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GPS技术在大型桥梁施工测量中应用分析.doc

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GPS 技术 大型 桥梁 施工 测量 应用 分析
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龙岩学院资源工程学院毕业论文题 目:GPS 技术在大型桥梁施工测量中的应用分析 资源工程学院GPS技术在大型桥梁施工测量中的应用分析【摘要】 GPS 定位技术已经逐步取代了传统的三角测量技术,成为桥梁施工平面控制网的主流建网技术。应用GPS 静态相对定位技术建立桥梁施工平面控制网具有精度高、速度快和费用省等显著优点。将GPS相对定位技术应用于桥梁的控制测量中,不仅极大的推动了GPS技术本身的发展,而且对桥梁的控制测量也具有极大的意义。本文介绍了GPS 全1球定位系统的组成, 分析了GPS 的定位原理, 以GPS技术在大型桥梁控制测量中的应用为研究对象,探讨了施测的要求和流程, 结合具体工程实例, 探讨了GPS 全球卫星定位技术建立思贤窑特大桥施工控制网的过程与方法中的应用, 系统地分析并提出GPS 桥梁施工平面控制网精度、基准、网形的优化设计方法。论述GPS 控制点选择、标石建造、GPS 观测及数据处理的方法和技术要点。从而得出了该方法使用方便且测量精度高的结论, 并推广GPS 定位技术的应用。【关键词】 GPS定位技术;控制网;静态定位;精度分析:桥梁施工目录1.绪论 ..................................................................................................................................................................31.1 GPS 技术在桥梁测量中的应用现状 .............................................................................................................31.2 当前(研究)应用存在的问题 ......................................................................................................................31.3 论文主要内容 ..................................................................................................................................................32.GPS 测量原理 ......................................................................................................................................................42.1 GPS 的组成 .....................................................................................................................................................42.2 定位原理 .........................................................................................................................................................43.GPS 技术在桥梁施工测量中的应用 ..................................................................................................................523.1 工程概况 .........................................................................................................................................................53.2 GPS 控制网网形布设与观测 .........................................................................................................................53.3 加密控制点布设埋石 ......................................................................................................................................63.4 控制网施工坐标系选择 .................................................................................................................................74.GPS 数据处理方法原则及成果分析 ..................................................................................................................84.1 平面控制网基线解算、网平差流程及精度分析 ..........................................................................................84.2 GPS 平面独立控制网异步环闭合差计算结果 .............................................................................................84.3 三维无约束平差 ...........................................................................................................................................114.4 二维约束平差 ...............................................................................................................................................114.5 平面控制网测量坐标部分成果分析及结论 ...............................................................................................125.结论与展望 .......................................................................................................................................................15致谢语 ..................................................................................................................................................................16参考文献 ..............................................................................................................................................................171.绪论随着我国经济的迅速发展,越来越多的高等级公路和大型桥梁在随之急锣密鼓的筹建之中,道路及桥梁在设计勘测和规划施工对各个方面的要求也越来越高,这就需要新型的现代化测绘技术给予支持,而GPS技术的逐渐成熟和其在交通运输领域中取得的显著成绩无疑成为各项大型工程的宠儿。桥梁工程测量是以桥梁及桥址区域内地表为实体对象,以桥梁结构和形状、地形(地貌和地物)、气象为元素而进行的观测、计算及分析研究,涵盖工程设计、施工及运营等各个阶段,具有工程范围小、测量内容广、相对精度要求高等特点。近10余年来,随着空间定位技术的发展和广泛应用,GPS 已逐步用于建立桥梁施工控制网, 并可方便地用于桥梁控制网的复测,在桥梁工程测量中的地位和重要性尤为突出,从而使桥梁工程测量迈进崭新的发展时代。1.1 GPS 技术在桥梁测量中的应用现状G P S 即全球定位系统( G l o b a lPositioning System),是美国从20世纪70年代开始研制的。在1994年全面建成后,我国测绘等部门经过近10年的使用表明,GPS 定位技术建立控制网与常规方法3相比, 具有自动化程度高、全天候、高精度、定位速度快、布点灵活和操作方便等特点,作为测量的一种新型方式目前已被广大用户所接受,给测绘领域带来一场深刻的技术革命。从上世纪80年代末以来,GPS静态相对定位就成为大型桥梁建立高精度要求的施工控制网的首选定位模式。这种迅速且精密的静态相对定位技术在大型桥梁工程中应用也解决了传统测量技术无法完成的长距离施工测量精确定位的难题。随着系统的应用开发,GPS技术已经成为桥梁施工平面控制网的主要建网技术,其技术和方法逐渐趋于成熟,为桥梁控制测量提供了先进高效的测量手段。将GPS相对定位技术应用于桥梁的控制测量中,不仅极大的推动了GPS技术本身的发展,而且对桥梁的控制测量也具有极大的意义。1.2 当前(研究)应用存在的问题GPS技术应用于大型桥梁工程中,已取得许多试验研究成果,而且有许多成功的应用实例,技术已经比较成熟,但在实际应用中还存在一些问题。现阶段桥梁施工中阻碍 GPS 技术发挥更大作用的主要原因有:( 1)复杂多变的施工现场条件对 GPS信号的接收构成显著的干扰和遮挡,使得能观测的卫星数量减少,几何图形因子变小,卫星信号变弱从而导致周跳的产生。( 2)在测量中,测量区域附近一般都是大面积水域,这对接收卫星信号的多路径效应非常严重,还会导致改正数增大。实践中,为了保证系统有效地工作,流动站和参考站之间的距离不得不减小很多。这是制约 GPS 在桥梁施工中广泛应用的一个主要因素。( 3)定位精度与观测时间之间的矛盾,尤其在施工干扰大,接收信号弱的情形下,这种矛盾更加突出。( 4)基线解算时对其选择及所设定的起点坐标不准确,会导致基线的偏差,影响到基线结算结果的正确性。( 5)桥梁工程 GPS实时连续检测系统的难以实现等,要全面解决这些问题需要 GPS 系统、接收设备等方面的发展和改进,已有赖于 GPS 现代化的实现。1.3 论文主要内容随着科学技术的飞速发展,更能适合当代交通运输需要的特大型桥梁也相继在规划建设中,而这些桥梁往往建立在地形复杂、区域广阔的地带,而利用以往的高精度测距仪、经纬仪来布设高精度要求的控制网并不能达到要求,而常规的控制网要求各控制点间必须通视,这样就无形中加大了工作量和难度。而 GPS 技术成功的运用到桥梁施工控制测量中就解决了这一工作难题。当然 GPS 涉及的面很广,值得研究的问题也很多。本论文根据大型桥梁的实际需要,并结合思贤窑特大桥的工程实例,对GPS 在大型桥梁测量施工中的应用和数据处理进行了一些探讨和分析。主要内容如下:(1)探讨 GPS 技术在桥梁控制施工中的应用及存在的问题。(2)介绍了 GPS 系统的组成及定位原理。(3)结合思贤窑特大桥工程实例,对 GPS 技术在特大型桥梁控制测量进行深入研究,包括 GPS 控制网网型的设计、加密控制点的布设与埋石、控制网的布设与观测及 GPS 数据的处理与分析。(4)对 GPS 技术在桥梁中的应用进行了总结分析并对 GPS 技术在工程施工应用中存在的问题提出有效的可行的解决方案,最后展望其在以后工程建设中的发展趋势,为下一步研究工作做准备。2.GPS 测量原理2.1 GPS 的组成GPS 整个系统由三部分组成,即空间部分、地面控制部分和用户部分。( 1) 空 间 部 分 : 由 24 颗卫星组成, 其中 21 颗为工作卫星,3 颗为备用卫星。它位于距地表20200km 的上空,均匀分布在 6 个轨道面上(每个轨道面 4 颗) ,轨道倾角为 55°。此外,还有 4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码, 一组称为 C/ A 码( Coarse/ Acquisition Code11023MHz) ;一组称为 P 码(Procise Code 10123MHz ) ,P码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。( 2) 地 面 控 制 部 分 : 地面控制部分由一个主控站,5 个全球监测站和 3 个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的4轨道和时钟参数,然后将结果送到 3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。( 3) 用 户 设 备 部 分 : 用户设备部分即 GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星,并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后,即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据,接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算,计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。以上这三个部分共同组成了一个完整的 GPS 系统。 [1]见图 2-1:图 2-1 GPS 系统的组成2.2 定位原理( 1) 伪 距 定 位 : 伪 距 定 位 所 采 用 的 观 测 值 为 GPS 伪 距 观 测 值 , 所 采 用 的 伪 距 观 测 值 既 可 以是 C/A 码 伪 距 , 也 可 以 是 P 码 伪 距 。 伪 距 法 单 点 定 位 , 就 是 利 用 GPS 接 收 机 在 某 一 时 刻 测 定 的四 颗 以 上 GPS 卫 星 伪 距 及 从 卫 星 导 航 电 文 中 获 得 的 卫 星 位 置 。 采 用 距 离 交 会 法 求 定 天 线 所 在 的 三维 坐 标 。 其 数 学 模 型 为 ρ =f( XT,X, ∆t , ε ) � 。 其 中 ,ρ 为 观 测 值 ; XT 为 测 站 位 置 参 数 ; X 为 卫 星 位 置 参 数 ;￿ ∆t 为 钟 差 ; ε 为 观 测 瞬 间 的 电 离 层 延 迟 和 对 流 层 延 迟 。 优 点 是 数 据 处理 简 单 , 对 定 位 条 件 的 要 求 低 , 不 存 在 整 周 模 糊 度 的 问 题 , 可 以 非 常 容 易 地 实 现 实 时 定 位 ; 其 缺点 是 观 测 值 精 度 低 , C/A 码 伪 距 观 测 值 的 精 度 一 般 为 3 米 , 而 P 码 伪 距 观 测 值 的 精 度 一 般 也 在30 个 厘 米 左 右 , 从 而 导 致 定 位 成 果 精 度 低 , 另 外 , 若 采 用 精 度 较 高 的 P 码 伪 距 观 测 值 , 还 存 在AS 的 问 题 。 ( 2) 载 波 相 位 定 位 : 用 载 波 相 位 测 量 进 行 相 对 定 位 一 般 是 用 两 台 GPS 接 收 机 , 分 别 安 置 在测 线 两 端 (该 测 线 称 为 基 线 ), 固 定 不 动 , 同 步 接 收 GPS 卫 星 信 号 。 利 用 相 同 卫 星 的 相 位 观 测 值 进行 解 算 , 求 定 基 线 端 点 在 WGS—84 坐 标 系 中 的 相 对 位 置 或 基 线 向 量 。 当 其 中 一 个 端 点 坐 标 已 知 ,则 可 推 算 另 一 个 待 定 点 的 坐 标 。 载 波 相 位 定 位 所 采 用 的 观 测 值 为 GPS 的 载 波 相 位 观 测 值 , 即L1、 L2 或 它 们 的 某 种 线 性 组 合 。 载 波 相 位 定 位 的 优 点 是 观 测 值 的 精 度 高 , 一 般 优 于 2 个 毫 米 ;其 缺 点 是 数 据 处 理 过 程 复 杂 , 存 在 整 周 模 糊 度 的 问 题 [3]。 3.GPS 技术在桥梁施工测量中的应用3.1 工程概况思贤窑特大桥为贵广铁路的一座特大桥,是本标段的重点主控工程,主桥采用(58.5+109.25+230+109.25+58.5)m 钢桁梁斜拉桥结构,桥上为四线铁路,左线为贵广铁路,右线为南广铁路,线间距为(4.8+5.3+4.6)m。思贤窖特大桥主桥施工区域在北江思贤窖水道,江面宽约 300米,常年来往船只较为繁忙,山体比较大而造成交通闭塞。本工程的特点是工期紧、任务重、重难点5工程多、技术标准高、特别对测量精度要求更高。其测量施工控制难点有:( 1) 主桥为斜拉钢桁梁结构其空间结构位于宽阔水面的高空,所以在测量中这对接收卫星信号的多路径效应非常严重,还会导致改正数增大,误差构成中的外界环境影响较大。( 2) 由于斜拉桥跨径大,这就对控制网的精度要求很高,其高程传递精度要远高于普通跨河水准测量精度,一般不能低于二等水准精度。( 3) 控制网需根据施工进度分期建网,以满足不同施工阶段的控制要求。控制点使用频繁,数据采集量大,观测周期长,这也导致了定位精度与观测时间之间的矛盾。由于地形条件复杂多变使桥梁 GPS 实时连续检测系统难以实现等。3.2 GPS 控制网网形布设与观测应 用 GPS 卫 星 定 位 技 术 建 立 控 制 网 与 其 它 方 法 相 比 在 设 计 控 制 网 类 形 及 选 定 控 制 点 点 位 等 方面 具 有 许 多 优 越 性 和 灵 活 性 。 GPS 控 制 网 在 网 形 设 计 前 , 应 首 先 根 据 任 务 书 的 目 的 、 用 户 需 求 、技 术 指 标 等 各 项 要 求 , 结 合 测 区 实 际 情 况 进 行 网 形 设 计 。在 网 形 方 面 ,桥 梁 三 角 网 必 须 具 有 足 够 的 图 形 强 度 ,以 保 证 控 制 测 量 达 到 规 定 的 精 度 ,因 此 规定 :三 角 形 的 求 距 角 不 小 于 30°,困 难 情 况 不 宜 小 于 24°;另 一 方 面 ,为 了 利 用 施 工 控 制 点 采 用 经纬 仪 前 方 交 会 法 进 行 水 中 桥 墩 的 精 确 定 位 ,则 规 定 :同 岸 相 邻 GPS 点 之 间 边 长 一 般 应 为 桥 轴 线 长度 的 0. 7~ 0. 8 倍 ,困 难 条 件 下 不 应 小 于 0. 5 倍 。 [7]GPS桥 梁 平 面 控 制 网 应 按 下 列 具 体 要 求 进行 布 设 。(1)桥 梁 GPS网 一 般 应 通 过 独 立 基 线 构 成 闭 合 图 形 ,所 有 控 制 点 均 由 同 步 环 或 异 步 环 相 联 ,并组 成 空 间 三 角 形 和 空 间 大 地 四 边 形 以 加 强 网 的 几 何 结 构 强 度 。 网 中 不 应 存 在 自 由 基 线 (自 由 基 线不 具 备 发 现 粗 差 的 能 力 ) ,某 一 闭 合 条 件 中 的 基 线 数 不 可 过 多 ,避 免 导 致 各 边 中 粗 差 在 求 闭 合 差时 相 互 抵 消 ,不 能 起 到 发 现 粗 差 的 作 用 。(2)桥 轴 线 一 般 是 控 制 网 中 的 一 条 边 ,以 利 于 提 高 精 度 。(3)网 中 各 点 最 好 至 少 应 通 过 三 条 独 立 基 线 ,以 保 证 检 核 条 件 ,提 高 网 的 可 靠 性 ,使 网 的 精 度 、可 靠 性 较 均 匀 。 每 个 控 制 点 应 独 立 观 测 至 少 两 个 时 段 。(4)由 于 桥 轴 线 上 的 控 制 点 将 随 着 施 工 的 进 程 而 导 致 不 是 视 线 受 阻 ,就 是 点 位 被 清 除 ,为 此 ,建 网 的 主 导 思 想 是 尽 速 将 桥 轴 线 任 一 端 点 的 坐 标 与 方 位 传 递 至 大 致 平 行 桥 轴 线 上 、 下 游 两 岸 所 布设 的 点 位 稳 定 、 精 度 高 的 平 面 控 制 网 。 [5]根 据 上 述 要 求 及 本 次 工 程 的 基 本 概 况 可 知 , 思贤窖特大桥主桥施工范围内设计院提供的控制点有 2 个:第一个点为 CPII(C 级)GPS 点,位于思贤窖下游的西岸大桥 DK769+682.6m 左侧 378.49m 处的北江大堤上,点号为 CPII209;第二个点为 CPI (B 级)GPS 点,位于思贤窖下游的东岸大桥DK770+688.44m 左侧 593.8m 处的江根村北江大堤上,点号为 CPI082,均为平面与高程共桩,高程为二等水准点。为确保思贤窖特大桥主桥施工质量,保证施工测量的精度,建立思贤窖特大桥主桥平面独立控制网。为了保证网形分布的几何强度故在思贤窖西岸里程 DK770+278.80 阁美村北江大堤上埋设 A点, 在东岸 DK770+849.8 江根村北江大堤位置埋设 B 点,在东岸主桥 DK770+863 左侧 274 米的江根村北江大堤房顶上埋设 C 点,在西岸里程 DK770+063 左侧 263 米阁美村北江大堤上埋设 D 点,在西岸DK770+173 右侧阁美村北江大堤上埋设 E 点,A-B 点都位于思贤窖特大桥轴线上,C、D 点位于主桥轴线左侧,E 点位于主桥轴线右侧。由 A、B、C、D、E 点及 CPI082、CPII209 组成 GPS 网进行测量平差,其构网方式如下图:6图 3-1 思贤窑特主桥大桥独立控制网构网方式3.3 加密控制点布设埋石桥 梁 GPS控 制 网 选 点 时 应 根 据 测 量 任 务 的 目 的 和 测 区 范 围 、 精 度 及 密 度 要 求 等 , 为 保 证 观 测 质量 应 充 分 收 集 和 了 解 测 区 的 基 本 概 况 , 从 而 选 择 最 佳 的 GPS点 的 点 位 。 在 选 定 GPS点 点 位 时 应 注意 以 下 几 点 。( 1) 桥 梁 GPS网 点 尽 量 与 原 有 的 地 面 高 精 度 控 制 网 点 相 重 合 , 以 便 可 靠 地 确 定 GPS网 与 地 面网 之 间 的 坐 标 转 换 。 控 制 点 应 便 于 发 展 , 以 考 虑 便 于 用 其 它 测 量 手 段 联 测 和 扩 展 , 为 了 提 高 网 点的 精 度 与 可 靠 度 , 不 允 许 出 现 支 点 。( 2) 点 位 周 围 应 便 于 安 置 接 收 设 备 、 视 野 开 阔 的 位 置 , 视 场 内 周 围 障 碍 物 的 高 度 角 一 般 应 小于 15°, 以 避 免 GPS信 号 被 吸 收 或 遮 挡 。( 3) 点 位 应 远 离 大 功 率 无 线 电 发 射 源 ( 如 电 视 台 、 电 台 、 微 波 站 等 ) 其 距 离 不 少 于 200m,远 离 高 压 输 电 线 , 其 距 离 不 得 少 于 50m, 以 避 免 电 磁 场 对 GPS信 号 的 干 扰 。( 4) 点 位 附 近 不 应 有 大 面 积 水 域 或 不 应 有 强 烈 干 扰 卫 星 信 号 接 收 的 物 体 , 以 减 弱 多 路 径 效 应的 影 响 。( 5) 点 位 应 按 技 术 设 计 进 行 踏 勘 , 选 在 交 通 方 便 的 地 方 , 以 提 高 作 业 效 率 ,方 便 施 工 测 量 ,按 要 求 实 地 选 点 定 位 , 并 选 在 地 面 基 础 坚 固 的 地 方 , 以 便 于 保 存 。 [5]此 外 , 为 了 能 够 保 证 所 选 择 的 控 制 点 能 兼 顾 整 座 大 桥 及 其 附 属 设 施 的 放 样 与 检 核 及 其 后 续 的一 些 施 工 测 量 工 作 ,GPS网 控 制 点 应 该 尽 可 能 的 沿 着 大 桥 的 主 轴 线 进 行 选 取 ,并 且 要 确 保 桥 梁 主 轴线 的 两 侧 的 控 制 点 不 少 于 3个 .同 侧 控 制 点 间 的 距 离 最 好 在 300~ 500m的 范 围 内 .同 时 注 意 控 制 点与 主 要 放 样 建 筑 物 的 几 何 图 形 强 度 。 有 时 还 需 要 考 虑 点 位 附 近 的 通 讯 设 施 、 电 力 供 应 等 情 况 , 以便 于 各 点 之 间 的 联 络 和 设 备 用 电 。 在 利 用 旧 点 时 , 应 检 查 标 石 的 完 整 性 和 稳 定 性 , 以 及 觇 标 是 否安 全 可 用 进 行 检 查 , 符 合 要 求 方 可 利 用 。 点 位 选 定 后 , 不 论 是 新 点 或 旧 点 , 均 应 按 规 定 绘 制 点 之7记 , 选 点 工 作 结 束 后 , 要 编 写 选 点 工 作 总 结 。3.4 控制网施工坐标系选择在 桥 梁 工 程 勘 测 阶 段 ,勘 测 坐 标 系 通 常 不 能 满 足 应 用 要 求 , 由 于 控 制 测 量 精 度 要 求 高 , 必 须 建立 桥 梁 施 工 坐 标 系 这 样 可 有 效 地 消 除 或 削 弱 长 度 投 影 变 形 的 影 响 。 桥 梁 施 工 坐 标 系 就 是 GPS 平面 控 制 网 的 基 准 ,包 括 位 置 基 准 、 方 位 基 准 和 尺 度 基 准 。 位 置 基 准 一 般 由 给 定 的 起 算 点 坐 标 确 定 ;方 位 基 准 一 般 由 给 定 的 起 算 方 位 值 或 GPS 基 线 向 量 的 方 位 确 定 ;尺 度 基 准 可 由 两 个 以 上 的 起 算 点间 的 距 离 确 定 ,或 由 GPS 基 线 向 量 的 长 度 确 定 。 为 保 持 与 勘 测 坐 标 系 的 协 调 性 和 兼 容 性 ,施 工 坐标 系 的 位 置 基 准 和 方 位 基 准 一 般 应 采 用 勘 测 坐 标 系 中 的 控 制 点 坐 标 及 其 方 位 角 值 ,也 可 采 用 桥 址中 线 及 其 里 程 确 定 (可 称 为 桥 址 里 程 坐 标 系 ) 。 [7]思贤窖特大桥独立平面控制网测量的坐标系统与设计相同,即:平面坐标系统采用施工坐标系,形式为任意带高斯投影平面直角坐标系,参考椭球为WGS-84 椭球,椭球参数为:长半轴 a=6378137 米,扁率 f=1/298.257223563。坐标系中央子午线精度112°30′00″;投影面大地高:15 m。3.5 GPS 控制网现场施测要求及流程表 3-1 各级 GPS 测量作业的基本技术要求级 别项 目 B C D E卫星高度角(°) ≥15 ≥15 ≥15 ≥15有效卫星总数 ≥5 ≥4 ≥4 ≥4时段中任一卫星有效观测时间(min) ≥30 ≥20 ≥15 ≥15时段长度(min) ≥90 ≥60 ≥45 ≥45观测时段数 ≥2 1~2 1~2 1~2数据采样间隔(S) 15~60 15~60 15~60 15~60静态测量PDOP 或 GDOP ≤6 ≤8 ≤10 ≤10由表 3-1 可知,GPS 控制网在满足上述基本技术要求的情况下还应按规定的技术要求进行观测。当然在实际外业观测过程中, 为确保 GPS 测量外业原始数据的观测质量及精度,在观测前制定科学而严谨的观测方案是必不可少的。平面控制网测量前首先进行了现场勘查,检查标石的完好性,经现场勘查思贤窑特大桥两头有 CPII209 和 CPI082 两个控制点。点间距 1029m,点位布设均匀,桩点保存完好。作业方法、精度指标、使用仪器均按 C 级 GPS 网的要求进行。桥梁 GPS 施工控制网通常使用 4 台 GPS 接收机,做为一个同步同时的静态相对定位模式进行观测 , 观测严格执行调度计划,按规定时间进行同步观测作业。 本文工程实例为思贤窑大桥,有效观测卫星数≥4 颗, 时段长度应大于等于 60 分钟,如果有的点不搬站, 则不关机,以保证尽可能长的时段长度。在施工测量中独立网同步观测时段数为 1,每时段观测时间根据规范要求,卫星的高度角应大于等于15°,其时间长短,由基线的长度决定,基线长小于 20km 时,观测时间取 90 分钟为宜,数据采集间隔为 10-60 秒,一般采用 15 秒。全网的同步观测时间均应安排在每天的最佳观测时段,每时段最少跟踪 5 颗卫星,精度因子 PDOP 值均小于 8。作业前,对 GPS 观测系统光学对点器进行检校,以保证正常的工作状态 GPS 观测记录格式按《GPS 规程》有关规定执行,每时段观测前后各量取天线高各一次,读至 1mm,两次量测较差均不大于2mm,取平均值作为最终结果。作业时段及观测时间安排应按预先编制的作业计划/调度表执行。保证接收机、天线、电缆、电池等情况能正常完成工作,当遇到温差大且潮湿天气,如果天线的密封性不好就可能进水,这样会造成信噪比变小,影响观测精度。在观测过程中,在测站上,天线严格整平对中,选择精密对点器对仪器进行对中,精度不得大于1mm,天线固定标志大致朝北。为保证数据全面且详细,应记录每个测站点的详细信息并将当天的观测8数据加以整理及时的传输并保存到电脑中。整个过程应自始至终有人值守, 并经常检查有效卫星的历元数是否符合要求,否则及时通知其它几台仪器, 选择最佳观测时段并延长时段时间, 以保证观测精度,最后观测记录应按要求录入观测手簿并填写齐全完整。4.GPS 数据处理方法原则及成果分析4.1 平面控制网基线解算、网平差流程及精度分析GPS 平面控制网的内业数据处理主要包括基线向量解算和网平差两大部分。平面控制网基线解算采用广播星历,按仪器制造商提供的 LGO6.0 软件按静态相对定位模式进行。解算时按软件缺省设置(卫星截至高度角为 13 度,星历采用广播星历,解算类型为固定,基线最少观测时间为 120 秒等)进行。对于 GPS 数据处理的软件目前基本上采用厂商随机提供的商用软件和经过系统测试得到认可的高性能专业软件。广播星历软件和随机商用软件大多用于解算基线长度不大于 10 km 的桥梁 GPS 施工控制网中,精度能满足其要求。对于解算长度大于 10km 的基线或者达不到精度要求时,应考虑选择精密星历和更加专业的软件来进行基线的解算。外业观测结束后首先对观测基线进行处理和质量分析并校核其准确性,检查基线质量是否符合规范要求。删除工作状态不佳的卫星数据,在卫星残差图上观察某个卫星在某段时间内的残差是否过大且有明显的系统误差,删除该时间段,不让其参与平差。见图 4-1:图 4-1 剔除无效历元对所有基线进行解算并进行精度分析后,在约束平差时对基线进行选取,组成独立环进行平差。GPS 独立基线的选取应符合下列基本原则: ( 1) 所选取的基线应构成闭合的几何图形。( 2) 选取质量好的基线向量,可依据 RMS (观测值解的均方根误差) 、RA TIO(标准差比率) 、环闭合差和重复基线差来判断。( 3) 构成环的边数不要太多,尽量构成三角形或四边形。( 4) 尽量取边长较短的基线向量。( 5) 各时段的重复基线要少取。GPS 平面控制网采用 COSAGPS 后处理软件进行平差处理,平差包括三维无约束平差和二维约束平差,平差数据采用基线向量的双差固定解进行。4.2 GPS 平面独立控制网异步环闭合差计算结果基线向量异步环闭合差是检验基线向量网质量的一项重要技术指标,当满足限差要求时,能说明组成基线向量网的所有基线解算质量合格、成果可靠。按《全球定位系统(GPS)铁路测量规程》要求在计算基线向量时,除根据一定的指标对计算结果进行检查外,GPS 测量控制网中误差的精度指标应符合表 4-1 的规定表 4-1 GPS 测量精度指标9控制网级别 基线边方向中误差 最弱边相对中误差CPI ≤1.3″ 1\170000CPII ≤1.7″ 1\100000各级 GPS 控制网测量的主要精度和技术指标应符合全球定位系统(GPS)铁路测量规程和表 4-2 的规定表 4-2 GPS 测量的精度指标级别 B C D Ea(mm) ≤8 ≤10 ≤10 ≤10b(mm/km) ≤1 ≤5 ≤10 ≤20注:a——固定误差(mm) ;b——比例误差系数。各级 GPS 网相邻点间弦长精度用下式表示: 2)(db式中 σ——中误差(mm) ;d——相邻点间距离(km)一般还进行以下几项检核:① 同步多边形闭合差的检查n 边形环闭合差应满足:WX = Xi  — nWy = Yi  — Wz = Zi  — W =  2zy2x 为相应级别规定的观测精度(按平均边长算)② 重复观测边的检查同一条边任意两个时段的结果互差应小于 GPS 接收机标称精度的 2 倍。③ 非同步观测多边形闭合差的检查GPS 控制基线向量网所有异步环闭合差应符合下式规定:Wx≤3 *σnWy≤3 *σWz≤3 *σW≤3 *σn3n 为闭合环边数,σ 为标准差,即基线向量弦长中误差(mm)。经软件计算可得到 GPS 平面独立控制网异步环闭合差计算结果,如下成果分析表。闭合环号:1线路点号: B A CPI082 环总长度= 1901.8866(m) 相对闭合差= 0.22(ppm)
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