基于gps控制網(wǎng)絡(luò)的精密測量技術(shù)研究

基于gps控制網(wǎng)絡(luò)的精密測量技術(shù)研究

本報(bào)告將重點(diǎn)結(jié)合高鐵項(xiàng)目的精確設(shè)計(jì)要求，研究了gps-keyer-fi臺的具體技術(shù)問題，并對gps-key網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)提出了技術(shù)解決方案。并與同事分享。1gps定位技術(shù)的應(yīng)用精密工程測量是以經(jīng)典的測繪學(xué)理論與方法為基礎(chǔ),運(yùn)用現(xiàn)代測繪科技新理論、新方法與新技術(shù),針對工程與工業(yè)建設(shè)中的具體問題,使用專門的儀器設(shè)備,以高精度與高科技的特殊方法采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,為獲得所需要的數(shù)據(jù)與圖形資料而進(jìn)行的測量工作。近幾年來,我國的精密工程主要有:三峽水利樞紐工程的變形監(jiān)測和庫區(qū)地殼形變、滑坡、巖崩以及誘發(fā)地震監(jiān)測,其規(guī)模宏大,監(jiān)測項(xiàng)目繁多。工程中不僅采用了國內(nèi)外最成熟最先進(jìn)的儀器、技術(shù),在實(shí)踐中也不斷發(fā)展新的技術(shù)和方法,如對滑坡體變形與失穩(wěn)研究的計(jì)算機(jī)智能仿真系統(tǒng)、大壩外部變形觀測的GPS實(shí)時(shí)持續(xù)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測點(diǎn)的位置精度達(dá)到了亞毫米級,該工程建立的變形監(jiān)測網(wǎng),其最弱點(diǎn)精度優(yōu)于±1.5mm。北京正負(fù)電子對撞機(jī)的精密控制網(wǎng),精度達(dá)到±0.3mm,設(shè)備定位精度達(dá)±0.2mm,200m直線段漂移管直線精度達(dá)±0.1mm。大亞灣核電站控制網(wǎng)精度達(dá)±2mm,秦山核電站的環(huán)形安裝測量控制網(wǎng)精度達(dá)±0.1mm。重大交通工程的控制網(wǎng)對精度的要求也十分嚴(yán)格,例如:上海楊浦大橋控制網(wǎng)的最弱點(diǎn)精度達(dá)±0.2mm,橋墩點(diǎn)位標(biāo)定精度達(dá)±0.1mm。長18.4km的秦嶺隧道,洞外GPS網(wǎng)的平均點(diǎn)位精度由于±3mm。隨著GPS定位技術(shù)的不斷發(fā)展,GPS接收機(jī)的功能、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理方法和處理軟件都達(dá)到了前所未有的高度,同時(shí),由于GPS網(wǎng)本身具有精度高、速度快、點(diǎn)位誤差均勻的特點(diǎn),GPS定位技術(shù)已成為建立全國范圍的國家控制網(wǎng)的主要方法。我國采用GPS測量方法建立了國家A、B兩級GPS網(wǎng),分別由28個(gè)和818個(gè)點(diǎn)構(gòu)成,平面精度分別到達(dá)3×10-9和2.0×10-8。在大型精密工程中,采用GPS測量方法建立精密施工控制網(wǎng)正逐步得到廣泛應(yīng)用。2針對精度高鐵工程中g(shù)ps控制的技術(shù)問題的討論2.1gps-key工程系統(tǒng)的分類配置方案2.1.1基礎(chǔ)gps點(diǎn)間隔為了保證高鐵工程施工放樣的精度,高鐵工程控制網(wǎng)采用分級布設(shè)的方式?；A(chǔ)GPS網(wǎng)為了保證控制點(diǎn)的精度和穩(wěn)定性,一般將GPS點(diǎn)打入到基巖內(nèi)部,故又稱基巖GPS網(wǎng)。基礎(chǔ)GPS點(diǎn)由起算點(diǎn)和代表高鐵走向的GPS點(diǎn)構(gòu)成,根據(jù)德國的經(jīng)驗(yàn)和我國上海高鐵示范性運(yùn)營線的方法,GPS點(diǎn)的間隔為10~15km?；A(chǔ)GPS網(wǎng)采用國家坐標(biāo)系統(tǒng)或地方城市坐標(biāo)系統(tǒng),采用的起算點(diǎn)為國家坐標(biāo)系統(tǒng)或地方城市坐標(biāo)系統(tǒng)的控制點(diǎn),因此,其約束平差也是在國家坐標(biāo)系統(tǒng)或地方城市坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行,得到所有基巖點(diǎn)的國家坐標(biāo)或地方城市坐標(biāo)。采用斜軸圓柱投影時(shí),將基巖GPS網(wǎng)的控制點(diǎn)通過投影計(jì)算,轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的斜軸圓柱投影平面上的平面坐標(biāo)系統(tǒng)中,作為施工控制網(wǎng)的基礎(chǔ)。2.1.2gps網(wǎng)的第一次施工在基巖GPS網(wǎng)的基礎(chǔ)上,建立首級施工GPS網(wǎng),點(diǎn)位間隔為2~3km。2.1.3足基礎(chǔ)控制點(diǎn)二級施工GPS網(wǎng)以首級GPS網(wǎng)為基礎(chǔ),是為了滿足基礎(chǔ)打樁、承臺、支墩和蓋梁施工的需要,其點(diǎn)位間隔控制在200m,在控制點(diǎn)精度滿足要求的條件下,可同時(shí)作為基礎(chǔ)打樁、承臺、支墩和蓋梁的控制點(diǎn)。2.1.4軌道梁的精密單調(diào)軌道梁的安裝分兩步進(jìn)行:首先,蓋梁施工結(jié)束后,先在蓋梁上預(yù)埋鋼板,作為軌道梁安裝的永久支座,將軌道梁安放在永久支座上;然后,對安裝在永久支座上的軌道梁進(jìn)行精密微調(diào)。由于蓋梁頂部距離地面較高,使用地面控制點(diǎn)時(shí)精度受到影響,因此在蓋梁上布設(shè)預(yù)埋鋼板的控制網(wǎng),稱為蓋梁控制網(wǎng)。蓋梁控制網(wǎng)由地面上的二級施工GPS網(wǎng)加密得到。軌道梁精調(diào)控制網(wǎng)用于對安裝在永久支座上的軌道梁進(jìn)行精密微調(diào),其控制點(diǎn)布設(shè)在精調(diào)好的軌道梁頂面一段吊裝用螺紋孔上,安裝強(qiáng)制對中裝置,一般每隔4根梁設(shè)置一個(gè)控制點(diǎn)。軌道梁精調(diào)控制網(wǎng)也由地面上的二級施工GPS網(wǎng)加密得到。蓋梁控制網(wǎng)和軌道梁精調(diào)控制網(wǎng)一般采用常規(guī)三角網(wǎng)或精密導(dǎo)線方法觀測。2.2針對gps控制網(wǎng)的限制平差處理技術(shù)的探討2.2.1平差方程性狀的檢測在GPS網(wǎng)的聯(lián)合平差與約束平差中,轉(zhuǎn)換參數(shù)實(shí)際上是作為一種附加參數(shù)引入平差的。因此,必須經(jīng)過統(tǒng)計(jì)假設(shè)檢驗(yàn),以確定其是否在一定的置信水平下顯著存在。如果不顯著則應(yīng)剔除,以免破壞平差方程的性狀。檢驗(yàn)一般按t檢驗(yàn)進(jìn)行。對于一個(gè)控制面積數(shù)萬或數(shù)千平方公里的小規(guī)模GPS網(wǎng),往往只能求得尺度參數(shù)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)是顯著的。因此應(yīng)通過檢驗(yàn)選取最顯著的旋轉(zhuǎn)參數(shù)進(jìn)行最后的網(wǎng)平差。2.2.2線網(wǎng)兼容平差約束平差中多個(gè)固定位置基準(zhǔn)相互兼容性的檢驗(yàn)與固定位置基準(zhǔn)的選取在約束平差中,多個(gè)位置基準(zhǔn)之間的兼容性是必須保證的。否則由于起算數(shù)據(jù)本身的誤差太大互不兼容而導(dǎo)致GPS網(wǎng)平差后的嚴(yán)重變形。在經(jīng)過GPS網(wǎng)無約束平差各種檢驗(yàn)證明GPS基線向量觀測量本身不含粗差和協(xié)方差估計(jì)也是合理的前提下,約束平差σ2和χ2檢驗(yàn)和基線向量改正數(shù)分布檢驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)多個(gè)位置基準(zhǔn)之間是否保持兼容一致。這時(shí)應(yīng)淘汰不相兼容的起始點(diǎn)重新平差。特別是在GPS網(wǎng)的三維約束平差中,已知點(diǎn)的高程誤差往往較大,不能互相兼容,為此可只取一個(gè)已知點(diǎn)的高程作為起算數(shù)據(jù),其余己知點(diǎn)的高程作為未知數(shù)參與平差,這是三維平差中的二維平面位置約束。3證精密工程對設(shè)備和技術(shù)力量的需求用GPS定位技術(shù)建立精密工程控制網(wǎng)已經(jīng)得到了初步的應(yīng)用實(shí)踐,實(shí)際工作中常常為了保證