GPS技术在哈尔滨市地铁一号线施工控制网中的应用

GPS技术在哈尔滨市地铁一号线施工控制网中的应用

1.GPS技术在哈尔滨市地铁一号线施工控制网中的应用 篇一

全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)是美国从20世纪70年代开始研制的用于军事部门的新一代卫星导航与定位系统,由于它是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统,具有全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此,GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用,近年来随着GPS接收机性能的不断提高,使用GPS在工业厂区内布设建立厂区测量控制网技术已日渐成熟。本文即是介绍GPS在建立工业企业厂区测量控制网中的应用。

1 GPS构成及定位原理

1.1 GPS构成

GPS主要由空间卫星、地面监控站及用户设备三部分构成。1)GPS空间卫星由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。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。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。

1.2 GPS定位原理

GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如图1所示,在待测点Q设置GPS接收机,在某一时刻tk同时接收到3颗(或3颗以上)卫星S1,S2,S3所发出的信号。通过数据处理和计算,可求得该时刻接收机天线中心(测站点)至卫星的距离ρ1,ρ2,ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标(Xj,Yj,Zj),j=1,2,3,从而由下式解算出Q点的三维坐标(X,Y,Z):

2 GPS测量的特点

相对于常规测量来说,GPS测量主要有以下特点:1)定位精度高。2)测站间无需通视。3)观测时间短。4)仪器操作简便。5)全天候作业。

3 使用GPS测量技术在工业企业厂区建立测量控制

3.1 工业企业厂区的一般特点及对采用GPS进行控制测量的要求

1)工业企业规模大小不一,占地面积从1 km2到30 km2～40 km2,2 km2以下的工业企业采用GPS静态定位技术,在平面控制基准引测方面具有简单、快速的优点,能较迅速的将厂区外围平面基准引测至厂区内;2 km2以上的工业企业采用GPS静态测量布设厂区测量控制网,同时还具有一定的规模效应。2)老的工业企业大多厂区分布较为零散,各厂区又各自圈围成块,障碍较多。常规测量中,为实现整体布网往往困难重重,且工作量较大,采用GPS测量技术则点位布设较为灵活,无需实现与起算基准通视,即可组网联测,工作量异常节省。3)多数工业企业受厂区布局的限制,测量控制网边长均较短,一般为300 m～400 m,同时为满足生产工艺的要求,布设的控制网点位精度要求均较高,因此目前中小工业企业厂区布设的首级测量控制网普遍采用的等级为三等(或C级)。4)厂区内建构筑物密集,允许高度截止角范围内的有效空间有限,且各种信号干扰较严重,因此对踏勘选点的要求较高,点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方,以便观测和日后使用。5)布设的高精度GPS控制点主要目的是满足企业生产改造使用需要,因此在施工区域、生产实际使用区域,必须顾及后续工作需要,点位布设时应保证与某另一GPS点通视。

3.2 工业厂区GPS测量控制网的建立

3.2.1 GPS网形设计

1)GPS网布设形式主要为点连式和边连式。2)目前GPS测量的技术设计主要依据为:CJJ 73-97全球定位系统城市测量技术规程。3)GPS网测量的主要技术要求见表1(以三等GPS测量为例)。4)根据《全球定位系统城市测量技术规程》,三等GPS网外业观测还应满足表2要求。5)根据以上要求,某工业企业布设的厂区三等GPS网形布置见图2。

在网形布设时即排定工作计划,确定时段安排表,确保平均设站数不小于2.0。

3.2.2 GPS外业观测

1)GPS外业观测必须制订合理的作业计划,实行统一调度,确保各台接收机共同接收到足够数量的信号历元。2)在工业企业进行GPS观测,由于厂区障碍较多,卫星信号遮挡严重,可根据星历预报制订每天的工作计划,选择卫星数较多、图形强度较好的时段进行观测。3)由于各种电磁信号对外业观测接收数据干扰较大,因此在外业观测过程中应控制手机、步话机等设备的使用。4)观测员外业操作时,应注意检查接收机参数配置正确,量取天线高,测量气象数据,并正确填写测量手簿。5)每天观测的外业数据应及时传输出来,并分类保存,为下一步的基线解算做好准备。

3.2.3 GPS数据处理

GPS数据处理主要划分为3个步骤:1)基线向量解算。基线向量解算主要采用GPS接收机附带的随机软件完成。通常采用的是双差固定解。2)三维无约束平差计算。三维无约束平差是在WGS84坐标系下,以控制网所在区域的中央子午线和某一点为固定点作依据,取用所有计算合格的基线进行的无约束平差,三维无约束平差和二维约束平差计算既可采用随机软件进行,也可采用专门的平差软件进行计算。3)二维约束平差计算。主要是采用三维无约束平差检验合格后的所有基线,根据采用的起算基准点进行GPS网的缩放、平移、旋转等约束平差。

4结语

使用GPS测量技术在工业企业厂区建立高等级的测量控制网,关键在于点位的选定,合理的点位设定,不仅增加网形的图形强度,同时可以有效提高接收信号的质量。只有良好有效地同步观测卫星信号历元,才能保证基线向量的顺利解算,否则不仅增加外业重测的工作量,同时大大增加内业解算的难度,并最终降低整个工程的效率,因此,对GPS点位的设定必须引起足够重视

摘要：以某工业企业厂区测量控制网的建立为例,介绍如何使用GPS测量技术在工业企业厂区建立测量控制网,并分析布点和外业观测中应注意的问题,最后简述了GPS数据处理的一般过程及简单对策。

关键词：GPS测量,采样间隔,三维无约束平差,二维约束平差

参考文献

[1]CJJ 73-97,全球定位系统城市测量技术规程[S].