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利用GPS和全站仪进行平面控制测量的精度比较和分析.rar

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    编号:20180915222317122    类型:共享资源    大小:120.09KB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    利用 GPS 全站仪 进行 平面 控制 测量 精度 比较 分析
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    编号:10009410408南阳师范学院 2014 届毕业生毕业论文(设计)题 目: 利用 GPS 和全站仪进行平面控制测量的精度比较和分析完 成 人: 杨 鹏 班 级: 2010-04 学 制: 4 年 专 业: 测绘工程 指导教师: 杨 杰 完成日期: 2014-03-31 目 录摘要: ....................................................................................................................................................(1)0 引 言 ..................................................................................................................................................(1)1 工作原理 .........................................................................................................................................(1)2 工作方法及流程 .........................................................................................................................(2)2.1 GPS 在平面控制测量中的工作方法及流程 ...................................................................(2)2.1.1 GPS 外业操作 ..................................................................................................................(2)2.1.2 内业处理 ..........................................................................................................................(3)2.2 全站仪在平面控制测量中的工作方法及流程 ...............................................................(4)3 工程实例 ..........................................................................................................................................(4)3.1 测量前的准备工作 .................................................................................................................(4)3.2 导线测量的外业工作 .............................................................................................................(5)3.2.1 踏勘选点 .........................................................................................................................(5)3.2.2 导线边长测量 ...............................................................................................................(6)3.3 导线内业计算 ........................................................................................................................(6)4 精度要求以及精度分析 .......................................................................................................(10)4.1 GPS 和全站仪在平面控制测量中的精度要求 .............................................................(10)4.2 利用 GPS 和全站仪在平面控制测量中的精度分析 ..................................................(11)5 结束语 ............................................................................................................................................(13)参考文献 ............................................................................................................................................(13)Abstract ...............................................................................................................................................(14)第 0 页 (共 14 页)利用 GPS 和全站仪进行平面控制测量的精度比较和分析作 者:杨 鹏指导老师:杨 杰摘要:通过利用 GPS 和全站仪进行平面控制测量,利用闭合导线测量来对其精度比较和分析。首先介绍了 GPS 和全站仪的工作原理,利用 GPS 差分技术来完善 GPS 定位功能,全站仪则通过测距和测角来测量出导线的边长和坐标方位角。阐述了 GPS 和全站仪在平面控制测量的工作方法,利用 GPS 和全站仪分别测量出所测的控制点坐标。通过工程实例进行论证,选择一个适宜测量的地区对其进行闭合导线测量从而对其数据进行对比分析,再通过所测数据对导线闭合差以及坐标方位角、限差进行对比分析。通过本次研究为以后平面控制测量提供了重要的依据,也为以后工程测量提供了可靠的理论依据。关键词:GPS;全站仪;工作原理;工作方法;平面控制测量0 引 言随着科学技术的发展,在进行平面控制测量中所用到的方法也越来越多,而对于利用 GPS 和全站仪两种方法进行平面控制测量的精度比较与分析却没有具体的措施,随着技术要求逐渐提高精度要求也随之上升。因此,在进行平面控制测量中对于精度的要求也是测量中所必不可少的,为方便以后平面控制测量中所用的方法更加精确,这是本文研究的意义。利用 GPS 在平面控制测量中通常采用静态相对定位技术,也就是至少有两台 GPS 接收机同时观测,经处理后可以精确获得两点的三维坐标差,根据其中一点的坐标可推算出另一点的坐标。由于静态相对定位技术将在相当广泛的范围内逐步地取代以往的常规测量方法并广泛应用于平面控制测量中。利用全站仪进行平面控制测量的方法已得到广泛的应用,运用全站仪进行导线测量并根据相应的精度和限差来进行测量。1 工作原理GPS 导航系统的基本原理 [1]是利用差分技术来完善 GPS 定位功能。差分GPS 定位技术是用 2 台或 2 台以上的 GPS 接收机同时接收卫星信号,其中一台第 1 页 (共 14 页)安置在已知坐标点上作为基准站(基准站可安置在任意位置),其他的用来测定未知的坐标。工作原理是基准站根据改正点的准确坐标求出到卫星的距离的改正数并将这一改正数发给移动站,移动站接收到这一改正数来改正其定位结果。全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器,与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换位光电扫描度盘,将人工光学测微读书代之以自动记录和显示读数,使测角操作简单化,且可避免读书误差的产生。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能,以及数据通讯功能,进一步提高了测量作业的自动化程度。全站仪的工作原理分测角原理和测距原理。测量就是利用了数学的平面几何、立体几何,结合测距数据测算其它边的距离、及相关角度。测角和测距程序内部主要应用到微分和积分等知识。 测角部分采用“角度度盘+角度传感器”获得角度的数字化数据;测距部分与光电测距仪完全相同,而且大多采用电磁波测相技术实现的。2 工作方法及流程2.1 GPS 在平面控制测量中的工作方法及流程GPS 在平面控制测量中通过其定位技术 [2]来测出控制点的三维坐标,通过三维坐标即可知道控制点间的作业前先做技术设计,内容包括起算数据、网的等级和精度、作业布网形式及选点标石埋设、仪器精度及数量、主要技术要求、调度安排等。2.1.1 GPS 外业操作外业出发前先对主机的测量模式(设为静态) 、采样间隔、卫星截止角进行统一设置 [3]。以下是某个单测站的操作:(1)安装仪器。先把基座对中、整平,然后安装上接收天线。安置仪器的步骤:首先,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上述的条件,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。其次,小心打开仪器箱,取出基座及对第 2 页 (共 14 页)中器,将其安放在脚架上,在测点上对中、整平基座。再次,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。测量天线高,一般要求在三个方向分别量取三次,取平均作为测前天线高,三次读数的互差有规定,多数规范要求不超过 3mm。用电缆连接主机与天线(如果是主机天线一体化的接收机,此步骤免除) 。(2)开机。(3)填写外业观测手簿。包括点名、点号、观测者、日期、开机时间、天线高、时段号、同一时段的其它控制点等等内容。 (4)观察接收状态。在接收机工作期间,要不定时察看,看接收机状态是否正常,特别时开机后几分钟,看数据记录指示灯是否正常。在这过程中,要防止无关人员及牲畜在仪器附近走动。观测过程中的任何异常情况都要记录在手簿中。(5)关机。观测时间到或者收到小组长的结束观测指示后,先关闭接收机电源,然后再次量取天线高。把关机时间及测后天线高填入手簿。 (6)收仪器。导出数据:任何仪器商都会提供数据下载软件,按照说明书操作即可。在下载数据前,应在电脑中建立专门文件夹,以便储存数据。2.1.2 内业处理(1)数据传输 。打开灵锐助手,连接电脑和仪器后,灵锐助手软件界面出现发现灵锐接收机点导入采集文件,在弹出的界面里会显示出机器内的观测数据文件,在目标目录里输入数据保存的位置,选择要传输的观测数据文件(前打√) ,输入点名(必须是四位数) 、天线高、观测时段,然后点确定。依次把所有仪器的数据传输到电脑里。(2)数据处理新建工程→打开南方测绘 GPS 后处理程序,文件→新建(输入项目名称、负责人、坐标系、控制网等级) ,点确定。 (3)数据输入。数据输入→增加观测数据文件,打开观测数据保存的文件,全选→确定;数据输入→坐标数据录入,选择已知点点名后,输入对应的坐标后点确定。(4)剔除无效卫星信号。点击左边框里的“观测数据文件”前面的加号,这样会展开所有的观测数据文件,双击一个观测文件,点,按住鼠标左键拖拉圈住图重历元中断的地方,即可剔除无效历元。点可恢复剔除历元。第 3 页 (共 14 页)(5)基线处理。基线解算→全部解算,这样在网图显示里,所有处理格的基线就为红色。不合格为灰色。如果不合格需要重新解算,具体操作见说明书。(6)处理平差,平差处理→自动处理→网平差计算(处理完后检查异步、同步环是否都解算合格。基线简表里检查每条基线的中误差以及成果里的二维单位权中误差,值越小越好) 。(7)成果输出。 2.2 全站仪在平面控制测量中的工作方法及流程 控制点的选取 [4],直接关系到我们进行下一步碎部测量,控制点选择适当,缩短了碎部测量的操作过程,提高了工作效率;相反,会影响碎部点采集效率。在选择控制点时,尽量选择在视野开阔、地面平整、不影响交通、不易被破坏的地段。点位选择完成后,绘制点之记草图,并根据顺序编制点号。本次作业中,选择拓普康系列全站仪,用测回法观测水平角,并记录相邻两点间的水平距离,采用对向观测,尽量减少或避免大气折光的影响。仪器操作人员要注意操作的规范性,对中、整平要力求熟练、精确,尽量减少人为误差的影响,转动度盘时,要保持向同一方向转动,减少隙动差的影响。观测时,及时提醒司尺人员,根据觇标倾斜的位置进行校正,并尽量照准觇标的根部,用十字丝的单丝平分觇标,在条件不允许的情况下,用双丝卡住觇标读数。因平面控制测量的角度误差据有相关性,每一站的误差都直接影响最后的观测结果,一般情况下,只要人为误差控制得当,最后的测量精度都是比较令人满意的。全站仪在平面控制测量当中主要在控制测量测量当中测量两点间的距离以及坐标方位角,从而为内业计算求解出坐标增量以及角度闭合差;全站仪测出两点间的边长方位角和角坐标增量;在交会点的计算(前方交会,后方交会等)中也得用到全站仪进行相应的测量。3 工程实例为了分析 GPS 和全站仪两种仪器在平面控制测量中进行精度分析,可以通过闭合导线测量来讨论出结果。第 4 页 (共 14 页)3.1 测量前的准备工作 (1)控制测量资料包括成果表、点之记、展点图、路线图、计算说明和技术总结等。收集资料时要查明施测年代、作业单位、依据规范、平高系统、施测等级和成果的精度评定。成果精度指三角网的高程、测角、点位、最弱边、相对点位中误差;水准路线中每公里偶然中误差和水准点的高程中误差等。收集的地形图资料包括测区范围内及周边地区各种比例尺地形图和专业用图,主要查明地图的比例尺、施测年代、作业单位、依据规范、坐标系统、高程系统和成图质量等。如果收集到的控制资料的坐标系统、高程系统不一致,则应收集、整理这些不同系统间的换算关系。(2)收集合同文件、工程设计文件、业主(监理)文件中有关测量专业的技术要求和规定。(3)准备相应的规范:《城市测量规范》 、 《国家一、二等水准测量规范》 、《国家三、四等水准测量规范》 、 《水利水电工程施工测量规范》 。(4)了解测区的行政划分、社会治安、交通运输、物资供应、风俗习惯、气象、地质情况。例如了解冻土深度,用以考虑埋石深度;雾季、雨季和风季的起止时间,封冻和解冻时间,以确定适宜的作业月份。3.2 导线测量的外业工作选取一块适宜的测区,首先可以利用 GPS 通过相对定位测量出控制点的三维坐标并记录下来,通过运用测量结果来测出导线测两点之间绘制计算草图,在表内填写已知数据和观测数据。3.2.1 踏勘选点 在踏勘选点之前 [5],先查看测区原有的地形图、高级控制点的所在位置、已知数据(点的坐标与高程)等。在图上规划好导线的布设线路,然后按规划线路到实地去踏勘选点。现场踏勘选点时,应注意下列各点: (1)相邻导线点间通视良好,以便于角度测量和距离测量。如果采用钢卷尺量距,则沿线地势应较平坦,没有丈量的障碍物。 (2)点位应选在士质坚实并便于保存之处。 第 5 页 (共 14 页)(3)在点位上,视野应开阔,便于测绘周围的地物和地貌。 (4)导线边长应按有关规定,最长不超过平均边长的 2 倍,相邻边长尽量不使其长短相差悬殊。 (5)导线点在测区内要布点均匀,便于控制整个测区。 (6)导线点应避免选在影响交通的道路上。 导线点位选定以后,在泥土地面上,要在点位上打一木桩,桩顶上钉一小钉,作为临时性标志。在碎石或沥青路面上,可以用顶上凿有十字纹的大铁钉代替木桩。在混凝土场地或路面上,可以用钢凿凿一十字纹,再涂红漆使标志明显,也可以直接用红漆或涂改液标注。 导线点应分等级统一编号,以便于测量资料的管理。导线点埋设以后,为了便于在观测和使用时寻找,可以在点位附近房角或电线杆等明显地物上用红漆标明指示导线点的位置。每一个导线点的位置,应画一草图,并量出导线点与邻近明显地物点的距离(称为“撑距” ) ,注明于图上,并写上地名、路名、导线点编号等,该图称为导线点的“点之记” 。3.2.2 导线边长测量 导线边长可以用检定过的钢尺用往返丈量的方法进行丈量 [6],也可用光电测距仪或电子全站仪测量导线的边长。导线的转折角是在导线点上由相邻两导线边构成的水平角。导线的转折角分为左角和右角,在导线前进方向左侧的水平角称为左角,右侧的称右角。在导线转折角测量时,可以测量左角或右角。图根导线的转折角可以用 DJ6 级经纬仪观测一测回。3.3 导线内业计算 导线测量内业计算主要是计算导线点的坐标 [7]。在计算之前,应全面检查导线测量的外业记录,有无遗漏或记错,是否符合测量的限差要求。然后绘制导线略图,在图上注明已知点(高级点)及导线点点号、已知点坐标、已知边坐标方位角及导线边长和角度观测值。进行导线计算时,应利用科学式电子计算器,计算在规定的表格中进行。数值计算时,角度值取至秒,长度和坐标值取至毫米。按外业测量的记录数据进行导线测量内业计算,计算时应注意导线的角度闭合差与全长相对闭合差在允许范围内。若闭合差在允许范围内,调整第 6 页 (共 14 页)nfif左后前 180-右后前 ABDyBAyxxsinco1802-n-)(测理测 f测测 xxf-闭合差,算出各导线点的平面坐标。导线测量内业计算表中进行,也可编制计算程序或利用 Excel 表进行计算。 计算角度闭合差:(1)角度容许闭合差的计算若 容,则:角度测量符合要求,否则角度测量不合格,则(1)对计算进行全面检查,若计算没有问题,(2)对角度进行重测(3)调整角度闭合差,并计算改正后的角度: 改正后角度等与测量角度与角度改正数之和。角度改正数: (n—测角个数) (2)角度改正数计算,按角度闭合差正负号平均分配。(4)按调整后的角度推算各边的方位角(3)(4)  前、  后表示导线前进方向的前一条边的坐标方位角和与之相连的后一条边的坐标方位角。 左为前后两条边所夹的左角,  右为前后两条边所夹的右角。(5)计算坐标增量(5) (6) 坐标增量的符号取决于相邻边的坐标方位角的大小理论上: 0理(7)(8)第 7 页 (共 14 页)理测 yyf测xf测yf(9) 实际上:(10)(11)坐标增量闭合差可以认为是由导线边长测量误差引起的 [8];测量出控制点间的距离和角度后,即可测量出闭合差、坐标增量等数据。当运用全站仪测量时就可以运用相对定位测出。一切准备工作就绪之后,分别运用两种仪器进行平面控制测量。运用 GPS 进行相对定位技术来测量出控制点的三维坐标,通过空间相对位置来求出坐标方位角以及闭合差。在运用全站仪就可直接测出两控制点的边长以及坐标方位角,不过要进行反复测量以确定其数据的准确性。通过两种仪器测出数据如表 1、表 2 所示:表 1 GPS 所测控制点坐标坐 标 X(m) Y(m) Z(m)A 3650387.643 49653.645 120.000B 3650347.366 49756.146 119.578
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