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GPS在综合项目工程测量中的应用研究应用.doc
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1、武汉大学毕业设计(论文)题目:GPS在工程测量中应用研究专 业: 地理信息与地图制图学 院 : 武汉大学资源与环境学院学号: 53081039姓 名: 何子菇论文指引教师: 石玉婷 摘要GPS技术是当今信息社会发展最快技术之一,GPS定位技术以其速度快、精度高、全天候,不受通视条件限制、费用少、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日,可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。应用GPS卫星定位技术建立控制网叫GPS网,GPS网可以分为两大类:一类是全球或全国性高精度GPS网,其重要任务是作为全球高精度坐标框架过全国高精度坐标框架,为全球性地球动力学和空
2、间科学方面科学研究工作服务,或用以研究地区性板块运动,或地壳变形规律问题。另一类是区域性GPS网,涉及都市霍矿区GPS网,GPS工程网等,此类网相邻点间距离为几公里至几十公里,起重要任务是直接为国民建设服务。本文通过GPS建筑工程测量应用,总结GPS在工程测量中特点及测量经验。核心字:GPS;GPS网布设;坐标系目录摘要II目录III第一章 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状及应用21.3 研究目及内容3第二章GPS测量原理52.1GPS应用及发展52.2GPS结成62.2.1 空间星座某些62.2.2地面控制某些62.2.3顾客某些72.3GPS定位原理及分类72.4高程测量原
3、理92.5坐标系统及坐标系转换102.5.1坐标系统102.5.2坐标系转换12第三章GPS RTK测量基本原理133.1RTK基本简介133.2RTK基本工作原理133.3RTK作业流程143.4RTK误差来源14第四章GPS控制网布设办法154.1GPS网布设办法154.2GPS网多途径效应16第五章GPS在工程测量中应用实例分析17第六章 结论20参照文献21致 谢22专 业: 地理信息与地图制图I学 院 : 武汉大学资源与环境学院I学号: 53081039I姓 名: 何子菇I论文指引教师: 石玉婷I摘要II目录III第一章 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状及应用21.3
4、 研究目及内容3第二章GPS测量原理52.1GPS应用及发展52.2GPS结成62.2.1 空间星座某些62.2.2地面控制某些62.2.3顾客某些72.3GPS定位原理及分类72.4高程测量原理92.5坐标系统及坐标系转换102.5.1坐标系统102.5.2坐标系转换12第三章GPS RTK测量基本原理133.1RTK基本简介133.2RTK基本工作原理133.3RTK作业流程143.4RTK误差来源14第四章GPS控制网布设办法154.1GPS网布设办法154.2GPS网多途径效应16第五章GPS在工程测量中应用实例分析17第六章 结论20致 谢22第一章 绪论1.1研究背景及意义全球定位
5、系统(GPS)是英文Global Positioning System字头缩写词简称。它是运用卫星导航实时测距和测时构成全球定位系统。它是1973年12月,由美国国防部以及海、路、空三军联合研制新一代卫星导航系统,重要用于情报收集、核暴监测和应急通讯等某些军事目。GPS是以卫星为基本无线电卫星导航定位系统,它具备全能性、全球性、全天候、持续性和实时性精密三维导航与定位功能,并且具备良好抗干扰性和保密性。因而,GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空照相测量、海洋测量、都市测量等测绘领域得到了应用,并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。在测量领域最早应用于地形、高程、级
6、别控制网点测量,当前依然应当于这些重要领域,在其他测绘领域也硬功频繁。例如:用于各类型工程施工放样、测图、变形监测、航空照相测量、海测和地理信息系统中数据采集工作。在国家各种类型、各种级别控制网布设中以基本取代了老式测量方式,成为重要技术手段。国家GPS A级控制网于1992年由国家测绘局、中华人民共和国地震局等单位开始布测,全网27个点,平均边长约800km。1996年国家测绘局进行了A级网复测,经全网整体平差后,地心坐标精度优于0.1m,点间水平方向相对精度优于2,垂直分量相对精度710-8。布设A级网目就是在全国范畴内拟定精准地心坐标,建立起国内新一代地心参照框架及其与国家坐标系转换参数
7、,作为高精度卫星大地网骨架,并奠定地壳运动及地球动力学研究基本。作为国内高精度坐标框架补充以及为满足国家建设需要,在国家人级网基本上,建立了国家B级网。新布设A、B级GPS控制网成为当代化大地测量和基本测绘基本框架。GPS技术作为当代化测量中最重要测量手段,它具备不需要通视、不受天气影响、可以直接或得三维坐标等长处外,还可以节约大量时间和人力,因此GPS技术成为大地测量最重要测量手段。GPS(全球定位系统)在车辆导航、变形监测、航空航天等方面得到了广泛应用。由于其独特性,GPS测量技术在水利水电测量中也有辽阔应用。由于GPS测量仪在水利水电工程中应用,测量不再受到地形地势等条件影响,通过控制测
8、量观测办法和布局类型,大大减少了老式测量中传算点和过度点测量工作,使控制选点变较为灵活。并且控制测量也可以不受届时间、天气等自然条件影响了。 当前,GPS定位技术除了广泛应用于飞机和水面船只导航定位外,在陆地道路导航定位系统中也或得了越来越广应用。随着国内道路建设和汽车工业飞速发展,便携式道路实时导航和监控越来越受到人们普遍关注。如何使GPS定位导航系统变得更加轻便、更加精准和可靠已成为人们越来越强烈需求。GPS定位技术离不开计算机系统,如果要实现更复杂功能则需要更加强大计算机系统。采用更高档微计算机系统嵌入式系统,就可以较好解决超便携和高性能矛盾。当前,市场上几乎所有便携式GPS定位系统、导
9、航设备都采用嵌入式系统。1.2国内外研究现状及应用 今年来,随着国民经济飞速发展,国内汽车工业和都市化进程进入了一种高速迈进阶段,GPS定位系统市场迅速发展壮大。以GPS为代表卫星导航应用产业已成为当今国际公认八大无线产业之一。在近十近年,随着全球定位系统软件和硬件不断发展和完善,该系统已广泛地应用于国民经济建设和科学技术许多领域,并逐渐进一步到人们寻常生活中,与此同步,人们对于GPS需求也越来越强烈。随着技术进步、应用需求增长,GPS独具定位导航、授时校频、精密测量等多方面强大功能,已涉足众多应用领域,使GPS成为继蜂窝移动通信和互联网之后全球第三个IT经济新增长点。GPS对人类活动影响极大
10、,应用价值极高。它可以从主线上解决人类在地球上导航和定位问题,可以满足各种不同顾客需要。虽然最初GPS卫星定位系统是为军事目而设计,单其精密全球定位、简便观测、优秀实时性、良好抗干扰性能等长处得到了广泛应用。GPS应用重要分为两种类型,一种为单机应用,即采用独立接受机做单点静态多动态定位或单点高精度定位方略。另一种则以GPS接受机配合中心控制站,辅以无线数据通信设备,实时进行数据互换,构成GPS应用系统。对舰船而言,它能在海上协同作战、石油勘探、海洋捕鱼、管道铺设、暗礁定位。为海港领域等方面作出贡献。对飞机而言,它可在飞机起飞,半途导航,着陆,空中回合、武器投掷、空中交通管制等方面进行服务。在
11、陆地上可用于各种车辆、坦克、陆军部队等定位,还可用于大地测量、野外考察、勘探定位。GPS已经进一步到每个人生活之中,GPS车辆调度监控系统已广泛应用于银行、公安、交通管制、消防等部门。GPS引起了测绘行业一场技术革命,提供了一场崭新观测手段,并能进行迅速大地定位和布设大地网。GPS也为打造其研究和气象观测提供了重要手段,运用GPS所测定电离层延迟和多普勒频移延迟,可用来研究电离层电子积分浓度、折射系数、电子浓度随高度分布。 国内GPS市场呈现出两个重点发展趋势。 (1)以车载导航为核心移动目的监控、管理与服务系统。在GPS应用领域,车辆应用所占比例较大。最初GPS车辆应用普通分为车辆跟踪和车辆
12、导航两大系统。但当摩托罗拉公司推出集车辆导航与跟踪于一体车辆信息系统后它就成了发展方向。GPS车辆定位监控系统重要有自导航应用和中心监控两种方式。车辆监控系统是集GPS技术、无线通信技术和地理信息系统技术于一体综合车辆管理系统。普通行业顾客车船队监控都采用中心监控方式,系统由监控中心、位于监控中心主站和安装在移动车辆上子站等3某些构成。系统工作原理是安装在车辆上GPS接受机依照收到卫星信息计算出车辆当前位置,通信控制器从GPS接受机输出信号中提取所需要位置、速度和时间信息,结合车辆身份等信息形成数据包,然后通过无线信道发往控制中心。控制中心主站接受子站发送数据,并从中提取出定位信息,依照各车辆
13、车号和组号等,在监控中心电子地图上显示出来。同步,控制中心系统管理员可以查询各车辆运营状况,依照车流量合理调度车辆。以车辆防盗为例,普通分为静态车辆防盗与动态车辆追踪两种。前者是指车主离开汽车、停泊车辆遭遇偷盗、毁坏和移动时、车辆通过自身监控系统向GPS监控中心发出警报、并自动与车主手机联系、电话报警等。后者则可对行驶中被盗车辆进行定位跟踪、车况监听、车迹记录、甚至控制车辆断电和断油等。(2)面向个人消费者GPS终端产品。 芯片小型化技术、生产成本减少、体积与耗电量减小等有利因素使GPS产品走下神坛、进一步到人们寻常生活中。当前面向个人消费者产品重要有车载自主导航系统、移动监控终端以及消费类电
14、子产品。 移动监控终端是移动目的监控系统核心某些。有用于集装箱等货品、车辆跟踪等领域隐蔽式安装产品、也有多功能综合车载平台。但随着产品成本减少与体积微型化,市场上已浮现供小朋友、老人、病人甚至宠物等特殊群体使用手表类、寻人仪和小朋友玩具型GPS产品。它们可佩带在身上、嵌入老人拐棍中、甚至植入体内。与上述产品相比,各种个人消费类GPS电子产品则更加接近人们生活。有集成了GPS芯片和地理信息系统数字地图移动通信手机、GPS手持机、GPS手表甚至GPS相机等,也有基于掌上电脑和笔记本电脑等移动设备插卡(CF卡式GPS接受机)式、外接(GPS接受机)式等集成产品。当前国内市场上多见是高明公司、麦哲伦公
15、司、Navman等外国公司品牌GPS手持机和汽车导航仪等。1.3 研究目及内容GPS RTK技术作为测绘领域内高科技技术,已经为测绘提供了有力测量定位手段,特别是GPS RTK测量技术发展和推广,使得GPS测量技术真正开始走上了取代全站仪进行各种地面测量和数据采集工作新阶段。扩大了GPS测量应用领域。本题探讨了GPS技术和GPS RTK技术构成、应用及特点。载波相位差分技术即RTK技术,它是建立在全球定位系统(GPS)基本之上实时动态定位技术,常规GPS测量办法,如静态、迅速静态、动态测量、都需要事后进行结算才干获得厘米级精度,而RTK是可以在野外实时得到厘米级定位精度测量办法,是GPS应用重
16、大里程碑,它浮现为各种控制测量、地形测图、工程放样及海洋、地籍测量带来了新曙光,极大地提高了外业作业效率。本题探讨了GPS在建筑工程规划到实地建设后变形监测,运用常规测量手段和GPS RTK技术对其位置进行检查,然后对两次测量成果进行比较,从而得出运用GPS RKT技术测量得出成果,比全站仪常规测量手段得出成果较原建筑设计坐标接近;从而也可以看出GPS技术比常规测量手段精度高、省时间。第二章GPS测量原理2.1GPS应用及发展GPS定位技术以其精度高、速度快、费用省、操作简便等优良特性被广泛应用于大地控制测量中。时至今日,可以说GPS定位技术已完全取代了用常规测角、测距手段建立大地控制网。咱们
17、普通将应用GPS卫星定位技术建立控制网叫GPS网。归纳起来大体可以将GPS网分为两大类:一类是全球或全国性高精度GPS网,此类GPS网中相邻点距离在数千公里至上万公里,其重要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架,为全球性地球动力学和空间学科学研究工作服务,或用以研究地区性板块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性GPS网,涉及都市或地区性板块运动或地壳形变规律点间距离为几公里至几十公里,其重要任务是直接为国民经济建设服务。这一定位技术己普遍应用在大地测量、工程测量、工程和地壳变形测量、地籍测量、航空照相和海洋测绘、运载工具导航和管制、地壳运动监测、监测、资源勘察、地球动力学等诸多
18、测量领域。可以以为,GPS定位技术已经使典型测量枯术经历了一场意义深远变革,从而进入一种崭新时代。精密工程测量和变形监测,是以毫米级乃至亚毫米级为目工程测量工作。随着GPS系统不断完善,其软件性能也随之不断改进。在大地测量方面,运用GPS技术开展国际联测,建立全球性大地控制网,提供高精度地心坐标,测定和精化大地水准面。1992年全国GPS大会战。通过数据解决,GPS网点地心坐标精度优于0.2m,点间位置精度优于10-8。在国内建成了平均边长约100kmGPS A级网,提供了亚米级精度地心坐标基准。在工程测量方面,应用GPS静态相对定位技术,布设精密工程控制网,用于都市和矿区油田地面沉降监测、大
19、坝变形监测、高层建筑变形监测、隧道贯通测量等精密工程。加密测图控制点,应用GPS实时动态定位技术(简称RTK)测绘各种比例尺地形图和用于工程建设中施工放样。在航空照相测量方面,国内测绘工作者也应用GPS技术进行航测外业控制测量、航摄飞行导航、记载GPS航测等航测成图各个阶段。在地球动力学方面,GPS技术用于全球板块运动监测和区域板块运动监测。国内已开始用GPS技术监测南极洲板块、青藏高原地壳运动、四川鲜水河地壳断裂远动,建立了中华人民共和国地壳形变观测网、三峡库区形变观测网、首都圈GPS形变监测网等。GPS技术还用于海洋测量、水下地形测绘。此外,在军事国防只能交通、邮电通信,地矿、煤矿、石油、
20、建筑以及农业、气象、土地管理、环境监测、金融、公安等部门和行业,在航空航天、测时授时、物理探矿、姿态测定等领域,也都开展了GPS技术研究和应用。2.2GPS结成GPS系统涉及三大某些:空间某些(GPS卫星星座);地面控制某些(地面监控系统);顾客设备某些(GPS信号卫星接受机)。2.2.1 空间星座某些(1)GPS卫星星座全球定位系统空间星座某些,由24颗卫星构成,其中涉及3颗可随时启用备用卫星。工作卫星分布在6个近圆形轨道面内,每个轨道面上有4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面倾角为55,各轨道平面升交点赤经相差60,同一轨道上两卫星之间升交角距相差90,轨道平均高度为0km,卫星运营周期为1
21、1小时58分。同步在地平线以上卫星数目随时间和地点而异,至少为4颗,最多时达11颗。上述GPS卫星空间分布,保障了在地球上任何地点、任何时刻均至少可同步观测到4颗卫星,加之卫星信号传播和接受不受天气影响,因而GPS是一种全球性、全天候持续实时定位系统。(2)GPS卫星及功能GPS卫星主体呈圆柱形,直径约为1.5m,重约774kg,两侧设有两块双叶太阳能板,能自动对日定向,以保证卫星正常供电。每颗卫星配备有4台高精度原子钟(2台铷钟和2台艳钟),这是卫星核心设备。它将发射原则频率信号,为GPS定位提供高精度时间原则。全球定位系统中,GPS只要任务是:向广大顾客持续不断地发送导航定位信号;接受、储
22、存由地面注入站发送到卫星导航电文和其她关于信息;接受地面主控站通过注入站发送到卫星调度命令,适时地调节卫星姿态,改正卫星运营轨道偏差,启用备有卫星。2.2.2地面控制某些GPS工作卫星地面控制系统涉及1个主控站、3个注入站和5个监测站。主控站设在美国本土科罗拉多。主控站任务是收集、解决本站和监测站收到所有资料,编算出每颗卫星星历和GPS时间系统,将预测卫星星历、钟差、状态数据以及大气传播正编制成导航电文传送到注入站。主控站还负责纠正卫星轨道偏差,必要是调度卫星,让备用卫星取代失效工作卫星。注入站作用是将主控站计算卫星星历和卫星钟改正数等信息注入到卫星中去。注入站当前又3个,分别设在印度洋迭哥加
23、西亚、南大西洋阿松森群岛和南太平洋卡瓦加兰。既有5个地面站均具备监测站功能除了主控站外,其她4个分别位于夏威夷、阿松森群岛、迭哥加西亚、卡瓦加兰。监测站是在主控站控制下数据自动采集中心,因此观测资料由计算机进行初步解决,并储存盒传送到主控站,用以拟定卫星轨道。整个GPS地面监控某些,除主控站外均无人值守。各站间用当代化通讯网络联系起来,在原子钟和计算机驱动和精准控制下,各项工作实现了高度自动化和原则化。2.2.3顾客某些GPS顾客某些由GPS接受机、数据解决软件及相应顾客设备所构成。GPS接受机硬件,普通涉及主机、天线、控制器和电源,重要功能是接受GPS卫星发射信号,可以捕获到按一定卫星高度截
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- GPS 综合 项目 工程 测量 中的 应用 研究
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