沪杭甬铁路GPS静态控制测量及其数据处理数字测图毕业论文1.doc
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1、黄河水利职业技术学院毕业论文沪杭甬铁路GPS静态控制测量及其数据处理 毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计
2、(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期: 学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学
3、校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日黄河水利职业技术学院毕业设计登记表 年 月 日学生姓名专业工程测量班级工程测量0908班设计题目沪杭甬铁路GPS静态控制测量及其数据处理指导教师意见:是否同意参见答辩:同意( ) 不同意( ) 指导教师签名:沪杭甬铁路GPS静态控制测量及其数据处理苏润全(黄河水利职业技术学院,
4、河南 开封 475003)摘 要随着科学技术的不断向前发展,社会的不断进步,现代国家建设进入了一个新的阶段,许多新的施工项目对生产要求以及自动化流程、生产过程控制、产品质量检验与监测等有了更高的要求。在当前形势下出现许多先进的地面测量仪器,为工程测量提供了先进的技术工具和手段,如:光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等,为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件,改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。我国基础建设进行的如火如荼,在大型铁路施工项目中,工程测量更是不可缺,而传统工程测量技术越来越
5、不能满足当前工程精度要求,及其效益的提高。随着科学技术的进步以及工程测量的发展,高精度、高效率的GPS测量技术正逐步取代传统的测量工具,可以说GPS的出现给测绘领域带来了根本性的变革。GPS系统的建立为测绘工作提供了一个崭新的定位测量手段。由于GPS定位技术具有精度高、速度快、成本低的显著优点,因而在城市与工程控制网的建立、更新与改造中得到了日益广泛的应用。应用GPS建立控制网,通常是采用载波相位的相对定位方法得到GPS基线向量,GPS控制网就是由GPS基线向量构成的测量控制网。与常规地面控制网相比,GPS控制网的数据处理有其自身的特点,其数据处理主要包括基线解算、网平差两部分,对于GPS工程
6、控制网,还应考虑将坐标成果转换到工程实用的坐标系中。本文阐述了GPS系统的由来及特点,系统的基本构造以及定位原理,误差来源以及应用。基于其在现实生活中的不断应用,探讨了GPS测量技术在工程测绘中的应用。并介绍了GPS静态数据处理的全过程,直到最后成果的输出验收。关键词 :GPS控制测量;数据处理;成果检验目 录第1章 绪论11.1测量任务概述11.1.1任务概述11.1.2测区概述11.2 GPS系统的组成11.3 GPS应用21.4 GPS测量的技术特点3第2章 GPS静态测量布网方式及精度要求52.1 GPS静态测量的含义52.2 GPS测量的精度指标52.3 GPS网的图形设计62.3.
7、1 GPS网形设计的一般原则62.3.2 GPS网的链接方式72.3.3 GPS图形设计注意事项82.4 GPS 控制测量的外业工作82.4.1选点与埋设标志82.4.2外业观测9第3章 静态数据处理103.1 华测X90仪器介绍103.2 数据处理过程103.2.1任务的建立103.2.2坐标系统的建立113.2.3数据的导入133.2.4基线的处理143.2.5网平差16第4章 数据成果检查及输出194.1 成果检查194.1.1基线向量及改正数、(Tau)检验194.1.2 X平方检验194.1.3平面距离平差值214.1.4平面坐标224.1.5高程拟合坐标224.2 成果提交234.
8、2.1 成果输出234.2.2 坐标输出成果23第5章 总结24参考文献25致谢26附录一27附录二30附录三31第1章 绪论1.1测量任务概述1.1.1任务概述本次实习期间,主要的实习项目是GPS静态测量,工作的具体地点位于浙江省绍兴市以及宁波等地区,主要的工作是沪杭甬铁路的静态控制测量工作,我们位于GPS组所以测量工作就落在了我们五个测量人员的身上,我们克服重重困难最后顺利的完成了任务。1.1.2测区概述本测区沪杭甬铁路位于西起杭州市,东到上海,是全国铺展高铁项目的一个分枝,沪杭甬高速铁路是浙江开建的第一条高速铁路,途经嘉兴、杭州、绍兴、宁波四个地市,全长248公里。素有“浙江第一路”之称
9、。它不仅是浙江接轨大上海的“黄金通道”,还是“宁波舟山港”、绍兴中国轻纺业货物集疏运输的“主渠道”。沿线还分布着萧山、海宁、慈溪等浙江2/3的全国社会经济综合。它也是国内第一条在不中断交通、不对车辆进行分流的情况下,按照“边营运、边施工”方式实施拓宽改造的高速铁路。1.2 GPS系统的组成GPS定位系统由三部分组成,即GPS卫星(空间部分)、地面监控系统(地面监控部分)和GPS接收机(用户部分)。一空间部分1.GPS卫星GPS卫星的主体呈圆柱形,两侧有太阳能帆板,能自动对日定向。太阳能电池为卫星提供工作用电。每颗卫星装有微型处理器、大容量的存储器和四台原子钟(发射标准频率、提供高精度的时间标准
10、)。GPS卫星的基本功能是:(1)接收和存储由地面监控站发来的导航信息,接收并执行监控站的控制指令;(2)进行部分必要的数据处理工作;(3)通过高精度的原子钟提供精密的时间标准;(4)向用户发送导航电文与定位信息;(5)在地面战的指令下卫星姿态和启用备用卫星。2GPS卫星星座GPS卫星星座由24颗卫星组成,其中包括3颗备用卫星。卫星分布在6个轨道平面内,每个轨道平面内分布由4颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为55度,卫星平均高度约为20200km,卫星运行周期为11h58min。二地面监控部分GPS的地面监控部分主要由分布在全球的5个地面站组成,其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站。
11、控制站位于科罗拉多斯普林斯(Colorado Springs)的联合空间执行中心(CSOC),三个注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基础上,及大西洋的阿松森(Ascension)岛、印度洋的的哥加西亚(Diego Garcia)和太平洋的卡瓦加兰(Kwajalein),五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。地面监控部分总的功能是:确定卫星轨道;保持GPS系统处于同一时间标准;监视卫星“健康”状况。1.监测站监测站为数据采集中心,它的设备及相应功能包括:(1)双频GPS接收机:对卫星进行连续观测和检测卫星工作状态;(2)高精度原子钟:提供时间标准;(3)若干台气象数据传感
12、器:收集当地的气象资料;计算机:将以上资料进行处理、存储并传送给主控站。2主控站主控站为地面控制系统的调度指挥中心,主要设备为大型电子计算机。主控站的主要功能是:(1)根据各监测站送来的资料,编制导航电文,送往注入站;(2)提供GPS系统的时间基准,送往注入站;(3)调度卫星(调整失轨卫星、启用备用卫星)。3注入站注入站向每颗GPS卫星输入导航电文及控制指令。主要设备包括一台直径为3.6m的天线、一台S波段的发射机和一台计算机。其主要任务是在主控站的控制下,将主控站推算和编制的导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统。1.3 GPS应用一主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。
13、例如:(1)船舶远洋导航和进港引水(2)飞机航路引导和进场降落(3)车自主导航(4)地面车辆跟踪和城市智能交通管理(5)紧急救生(6)个人旅游及野外探险(7)个人通讯终端(与手机,PDA,电子地图等集成一体)二。 GPS应用于授时校频(1)电力,邮电,通讯等网络的时间同步(2)准确时间的授入(3)准确频率的授入三。 GPS应用于高精度测量(1)各种等级的大地测量,控制测量(2)道路和各种线路放样(3)水下地形测量(4)地壳形变测量,大坝和大型建筑物变形监测(5)GIS应用(6)工程机械(轮胎吊,推土机等)控制(7)精细农业1.4 GPS测量的技术特点GPS在最近的两年得到了迅速推广,这主要依赖
14、于 GPS系统能为全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。相对于常规的测量方法来讲,GPS测量主要有以下一些特点。1. 功能较多、应用广泛GPS 可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。因此它不仅可以用于测量、导航,还可以用于测速、测时。2. 定位精度高GPS的大量工程应用表明,其相对定位精度在 50km 以内,相对定位精度可达 110- 6210- 6,100500km 可达到 10- 7,1000km以上可达到10- 9。在3001500m 工程精密定位中,lh以上观测的解,其平均平面误差小于1mm。GPS在高层建筑的基准传递中,其
15、绝对位置平面精度优于+5mm,高程精度优于+8mm。3.观测时间短利用GPS可进行实时导航定位,这对高动态运动载体的导航显得尤为重要。当用 GPS接收机作静态相对定位 (边长小于15km) 时,采集1h之内的数据,即可获得较高的定位精度。两台仪器每天正常作业至少可测定4条基线。如果采用快速静态定位模式,对于双频接收机,仅需采集5min左右时间;对于单频接收机,只要能观测5颗卫星,也仅需要采集15min左右的时间。可见,利用GPS技术建立控制网,能大大缩短观测时间,提高作业效益。随着GPS系统的不断完善,软件与硬件的不断更新,目前,20Km 以内相对静态定位,仅需1520min;快速静态相对定位
16、测量时,当每个流动站与基准站相距在15hm 以内时,流动站观测时间只需 12min;动态相对定位测量时,流动站出发时观测时间只需12min,然后随即定位,每站观测时间仅需几秒钟。4.操作简便在操作上,GPS测量的自动化程度非常高,有的已达到“傻瓜化”的程度,操作员只需要安装并开关仪器、采集环境的气象数据、量取仪器高度和监视仪器工作状态,其他工作则由GPS接收机自动完成,如卫星的捕获、跟踪观测和记录等。假如在一个测站上需要作较长 时间的连续观测,通过网络或其他通讯方式,将所采集的观测数据传送到数据处理中心,不需要任何人员人值守,就可以实现全自动化的数据采集与处理。在结束观测的时候,也只需关闭电源
17、,收好接机,便完成野外数据采集任务。此外目前的接收机体积也越来越小,重量亦越来越轻,便于携带和搬运。5. 观测站之间无需通视相对于传统测量技术而言,GPS测量不要求观测站之间相互通视,只需保持观测站15以上的空间开阔即可,因此可不再需要建造觇标。它的这一优势能大量节省造标费用 (造标费约占总费用的 3050)。同时由于无需点间通视,点位位置可根据需要灵活布设,也可省去传统测量控制网中的传递点、过渡点的测量工作,使得选点工作变得非常灵活。6. 全球全天候作业由于GPS卫星数目较多,且分布合理,所以地球上何地点,均可连续地同步观测至少4颗卫星。从而保障了全球全天候连续的三维定位。通常情况下,除雷雨
18、天气不宜观测,一般不受天气状况的影响。由此看来GPS测量技术的发展相对于传统测量技术来说是一次重大突破。7.提供全球统一的三维地心坐标传统测量控制是将平面和高程采用不同的方法分别施测。而GPS测量在精确测定观测站平面位置(二维坐标) 的同时,还可以精确测定观测站的大地高程。这种能够提供全球统一的三维地心坐标的特点,为确定地面点的高程和大地水准面的形状研究开辟了新途径,同时也为其在航空摄影测量、航空物探及精密导航中的应用,提供了重要的高程数据。8. 经济效益高国内外大量的GPS测量实践表明,用GPS建立大地控制网,仅需常规方法的1/3费用。这是因为GPS具有定位速度较快的特点,因而使工期大大缩短
19、;另外GPS另定位不要求测站间相互通视,不必建立大量费时、费力、费钱的视标。目前三台GPS测地型接收机价格已接近台全站仪的价格,因此其经济效益将日趋显著。第2章 GPS静态测量布网方式及精度要求2.1 GPS静态测量的含义这种模式采用两台(或两台以上)GPS接收机,分别安置在一条或数条基线的两端,同步观测4颗以上卫星,每时段根据基线长度和测量等级观测相应的时间。这种模式一般可以达到5mm十1ppm的相对定位精度。2.2 GPS测量的精度指标GPS网的精度指标,通常是以网中相邻点之间的距离误差来表示。其形式是表2.1表2.1相邻点间基线长度的精度要求级别固定误差(mm)比例误差(ppm)AA30
20、.01A50.1B81C105D1010E1020一GPS的精度要求一国家测绘局1992年制定的我国第一部全球定位系统(GPS)测量规范将GPS的测量精度分为A A、 A、B、C、D、E六级。其中A、B两级一般是国家GPS控制网。我国的国家GPS网就是按照这一精度标准设计的。C、D、E三级是针对局部性GPS网规定的如下表2.2所示: 表2.2 GPS网相邻点的平均边长km级别AAABCDE平均距离10003007010-155-100.2-5注:相邻点最小距离可为平均距离的1/3-1/2,最大距离可为平均距离的2一3倍二GPS的精度要求二为了适应生产建设的需要,有关部门制定了全球定位系统城市测
21、量技术规程,按城市或工程GPS网中相邻点的平均距离和精度划分为二、三、四等和一、二级,在布网时可以逐级布网、越级布网或布设同级全面网 ,如表2.3所示:表2.3 GPS的精度要求级别项目二等三等四等一级二级固定误差a/mm1010101015比例误差系数b/ppm25101020相邻点平均距离/km95211闭合环或附合路线的边数/条681010102.3 GPS网的图形设计2.3.1 GPS网形设计的一般原则(1)GPS网一般采用独立观测边构成的闭合图形。例如,三角网、多边形或附合线路,以增加几何强度和检核条件,提高网的可靠性。在设计观测图形时,必须充分考虑加强异步环的检查。实践表明,设计异
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