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GPS在建筑工程测量上的应用研究

2019-09-05 8页 doc 22KB 3阅读

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GPS在建筑工程测量上的应用研究武汉大学 毕  业  设  计 (论文) 题    目:GPS技术在建筑物放样中的应用 学生姓名:                    学    号: 专    业:摄影测量与遥感技术 学    院:遥感信息工程学院 指导教师:王树根 摘 要 GPS(Global Positioning System)全球定位系统是美国研制并在1994年投入使用的卫星导航与定位系统。其应用技术已遍及国民经济的各个领域。在测量领域GPS测量以其速度快、定位精度高、操作简便和价格低另外还具有全球性、全天候、连续性等优点的三维导航和定位能力以...
GPS在建筑工程测量上的应用研究
武汉大学 毕  业  设  计 (论文) 题    目:GPS技术在建筑物放样中的应用 学生姓名:                    学    号: 专    业:摄影测量与遥感技术 学    院:遥感信息工程学院 指导教师:王树根 摘 要 GPS(Global Positioning System)全球定位系统是美国研制并在1994年投入使用的卫星导航与定位系统。其应用技术已遍及国民经济的各个领域。在测量领域GPS测量以其速度快、定位精度高、操作简便和价格低另外还具有全球性、全天候、连续性等优点的三维导航和定位能力以及具有良好的抗干扰性和保密性深受广大测量人员的喜爱。随着GPS定位技术的发展完善测绘定位技术也发生了革命性的变革也为测绘工作提供了崭新的技术手段和。 本文以郑东新区范围内建筑物的放样为例,详细论述了建立郑东新区内GPS控制网的布设以及控制网的精度。通过利用GPS动态GPS技术放样结果与GPS静态观测结果进行对比分析,得出了GPS动态GPS技术满足建筑物放样的精度要求的结论。 关键词: GPS; 建筑物放样;精度分析 目 录 摘要    I 第一章 绪论    2 1.1 本文研究的背景与意义     2 1.2 国外 GPS 定位技术发展     3 1.3 国内GPS 定位技术发展     4 1.4 本文研究的主要内容     5 第二章 GPS 系统概述     6 2.1 GPS系统的组成     6 2.2 GPS系统原理概述     8 2.3 GPS定位方法     9 2.4 GPS定位误差来源     10 2.5 GPS测量的特点     12 第三章 RTK 测量技术     14 3.1 RTK 原理概述     14 3.2 RTK的特点    14 3.3 RTK 测量中的一般要求     15 3.4 RTK误差分析与措施    16 第四章 GPS在建筑物放样中的应用    17 4.1 工程概况    18 4.2 GPS控制网的建立     18 4.3 GPS用于建筑放样     16 第五章 总结     16 参考文献      17 第一章 绪 论 随着科学技术的不断发展和GPS在生产实践中的广泛应用促进了全球定位系统(Global Positioning System) 简写GPS卫星定位技术的发展使测绘科学发生了巨大的变革,传统用测角、测距、测水准为主体的地面定位技术,正在逐渐被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度的 GPS 技术所代替。GPS定位技术的高度自动化和所达到的定位精度及其潜力引起了广大测量工作者的极大兴趣尤其从1982 年第一代大型无码GPS接收机Macrometer V-1000投入市场以来在应用基础的研究应用领域的开拓、硬件和软件的开发等方面都得到蓬勃发展。 现代科学技术的发展为GPS精密定位技术的应用展现了广阔的前景。定位方法已 从静态扩展到动态定位服务领域已从导航和测绘领域扩展到国民经济建设的广阔领域 目前已广泛应用于控制测量、工程测量、地形测绘、航空摄影测量、大地监测、导航等方面。随着GPS差分定位技术和GPS实时动态差分定位系统的发展点的定位精度不断提高GPS技术在导航、运载工具实时监控、地质勘探、碎部点的测绘与放样等领域得到广泛的应用。近十来年GPS测量以其定位精度高、观测速度快、小巧灵活和价格低廉,另外还具有全球性、全天候、连续性等优点,深受广大测量工作者的青睐。特别是最近几年GPS仪器越来越多的进入测绘单位,使得测绘这项原本复杂而且艰苦的工作变得简便,在通视条件较差的测绘环境下GPS定位技术得到了更为广泛的应用。 1.1 本文研究的背景与意义 郑东新区规划面积150平方公里,是在原来村庄拆迁的基础上重新规划、重新建 设的新区。道路、桥梁等基础性设施以及大批量建筑物的开工建设定位工作量艰巨而繁杂工期的限制往往使得测绘工作十分紧迫由于新区是边拆迁边建设的发展模式,通视环境受限给测绘定位工作带来了很大的影响也对传统定位工作方法提出了挑战。 随着各个工程项目的开工建设,测绘定位工作首当其冲任务艰巨传统的定位模式和仪器设备已经远远不能满足要求,更新引进国际先进的GPS设备GPS定位技术的研究就显得尤为重要。GPS技术在建筑方面的应用精度关系着新区建设的步伐,进行这方面的研究意义深远,也是急待解决的问题。 1.2 国外 GPS 定位技术发展 1957年10月,世界上第一颗人造地球卫星的成功发射宣告空间科学的发展跨入了一个崭新的时代,也使电子导航技术的发展进入了一个新的阶段。它使人类将无线电发射参考站建立在空中的设想成为现实,由此空间电子导航系统(Space-based Radionavigation System)应运而生。空间电子导航系统统称为卫星电子导航系统,第 一代卫星电子导航系统的代表是美国海军武器实验室委托霍普金斯大学应用物理实验室研制的海军导航卫星系统(Navy Navigation Satellite System-NNSS)在该系统中卫星的轨道都通过地极,故也称“子午仪” Transit 卫星系统。1964年该系统建成后即被美国军方使用,1967年将星历解密而提供民用服务。实践表明,子午仪卫星系统具 有精度均匀、不受时间和天气限制等优点,只要系统的卫星在视界内就可在地球表面任何地方进行单点定位或联测定位,从而获得观测点的三维地心坐标。尽管子午仪卫星系统具有以往导航系统所无法比拟的优越性 但也存在一些严重的缺陷,这主要是由于该系统卫星数目较少(5-6 )颗,运行高度较低(平均约为 1000KM),从地面观测到卫星的时间间隔较长(平均 1.5 小时)因而无法连续地提供实时的三维定位信息,难以充分满足军事用户和某些民事用户的定位要求。 为了克服子午仪系统的缺陷 实现全天候、全球性和高精度的连续导航与定, 1973年美国国防部批准其陆海空三军联合研制第二代卫星导航定位系统-授时与测 距 导 航 系 统 /(Navigation System Timing and Ranging/Global Position System-NAVSTAR/GPS) 简称全球定位系统(GPS)。起初的GPS方案由24颗卫星组成,这些卫星分布在互成120度的三个轨道平面上,每个轨道平均分布8颗卫星,这样的卫星布局可保证在地球的任何位置都能同时观测到6-9颗卫星。为识别不同的卫星信号并提高系统的抗干扰能力和保密能力,采用了直接序列扩频技术(DS-SS),整个系统相当于一个码分多址系统(CDMA)。为了补偿电离层效应的影响,采用了双频调制;1978年由于美国政府压缩国防预算,减少了对GPS的拔款,GPS联合办公室就将初始方案修改为第二方案。在第二方案中系统的卫星数由24颗减少到18颗,并调整了卫星的布局,18颗卫星分布在互成60度的6个轨道平面上,每个轨道平面分布3颗卫星,这样的配置基本能够保证在地球上任何位置均能同时观测到至少4颗卫星。但实验发现这样的卫星配置可靠性不高 另外由于在海湾战争中GPS发挥了巨大的作用,因此在1990年对第二方案进行了修改,最终方案是由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成整个系统,6个轨道平面的每个平面上分布 4颗卫星,这样的配置使同时出现在地平线以上的卫星数目承受时间和地点而异,最少为 4颗,最多可达11颗。 GPS实施共分三个阶段: 第一阶段为方案论证和初步阶段。从1973年到1979 年,共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 第二阶段为全面研制和试验阶段。从1979年到1984年,又陆续发射了7颗试验卫星,研制了各种用途接收机。实验表明GPS定位精度远远超过设计。 第三阶段为实用组网阶段。1989 年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功,表明GPS系统进入工程建设阶段。1993年底实用的GPS网即(21+3)GPS 星座已经建成,今后将根据计划更换失效的卫星。 截止到1993年,由分布在6个轨道平面内的(21+3)颗卫星组成的GPS空间星座己经建成,今后将根据计划更换失效的卫星。从1973年到1993年GPS系统的建立经历了近20年,耗资300亿美元,它是继阿波罗登月计划和航天飞机计划后的第三项庞大空间计划。 1.3 国内 GPS 定位技术发展 从1970年4月把第一颗人造卫星送入轨道以来,我国已成功地发射了三十多颗不同类型的人造卫星,为空间大地测量工作的开展创造了有利条件。 70年代后期,有关单位在从事多年理论研究的同时,引进并试制成功了各种人造卫星观测仪器。其中有人卫摄影仪、卫星激光测距仪和多普勒接收机。根据多年的观测实践,完成了全国天文大地网的整体平差,建立了1980年国家大地坐标系,进行了南海群岛的联测。 80 年代初,我国一些院校和科研单位已开始研究GPS技术。十多年来 我国的测绘工作者在GPS定位基础理论研究和应用开发方面作了大量工作。80年代中期,我国引进 GPS接收机,并应用于各个领域。同时着手研究建立我国自己的卫星导航系统。 在大地测量方面,利用GPS技术开展国际联测,建立全球性大地控制网,提供高精度的地心坐标。组织各部门参加1992年全国GPS定位大会战。经过数据处理,GPS网点地心坐标精度优于0.2M点间位置精度优于10。在我国建成了平均边长约定100KM的GPS A 级网,提供了亚米级精度地心坐标基准。此后,在A级网的基础上,我国又布设了边长为此30—100KM的B级网,全国约布设2500个点。A、B 级GPS网点都联测了几何水准。这样,就为我国各部门的测绘工作 建立各级测量控制网,提供了高精度的平面和高程基准。我国已完成西沙、南沙群岛各岛屿与大陆的GPS联测,使海岛与全国大地网联成一整体。 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,用于城市和矿区油田地面沉降监测、大坝变形监测、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施工放样。 在航空摄影测量方面,我国测绘工作者也应用GPS技术进行航测外业控制测量、航摄飞行导航、机载GPS航测等航测成图的各个阶段。 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。我国已开始用GPS技术监测南极洲板块运动、青藏高原地壳运动、四川地壳断裂运动,建立了中国地壳形变观测网、三峡库区形变观测网、首都GPS形变监测网等。GPS技术已经用于海洋测量、水下地形测绘。 此外,在军事部门、交通部门、邮电部门、地矿、煤矿、石油、建筑以及农业、气象、土地管理、金融、公安等部门和行业 在航空航天、物理探矿、姿态测定等领域,也都开展了 GPS 技术的研究和应用。 在静态定位和动态定位应用技术及定位误差方面作了深入的研究 研制开发了GPS 静态定位和高动态高精度定位软件以及精密定轨软件。在理论研究与应用开发的同时, 培养和造就了一大批技术人才和产业队伍。 近几年,我国已建成了北京、武汉、上海、西安、拉萨、乌鲁木齐等永久性的GPS跟踪站,进行对GPS卫星的精密定轨,为高精度的GPS定位测量提供观测数据和精密星历服务,致力于我国自主的广域差分GPS(WADGPS)方案的建立,参与全球导航卫星系统(GNSS)和GPS增强系统(WAAS)的筹建。同时,我国已着手建立自己的卫星导航系统(双星定位系统),能够生产导航型GPS接收机。GPS技术的应用正向更深层次发展。 1.4 本文研究的主要内容 目前,以GPS为代表的卫星导航应用产业已成为当今国际公认的八大无线产业之一。GPS 测量技术无论国内还是国外在很多方面都得到了广泛的应用。高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便的特点越来越受到测绘工作人员的青睐,GPS在控制测量和定位放线方面也得到了很好的应用,如何更好地发挥 GPS 的作用,提高工作效率,从理论到实际工作还有很长的路要走,建筑物的放线测量不仅精度要求高而且有其特殊性。
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