gps在工程测量中的应用(4篇)

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gps在工程测量中的应用论文篇一

一、与gps卫星有关的误差

与gps卫星有关的误差主要包括卫星的轨道误差和卫星钟的误差卫星钟差

由于卫星的位置是时间的函数，因此，gps的观测量均发缜密测时为依据，而与卫星位置相对应的信息，是通过卫星信号的编码信息传送给接收机的。在gps定位中，无论是码相位观测或是载波相位观测，均要求卫星钟与接收机时钟保持严格的同步。实际上，以尽管gps卫星均设有高精度的原子钟（铷钟和铯钟），但是它们与理想的gps时之间，仍存在着难以避免的偏差和漂移。这种偏差的总量约在1ms以内。对于卫星钟的这种偏差，一般可由卫星的主控站，通过对卫星钟运行状态的连续监测确定，并通过卫星的导航电文提供给接收机。经钟差改正后，各卫星之间的同步差，即可保持在20ns以内。

在相对定位中，卫星钟差可通过观测量求差（或差分）的方法消除。

2卫星轨道偏差

估计与处理卫星的轨道偏差较为困难，其主要原因是，卫星在运行中要受到多种摄动力的繁杂影响，而通过地面监测站，以难以充分可靠的测定这作用力，并把握它们的作用规律，目前，卫星轨道信息是通过导航电文等到的。

应当说，卫星轨道误差是当前gps测量的主要误差来源之一。测量的基线长度越长，此项误差的影响就越大。

在gps定位测量中，处理卫星轨道误差有以下直种方法:

1)忽略轨道误差

这种方法以从导航电文中所获得的卫星轨道信息为准，不再考虑卫星轨道实际存在的误差，所以广泛的用于精度较低的实时单点定位工作中。

2)采用轨道改进法处理观测数据

这种方法是在数据处理中，引入表征卫星轨道偏差的改正参数，并假设在短时间内这些参数为常量，将其与其它求知数一并求解。

3)同步观测值求差

这一方法是利用在两个或多个观测站一同，对同一卫星的同步观测值求差。以减弱卫星轨道误差的影响。由于同一卫星的位置误差对不同观测站同步观测量的影响，具有系统误差性质，所以通过上述求差的方法，可以明显的减弱卫星轨道误差的影响，特别当基线较短时，其效用更不明显。

这种方法对于精度相对定位，具有极其重要的意义。

二与卫星信号传播有关的误差

与卫星信号有关的误差主要包括大气折射误差和多路径效应电离层折射的影响

gps卫星信号的其它电磁波信号一样，当其通过电离层时，将受到这一介质弥散特性的影响，便其信号的传播路径发生变化。当gps卫星处于天顶方向时，电离层折射对信号传播路径的影响最小，而当卫星接近地平线时，则影响最大。

为了减弱电离层的影响，在gps定位中寻常采用下面措施

(1)利用双频观测

由于电离层的影响是信号频率的函数，所以利用不同频率的电磁波信号进行观测。便能多确定其影响，而对观测量加以修正。因此，具有双频的gps接收机，在缜密定位中测量中得到广泛的应用。不过应当明确指出，在太阳辐射的正午或在太阳黑子活动的异常期，应尽量避免观测。在特别是缜密定位测量。

(2)利用电离层模型加以修正

对于单频gps接收机，为了减弱电记屋的影响，一般是采用导航电文提供的电离层模型，或其它适合的电离层模型对观测量加以修正，但是这种模型至今仍在完善之中，目前模型改正的有效率约为75％。

(3)利用同步观测值求差

这一方法是利用两台或多台接收机，对同一卫星的同步观测的求差，以减弱电离层折射的影响，特别当观测站间的距离较近时（20km)，由于卫星信号到达各观测站的路径相近，所经过的介质状况相像，因此通过各观测站对一致卫星信号的同步观测值求差，便可显著的减弱电离层折射影响，其残差将不会超过0.000001。对于单频gps接收机而言，这种方法的重要意义尤为明显。

2对流层折射的影响

对流层折射对观测值的影响，可分为干分量与湿分量。干分量主要与大气的湿度与压力有关，而湿分量主要与信号传播路径上的大气湿度有关。对于干分量的影响，可通过地面的大气资料计算；湿分量目前尚无法确凿测定。对于输送短的基线(50km)，湿分量的影响较小。

关于对流层折射的影响，一般有以下几种处理方法：

(1)定位精度要求不高时，可不考虑其影响。

(2)采用对流层模型进行改正；

(3)采用观测量求差的方法。与电离层的影响相类似，当观测站间相距不远(20km)时，由于信号通过对流层的路径相近，对流层的物理特性相近，所以对同一卫星的同步观测值求差，可以明显的减弱对流层折射的影响。

3多路径效应影响

多路径效应亦称多路径误差，是指接收机天线除直接收到卫星发射的信号外，还可能收到经天线周边地物一次或屡屡反射的卫星信号，信号叠加将会引起测量参考点（相位中心点)位置的变化，从而便观测量产生误差，而且这种误差随天线周边反射面的性质而异，难以控制。根据试验资料说明，在一般反射环境下，多路径效应对测码伪距的影响可达到米级，对测相伪距的影响可达到厘米级。而在高反射环境下，不仅其影响将显著增大，而且往往导致接收的卫星信号失锁和使载波相位观测量产生周跳。因此，在缜密gps导航和测量中，多路径效应的影响是不可忽视的。

目前减弱多路径效应影响的措施有：

(1)安置接收机天线的环境，应避开较强的反射面，如水面=平坦光滑的地面以及平整的建筑物表面等。

（2）选择造型适合且屏蔽良好的天线等。

（3）适当延长观测时间，减弱多路径效应的周期性影响。

(4)改善gps接收机的电路设计，了减弱多路径效应的影响。

三、接收设备有关的误差

与gps接收机设备有关的误差主要包括观测误差，接收机钟差，天线相位中心误差和载波相位观测的整周不定性影响。观测误差

观测误差包括观测的分辩误差及接收机天线相对于测站点的安置误差等。

根据经验，一般认为观测的分辩误差约为信号波长的1%。故知道载波相位的分辩误差比码相位不小，由于此项误差属于偶然误差，可适当地增加观测量，将会明显地减弱其影响。

接收机天线相对于观测站中心的安置误差，主要是天线的置不与对中误差以及量取天线高的误差，在缜密定位工作中，必需认真，细心操作，以尽量减小这种误差的影响。接收机的钟差

尽管gps接收机高有高精度的石英钟，其日频率稳定度可以达到10的-11方，但对载波相位观测的影响仍是不可忽视的。

处理接收机钟差较为有效的方法是将各观测时刻的接收机钟差间看成是相关的，由此建立一个钟差模型，并表示为一个时间多项式的形式，然后在观测量的平差计算中统一求解，得到多项式的系数，因而也得到接收机的钟差改正。载波相位观测的整周未知数

载波相位观测上当前普遍采用的最缜密的观测方法，由于接收机只能测定载波相位非整周的小数部份，而无法直接测定开波相位整周数，因而存在整周不定性问题。

此外，在观测过程中，由于卫星信号失锁而发生的周跳现象。从卫星信号失锁到信号重新锁定，对载波相位非整周的小数部分并无影响，仍和失锁前保持一致，但整周数却发生中断而不再连续，所以周跳对观测的影响与整周未知数的影响相像，在缜密定位的数据处理中，整周未知数和周跳都是关键性的问题。4天线的相位中心位置偏差

在gps定位中，观测值是以接收机天线相位中心位置为准的，因而天线的相位中心与其几何中心理论上保持一致。可是，实际上天线的相位中心位置随着信号输入的强度和方向不同而有所变化，即观测时相位中心的瞬时位置（称为视相位中心）与理论上的本单位中心位置将有所不同，天线相位中心的偏差对相对定位结果的影响，根据天线性能的优劣，可达数毫米至数厘米。所以对于缜密相对定位，这种影响是不容忽视的。

在实际工作中，假使使用同一类型的天线，在相距不远的两个或多个观测站上，同步观测同一组卫星，那么便可通过观测值求差，以减弱相位中心偏移的影响。需要提及的是，安置各观测站的天线时，均奕按天线附有的方位标进行定向，使之根据罗盘指向磁北极。

gps在工程测量中的应用论文篇二

gps测量的特点

相对于经典测量学来说，gps测量主要有以下特点：

--测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。gps这一特点，使得选点更加灵活便利。但测站上空必需开阔，以使接收gps卫星信号不受干扰。

--定位精度高。一般双频gps接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，gps测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，gps测量优越性愈加突出。大量试验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。

--观测时间短。在小于20公里的短基线上，快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。

--提供三维坐标。gps测量在确切测定观测站平面位置的同时，可以确切测定观测站的大地高程。

--操作简便。gps测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态，而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。

--全天候作业。gps观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。

gps测量在马路测量中的应用

马路路线一般处在一条带状走廊内。其平面控制测量往往采用导线形式，这包括附合导线、闭合导线、结点导线等导线网形式。对于重要构造物如大桥、特大桥、长大隧道等，也有布设成三角网、线形锁等形式。

--常规测量方法的缺陷：

1、规范对附合导线长、闭合导线长及结点导线间长度等有严格规定，一般对于高等级马路均要求达到一级导线要求。这样，导线附合或闭合长度最长不得超过10公里，结点导线结点间距不能超过附合导线长度的0.7倍。这种要求一般在实际作业中难以达到，往往出现超规范作业。

2、搜集到的用于路线测量控制的起算点间一般很难保证为同一测量系统，往往国测、军测、城市控制点混杂一起，这就存在系统间的兼容性问题，假使用不兼容的起算点，势必影响测量质量。

3、国家大地点破坏严重，影响测量作业。由于国家基础控制点，大多为五六十年代完成，经过30多年，有些点由于经济建设的需要被破坏，有些点则由于人们缺乏知识遭人为破坏。在这些地区进行路线测量作业，往往在50公里以上均找不到导线的联测点。这样路线控制测量的质量得不到保证。

4、地面通视困难往往影响常规测量的实施。一般路线的控制点要求布设在距路线的300米范围内。由于通视的原因，这一条件难以满足，甚至在大范围密林、密灌及青纱帐地区，根本无法实施常规控制测量。

对于长大隧道，特大桥用常规测量有以下局限：

1、长大隧道、特大桥等构造物一般要求测量等级在四等以上。用常规测量方法，往往采用增加测回数，延长观测时间等费时、费工的方法来设法提高精度。

2、长大隧道、特大桥多为地形繁杂困难地带，进行常规控制测量，为通视和网形，往往砍伐工作量相当大，这样测设费用很大，作业艰苦。

3、长大隧道及特大桥的控制网高精度及与路线网的低精度衔接，虽说用平差方法可以得到战胜，但由于地形条件困难，其联结的测量工作量很大，且不太便利。实际工作中，构造物的控制测量与路线的控制测量经常出现脱节现象。

利用gps测量能战胜上述列举的缺陷，并提高作业的效率，减轻劳动强度，保证了高等级马路测设质量。

--gps测量用于加密国家控制点：

京珠国道主干线粤境高速马路汤塘至广州北二环段路线长约60公里，所处地形为重丘区，路线设计为6车道。

该段有11个各种系统的平面控制点，经过实地寻觅，找出了7个，有4个被破坏，破坏中有2个国家ⅱ等点。在已找出的的7个控制点中，国家测绘局系统ⅰ等点1个，ⅲ等点1个；城市测量系统点2个；总参军控点3个。这些平面控制点分属不同测量系统，且等级不同。

为提高京珠国道粤境高速马路汤塘至广州北二环段测设质量，决定在国家测绘系统基础进行控制点的加密。加密的控制点布设方案是：沿马路路线每10km布设一对点，该对点相距约1km，且应通视良好。这样，该段共设了6对gps加密点，加密点的精度要达到四等控制网的要求。gps四等网由18个点组成，其网形略图如图1。（图1汤塘至广州北二环gps四等国家大地点加密）

该四等网采用4台trimblese400单频接收机作业。该机的标称精度为10mm+2ppm。四等网的观测时间为90min。数据采样间隔为15s。

基线预处理采用厂家提供的trimvecplus软件，平差计算采用武汉测绘科技大学编制的gpsadjver2.0软件包。

通过平差处理，该四等网最弱点位中误差为4.11cm，平均点位中误差3.18cm，最弱边相对中误差1/27669，平均边长相对中误差1/453578。

整个四等网作业仅花4d时间。其效率较常规测量手段至少提高3倍。

在此基础上，我院同湖北省测绘局、湖南省其次测绘院合作，在京珠国道主干线湖南耒阳广州花都段进行了近600km的gps加密国家控制点的测量。该地区路线跨越南岭山脉，沿线山高深、植被繁茂、地形地貌繁杂、通视条件极差。国家一、二等三角点破坏严重，测设内可供利用的三角点稀少，在路线走廊范围内仅找到7个保存完好的国家三角点。

经过平差处理，网中最弱点点位中误差为4.13cm，最弱边相对中误差为1/12.5万。控制网的各项指标达到甚至超过国家四等网的技术要求。

近600km的gps控制网，仅用两个外业组，10个作业员，7台gps接收机，约20d的作业时间。若采用常规测量方法在一致人手的状况下，至少需要三个月的时间才能完成。

gps测量用于隧道控制测量

在京珠国道主干线粤境高速马路翁城县境内有座靠椅山双洞直线型平行隧道，初测的左、右洞起讫桩号分别为zk144+710～zk147+730，yk144+730～yk147+740。其洞长分别为3020m和3010m。根据《马路隧道勘测规程》中对隧道类别划分标准，属马路特长隧道，洞外测量在贯通面上对贯穿误差影响值限值为±55mm。

靠椅山隧道地处亚热带地区，雨量充沛、荆剌丛生，沟深林密，野外作业条件十分艰苦，采用常规方法不仅费时吃力，而且选点困难，砍伐工作量大。结合靠椅山地形特征，采用gps测量，布设了如图2所示的gps控制网。

靠椅山隧道控制网由14个点组成，网中最短边长为100.842m，最大边长为3597.4m，平均边长为1104.848m。

采用wild200gps接收机进行静态观测，观测时间为20～50min，采样率为10s，共观测了29条基线向量。

经过平差处理，网中最弱边相对精度为1/60106，最高相对精度达1/137万；最弱点位中误差为±0.83cm。在贯穿面上贯穿误差左、右线分别为±0.707cm和±0.693cm。

通过实施gps测量可看出：gps测量灵活、便利，能大大节省人力、物力、减少野外砍伐工作量，减少一些不必要的过渡点；具有极高的精度，它完全能达到《马路勘察规程》对隧道测量的要求；较红外仪导线测量，可提高效率4～5倍。

gps用于特大桥控制测量

鄂黄长江马路大桥是连结长江两岸黄冈市和鄂州市的马路特大桥。为便于大桥设计和施工，采用gps对首选方案ⅲ、ⅳ桥位进行ⅲ等平面控制测量。布网设计方案为双大地四边形(如图3)。垂直于江面的长边约为1200m，平行于江面的短边约为500m。双大地四边形与两个国家ⅱ等以上大地点联测。

经过平差处理，控制网精度为：最弱点位中误差1.93cm，最弱边长相对中误差1/113000，满足了ⅲ等平面控制测量的精度要求。

gps测量用于导线控制测量京深高速马路XX境高邑至邢台段地处华北平原，地势平坦，最大相对高差约20m，平均海拔约50m，境内村庄较多。植被多为小麦及田间行树。

马路及机耕道密集。

采用三台wild200gps接收机进行导线测量，作业方式采用点连接方式，三台接收机同时作业。作业完后，向前滚动(如图4)。

?ⅰ、ⅱ、ⅲ分别表示观测的同步环。

在gps观测之前，已作高精度红外导线测量(edm)和水准测量。

通过实际测量可以看出：

lgps观测时间为7.5min，与常规红外仪测量相比，时间缩短了约20min，效率为4倍；与全站仪测量相比，时间缩短约8min，效率为2倍。

lgps导线测量可靠性好，平面精度和高程精度均能满足高速马路测设的要求。

gps测量用于摄影测量外业控制点测量

摄影测量一般沿飞行航摄的航线，每隔一定间隔就要在野外实地测量一定数量的平面和高程控制点(如图5)。野外平高控制点的间隔n按地形类别及所测地形图的比例尺而定。如1∶2000地形图，摄影比例尺为1∶10000，间隔n一般为4～6个摄影基线。

常规的野外平高控制点的测量方法是先沿航摄方向布设导线，然后在此基础上采用支导线方法测定航测象控点。这种方法主要是导线方式测量。

由于航摄面积较广，对23cm×23cm象幅，1∶10000摄影比例尺，覆盖范围为2.3km宽，双航线覆盖范围更宽，在这广阔范围内进行导线测量，往往由于实地条件的限制，其作业是相当艰苦的，且工作量大，作业周期长。

在京珠国道主干线粤境高速马路汤塘至广州北二环段这60km路线的航测外业中，利用4台trimblese4000接收机，将一台或两台gps接收机固定于已知点上，其余gps接收机游动于像控点进行像控点三维坐标测量。全线航测像控点测量仅用5d作业时间。

经过平差处理，像控点平面点位精度达到了优于0.10m的精度，最弱边相对中误差为1/43734。

由此可见，gps测量作航测控制，不仅具有高精度，而且具有极大的灵活性。它改变了逐步控制的测量模式，其效率较常规方法提高5倍以上。

gps测量用于密林、密灌地区路线控制测量

随着经济的发展，高等级马路开始向山区、重丘区岭区拓展。这些地区人烟稀少，植被繁茂。成片的密林、密灌地区，水平方向通视困难，有时实施常规测量方法几乎不可能。

在海南中线新建马路海口至屯昌段测设中，自石山至永发镇约20km，植被覆盖厚，多为有剌密灌、杂草地，人迹罕见，有多个火山口。这种地区红外仪导线测量几乎没有可能。为提高高等级马路测设质量，采用gps沿路线每隔2