工程GPS水准测量的准确性和应用

测绘公告测绘公告No.111999 1999 No.111999工程GPS水准仪的精度和应用岳建平岳东杰工程GPS水准仪: 精度和应用岳建平，岳东杰摘要: 根据GPS地面的基本原理，结合工程测量控制网络的具体特点，探讨了GPS测量技术在工程测量水平控制网络建立中的方法和要求，并分析了观测点，控制点布局以及基于测量数据的控制点高程上的其他因素. 精度的影响，探讨了GPS水准仪在工程建设，变形监测等方面的应用前景. 找平准确性;变形监测1.引言目前，工程测量中主要采用传统方法来建立高精度. 对于施工控制网络，由于观测仪器精度，平面控制和高程控制等因素的影响，一般采用分开安排. 即，使用三角测量法来建立平面控制网络，并且使用水平测量方法来建立高程控制网络. 此方法有现场工作. 诸如大体积，受地形，能见度和外部条件影响的缺陷之类的缺陷由于近年来GPS技术的广泛应用，高精度GPS控制测量已在许多项目中得到应用. 大量实际数据表明，GPS控制网络的地平面坐标精度可靠，可以满足工程勘察现场的要求，但由于坐标系的不一致影响，其高程一直是因此，有必要深入探讨GPS水准仪的理论和方法，以提高GPS水准仪的观测精度，在测量领域得到更广泛的应用，为我国的岩土工程建设提供了有利条件. 工程. 第二，GPS定位的基本原理. 根据观察，GPS定位方法分为以下四种: 伪距方法，多普勒方法，载波相位测量方法和干扰测量方法. 目前，为了提高工作效率，缩短工作时间，保证必要的观测精度，经常采用多种方法的组合，即: 通过伪距法提供点位置的初始值. 多普勒方法解决了相位测量中的整个周期数，并且相位测量方法用于确定小于整个周期的相位差. GPS相对定位是目前GPS测量中最准确的. 最高的地面定位方法已广泛用于大地测量，精密工程测量等领域. 相对定位的最基本情况是使用两个接收机放置在基准地面的两端，同时观察同一颗GPS卫星以确定协议地球坐标系中基线端点的相对位置或基线向量. 该方法通常可以扩展到放置在几个基线端点的多个，并同步观察GPS卫星以确定多个基线向量的情况. 当两个观测站或多个观测站同时观测同一卫星地面时，卫星地面轨道误差，卫星时钟误差，时钟误差以及电离层和对流层地面折射误差的影响与观测点具有一定的相关性. 因此，使用这些观测值的不同组合的相对定位可以有效地消除或减弱上述误差的影响，从而提高相对定位的准确性. GPS观测数据需要特殊的数学处理才能变得可靠和高质量. 应用成果. 由于GPS观测数据是在世界坐标系WGS-84椭球地理空间直角坐标系上获得的地球观测值（ΔX，ΔY，ΔZ），因此我们常见的地平面坐标系是北京54或西安80坐标系，并且高程坐标系是正高程坐标系. 因此，数据处理的目的是将WGS-84地面空间坐标转换为本地参考系统地面平面坐标和高程坐标，在此过程中，必须完成3个链接的调整，转换，投影. 目前，常用的数据处理方法包括空间强制附着法，空间调整空间转换方法等. GPS观测数据经过差分，两点间基线矢量和高精度地高差等数学处理后，进行转换，调整. 可以获得. 如果知道某一点的地面高度，则可以获得整个网络中每个点的地面高度. 地面高度基于椭球表面. 地面高程系统定义为从地面沿椭圆法线通过该点到椭圆地面的距离. 但是，当前最常用的岩土勘测和高程放样是基于垂直水准和水准进行的. 因此，在实际工程中，通常不使用地面高度系统，而使用正高度系统或正常高度系统. 正高度是指从地面沿垂直线到大地水准面的距离，即法线高度. 即，地面沿垂直线与地面的距离在等式（1）和1.（1）. 其中: Hi是地面点的高度.

Hgi为正身高； Hri是正常身高； Ni是大地水准差； ζi是高程异常. ͼ1高程系统关系图因为GPS水准测量是从地面到地面高度进行的，所以通常测量工作需要地面. 因此，为了获得一个正交高度的点，除了观察该点的大地测量高度较小，则可以准确地获得该点的地面高度异常，它看起来像大地水准面，变化是相对平滑的，因此，您可以使用一些联合测量GPS点来获取每个点的高程异常值，然后使用表面拟合方法来近似大地水准面以获得水准面的高程异常其他GPS点，从而到达高程系统转换的目的地. 表面拟合方法是将高程异常近似为特定范围内每个点的坐标的表面函数. 将此功能与所测量水平的GPS点和地面高程异常配合. 在对函数进行系数拟合之后，可以使用该拟合函数来计算其他GPS点的异常和正常高程. 常用的拟合函数是二次曲面函数，拟合模型为ζk = a0 + a1Xk + a2Yk + a3X2k + a4Y2k +a5XkYk-εk（2）当使用二次曲面拟合时，通常会超过6个GPS水准点一般使用. 当测量区域中的水准点少于6个时，可以使用该平面. 函数拟合: 此时的地面拟合模型为ζk = a0 + a1Xk +a2Yk-εk（3）在实际工作中，应根据不同的地理条件和调查的不同区域等因素选择合理的拟合函数区域. 为了达到最高的测量点拟合精度. 第三，实验数据分析是为了证明GPS水准仪的准确性，我们选择了一个大型项目作为实验基地，采用不同的观测方法测量每个点的地面高度，并使用二级水准仪方法进行测量. 每个点的正常高度，以分析观察结果进行比较. 实验网络的网络形状如图2所示. ͼ2GPS水准仪网络1.观测时间对精度的影响要确定合理的观测时间，请选择不同的观测时间并分别进行观测. 观测结果如表1所示. 从表1中可以看出，观测时间的长短对测量值的精度有一定的影响. 观测时间延长，测量值逐渐稳定，误差较大. 有减少的趋势. 测量值在1h以内，其精度随时间增加. 改善地面的趋势是显而易见的. 如果观察时间继续增加超过1h，则被测地面的精度不是很明显. 因此，根据规范中A类网络的观测时间要求就足够了. 表1 30分钟在不同观察时间的高地面观察精度45分钟60分钟90分钟/ mP1 P2 P3 P4 P5 P6 2. 44.182 44.355 44.162 50.356 44.190 55.372中等误差大地测量高中等误差大地测量高中等误差大地测量高中等误差/ mm / m / mm / m / mm / m / mm 0 4 4 3 4 4 44.182 44.353 44.158 50.355 44.188 55.374 0 3 3 2 3 3 44.182 44.354 44.157 50.355 44.187 55.374 0 3 3 2 3 3 44.182 44.354 44.158 50.356 44.187 55.373 0 2 3 2 3 3正常高拟合精度分析根据从90分钟观测获得的地面数据，以P1作为调整计算的固定点，获得每个点的地面高度，并通过第二级获得地面的每个点测量对于正常的高度结果，请分别计算每个点的高程异常，并将其用作拟合和比较的已知值. 表2显示了采用不同方案进行的高程异常拟合的结果. 表2表2，表P1，P2，P5，P6的高程异常拟合的结果是已知点，拟合的P3，P4拟合值/ m 33.569 8 33.586 6 33.558 9 33.540 5 33.557 5 33.584 1残差/ mm -2.5 +0.3 -2.5 +4.4 +1.4 +0.9 P3，P4，P5和P6是已知点，拟合P1，P2拟合值/ m 33.570 7 33.582 7 33.558 5 33.542 7 33.560 5 33.583 5残差/ mm -3.4 -4.2 -2.1 +2.2 -1.6 +1.5 P1，P2，P3和P4是已知点，拟合P5和P6测量点P1 P2 P3 P4 P5 P6高程异常/ m 33.567 3 33.586 9 33.556 4 33.544 9 33.558 9 33.585 0拟合值/ m 33.567 4 33.585 5 33.559 8 33.542 8 33.555 8 33.580 5残差/ mm -0.1 +1.4 -3.4 +2.1 +3.1 +4.5从表2可以看出是异常值即使对于小型岩土测量网络，该值也不相同，在该实验网络中，高程异常的最大差为42 mm，如果未更正，结果是它不能在项目中使用. 由于实验网络的中点数量较少，因此采用一次平面拟合法进行拟合计算. 在拟合过程中gps测量原理及应用土木，选择4个点作为已知点，并使用已知的恒定高程系数来计算拟合平面方程的常数和系数. 然后用拟合平面方程分别代换其他两个接地平面的坐标，计算出两个地面标高的异常拟合值，将拟合值与已知值进行比较，计算出两者之间的差值. 因此，该差异可用于判断拟合精度. 表2中的残值很小，并且通过不同方案获得的拟合误差都在4 mm左右，这与初始高程差进行了比较. 有了很大的改进. 另外，从残留误差的数值来看，GPS水准测量的精度已经达到或接近于二级测量的精度. 通过进一步的实验和演示，它可以广泛用于工程测量应用中. 3.在变形监测中的应用随着国民经济和科学技术的发展，各种大型工程和大型建筑正在日益增多. 为了确保这些项目和建筑物的安全运行，需要对建筑物进行变形监测. 建筑物沉降是变形监测中最常见的项目. 该方法观察时间长，劳动强度大，难以实现自动监测. 在某些地方，由于地形和外部条件的影响，其工作效率和准确性常常受到很大影响. 利用GPS和计算机技术进行数据采集，调整计算和变形分析连续自动化，并根据以往的实验数据分析结果，利用GPS进行找平可以获得高精度的地面高度，为应用奠定了基础GPS在变形监测中的应用. 仅变形监测的特性是必需的监测点的相对位移监测点的绝对位置坐标不会太高，因此GPS水准测量后获得的大地点不需要坐标系转换（即大地高度）. （转换为正常高度），然后直接使用大地测量高度. 比较可以获取监视点处的地面位移量，从而减少由于坐标系转换而引起的地面误差和计算量. 为了验证GPS重复观测的准确性，我们在实验网络上进行了1h的两次独立观测和两次观测. 地面时间间隔很小，因此，我们认为在两个监测期内每个监测点均未发生位移，即位移​​的真实值为0，两次观测得到的地面高程差实际上是由观察误差引起. 二次观测的结果显示在表3中. 表3 P1 P2 P3 P4 P5 P6变形监测结果表44.182 44.354 44.157 50.355 44.186 55.373 44.182 44.352 44.155 50.356 44.185 55.374 0 +2 +2 -1 +1 +1 -1测量点高2 / m的差/ mm从表3中可以看出，每个测量点的两个地面高度之间的差小于2mm，这表明GPS重复观测的精度非常高，并且具有平移的前景地面应用. 4.结论GPS用于工程级网络地面观测，精度高，速度快. 可以在短时间内获得高精度的地面高度. GPS地面观测精度与观测时间有关. 如果观察时间长，则观察精度高，但是观察时间和观察精度不是线性的. 当观察时间达到一定值时，随着时间的增加，观察精度几乎没有提高. 大约1小时比较合适. 通过将调查区域中已知的高地平面点与GPS观测获得的大地高度进行比较，可以更准确地获得被测点的高程离群值，并且可以使用表面拟合方法来实现高精度. 其他点的异常高度值，以便根据测得的GPS地面高度计算出每个点的正常高度gps测量原理及应用土木，这为工程勘测和建筑放样提供了可靠的依据. GPS具有很高的重复定位精度，其具有自动功能. 观测点的特性对于建筑物的安全监控和变形观测点的自动化非常有利. 实践证明，GPS可以在变形监测中达到很高的精度. 值得选择一种有效的方法. GPS并不用于建立高精度的大地测量水准测量网络，而是用于建筑物变形监测. 在这方面的应用经验仍然不足. 仍然需要如何缩短观测时间并提高观测精度. 进一步的理论研究和实验分析. 作者单位；河海大学土木工程学院，江苏南京210098参考文献: [1]周中模，易介军. GPS卫星测量原理与应用[M]. 北京: 测绘出版社，1992 [2]刘大杰等. 全球定位系统（GPS）的地面原理和数据处理[M]. 上海: 同济大学出版社，1996年接收日期: 1998-10-26

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