gps技術(shù)在省道316線工程測量中的應(yīng)用

gps技術(shù)在省道316線工程測量中的應(yīng)用

1道路現(xiàn)狀分析該市從高唐到運(yùn)城的省道316線重建。起點(diǎn)位于高唐縣與省道105線的交叉口。終點(diǎn)是運(yùn)城北部的環(huán)，全長約53公里。路線經(jīng)過地區(qū)屬華北平原,基本走向?yàn)槟媳弊呦?地勢平坦,屬于平原微丘區(qū),原路為二級公路,路面寬度12m,路面嚴(yán)重老化,急需改造,為了適應(yīng)不斷增長的交通量的需要,聊城市擬將該路段升級改造為一級公路,路面寬度為2×10.5m,中間為2m寬的中央分隔帶,路基寬度為24m。經(jīng)過多方論證,確定用GPS·PTK技術(shù)進(jìn)行測量。2測量和應(yīng)用2.1測量定位設(shè)置(1)在基準(zhǔn)站對中整平安置好拓普康GPS接收機(jī),連接發(fā)射電臺、電臺天線和電瓶,量取GPS天線高,新建項(xiàng)目,工作模式選擇RTK,投影選無,坐標(biāo)類型選WGS84,點(diǎn)擊完成即可。(2)設(shè)置基準(zhǔn)站:將基準(zhǔn)站架設(shè)在已知點(diǎn)上,無WGS84坐標(biāo),則如下操作:測量→設(shè)置基準(zhǔn)站→輸入點(diǎn)名→自動定位→60s后→停止→輸入儀器高→設(shè)置基準(zhǔn)站→關(guān)閉;(3)輸入控制點(diǎn):編輯→點(diǎn)→設(shè)置→坐標(biāo)類型選地面→確定→增加→輸入點(diǎn)號、坐標(biāo)→確定→關(guān)閉。(4)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換:測量→坐標(biāo)轉(zhuǎn)換→增加→輸入地方點(diǎn)號、WGS84點(diǎn)號→聯(lián)測已知控制點(diǎn)→確定→關(guān)閉。完成上述操作后,手簿內(nèi)部自動進(jìn)行轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解,然后就可進(jìn)行具體的測量或放樣操作。2.2測區(qū)高程和旋轉(zhuǎn)參數(shù)平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是將GPS測量結(jié)果轉(zhuǎn)換為測區(qū)地方坐標(biāo),一般采用二維相似轉(zhuǎn)換算法,GPS測得的緯度和經(jīng)度轉(zhuǎn)換到地方地圖投影平面,然后再用轉(zhuǎn)換參數(shù)(尺度比,旋轉(zhuǎn)角和平移量)將其轉(zhuǎn)換為地方坐標(biāo)。平移量可以設(shè)定計(jì)算或取對項(xiàng)目中一個(gè)已知點(diǎn)的測量值。尺度比可用測區(qū)高程或橢球高計(jì)算而得。至于旋轉(zhuǎn)參數(shù),如果屬于新的坐標(biāo)系或者坐標(biāo)系的大地方向已知,則可以構(gòu)成方程(用轉(zhuǎn)換計(jì)算器)解算。如果現(xiàn)有坐標(biāo)系的定向未知,那么需用聯(lián)測控制點(diǎn)的方式解算而得。高程轉(zhuǎn)換是將橢球高轉(zhuǎn)換為海拔高的方法。在已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)(控制點(diǎn))上所測得的GPS高是用于模擬地方重力場梯度面的。用控制點(diǎn)聯(lián)測法求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)適用于當(dāng)測區(qū)已有地方假定坐標(biāo)系而其大地定向未知時(shí),以已知控制點(diǎn)聯(lián)測的方法構(gòu)成地方坐標(biāo)系做坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。本次測量采用聯(lián)測已知控制點(diǎn)的方法,由系統(tǒng)自動解算轉(zhuǎn)換參數(shù)。2.3利用下拉菜單進(jìn)行定位使用GPS·RTK進(jìn)行中線測量,可以應(yīng)用GPS·RTK的點(diǎn)放樣和線放樣功能;線放樣界面包含線放樣的信息。點(diǎn)擊左上角圖標(biāo),打開下拉菜單。定義好參考線后,根據(jù)中線間距,輸入相應(yīng)的樁號,或直接從手簿中調(diào)出相應(yīng)的中線基點(diǎn)坐標(biāo),根據(jù)屏幕上顯示出的定線導(dǎo)航數(shù)據(jù),在現(xiàn)場用幾分鐘甚至幾秒鐘時(shí)間就可直接測設(shè)出所需要的中線基點(diǎn)。這種方法放樣的中線基點(diǎn)坐標(biāo)達(dá)到了厘米級的精度,精度均勻、速度快、效果好,即方便又迅速,大大減少了勞動強(qiáng)度,節(jié)省了費(fèi)用,提高了生產(chǎn)效率。測設(shè)完每個(gè)點(diǎn)后,可隨時(shí)測量實(shí)際放樣坐標(biāo)和高程。3相比及u3000定型模型為了將RTK測量的高程與水準(zhǔn)測量成果作比較,對RTK放樣出的中樁點(diǎn)進(jìn)行了五等水準(zhǔn)測量,部分成果比較如表1。由比較結(jié)果可知,在高程主面,RTK測設(shè)的高程可以代替五等水準(zhǔn)高程(對應(yīng)于中樁高程)。3.1rtk測量的平面精度RTK測量采用求差法降低了載波相位測量改正后的殘余誤差及接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星改正后的殘余誤差等因素的影響,使測量精度達(dá)到厘米級,一般系統(tǒng)標(biāo)稱誤差為10mm+2×10-6。有研究表明,RTK測量的平面精度在數(shù)據(jù)鏈信號接收半徑小于4km時(shí)可保持較高的精度,大于4km時(shí)測量誤差明顯增大。另外測量時(shí)接收到的衛(wèi)星數(shù)目越少,測量精度越大,但只要接收到5顆以上的衛(wèi)星,得出的固定解就能達(dá)到儀器標(biāo)稱的精度。3.2測設(shè)點(diǎn)坐標(biāo)精度的影響(1)基準(zhǔn)站坐標(biāo)精度。由RTK的工作原理可知,如果基準(zhǔn)站的坐標(biāo)精度較低,流動站得到的三維坐標(biāo)都帶有系統(tǒng)偏差,因此,基準(zhǔn)站坐標(biāo)具有較高的精度非常重要。(2)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)精度。求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)至少需要3個(gè)已知公共點(diǎn),其精度不僅與測區(qū)內(nèi)選擇的公共點(diǎn)的位置和數(shù)量有關(guān),還與選用的已知公共點(diǎn)的坐標(biāo)精度有密切關(guān)系。(3)作業(yè)環(huán)境。參考站的選擇要合適,參考站要遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射臺、變電站、飛機(jī)場、高壓線等無線電干擾源,遠(yuǎn)離大面積水域,防止GPS信號的多路徑效應(yīng)影響。(4)人為因素。測量員作業(yè)不熟練,在作業(yè)時(shí),如果屏幕顯示不是固定解就記錄數(shù)據(jù),會使放樣點(diǎn)的精度很低,甚至出現(xiàn)錯誤;如果接收機(jī)天線未保持垂直,測設(shè)的成果就不可取,人為地降低了測設(shè)點(diǎn)坐標(biāo)精度;如果電瓶電量不足,也會降低流動站測設(shè)的坐標(biāo)的精度和可靠性。3.3測設(shè)和作業(yè)半徑參考點(diǎn)盡量選在較高的位置,要適當(dāng)提高基準(zhǔn)站發(fā)射天線的高度。盡量采用已建成的國家高等級GPS點(diǎn)、三角點(diǎn)或一個(gè)控制網(wǎng)內(nèi)經(jīng)過統(tǒng)一平差的GPS點(diǎn),使用適當(dāng)多的已知點(diǎn)。根據(jù)衛(wèi)星星歷預(yù)報(bào),選擇幾何圖形強(qiáng)度因子較小、衛(wèi)星數(shù)量較多的時(shí)間段進(jìn)行測設(shè)。適當(dāng)延長在每個(gè)測設(shè)點(diǎn)的觀測時(shí)間,并且將流動站天線盡可能保持垂直,以確保測設(shè)出數(shù)據(jù)是固定解。將流動站的作業(yè)半徑控制在4km以內(nèi),若想提高作業(yè)距離,可用定向天線,定向天線可以使信號集中在某一個(gè)方向上,這樣當(dāng)將天線指向正確的方向時(shí)能明顯的提高作業(yè)距離。或者也可以選擇電臺中繼站電臺,中繼站電臺一邊接收來自基準(zhǔn)站發(fā)射的數(shù)據(jù),一邊發(fā)射這些數(shù)據(jù),這樣也能明顯的提高作業(yè)距離,供電電瓶一定要有足夠的電量。求取轉(zhuǎn)換參數(shù)時(shí),嚴(yán)格檢查各控制點(diǎn)的坐標(biāo),并仔細(xì)檢查坐標(biāo)轉(zhuǎn)換欄的H殘差和V殘差值,看其數(shù)值是否在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。4rtk作業(yè)的前提和難點(diǎn)(1)受衛(wèi)星狀況的限制。當(dāng)衛(wèi)星系統(tǒng)對美國是最佳時(shí),世界上有些國家在某一確定的時(shí)段仍然不能很好地被衛(wèi)星覆蓋,容易產(chǎn)生假值。另外在高山峽谷深處及密集森林區(qū),城市高樓密集區(qū),衛(wèi)星信號被遮擋時(shí)間較長,使一天中可作業(yè)時(shí)間受限制。(2)受天空環(huán)境限制。白天中午,受電離層干擾大,共用衛(wèi)星數(shù)少,常接收不到5顆衛(wèi)星,因而初始化時(shí)間較長甚至不能初始化,也就無法進(jìn)行測量,所以選擇作業(yè)時(shí)間段很重要。(3)數(shù)據(jù)鏈傳輸受干擾和限制、作業(yè)半徑比標(biāo)稱距離小的問題。RTK數(shù)據(jù)鏈傳輸易受到障礙物如高大山體、高大建筑物和各種高頻信號源的干擾,在傳輸過程中衰減嚴(yán)重,嚴(yán)重影響作業(yè)精度和作業(yè)半徑,在地形起伏高差較大的山區(qū)和城鎮(zhèn)密樓區(qū)數(shù)據(jù)鏈傳輸信號受到限制,另外當(dāng)RTK作業(yè)半徑超過一定距離(一般為幾公里,每種機(jī)型在不同的環(huán)境中又各不相同)時(shí),測量結(jié)果誤差超限,所以RTK實(shí)際作業(yè)有效半徑比其標(biāo)稱的半徑小很多,工程實(shí)踐和專門研究都證明了這一點(diǎn)。(4)初始化能力和所需時(shí)間問題。在山區(qū),一般林區(qū),城鎮(zhèn)高樓密集區(qū)等地作業(yè)時(shí),GPS信號被遮擋機(jī)會較多,容易造成失鎖,采用RTK作業(yè)時(shí),有時(shí)需要經(jīng)常重新初始化。(5)高程異常問題。RTK作業(yè)模式要求高程的轉(zhuǎn)換必須精確,但我國現(xiàn)有的高程異常圖在有些地區(qū),尤其是山區(qū),存在較大差異,在有些地區(qū)還是空白,這就使得GPS大地高程轉(zhuǎn)換成海拔高程的工作變得相當(dāng)困難,精度也不均勻。5提高