文档介绍：GPS三维技术在工程测量中的应用
摘要:随着GPS相对定位技术的不断发展和定位精度的不断提高,GPS定位给传统定位技术提出了挑战。GPS定位与传统定位相比,优点是显而易见的,如在一个测站跨越距离上,优点不仅表现在平面上,还表现在高程上。因此,对于低等级的水准测量,完全可以用GPS来代替,特别是在起伏比较大的地区,跨度不易太大,效果会更好。本文根据GPS测量的基本原理,介绍了GPS三维测量技术的应用方法,并根据实测资料分析了GPS在工程测量中的优点,探讨了GPS三维技术在工程测量方面的应用前景。
关键词:GPS;三维技术;水准测量;精度
利用GPS进行定位,其基本原理就是把定位卫星视为“飞行”的控制点,在已知其瞬时坐标的条件下,以定位卫星和用户接收机天线之间距离为观测量,进行空间距离后方交会,从而确定用户接收机天线所处的位置。
GPS相对定位
利用GPS进行定位,可以有多种方式,按接收机所处的状态,可分为静态定位和动态定位;按参考点的位置,可分为单点定位和相对定位。这里只讲讲相对定位问题。
GPS相对定位是目前GPS测量中精度最高的一种定位方法,已广泛应用于大地测量、精密工程测量等领域中。相对定位的原理是:用两台接收机分别安置在基线的两端,并同步观测同一GPS卫星,以确定基线端点在协议地球坐标系中的相对位置或基线向量。基于这一原理,该方法可以推广到将多台接收机安置在若干条基线的端点,通过同步观测同一GPS卫星以确定多条基线向量。由于在两个观测站或多个观测站同步观测相同卫星的情况下,卫星的轨道误差,卫星钟差,接收机钟差以及电离层和对流层的折射误差等对观测量的影响具有一定的相关性,所以,利用这些观测量的不同组合进行相对定位,便可以有效地消除或减小上述误差的影响,从而提高相对定位的精度。以上消除观测误差的做法,类似于测量平差理论。
数据处理
GPS观测数据需经过特殊的数学处理,才能成为可用的成果。由于GPS测量获得的观测量为世界坐标系坐标,而我们常用的是平面坐标系坐标+正高基准,因此,数据处理的目的是将世界坐标转换到当地参考系的平面坐标和高程,在这个处理过程中,要完成平差、转换、投影3个环节。目前常用的数据处理方法有空间强制符合法、空间平差空间转换法等。
GPS观测数据经转换、平差等数学处理后,可得到两点间的基线向量及高精度的大地高差。如果已知一点的大地高,即可求得全网各点的大地高。大地高是以椭球面为基准的高程系统,其定义为由地面点沿该点的椭球法线到椭球面的距离。但是,目前常用的高程,是以铅垂线和水准面为依据的水准测量得来的,所以,在实际工程中,一般不采用大地高系统,而采用正高系统或正常高系统。正高和正常高的相互关系如下:
H大地高=H正高+N
H大地高=H正常高+ζ(1)
式中:N为大地水准面差距;ζ为高程异常。
由于GPS水准测量得到的是地面点的大地高,而通常的测量工作需要的是正高,因此,为了得到一个点的正高,除了要观测该点的大地高以外,还需要知道该点的大地水准面差距。实际上,正高是不可能精确求出的。我国的国家高程系统为正常高系统,它与正高系统非常接近,在实际中,正高是能严格和精确求定的,因此,为了得到某点的正常高,须知道该点的大地高和高程异常。
计算