。基于目前实验条件下两台接收机无法组网完成高精度的GPS静态标定的考虑,本文中只提出这种检测方案而并未开展检测实验。
3.2 GPS动态差分相对测量检测
动态差分相对测量实验时,将两台接收机中1号接收机放置于固定点位,2号接收机放置于检测平台上的B位置,首先在静态条件下进行同步测量,然后利用电机以不同的速度驱动接收机完成动态测量(如图2所示)。为了避免接收机在动态运动中的失锁现象,启动接收机待接收信号稳定之后(PDOP值<2.0)再驱动电机进动。测量结束后对两台接收机数据进行差分解算,理论上,2号接收机测得的数据应当位于理论回转半径500mm的圆上,由于动态测量误差的存在,测得的圆轨迹与理论圆之间存在一定差异,通过对两种圆差异进行分析可对该条件下动态测量精度进行评定,不同条件的实验方案如表4所示。
(1)方案1条件下的实验结果
该条件下结果主要包括测量点位分布、水平方向和高程方向测量结果,其中水平方向测量结果为测量点到中心点距离(中心点为测量点位平均位置),测量结果如图3~图5所示。
(2)方案2条件下实验结果
该条件下测量轨迹如图6所示,基于最小二乘原则对GPS在圆周上的动态测量数据进行拟合,拟合得到标准圆半径为499.8mm。根据拟合得到的圆能够计算测量值的水平径向误差,由于检测平台在高程方向上的精度很高,因此理论上高程测量值应相等。水平方向径向误差与高程方向测量值如图7、图8所示。
(3)方案3条件下实验结果
该条件下测量轨迹如图9所示,同样基于最小二乘原则对GPS动态测量数据进行拟合,通过拟合得到标准圆半径为499.9mm。水平方向和高程方向测量结果如图10、图11所示。
(4)方案4条件下实验结果
从数据处理软件的解算结果来看,3.14m/s条件下出现了较多的质量较差的点,测量的轨迹如图12所示。拟合得到的圆半径为539.2mm,半径的拟合值出现了厘米级误差,根据拟合结果计算得到水平方向和高程方向测量值如图13、图14所示。
方案5(6.28m/s)条件下,从解算软件的结果来看,解算结果只得到了非常有限的数据,数据量远远小于理论测量数据,通过查看数据对应历元可知,所得的测量数据主要是电机加减速过程中速度较低条件下的数据。方案6(9.42m/s)条件下解算得到的数据更少,接收机出现了失锁现象。不同方案条件下实验结果统计如表5所示。
从表中数据结果来看,低动态条件下拟合得到的圆半径与标准圆半径500mm非常接近,这也验证了检测平台转臂较高的加工精度。对于该型号接收机来说,事后差分模式处理条件下,静态与低动态条件(0.314m/s以下)水平和高程方向上测量结果差异均很小,水平方向的标准差在5mm以内,高程方向上的误差与水平方向相比较大,这与GPS测量原理相符。对于动态速度高于3.14m/s的条件,GPS接收机测量性能不理想,解算得到的数据质量较差,旋转速度高于6.18m/s时,接收机出现失锁现象。
3.3 GPS双动态相对测量检测
GPS双动态测量时,将1号、2号接收机分别固定于检测平台的A位置和B位置,在不同动态条件下利用电机驱动接收机进动(如图15所示),对获取的数据进行双动态解算,得到两接收机之间的相对位置测量数据,将此数据与已知的A、B位置之间的距离(1000mm)进行比较,从而得到动态测量误差。不同条件下的实验方案如表6所示,两接收机之间的相对距离测量结果如图16、图17所示。
从两种方案测得的数据来看,不同动态条件下的双动态相对测量中,不仅出现了2~3mm的系统误差,还存在7~10mm的标准差,总的来说,双动态测量存在厘米级的测量误差。与前面的测量类似,从数据解算软件结果来看,3.14m/s条件下解算得到的数据质量较差, 6.28m/s、9.42m/s条件下接收机仍然出现了失锁现象,说明该型号接收机在高动态圆周运动条件下的测量性能相对较差。
4 结论
对于GPS的动态测量精度,目前仅有一些设备生产厂家进行过以验证为目的的简单性能测试,还缺乏系统的检测手段。本文在GPS动态精度检测方面进行了尝试,基于自行设计的检测平台完成了对GPS接收机的两种动态检测,GPS动态差分相对测量条件下,静态与低动态条件(0.314m/s以下)水平和高程方向上测量误差差异均较小,水平方向测量标准差在5mm以内,高程方向的误差接近1cm。不同动态条件下的双动态相对测量中,不仅出现了2~3mm的系统误差,还存在7~10mm的标准差,动态较高条件下接收机出现了失锁现象。由于实验中接收机完成的是圆周运动,因此得到的结果跟直线运动状态下可能存在一些差异。此外,鉴于实验条件所限,文章并未对GPS动态绝对测量以及速度测量精度进行检测,在下一步工作中,可以开展这方面的研究工作,以期对GPS动态测量性能做出更为全面的评定。
参考文献
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[10]Fei Yetai,Zhao Jing,Chen Xiaohuai,Wang Hongtao.Research oninfluence of velocity Parameters on Dynamic Performance ofCoordinate Measuring Machines(Contributed to 7thISMTⅡ2005)[C].
GPS动态测量模式 篇2
目前,小波分析技术已经广泛应用于数据处理、图象处理、语音识别与合成、天体识别,机器视觉、故障诊断与监控等诸多科技领域.在GPS动态测量中,由于在数据的采集和处理过程中存在一些偶然性的误差.这些误差会在一定程度影响测量结果的`精度.因此,怎样有效地剔除这些误差以提高测量的精度和可靠性就成为一个不可回避的问题.针对这个问题,本文基于动态测量平台用两台NovAtel DL-4 plus GPS接收机设计了双动态测量实验.利用GrafMov数据处理软件对采集的GPS数据进行了解算,对解算的结果利用小波分析技术进行了降噪处理,求得了其噪声信号分布和特性,并对该噪声对测量结果的影响进行了评估分析.
作 者：任红飞 郑勇 何峰 REN Hong-fei ZHENG Yong HE Feng 作者单位：信息工程大学测绘学院,郑州,450052 刊 名：测绘科学 ISTIC PKU英文刊名：SCIENCE OF SURVEYING AND MAPPING 年，卷(期)：2009 34(3) 分类号：P228 关键词：小波分析 GPS动态测量 数据处理 信号降噪★ 混合指数分布动态比例中参数估计
★ 生物制药技术在西药制药中的应用
★ 浅谈JNI技术在嵌入式软件开发中的应用
★ 浅谈RTK技术在铁路勘测中的应用
★ 条码技术在固定资产管理中的应用
★ 多媒体技术在大学物理教学中的应用
★ 数字化技术在机械设计中的应用论文
★ 动力技术简历表格
★ 微波技术在固体废弃物处理中的应用
GPS动态测量模式 篇3
摘要：文章分析了动态GPS技术在架空送电线路工程测量中的应用，对动态GPS技术的基本模式进行分析，研究动态GPS技术在工程测量领域中的应用优势，最后结合架空送电线路工程实例，对动态GPS技术支持下的工程测量应用要点展开分析，望引起重视。
关键词：工程测量；架空送电线路；动态GPS
在工程测量领域中，GPS技术依托于其在精度、速度、以及全天候服务等方面的优势已经受到测量界的广泛应用，而且应用范围不断拓展与完善。目前，动态GPS技术被广泛应用于架空送电线路工程测量工作中，依托其实时动态测量功能（GPS-RTK技术）的应用，能够快速提供各类测点（例如转角桩、断面点等）的坐标参数，从而为终勘选线定位、断面测量提供可靠的技术支持和准确的测量数据。在常规测量仪器受现场通视条件影响的情况下，应用动态GPS技术能够高精度的放出任何杆塔桩位，定线速度快且精度高，对生态环境破坏减少，加快工程进度，提高外业工作效率均有非常重要的价值。
1 动态GPS技术基本模式
动态GPS技术是指应用基于载波相位观测值的实时动态定位技术。在架空送电线路工程测量中，动态GPS技术所构成测量系统的组成包括GPS接收设备、无线电数据传输系统、以及支持实时动态差分的软件系统这三个部分。应用动态GPS技术实现工程测量的基本原理为：将基准站设置于坐标已知的基准点上，连续接收基准站所覆盖范围内所有可见的GPS信号数据，并将测站坐标及观测数据通过无线电调制解调器（电台）实时地发送给移动站用户，一台或多台移动站接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过移动站电台接收基准站传输来的数据由软件系统根据相对定位的原理进行差分和平差处理，实时解算并显示出流动站的三维坐标及精度。
2 动态GPS技术应用优势
第一，动态GPS技术的作业效率高。在一般地形条件下，高质量动态GPS设站一次后可完成以基站点为中心，大概6.0km（视电台功率确定）半径范围内的工作区域测量作业，极大程度减少了传统测量技术对控制点数量以及测量仪器的特殊要求。即利用动态GPS技术设站后，仅需要配备1名工作人员即可完成基础性工程测量作业，且支持对坐标系的实时定位，有效降低了工作人员的劳动强度，同时也具有节约外业操作费用，提高外业工作效率的优势。
第二，动态GPS技术的定位精度高，所产生的测量数据安全且可靠，并且消除了传统测量技术下存在的累积误差问题。在动态GPS技术作业半径范围内，工程测量所得到的数据信息以及平面精度可精确至厘米单位。
第三，动态GPS技术的应用降低了作业条件。在动态GPS技术的应用过程当中，对点间通视无客观要求，对林木的砍伐量减少，相较于传统工程测量技术而言，动态GPS技術较少受到通视条件、气候、能见度、以及季节等因素的影响，即便在复杂地形条件下仍能够完成快速、高精度的定位作业。
3 工程实例分析
贵广铁路贺州段两安牵引站外部电源配套工程测量区域位于贺州市辖区内，该工程220kV线路测量包括二个线路工程，分别为220kV 新元～两安牵线路工程、220kV楚越～两安牵线路工程。架空送电线路总长度为54.2km。测区范围内地形条件以丘陵、山地为主，测区速生桉覆盖率很高，现场测量中的通视条件以及交通运输条件较差。分析认为：对该架空送电线路进行工程测量时，采用常规测量仪器与测量方法工期无法满足要求，为了达到预期的勘测工期，采用动态GPS测量方法可以满足该工程的勘测时间。
1）作业方法及其过程
在终勘选线、定线、以及平面、断面测量前，需要根据初步设计中的线路走向方案，以小于电台发射半径作为间隔距离设置的基准站，然后采用动态模式进行测量，并于线路两侧联测各控制点。
因此，在整个作业过程当中，基准站点中卫星信号的接收质量以及基准站与移动站之间数据通信的情况将直接对动态GPS技术的定位精度产生影响。从提高动态GPS定位精度的角度上考虑，对基准站的选点要求为：交通运输方便、靠近路径、视野开阔、地势较高、且尽可能的远离微波站、变电站、高压线、大面积湖泊、以及发射塔的干扰。
2）动态GPS测量作业模式
本工程中应用动态GPS技术进行工程测量主要采取了两种作业模式：第一是基于实地选定前视转角位置，应用两个移动站点对前后转角桩的具体坐标进行测量，然后用测量坐标定义直线，最后由两个移动站对向放样直线桩桩位，并对平面、断面进行测量，其作业模式如下图1所示；第二是在困难地段的工程测量中，首先确定前视方向，然后利用移动站对后视转角桩以及前视方向桩具体坐标进行测量。再应用上述两个坐标的实测值标定直线。最后通过移动站放样得到相应的直线桩，并完成对平面、断面的测量作业，其作业模式如下图2所示。
图1：动态GPS测量作业模式示意图
图2：动态GPS测量作业模式示意图
3）与常规工程测量仪器配合使用
动态GPS技术在应用于工程测量作业中时具有观测时间短、精确度高、以及无需通视等方面的优势，在架空送电线路工程测量、选线放线、以及桩位坐标测量中均有非常确切的应用优势。因此，可将动态GPS技术主要应用于选线、定线测量、桩间距离及桩间高差测量、平面及高程联系测量等工作环节中，同时与其他常规测量仪器相配合，共同完成平面及断面测量、以及交叉跨越测量方面的工作。
4 结束语
综合上述分析，在架空送电线路工程测量中应用动态GPS技术的综合优势确切，现场快速提供测点坐标可以协助终勘选线工作的开展，利用动态GPS测量所得到的数据结果能够为架空送电线路敷设路径方案的合理优化提供必要依据，在缩短线路长度的同时兼顾节约工程项目投资的效果。并且，动态GPS技术下所提供的工程测量作业方式对各种工况均有良好的适应性，且所提供数据中剔除了误差累积，故而工作人员能够直接应用动态GPS技术下的关键数据准确推算线路沿线的全部转角、档距、高差、塔位地方坐标等，外业工作效率可靠。
参考文献：
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GPS动态测量实用技术初探 篇4
差分G PS定位技术的出现和发展, 使G PS的SA政策影响、电离层效应、对流层效应等公共误差, 被不同程度的抵消, 定位精度大幅度提高, 从百米级提高到米级, 从而大大推动了G PS动态定位的应用。上世纪90年代, 交通部在我国沿海地区建立了无线电指向标/差分全球定位系统, 简称R B N/DG PS。为该地区提供差分G PS24小时服务。这是一组以原有的无线电指向标为基础, 同时发布差分G PS信号的服务系统。它以数据传输率200bps发送差分G PS改正数, 可使用户在300km海域内接收差分信号, 得到5～10m的定位精度。这无疑对我国船舶导航、海洋渔业、海洋测绘、海上石油开发及海上定位等工程起着重要作用。
本文将论述高精度动态定位中的若干实用技术问题。
1 关于定位精度讨论
影响差分G PS动态定位精度最严重的两个问题是电文发送速率和电离层效应。
1.1 电文发送速率
差分G PS信号中, T y pe1是差分G PS基准站发送的主要电文, 内容是一帧差分G PS改正数, 它包括观测到的全部卫星的伪距改正数及其变化率。除此之外还有T y pe9电文。T y pe9与T y pe1的格式和作用完全相同, 所不同的是它只包括部分卫星, 一般只包括3颗卫星的改正数。这样, T y pe9电文长度比T y pe1短, 适用于低波特率远距离传送的差分站, 例如我国建立的R B N/DG PS站就发送T y pe9电文。而绝大多数高波特率的差分站发送T y pe1。
在基准站所观测到的卫星数目不同, 所使用的发送波特率不同, 则传送数据所需要的时间也不同。T y pe9所用的时间要比T y pe1短些。
在高精度动态定位中, 用户接收机处于运动状态, 为保证动态测量的实时性, 要求在尽可能短的时间内传递给用户。例如, 要保证动态精度为1.5m, 则必须要求在0.5s之内传完改正数, 最低波特率要求到1200bps才可以。若采用200bps传送数据, 需要3～4s传完一组数据, 如果最低船速为10kn (5m/s) , 从传送数据开始到一组数据结束, 船已经运动了15～20m。在计算位置时, 所应用的差分改正数是前5s发送的伪距改正数和伪距变化率推算的, 这将引起较大的动态定位误差。由此看出, 要保证高精度动态定位, 必须采用尽可能高的波特率。而相位差分则采用了9600bps的波特率, 否则很难达到高精度实时动态定位。
1.2 电离层效应
现在所建立的差分G PS基准站采用的是单频C/A码G PS接收机, 靠基准站与用户接收机之间的相关性来减弱电离层效应。它限制了差分G P S作用距离和定位精度。这是由于离基准站距离越远, 电离层效应的相关性变弱, 利用差分技术就难以全部消除掉的缘故。
当用户离基准站的距离增加时, 特别是电离层效应引起的误差将急骤增大, 大大限制了定位精度。在G PS广播星历中, 使用了由B ent提出的8个系数的电离层模型。这是一种电子浓度经验的简化形式, 它利用几种平均太阳波动情况下的值, 每十天修正一次广播系数。由于每天的电子浓度偏离的月平均值变化较大, 所以这种模型只能消除总时延的50﹪。为进一步消除电离层效应, 要求出入日期、时间、发射和接收位置、卫星仰角和高度的变化率、频率、太阳波动和太阳黑子数, 才能计算出发射机上空的垂直电子含量、垂直电子密度随高度的分布以及沿卫星和地面之间路径的电子浓度。即使这样复杂的计算, 也只能在中纬度地区预测出电离层效应延迟为75﹪～80﹪的精度。这就是说, 在DG PS中, 用户离基准站越远, 定位误差越大, 所以在厂商的广告中都注明, 同一仪器在不同的距离下, 定位精度不同, 最大可以相差5倍。要彻底消除电离层影响, 只能应用双频接收机。
综上所述, 要实现高精度动态定位, 例如优于1米, 必须应用高波特率的数据链并限定在30～40km范围内, 否则很难达到高精度的实时定位。我国建立的R B N/DG PS系统明确规定:“用户所选用的DG PS技术指标和用户与基准站距离的相关性直接影响定位精度。通常情况下, 在距离基准站300km的海域以内, 米级导航型接收机的定位误差优于10km (2dms) , 亚米级接收机定位误差优于5km (2dms) ”。
2 相位差分测量
伪距差分是差分G PS定位技术中应用最广的方法。为提高伪距差分改正数的精度大多采用相位平滑技术, 使定位精度达到1.5米。伪距差分定位精度之所以不能再提高, 主要是由伪距测量技术所决定的。伪距测量技术是测量卫星信号发射时刻到用户接收时刻之间的时间差, 并乘以光速加以确定。因为卫星钟和用户钟之间存在偏差, 所以称为伪距。根据伪距的定义可知, 如果要得到30米误差的伪距, 时间测量精度要达到100ns。
载波相位测量是钟变化率离散的积分量。由于卫星钟变化率和用户钟变化率不同, 同时用户接收到的频率存在着多普勒频移, 所以接收到的钟变化率和用户钟变化率也不同。此变化率的整数是两个钟整周模糊度的差值, 相当于待定的积分常数。多普勒频率与卫星到用户之间相对径向速度成正比, 此速度大大低于光速。这说明在测量时对时间测量要求达到的精度大大降低。例如, 卫星多普勒频率变化率最大为5000H z, 时间测量精度同样为100ns, 引起的测量误差仅为0.0005周。对L 1而言, 距离误差仅为0.1mm。一般伪距测量时间精度为1μs, 对载波相位测量引入的误差只有1mm。
由于载波相位测量的特点, 其在高精度动态定位中被广泛使用。
载波相位差分又分为相位差分和准相位差分。前者与静态测量相同, 它实时将一个站的载波相位传送给另一站, 共同求解出基线分量。这其中存在着实时求解相位模糊度的关键问题, 但这种差分技术定位精度能达到厘米级。后者是由基准站发送伪距和相位改正数, 使用户和利用相位改正数进行点位计算, 这种方法可达到分米级。下面是两者的特点。
(1) 相位差分发送的是整个相位原始观测量, 其相位值范围为±8388608, 而准相位差分发送的是相位改变数, 其值范围为±32768。两者相比, 数据的动态范围前者较后者大三个数量级以上。无疑, 这样高的动态范围对设备提出了非常高的要求。
(2) 相位改变数的数据长度较短。这一优点导致改正数变化率非常缓慢, 由于延迟引起的改变数误差也就不大, 对基准站和用户接收机的时间同步要求也不高, 不要求计算改正数的时间与利用改正数的时间严格一致。同时, 由于时间测量不要求一致, 对数据的延迟和数据链可靠性的要求也可以放松。因为数据变化率缓慢, 允许用户在失效前应用这些数据。
(3) 可以用于发送速率较低的情况, 例如1200bps, 因改变数动态范围小, 低发送率并不影响定位精度。要保证50cm定位精度, 可以向前一分钟预推算出改正数及其变化率, 并每分钟发送一次改正数及其变化率的新值。但SA政策会严重降低向前预推的精度, 而相位差分发送速率最小为9600 bps。
(4) 相位差分要求用户应用基准站相位原始观测值及精度位置, 这样才能计算出用户的精确位置, 因此要求计算机速度快、容量大。而相位改正数不要求计算卫星到用户的距离, 只要求计算由大气折射差值引起的基准站位置变化, 而电离层和对流层效应的影响已经包括在发送电文中, 大大减少了数据处理的时间和复杂性。
(5) 相位改变数要求用户站与基准站具有整体性和一致性, 即基准站上的全部计算机必须与用户站上的计算完全兼容。例如, 基准站计算出卫星到该站的精确距离, 用户站也要同样的计算。当干扰进入计算机网络时, 故障分析、故障发生地点的判断都将十分困难。
综上所述, 发送相位改正数的准载波相位差分G PS具有伪距差分的可靠性和相位差分相接近的精度, 是一种实用的高精度动态定位技术。SY-118型G PS测量仪采用了准载波相位差分技术, 使动态测量精度从1.5m提高到0.5m左右, 为水运工程测量中的静态定位提供良好的服务。
参考文献
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GPS动态测量模式 篇5
1 RTK定位方法及作业流程
1.1 GPS-RTK定位的作业流程
(1) 基准站的设置。
根据工程需要在当地收集高等级已知控制点, 并对收集到的控制点进行必要的检测, 以保证起算数据准确可靠。多数情况下, 收集的已知控制点不便于工程直接使用, 此时要在测区内布设若干控制点, 联测坐标与高程。RTK定位测量时, 在选定的基准站上安置接收机, 正确配置参数。
(2) 坐标系统转换。
一般工程项目的建设都是在地方独立坐标系中进行, 因此需要计算坐标转换参数。利用控制点 (至少三个) 进行RTK参数修正 (必须解得七参数) , 求出坐标转换参数后, 利用测量控制器即可实时解算出定位点的工程独立坐标。
(3) 流动站测量定位。
坐标转换参数确定无误后, 即可在测区根据工程需要进行相关的测量定位放样和测绘工作。
1.2 GPS-RTK测量技术的主要优点
(1) 可大幅度地减少控制测量的工作量; (2) 可全天候作业; (3) 可根据要求精度来设置; (4) 测量过程直观; (5) 在地形起伏大、植被茂密的地区进行测量时, RTK技术能很好地解决测量过程中因通行、通视不便而造成的难题; (6) 测量人员数量显著减少。
2 工程概况
某12km铁路工程项目穿过一省级森林公园, 沿线地形复杂、山体高差较大 (最大值达400m) 、植被茂密、荆棘丛生。该铁路工程由隧道、桥梁、路基等分项工程组成, 其中隧道11座, 共长1290 1m (左、右线合计) ;特大、大、中桥13座, 共长7359m (左、右线合计) , 匝道桥长5030m;桥、遂连接路线长约1500m。工程所处的特殊地理地形条件和工程自身的复杂性, 对工程测量工作提出了很高的要求, 同时, 项目工期要求十分紧迫, 又进一步加大了测量工作的难度。
3 测量方法与步骤
3.1 基准站设置
由于收集到的已知控制点距线路较远, 因此在线路附近按规范要求布测了15个平面兼高程控制点, 用作GPS基准站。平面控制网按C级GPS静态相对测量精度施测, 并按三等精度联测水准高程。相邻控制点平均间距大约为1km, 最大间距为3km左右。
3.2 坐标转换参数的确定
由于本项目所在区域地理环境的特殊性, 采用常规测量方法很难在短时间内完成如此大工作量的测量工作, 因此必须应用先进的GPS-RTK技术。使用的仪器为Trimble 5700型GPS接收机, 转换参数的确定有两种方法。
(1) 利用RTK设备中测量控制器在现场进行测算, 首先从平面控制点中选择至少三个点 (三个点均要有高程) , 将其准确的当地坐标输人控制器中, 然后在现场进行逐点定位测量, 观测时间不少于5min, 当三个点测量完成后, 既可利用测量控制器中的自带软件计算出坐标转换参数。通过实践证明这种方法在现场花费时间较多, 并不实用。
(2) 利用步骤1中得到的各个控制点的大地经纬度和测算出的当地坐标, 在内业中计算得到坐标转换参数, 直接将参数输人测量控制器。实践证明, 这种方法算得的参数准确、花费时间较少。
得到参数后, 在现场对控制点进行检核测量, 每个检查点上观测3s。将GPS静态观测成果与R T K观测成果进行对比, 对比结果见表l。
由表可得知, RTK定位成果能满足铁路工程中一般测量工作的精度需要。
3.3 分项测量
(1) 普通控制测量。
在收集的已知点或利用相对静态技术加密的GPS控制点上, 采用RTK技术连续观测3min～5min加密测设部分控制点, 满足局部区域使用全站仪进行分项工程测量的需要。
(2) 定线放样。
预先在测量控制器中输人线路中线的曲线要素, 即可自动生成线路图。在整个放线过程中, 控制器实时显示测点里程和偏移距, 从而指导线路放线工作。
(3) 地形测绘。
利用RTK进行沿线及各工点局部地形测绘, 因为一台基准站可以同时供多个流动站使用, 因此外业测量中可以分若干小组同时开展工作, 能显著提高测图效率。
(4) 纵、横断面测量。
本项目中采用RTK技术进行工程地形断面测绘, 达到了灵活、高效和质优的效果。
(5) 专业调查与测绘。
采用RTK作业就能真正做到需要什么测量什么, 避免了常规方法作业时频繁支点和搬站的劳累, 提高了工效, 保证了成果质量。
4 结语
GPS RTK技术的引进和应用, 导致了铁路工程测量模式的一次根本性变革和发展。实践证明, RTK技术能显著提高测量效率、缩短工期、降低成本, 同时具有精度可靠、方便实用和灵活多变的突出优点, 它为复杂地形条件下的铁路工程测量开辟了一条崭新的和切实可行的技术途径。在山区复杂地形条件下进行铁路测量时, 应采取有效措施克服RTK技术的不足, 以提高测绘成果精度和作业效率。
GPS动态测量模式 篇6
关键词：建构物,动态监测,GPS,原理,方法
结构建构物动态监测工作是对其关键部位进行连续实时监测, 为评估结构物的稳定性、耐久性和可靠性提供有价值的信息。在台风、温度变化、载荷变化以及地震等因素的影响下, 许多结构建构物诸如长桥、塔和高层建构物等会产生震动和发生位移, 甚至会有倒塌事故的发生。因此对结构建构物进行动态监测, 不但可以及时发现结构物的危害并采取相应的维护措施, 避免灾难性的事故发生, 而且对结构物的安全运营、损伤检测、突发事件 (如强烈地震、强台风或其它严重事故) 后的结构剩余寿命的评估以及检验结构物设计参数的正确性等等, 都具有非常重要的意义。目前, 对结构建构物的动态监测已成为构筑物建设及运营阶段不可缺少的工作, 并成为土木工程、结构工程等专业领域的一个非常活跃的研究方向。
本文主要介绍基于GPS技术的结构建构物动态监测原理、方法和国内外的几个典型实例, 提出了监测数据管理与可视化方案, 并对未来结构建构物动态监测系统进行展望。
1 建构物的动态监测方法分析
对结构建构物进行动态监测, 是测定结构物主要特征点在温度、风力、载荷和地震等外界因素影响下的位移变化特征, 并对结构物进行损伤检测、稳定性与剩余寿命的评估等工作。测定构筑物的位移或震动的方法, 可以分为传统的方法和GPS方法。
1.1 传统方法
过去, 由于受技术条件的限制, 为测定结构物的震动与位移, 人们常常采用的方法主要包括位移传感器测试法、加速度计法、激光干涉仪法和全站仪测试法等等。
位移传感器测试法是一种接触式测量方法, 测试设备的一端安装在被测物体上, 另一端安装在被测物体外固定点上。这种方法难以实现对结构物的位移测量, 常用于结构物模型测量。
加速计法是一种常规测量结构物震动与位移的方法, 它是将加速度传感器安装在结构物上, 测定试结构物在震动时的加速度, 通过对加速度积分求位移。它的特点是重量轻、体积小, 因此测量值受震动自身影响较小, 但是它需要和测定点直接接触, 同时需要采用专用配线连接加速计和中央记录单元。这种方法位移测量误差较大, 配线容易损坏, 当结构移动比较慢时, 不能精确测定整个震动的振幅。另外, 在某些情况下如近海工程、高层塔架等建构物, 加速度计安装十分困难。
激光干涉仪法是一种测定监测点到基准点间距离变化量的方法。它需要将棱镜或反射胶片安置在监测点上, 观测距离变化与时间的关系值, 通过进一步的分析可以得到位移变化主频率和相应的振幅。这种方法具有精度高的优点, 但是当结构物的摇晃或震动较大时很难跟踪目标。
全站仪测试法使用自动跟踪 (马达带动) 全站仪, 由全站仪发射的激光通过自动扫描, 瞄准目标, 采用激光测距、电子测角法, 求出待测点的三维坐标。该方法的测量精度高, 采样频率一般可达3HZ。
对于多点测量要用扫描时分方法, 所以同时同步对多点测量比较困难, 另外激光受大气影响大, 在恶劣天气测量困难。
这些方法尽管能达到一定的目的, 但也存在一定的问题。例如, 当所监测物体移动速度较慢时, 加速计法难以有效获得物体整个震动的振幅;激光干涉仪法和全站仪测试法受气候条件的限制, 只有具有良好的通视条件才能正常开展工作;这些方法对较小构筑物较好, 对于高大构筑物, 特别是在台风、大雨的情况下, 跟踪目标困难。此外, 它们还存在不能同步测定不同监测点位移, 当位移量比较大时观测比较困难, 很难实时得到观测值等缺陷。总而言之, 这些传统的测量手段进行动态监测存在一定的局限, 不能满足对结构建构物进行连续、实时和自动动态监测的需要。
1.2 GPS方法
在过去的十几年, 全球定位系统 (GPS) 技术发展非常快速, 定位精度明显提高, 仪器设备重量轻、体积小, 价格逐年降低, 软件功能增强且用户操作界面友好。采用GPS技术对结构建构物进行震动与位移观测具有许多优点。
(1) GPS技术克服气候条件的限制, 能在恶劣的天气或暴风雨天气条件下全天候进行工作。 (2) GPS定位属卫星定位, 当监测点的接收机能接收来自5颗卫星的信号和来自基准点的差分信号时, 可进行实时动态GPS (GPS RTK) 定位。监测点之间不需要通视, 且得到的是不同监测点坐标的绝对值。 (3) GPS技术能够直接测定结构物位移的三维坐标。从接收信号、跟踪卫星到完成实时动态差分位移测量等工作, 仪器能自动进行。 (4) 具有定位精度高、速度快的特性, 采用差分GPS载波相位的方法可以达到厘米级甚至毫米级的定位精度, 许多厂商生产的GPS接收机的采样频率可达10Hz~20Hz, GPS数据处理方法在不断改进和完善。
GPS定位测量的这些优点为对结构建构物进行实时或准实时、高精度的动态监测提供了很好的技术条件。
2 GPS动态监测原理
由于结构物的震动和位移比较小, 当GPS技术用于结构动态监测时, 必须采用高精度的GPS定位方法。为获得厘米级甚至毫米级的精度, 可以采用差分GPS载波相位的方法。由于刚性结构物体的震动范围比较小, 所以采用GPS技术难以完成对刚性结构物的动态监测, GPS定位技术通常用于柔性结构物的动态位移监测, 如长跨距的悬索桥、高层建筑或高塔等结构物。下面主要探讨位移监测原理。
GPSRTK即实时动态GPS技术, 它是一种可以在野外实时获得测点最终三维坐标的GPS测量方法, 在定位、导航、工程施工、结构建构物变形的动态监测等方面有很大的潜力。GPS定位是通过同时接受。颗以上GPS卫星信号, 测定卫星到接收机的距离进行定位。为提高定位精度, 可利用载波相位进行定位。载波相位进行定位是利用差分方式。
即将一台接收机安装在一个已知坐标的固定点上, 也称基准站, 在待测点上 (称监测站) 安置GPS接收机。将基准站接收的GPS卫星信号, 既测定的至各卫星的伪距、相位观测值、卫星星历、多谱勒频移等, 通过数据通信链, 如无线广播、光纤电缆等, 传到监测站, 并和监测站接收的信号进行差分处理, 即可得到高精度的定位结果。常用的差分模型是双差方程。利用基准站和监测站对同一卫星载波相位观测方程求差为单差方程, 若利用不同卫星的单差方程在求差为站际双差方程:
式中为站际、星际载波相位差分观测值;ρb2 (ti) -ρs2 (ti) -ρb1 (ti) +ρs2 (t i) 为接收机到卫星的距离;b为基准点;s为监测点;1, 2表示不同卫星号;∆τ2tropb为对流层延迟;∆τ2ionb为电离层延迟;N为载波相位的整周模糊度。
从上面公式可以看出, 卫星钟差、接收机钟差已经消除, 若基准站和监测站相距不远, 基准站、监测站卫星信号的电离层延迟和对流层延迟相关性好, 公式中, 第2, 3项可视为零, 所以只要能将整周模糊度、求准, 则利用同时观测*颗卫星选定的双差方程即可实现实时定位, 定位精度可以达到1cm~2cm。
3 案例研究
国内外有采用GPS进行结构物动态监测的许多成功的事例, 主要分为高层建筑、桥梁的实时动态位移监测。例如加拿大的卡尔加里塔、英国亨伯大桥、日本明石的凯约大桥、香港青马控制区的三桥、新加坡的共和国大厦, 以及中国的虎门大桥和深圳帝王大厦等都成功地应用了GPS技术进行动态监测工作。
中国大陆也有一些采用GPS技术用于结构动态监测的成功例子, 如虎门大桥的实时动态监测, 测定帝王大厦在台风作用下的位移和震动频率。虎门大桥主跨经1538.5m。为了实时监测桥梁在台风、交通负荷及温度条件下桥梁的工作状态, 在桥跨的中部、四分之一、八分之一处和塔的横梁上安装了7台G P S接收机。采样频率为5Hz, 并于2000年5月开始进行大桥的安全监测。实践表明, 采用GPS技术获得的监测位移值可用于桥的安全分析。帝王大厦高324.95m, 监测点位于大厦顶部, 基准点设置于西南方向500m远的低层建筑的屋顶。在台风来临时应用GPS技术进行了动态位移和震动频率分析, 结果表明定位精度可达±5mm, 震动频率在0.1Hz~10Hz之间。
4 监测数据管理方法
在长期进行结构动态监测的系统中, 由于从监测系统中采集的监测数据是海量的, 以至很难采用传统的文件形式管理监测数据, 必须采用一定的措施。此外, 对来自监测系统数据处理与分析子系统的统计数据、处理和分析结果也应该进行有效的管理。数据库技术是管理海量数据的有利工具。最为有效的办法是对监测数据建立动态数据库, 并能进行监测数据的定期更新、备份和恢复。为实现监测数据的共享, 应该采用基于网络环境的数据库管理系统, 如SQL Server, Oracle数据库系统。在一个监测系统比较大、监测点的数目比较多的情况下, 往往一天的监测数据量都很大。这时, 可以采用对一天、一个星期或一个月的监测数据建立一个数据库的方法进行建库。这种建库方法给数据库的建立、备份、恢复或访问带来较大的方便。例如我们在开发某桥梁监测信息管理系统时, 就采用了这种建立数据库的方法。
5 结语
GPS技术可以克服传统的结构监测方法的缺点。它可以克服气候条件的限制而进行全天候观测。目前许多GPS接收机采用差分GPS载波相位测量可以达到厘米级甚至毫米级的精度, 并具有10HzZ甚至20Hz的采样频率。GPS定位测量可以实时地得到监测点的三维坐标, 特别是可实现多点同步观测, 受外界影响小, 数据采集方便, 可实现实时性、自动化管理。所有这些优点为构筑物进行实时动态监测提供了良好的技术支持。国内外的实例表明, GPS技术在构筑物动态监测中具有广阔的应用前景。随着GPS技术、计算机技术和网络技术的发展, 未来构筑物动态监测系统将是一个集GPS技术、数据库技术、可视化技术和网络技术为一体的综合性技术系统。
参考文献
[1]朱照荣.城市GPS应用及发展趋势探讨[J].北京测绘, 2002 (3) .
[2]周忠谟.关于高精度GPS测量的个别问题[J].测绘工程, 1994 (4) .
GPS动态测量模式 篇7
随着社会和经济的飞速发展, 土地管理工作显得越来越重要, 而土地测量是土地管理中极其关键的工作, 其工作精度和工作效率的高低直接影响土地管理工作的质量。土地测量工作包括地籍测量、地形测量、土地利用状况测量、土地后备资源调查等诸多方面的工作, 而在实际工作中土地测量工作往往要面临各种各样的复杂状况, 例如在农村土地测量时测量面积大、地形复杂, 工作量很大, 使得常规的土地测量技术存在工作难度大, 工作时间长等弊端;而在城市土地测量工作中由于建筑物的密集遮挡以及土地类型繁多, 给土地测量工作带来困难, 而GPS实时动态技术技术是利用GPS卫星对土地测量数据进行采集并通过无线传输装置将数据实时传送给用户, 因此可以很好地解决这些难题。
1 GPS实时动态技术原理
一般来说, GPS定位土地测量技术分为静态定位测量和动态测量两种, 其中静态定位测量是在基线布设完毕后, 将若干台GPS接收机分别安置在基线的端部, 依据基线的长度以及测量精度要求进行观测和采集数据, 然后将数据进行处理, 数据处理的过程需要经历坐标解算、坐标传递、坐标转换等一系列工作, 因此得到的数据实时性不强。另一种动态测量则只需两台GPS接收机, 一个是固定的, 另一个则可移动, 通过无线电传输将固定站点和移动站点的数据进行综合处理, 因而通过信号传输而使各设备成为一个有机的整体。GPS实时动态测量系统包括GPS卫星、基准站、无线电传输设备、用户流动站等, 其中基准站和用户流动站上都安装有GPS数据接收机, 在实际工作中, 安装在基准站上的GPS接收机会对GPS卫星进行连续观测, 并采集数据, 将数据通过无线电传输装置传输到用户流动站, 与此同时用户流动站的GPS接收机也接受到GPS卫星数据, 然后利用相对定位原理即可计算出用户流动站的三维坐标, 因此可以保证观测精度。
2 GPS实时动态土地测量系统组成
2.1 数据接收系统
数据接收系统主要组成部分即为基准站和流动站中的GPS接收机, 其主要功能是跟踪GPS卫星、接收GPS卫星的信号以及信号处理等, 按照功能可分为单频接收机和双频接收机两种, 在实际工作中这两种接收机都可以完成实时动态土地测量工作, 区别之处在于双频接收机具有比单频接收机更高的定位精度和稳定性, 其原因是单频接收机在工作时需要对整周模糊度初始化, 因此定位时间较长, 而在实际工作中卫星信号是处于不断变化中的, 卫星的星历误差、卫星针的钟差以及卫星信号在大气传播过程中的延迟等均会影响到定位的精度, 相比较而言双频接收机由于可最大程度地避免大气中弱电离层对卫星信号折射的影响, 而且定位时间较短, 因此定位精度和工作稳定性可以得到保障, 故在实际工作中得到广泛的应用。
2.2 数据传输系统
数据传输系统是将基准站、流动站通过数据传输的形式联系起来的关键设备, 其性能的好坏直接影响传输数据的可靠性, 由于流动站需要不断改变地理位置, 因此基准站与流动站之间的传输距离和传输路径中的地形、地貌、大气条件等均有较大差别, 若要保证数据传输的准确性和实时性, 并且在接受数据后能够将基准站与流动站接收到的数据进行实时处理就要求数据传输系统的传输频率和功率范围足够大, 一般来说频率要求在10000Hz以上, 以保证土地测量数据的质量以及有利于防止信号观测过程中发生失锁等问题。
2.3 软件支持系统
对于GPS实时动态技术进行土地测量工作来说, 其观测的动态定位测量是基于载波相位技术的, 因此要想保证定位测量的精度、准确性和可靠性, 就必须在以下几项工作中保证工作的质量:第一, 载波相位初始整周未知数的确定;第二, GPS接收机在观测过程中对卫星的连续跟踪, 第三, 在观测过程中如发生失锁要重新进行初始化, 这些工作的顺利进行要借助于当前计算机快速结算和动态解算整周未知数技术, 而这些技术的实现必须基于强大的软件支持系统。
3 GPS实时动态技术在土地测量中的应用
3.1 测绘点的选取
在应用GPS实时动态技术进行土地测量工作时, 测绘点的选取是否科学则直接影响后续工作的质量。在选取测绘点时, 首先要确保测绘点上空处于开阔的状态, 周围尽量不要有障碍物, 以确保GPS接收机在对GPS卫星跟踪时信号传输的稳定性, 同时在对测绘点选取时要远离电磁辐射源, 如高压电线、信号塔等, 避免电磁干扰造成信号失真, 另外, 测绘点的地形要尽可能平坦, 地物应尽可能少而简单, 避免高层建筑群等, 以免无线电信号被反射形成多路径效应, 从而影响测量的精度。
3.2 GPS布网
目前常用的GPS布网形式主要有单基准站式、多基准站式、跟踪站式和同步图形扩展式等, 实际工作中在布设GPS网络时, 要做多方面的综合考虑, 以最大程度地节约工作时间和节省人力, 从而确保工作效率的提高。
3.3 测量队伍的组成
在应用GPS实时动态技术进行土地测量时, 根据工作需要, 测量队伍应当至少配备三个工作人员, 包括导航员、记录员和仪器操作员等, 其中导航员负责测量地块的选择, 记录员负责对数据和操作细节进行记录, 仪器操作员负责操作GPS接收机并对仪器的工作状态进行监测, 确保仪器正常工作。
3.4 土地测量要点
在土地测量之前, 应当根据实际情况对控制点进行疏密布置, 如果采用单机绝对定位进行GPS测量, 一般不需要设置控制点, 但考虑到特殊需要的可能, 一般要在测区地块布设一定数量的测绘控制点, 要求控制点的误差常量为±10mm, 相对误差±20×10-6D。土地测量时首先开启GPS接收机对卫星进行跟踪锁定, 直到锁定卫星数量达到至少4颗, 即开始初始化工作, 同时设置GPS接收机的各项参数, 待初始化完毕后即开始土地测量工作, 在此过程中要尽量保证卫星信号质量, 防止信号被遮挡和反射, 同时要对特殊点位采取不同的方法进行测量, 如对控制点等点状物测量时, 可采用静态差分法进行数据记录, 而对于河流、道路等线状物测量时, 应将测量天线置于线状物的中心线上, 通过移动测量完成对地物信息的记录, 对于面状地物测量时应使天线沿着地块的边界移动, 直到使其形成一个闭合的多边形区域, 从而完成对整个地块数据的记录和测量。
4 结束语
GPS实时动态技术是一种新型的土地测量技术, 因其测量精度高、准确性好等优点成为土地测量工作中应用前景十分广阔的技术。
摘要：GPS实时动态技术是一种新型的土地测量技术, 测量精度比传统土地测量技术更高, 且工作效率较高, 即便是在条件较差的山区也可顺利开展土地测量工作, 因而在实际工作中得到广泛应用。文章结合土地测量工作实践, 介绍了GPS实时动态技术的工作原理和GPS测量系统的组成, 探讨其在土地测量中的实际应用情况。
关键词：GPS实时动态技术,土地测量,应用
参考文献
[1]杨红刚.浅谈GPS实时动态 (RTK) 测量在工程测量中的应用[J].铁道勘测与设计, 2008.
GPS动态测量模式 篇8
随着国民经济的快速增长, 国内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, 随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展, 公路设计已实现C A D化, 有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持;建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链, 减少数据转抄、输入等中间环节, 是公路勘测设计“内外业一体化”的要求, 也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈”所在。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备, 但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制, 作业强度大, 且效率低, 大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造, 在目前的技术条件下引入G P S技术应当是首选。当前, 用G P S静态或快速静态方法建立沿线总体控制测量, 为勘测阶段测绘带状地形图、路线平面、纵横断面测量提供依据;在施工阶段为桥梁, 隧道建立施工控制网, 这仅仅是G P S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 (实时动态定位) 技术的应用之中, RTK技术在公路工程测量中的应用, 有着非常广阔的前景。下面就RTK技术在公路勘测中的应用作简单的介绍。
1 实时动态 (RTK) 定位技术简介
实时动态 (RTK) 定位技术是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。众所周知, 无论静态定位, 还是准动态定位等定位模式, 由于数据处理滞后, 所以无法实时解算出定位结果, 而且也无法对观测数据进行检核, 这就难以保证观测数据的质量, 在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性, 这样一来就降低了G P S测量的工作效率。实时动态定位 (R T K) 系统由基准站和流动站组成, 建立无线数据通讯是实时动态测量的保证, 其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点, 安置1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, 随机计算机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, 从而减少冗余观测, 提高工作效率。
1.1 快速静态定位模式
要求G P S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G P S快速静态测量, 可起到事半功倍的效果。单点定位只需要5min~10min不及静态测量所需时间的五分之一, 在测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。
1.2 RTK动态定位
测量前需要在一控制点上静止观测数分钟 (有的仪器只需2s~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。其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在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、纵断面测量等工作。且整个测量过程不需通视, 有着常规测量仪器 (如全站仪) 不可比拟的优点。
1.3 GPS技术的优点
G P S技术主要具有以下优点。
(1) 实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果 (包括高程) ; (2) 彻底摆脱了由于粗差造成的返工, 提高了G P S作业效率; (3) 作业效率高, 每个放样点只需要停留2 s~4 s, 其精度和效率是常规测量所无法比拟的; (4) 应用范围广, 可以涵盖测量 (包括平、纵、横) , 施工放样, 监理, 竣工测量, 养护测量, 前端数据采集诸多方面; (5) 如辅助相应的软件, G P S可与全站仪联合作业, 充分发挥G P S与全站仪各自的优势。
2 RTK技术优势研究
综上所述, 虽然G P S技术在工程测量中的应用使传统的工程测量技术有了突飞猛进的发展, 但二者相比, 常规测量方法还存在以下的缺陷。
(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。由于测量的作业面是一狭长带状, 这样, 导线长度很难达到规范要求, 往往会出现超规范作业。 (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20世纪50、60年代完成, 有些点由于经济建设的需要已被破坏, 有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。因此往往不易找到导线的联测点。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。由于通视的条件的限制, 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。
相比较, G P S测量技术在工程测量上具有较大的优势和发展前景。
(1) GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制, 非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。 (2) G P S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。 (3) GPS RTK技术将彻底改变测量模式。GPS能实时地获得所在位置的空间三维坐标。这种技术非常适合路线、桥、隧道勘察, 它可以直接进行实地实时放样、点位测量等。 (4) 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。 (5) GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样, 是G P S测量应用的重要领域。往往由于一些地区地形条件的限制, 实施常规水准测量有困难时, G P S高程测量无疑是一种有效的手段。
GPS动态测量模式 篇9
1 界址点测量精度要求
《海南省土地确权登记发证工作技术细则[农村部分]》 (海南省国土环境资源厅2003年2月, 以下简称《细则》) 根据农村地区不同地带的具体情况对界址点的施测精度规定了不同的要求, 并划分为五类:
Ⅰ类:建设用地的、有争议的和重要的界址点点位中误差<±0.1m;
Ⅱ类:以宽度<1m的田埂作为权属界线的界址点点位中误差<±0.5m;
Ⅲ类:以宽度>1m的田埂作为权属界线的界址点点位中误差<±1m;
Ⅳ类:一般权属界线的界址点点位中误差<±3m;
Ⅴ类:林木遮蔽度较高和特别困难地段权属界线的界址点点位中误差<±8m。
2 界址点测量技术方法
2.1 现代测量技术方法
2.1.1 全站仪测量法:
测量精度在毫米级, 受通视条件影响较大, 可应用于控制测量、地形地籍碎部、工程放样测量及少部分农村土地权属Ⅰ类界址点测量;2.1.2 GPS静态测量法:定位精度在毫米级, 定位时间15分钟以上, 主要应用于控制测量, 一般不直接应用于地形地籍等碎部测量;2.1.3 GPS RTK测量法:实时动态差分定位, 精度在厘米级, 电台工作模式, 测量距离在5km以内, 效率高, 但受通讯环境 (如高大建筑物、成片茂密树林遮挡) 影响, 测量距离和精度会明显降低, 在通讯环境和卫星条件较好情况下, 可以应用于图跟控制测量和地形地籍碎部测量及少数农村土地权属Ⅰ类界址点测量;2.1.4 GPS动态相位事后差分法:工作模式与GPS RTK相似, 区别是基准站不配电台, 不发送数据链, 属于事后差分, 其定位精度在分米~数米级, 测量距离在5km以内, 效率高, 可应用于测量精度要求不高的地形地籍碎部测量及多数农村土地权属界址点 (Ⅱ~Ⅴ类) 等测量工作。
2.2 大面积农村土地确权测量技术方法
据估计, 海口市农村集体土地Ⅰ类权属界址点占总数的2%左右, Ⅱ~Ⅴ类权属界址点占总数的98%。通过对以上四种测量技术方法的分析, 我们可以得知:前三种技术方法测量精度较高, 均能满足Ⅰ类界址点测量精度要求, 可根据实际情况选择使用;而第四种GPS动态相位事后差分法能满足Ⅱ~Ⅴ类界址点测量精度要求, 适合应用于大规模、大面积农村土地确权测量工作。经实地考察 (性能、价格) 和野外测试, 最终选择广州南方测绘公司生产的9600型单频12通道GPS仪 (静态精度:±5mm+1ppm, 动态精度:分米~数米级) 作为海口市农村集体土地确权测量 (界址点测量) 的主设备野外测试结果:在有树林、灌木的地形条件下, GPS基站与流动站的距离在5km以内, 初始化后只须观测15s时间, 动态载波相位事后差分平滑的固定双差解平面精度<±0.5m, 浮点双差解精度介于±0.5 m~±10m之间, 可在大部分情况下满足如海口市农村集体土地确权权属界址点测量精度要求, 效率比常规方法快2倍以上, 效果相当明显) 。
3 界址点 (Ⅱ~Ⅴ类) 施测
3.1 对于Ⅱ~Ⅴ类界址点
(估计约占界址点总数98%左右) , 采用广州南方测绘公司9600型GPS接收机进行动态相位事后差分测量。全市共采用60余台9600型GPS接收机进行作业, 其作业要求主要如下:
3.1.1
选择最近一已知点架设基准站, 连续跟踪所有可见卫星, 选择智能和差分方式进入基站数据采集状态 (定位模式3D、PDOP≤6、锁定卫星颗数>4) ;3.1.2选择一固定点固定好支架进行移动站初始化, 时间约5~10min (主机的蜂鸣器会有长鸣声提示) , 移动站与基准站距离控制在3公里以内;
3.1.3
数据采样间隔设置为5s, 高度角≥10O, 采点次数设置为3;3.1.4移动站初始化完成后按测量键进入测量状态, 在每一个界址点上相对固定支架并等待15s至蜂鸣器长鸣后退出采集 (所采集数据将自动保存) 即可移动到下一点进行采集, 在卫星状况差的时段 (在海口地区为12:00-15:00时) 要避免采集数据;3.1.5移动站连续工作1h后重新初始化一次, 作业开始和结束后均进行初始化;在走动过程中注意差分采集状态下周跳的数值, 如周跳数值太大 (如06或07) 和卫星失锁应重新进行初始化, 在树林遮挡的情况下, 可采取升高GPS天线高度 (一般升至5m) 和延长初始化时间解决;3.1.6数据处理采用南方测绘公司随机软件进行解算, 对于Ⅰ类界址点的解算要取得相位固定解。固定解或浮点解精度达不到相应等级界址点精度要求的, 须重测或是采取全站仪极坐标法、GPS RTK法、图解法等方法解决。
3.2 坐标转换
GPS动态相位事后差分法测量界址点, 其起算数据成果坐标系均为1980西安坐标系。因此, 必须采用海南测绘局开发提供的坐标转换软件 (仅适用于西安坐标系与海南平面坐标系之间转换使用) 将所获取的1980西安坐标系界址点坐标转换为海南平面坐标系坐标, 并作为界址点坐标的最终成果, 以满足《细则》和发证的规定要求。
4 精度和工作量统计
4.1
Ⅱ~Ⅴ类界址点采用GPS动态相位事后差分法测量精度统计情况见表1, 精度满足规定的要求。
4.2
全市农村集体土地确权测量共完成面积328.6万亩, 宗地24455宗, 耗费时间6个多月 (效率比全部采用全站仪法提高2倍) 。其中完成:秀英区测量面积70.6万亩, 宗地5182宗;龙华区40.8万亩, 宗地5406宗;琼山区137.8万亩, 宗地6262宗;美兰区79.4万亩, 宗地7605宗。
5 成果质量检查
界址点坐标成果的质量检查主要采用全站仪极坐标法和双频GPS RTK法进行实地抽样检查, 对全市4个区Ⅱ~Ⅴ类665个界址点进行了检查测量, 统计界址点精度结果见表2。
统计665个界址点抽样样本, 整体情况为:Ⅱ类界址点中误差最大为±0.47m, 最小为±0.05m;Ⅲ类界址点中误差最大为±0.83m, 最小为±0.09m;Ⅳ类界址点中误差最大为±2.19m, 最小为±0.82m;Ⅴ类界址点中误差最大为±5.21m, 最小为±2.05m。
从统计情况看, 采用GPS动态相位事后差分法测量Ⅱ~Ⅴ类界址点, 其精度总体均满足《细则》的规定要求, 达到了预期效果。
结束语
实践证明:应用单频GPS动态相位事后差分技术进行大规模农村集体土地确权测量, 其精度完全满足海南和海口市农村土地确权登记发证技术规定的要求, 此方法操作简便, 资金投入相对较少, 对于国土资源调查、农业普查等精度要求不高的项目的测量工作具有广泛的推广应用价值。
摘要：介绍GPS动态相位事后差分技术在海口市农村集体土地确权测量中的实际应用情况, 为大规模开展国土资源、林业资源调查等项目测量精度要求不高的工作提供参考借鉴。