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        工程測(cè)量中應(yīng)用GPS控制測(cè)量平面及高程精度控制建議

        2018-05-14 12:09:02孟芳
        科技風(fēng) 2018年14期
        關(guān)鍵詞:工程測(cè)量

        摘要:GPS(Global Positioning System)是全球定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱,它最開始是美國(guó)國(guó)防部為達(dá)到軍事上的精密導(dǎo)航而設(shè)計(jì)的高精度衛(wèi)星定位系統(tǒng)。它具備高效率、全方位、多功能、抗干擾等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),目前已被世界各國(guó)在不同領(lǐng)域所應(yīng)用。GPS技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用是一項(xiàng)重大技術(shù)革命,本文對(duì)影響GPS高程精度的要素進(jìn)行分析,并就如何對(duì)高程精度進(jìn)行控制提出對(duì)策,希望對(duì)相關(guān)行業(yè)工作者提出參考性建議。

        關(guān)鍵詞:GPS;衛(wèi)星定位系統(tǒng);工程測(cè)量;高程精度

        1 概述

        自上世紀(jì)七八十年代以來,GPS技術(shù)最先在美國(guó)被研發(fā)出來,經(jīng)過快速的發(fā)展,到九十年代已被全世界范圍內(nèi)應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。該技術(shù)主要由三部分構(gòu)成,即空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及用戶設(shè)備。其定位功能主要是通過衛(wèi)星系統(tǒng)接收來自衛(wèi)星發(fā)出的無線電信號(hào)完成的,不僅能為軍事、國(guó)防提高重要的數(shù)據(jù)支撐,也對(duì)人們生產(chǎn)生活的領(lǐng)域提供了便利,到目前為止,在工業(yè)生產(chǎn)方面幾乎代替了所有傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)。在工程測(cè)量中,使用GPS技術(shù)進(jìn)行控制測(cè)量平面主要有幾大流程,首先,要收集測(cè)量區(qū)域的資料,按照作業(yè)要求選擇合適的布點(diǎn),根據(jù)地形、接收機(jī)情況和衛(wèi)星情況對(duì)布點(diǎn)進(jìn)行考察與設(shè)計(jì)。其次,進(jìn)行外業(yè)觀測(cè)作業(yè),所謂外業(yè)觀測(cè)就是對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行獲取、接受和跟蹤,獲得數(shù)據(jù)后要對(duì)其進(jìn)行備份,根據(jù)無線類型和時(shí)段將其進(jìn)行存儲(chǔ)和修補(bǔ)測(cè)量。此外,工程測(cè)量要嚴(yán)格按照《全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范》中的規(guī)定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,其測(cè)量的任務(wù)、密度、時(shí)間、精度以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都要嚴(yán)格達(dá)標(biāo)。

        2 影響GPS高程測(cè)量精度的主要原因

        下面,我們從以下幾個(gè)方面就影響GPS高程測(cè)量精度的主要原因進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

        2.1 難以獲得GPS大地高程的測(cè)量精度

        高精度GPS測(cè)算的重要前提是獲得高精度GPS大地高程觀測(cè)數(shù)據(jù)。但后者受星歷誤差、相對(duì)論效應(yīng)以及衛(wèi)星鐘差等不確定性因素的影響較大,同時(shí),GPS大地高程觀測(cè)數(shù)據(jù)也與電離層與、對(duì)流層的延遲以及多路徑效應(yīng)有關(guān),此外,三維坐標(biāo)和天線對(duì)中、整平誤差也是導(dǎo)致GPS大地高程觀察數(shù)據(jù)失準(zhǔn)的重要因素。當(dāng)GPS進(jìn)行靜態(tài)定位時(shí),以上數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確才能保證GPS高程測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性。

        2.2 難以獲得高精度幾何水準(zhǔn)測(cè)量起算點(diǎn)

        一般情況下,大地高與高程異常值之差就是控制測(cè)量點(diǎn)的數(shù)值,其中,高程異常值是可以擬合得出的,它與測(cè)量區(qū)域的幾何水準(zhǔn)高程測(cè)量指也存在一定的比例關(guān)系,因此,若是想確保高程精度,就必須將幾何水準(zhǔn)測(cè)量起算點(diǎn)測(cè)量精確。

        2.3 GPS高程擬合方法

        GPS高程擬合的基本原理是先測(cè)算出大地高與正常高之差,得到高程異常值,然后擬合大地水準(zhǔn)面,得到未知點(diǎn)的高程異常值。雖然這種擬合方法能夠使測(cè)算數(shù)據(jù)保持較高的精度,但在實(shí)際操作中卻十分困難,如工作量大、費(fèi)用高、時(shí)間長(zhǎng)等,如遇到地形復(fù)雜的區(qū)域,測(cè)量程序會(huì)更加繁瑣。此后又研制出了水準(zhǔn)測(cè)量法,要對(duì)大地水準(zhǔn)面進(jìn)行擬合模型,取少部分GPS點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,通過多次測(cè)量去平均數(shù)來提高精度。

        2.4 測(cè)量環(huán)境的復(fù)雜性和多變性

        如果工程施工的地區(qū)環(huán)境較為惡劣,在此處測(cè)量的精度會(huì)受多方面因素影響,雖然理論上高程擬合方法能夠確保大地水準(zhǔn)點(diǎn)的精確度,但由于實(shí)際施工中變化因素和不可控因素較多,難免對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生不利影響。

        3 提高GPS高程測(cè)量精度的方法和建議

        針對(duì)以上原因,我們從以下幾個(gè)方面就如何提高GPS高程測(cè)量的精度提出方法和建議。

        3.1 根據(jù)大地高選取測(cè)量方法

        首先,差值可以使用同步觀測(cè)量來獲取。其理論依據(jù)是在觀測(cè)距離不超過20米的范圍內(nèi),利用對(duì)流層對(duì)同步觀測(cè)站和衛(wèi)星星歷誤差的影響,使用同步求差法將誤差降低到最小。其次,選擇合適的站址。雖然沒必要使兩個(gè)GPS觀測(cè)站用肉眼就能看到,但還是要根據(jù)具體的測(cè)量環(huán)境,設(shè)計(jì)靈活性較強(qiáng)的站址。第三,正確量取天線高度。天線高度出現(xiàn)一絲的誤差,就會(huì)使高程測(cè)量出現(xiàn)大的失誤,尤其是在野外作業(yè)時(shí),更要格外引起重視。可將天線的斜高作為測(cè)量值,將天線圓盤等分為三份,即120°一份,分別對(duì)三個(gè)方向進(jìn)行測(cè)量,并使誤差小于5毫米,再對(duì)測(cè)量結(jié)果取平均值。

        3.2 選擇高精度的GPS接收器

        在用GPS進(jìn)行工程測(cè)量時(shí),衛(wèi)星信號(hào)的接收質(zhì)量尤為關(guān)鍵,精度較低的接收器在敏感性和信號(hào)方面都較弱,尤其在地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域易使測(cè)量結(jié)果存在較大偏差。因此要選用高精度的GPS接收器,采用正確的計(jì)算方式,使其準(zhǔn)確判斷干擾信號(hào)和正常信號(hào)之間的區(qū)別。其次,對(duì)于一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量可選用多臺(tái)接收器進(jìn)行測(cè)量,通過差值和平均值來修正測(cè)量結(jié)果。

        3.3 選擇晴朗的天氣測(cè)量

        對(duì)流天氣對(duì)信號(hào)的干擾作用很大,會(huì)使GPS接受信號(hào)失真,使高程精度計(jì)算出現(xiàn)較大的偏差,因此在進(jìn)行測(cè)量時(shí),盡可能的選擇晴朗無風(fēng)的天氣,不要在雷雨天氣和大風(fēng)天氣時(shí)進(jìn)行測(cè)量,避免自然條件的原因產(chǎn)生測(cè)量誤差。

        3.4 選擇合理的測(cè)量基站和觀測(cè)點(diǎn)

        由于地質(zhì)條件的差異,使地下介質(zhì)的密度有所不同,若是測(cè)量地點(diǎn)的附近存在高磁區(qū)域,會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較強(qiáng)干擾,因此,在選擇測(cè)量基站和觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)候,盡量使周邊環(huán)境空曠,基站的間距較大,不少于500米,以確保實(shí)際策略的準(zhǔn)確性。同時(shí),要保證擬合水準(zhǔn)點(diǎn)均勻分布,使其數(shù)量達(dá)到6個(gè)以上,地形不要有較大的差異。

        4 總結(jié)

        綜上所述,采用GPS技術(shù)進(jìn)行測(cè)量是當(dāng)前工程建設(shè)發(fā)展的一大趨勢(shì),不僅提高了工作效率,降低了工作難度,也使精度得到了有效提升,雖然在GPS高呈精度控制方面還存在一些不足,但在實(shí)踐中加以完善,定會(huì)使其發(fā)揮更大的作用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]牛麗紅.現(xiàn)階段數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的有效運(yùn)用[J].科學(xué)與信息化,2017 (12).

        [2]錢俊錦.現(xiàn)階段數(shù)字化測(cè)繪技術(shù)在工程測(cè)量中的應(yīng)用[J].城市建筑,2016.

        作者簡(jiǎn)介:孟芳(1971),女,漢族,吉林吉林人,本科,副高級(jí)工程師,水利工程測(cè)量。

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