GPS基线三角高程.doc

1、IGPS 三角高程摘 要首先对 GPS 三角高程的基本思想进行了介绍；然后对影响 GPS 三角高程精度的主要因素进行分析研究和对削除误差和提高精度的作业方法进行了探讨；最后对 GPS 三角高程实例应用所取得的数据进行处理，分析，评定其精度。从实验中所计算出的各项数据中可以看出，垂直角误差对高差的影响最大，它与边长成正比，所以三角高程测量宜选短边进行。GPS 基线距离用于三角高程测量完成能够达到精度的要求。GPS 三角高程宜采取对向观测的方法，因为对向观测可以抵消大气折光地球曲率等误差。如果已建 GPS 网的基线边长不太长，垂直角不太大时,而相应边段上的竖直角严格按照规范中四等光电测距高程导线测

2、量的有关技术要求进行观测作业 , GPS 三角高程完全能够达到四等水准的精度。关键词：GPS GPS 基线 三角高程 垂直角IIGPS Trigonometric LevelingAbstractThis article first to introduce the basic idea of GPS trigonometric leveling; Then the impact of GPS accuracy triangular elevation of the main factors research and analysis on slashing error and improve

3、 the accuracy of the operations side France is a problem; Finally, the GPS trigonometric leveling examples of the application of data processing, analysis and assess their accuracy. From the experiment worked out by the data, we can see that the vertical angle of elevation difference error affected

4、the most it is proportional to length, trigonometric leveling election to the short side. GPS distance from the baseline for measuring elevation complete the triangle to achieve the required accuracy. GPS Trigonometric Leveling to take on the best ways to round- trip observation, because the round-

5、trip observation to be offset by curvature of the Earth atmospheric refraction errors. If the GPS network baseline length is not too long, vertical angle is not too large , and the corresponding edge of the vertical angle in strict accordance with the norms such as four wire EDM elevation measuremen

6、t of the technical requirements for observation Operating, GPS triangular elevation is fully capable of achieving the standard four such precision.Keywords : GPS ; GPS baseline; Triangular elevation; Vertical angle III目 录摘 要 IAbstractII第一章 引言 11.1GPS 技术简介及利用状况 11.2 高程测量的主要方法 11.3 研究的目的和意义 21.4 研究思路和

7、技术方法 2第二章 GPS 三角高程的技术研究 42.1GPS 三角高程的基本思想 42.2GPS 三角高程的作业方法 42.2.1 距离的测量 42.2.2 垂直角观测 72.2 误差来源 92.2.1 垂直角观测误差影响 92.2.2 测距误差影响 102.2.3 大气折光的影响 11第三章 应用实例分析 133.1 测区概况 133.2 控制网建立方案设计 133.3 作业过程 143.3.1 GPS 静态测量 143.3.2 垂直角观测 153.4 数据计算 153.3 精度评定 、 21结 语 22IV参考文献 23致 谢 24第一章 引言1第一章 引言1.1GPS 技术简介及利用状

8、况 12随着科技水平的飞速发展，以高精度的全站仪和 GPS 为代表的新仪器新技术出现、发展和进步把测绘技术推向了一个新的高度，真正体现出了科技进步推动生产力的发展。GPS 全球卫星定位系统是本世纪 70 年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 ，有以下的特点：定位精度高、观测时间短、测站间无需通视、仪器操作简全球全天候定位、可提供全球统一的三维地心坐标、用途广泛等特点。GPS 技术已在测量、导航、物流、气象等领域得到了广泛的应用，可以说 GPS 技术正在融入我们的生活。在测绘领域 GPS 技术几乎在控制测量上取得了霸主的地位，在其它如工程放样、变形监测、地形测绘领域得到越来越

9、多的应用。GPS 不仅给我们带来了全新的测量技术与方法，GPS 技术也渗透了到传统测量中，并与传统测量技术进行了结合，给传统的测量技术注入了新的活力。GPS 三角高程技术就是其典范。GPS 在我国的使用已较为普遍，经纬仪或全站仪已大量存在，这种地面的测角仪器与空间技术的 GPS 相结合，用于高差的测量的问题就可以更好地得到解决。1.2 高程测量的主要方法 3测定二点间之垂直距离，称之高程测量。不论是地形测量、道路测量、隧道测量、般空摄影测量等，均需高程位置，所以高程测量是测量中重要的一环。目前高程测量基本分为：普通水准测量、GPS 高程测量、三角高程测量。普通水准测量：水准测量是高程测量中操作

10、简便，精度最高，用途最广的测量方法。水准测量又称几何水准测量，是用水准仪和水准尺测定地面两点高差和高程的测量。精度高，但在山地特别是坡度大的测区，受各种条件限制，所需测站较多，工作量大，效益低。GPS 高程测量：在实际应用中，地面点的高程采用正常高系统，这种高程是通过水准测量来确定的，为此必须找出 GPS 点的大地高 H84 与正常高 Hr 之间的关系。并用一定的方法将 H84 转换为 Hr。地面上一点的大地高与正常高存在一个差数 ，称为高程异常值，显然，若已知各 GPS 点的高程异常值，就可由各 GPS 点的大地高 H84 求得各GPS 点的正常高 Hr，精确计算各 GPS 点的正常高 Hr

11、 应用 GPS 水准高程。其基本原理为:当GPS 点布设成一定区域时，可以用数学曲面拟合法求待定点的正常高 Hr。根据测区中已南京工业大学本科生毕业设计（论文）2知点的平面坐标 x、y 或大地坐标(B、L)和 值，用数值拟合法，拟合出测区似大地水准面，再内插出待求点的 值，从而求出待求点的正常高。 GPS 高程在平坦地区能达到较高精度，但在山区等地形复杂地区由于国家等级水准点稀少，高程异常变化大等原因，很难达到四等精度。三角高程测量：三角高程测量是指由测站向目标观测的垂直角及距离用三角函数的数学方法加上各种改正来计算两点间的高差。三角高程测量是一种间接测高法，不受地形起伏的限制，且施测速度较快

12、，随着测距技术的发展，精度提高以及测距仪、全站仪的普及，三角高程测量作为高程测量的有效手段，正逐步受到广大测绘工作者的青睐 4。GPS 三角高程属于三角高程的范畴。在利用 GPS 技术建立平面控制网后，能够利用GPS 基线边长代替普通三角高程测量中的光电测距边长，那么可以省去光电测距的工作量。而且 GPS 基线距离在较长距离上要优于光电测距距离。利用 GPS 三角高程测量方法能大大减少工作量而且能达到较高的精度。1.3 研究的目的和意义1975 年 5 月 27 日，我国测绘工作者用三角高程交会的方法测得世界最高峰珠穆朗玛峰的海拔高程为 8848.13 米。但由于珠峰地区地壳活动频繁，见诸媒体

13、的珠峰高程出现不一致，以及先进的测量仪器和测量方法的出现，我国于 2005 年 5 月 22 日重测珠峰高程。本次重测珠峰高程中在海拔 5600 米之前采用水准测量方法，在海拔 5600 米以后的 6 点联测过程中采用了新的测量方法其中包括：使用全站仪进行测距三角高程测量，GPS 三角高程测量。求出新的珠峰岩面高程为 8844.43 米。从这次珠峰测高中我们可以看出高程测量方法是多样的，多种测量技术是并存的，一种技术方法可能不能很好完成像珠峰测高这样伟大的工程。因地制宜，合理利用各种技术方法是很重要的。在进行了 GPS 控制测量的基础上用 GPS 三角高程技术来进行高程测量是非常快捷的，而且其

14、不受地形的限制，我国是一个多山的国家，复杂的地形给一般的测量工作带来了很大的不便。GPS 三角高程必将在以后的测量工作中发挥巨大的作用。1.4 研究思路和技术方法GPS 三角高程和普通光电测距三角高程的不同之处就是 GPS 基线距离代替了光电测距距离。在建立 GPS 平面控制后经基线解算和平差获得基线距离后，运用 GPS 三角高程技术，已不需要再进行光电距离测量，所以 GPS 三角高程主要解决的问题是如何进行垂第一章 引言3直角的观测，以及用各种方法抵消或减弱各种误差对精度的影响。本课题主要研究 GPS三角测量的方法以及其精度。对 GPS 三角高程技术进行实例应用，对所取得的数据进行处理，分析

15、，评定其精度。南京工业大学本科生毕业设计（论文）4第二章 GPS 三角高程的技术研究2.1GPS 三角高程的基本思想 5GPS 三角高程测量的基本思想是：根据 GPS 网的基线改平边长和相应边段上所观测的竖直角，按三角公式计算各 GPS 点之间的高差，进而求得 GPS 点的高程。如图 1 所示，已知 A 点高程 HA，欲求 B 点高程 HB，可将仪器安置在 A 点，照准 B 点目标顶端 M，测得竖直角 ，量取仪器高 i 和目标高 v。如果已知 AB 两点间的水平距离 D，顾及地球曲率和大气折光的影响，则 AB 两点间的高差为： (1-1)RkviDhAB2)1(tan仪 器 高 目 标 高图

16、2-1 三角高程示意图2.2GPS 三角高程的作业方法 6三角高程测量主要是获取两点间的距离、垂直角、仪器高、目标高通过公式来解算两点间的高差。所以距离测量和角度测量是三角高程测量的主要内容。2.2.1 距离的测量 7GPS 三角高程一般应用在 GPS 平面控制网建立的基础上，其距离用的是 GPS 基线距离。建立各种类型和等级的控制网主要用的是 GPS 静态相对定位测量技术，在这些方面，GPS 技术已基本上取代了常规的测量方法，成为了主要手段。布设 GPS 控制网的工作步骤分为：1.测前工作：第二章 GPS 三角高程的技术研究5了解测区的地理位置、范围、控制网的控制面积；控制网将用于何种目的，

17、其精度要求是多少，要求达到何种等级；控制网的点位分布、点的数量及密度要求，是否有对点位分布有特殊要求的区域。进行技术设计：在布设 GPS 网时，技术设计是非常重要的。这是因为技术设计提供了布设 GPS 网的技术准则，在布设 GPS 网时所遇到的所有技术问题，都需要从技术设计中寻找答案。技术设计的内容：项目来源、测区概况、工程概况、技术依据、施测方案、作业要求、观测质量控制、数据处理方案等。设计的一般原则：应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的可靠性；应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于 3 个，且分布均匀；应考虑与水准点相重合 ，或在网中布设一定密度的水准联测点；点应

18、设在视野开阔和容易到达的地方联测方向；可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。根据 GPS测量的不同用途，GPS 网的独立观测边均应构成一定的几何图形，其基本形式有：三角形网、环形网、星形网。2.测量实施：实地了解测区情况：对测区的情况作一个详细的了解。主要需要了解的内容包括点位情况（点的位置、上点的难度等） 、测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。这些对于今后测量工作的开展是非常重要的。卫星状况预报：报根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫星状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。对于个别有较多或较大障碍物的测站，需要评估障碍物对 GPS 观测可

19、能产生的不良影响。确定作业方案：根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的实际情况，确定出具体的作业方案。外业观测：在进行外业观测时，外业观测人员除了严格按照作业规范、作业指令进行操作外，还要根据一些特殊情况，灵活地采取应对措施。在外业中常见的情况有不能按时开机、仪器故障和电源故障等。数据传输与转储：在一段外业观测结束后，应及时地将观测数据传输到计算机中，并根据要求进行备份，在数据传输时需要对照外业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。数据传输与转储应根据条件，及时进行。基线处理与质量评估：对所获得的外业数据及时地进行处理，解算出基线向量，并南京工业大学本科生毕业设计（论文）6对解算结果进

20、行质量评估。3.测后工作：结果分析（网平差处理与质量评估） ，对外业观测所得到的基线向量进行质量检验，并对由合格的基线向量所构建成的 GPS 基线向量网进行平差解算，得出网中各点的坐标成果。如果需要利用 GPS 测定网中各点的正高或正常高，还需要进行高程拟合。技术总结：根据整个 GPS 网的布设及数据处理情况，进行全面的技术总结。成果验收。GPS 基线解算 ：基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。在基线解算时，平差要分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数 的和基线向量的实数解（浮动解） ；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段

21、，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解-整数解（固定解） 。 基线解算的步骤：1. 原始观测数据的读入在进行基线解算时，首先需要读取原始的 GPS 观测值数据。一般说来，各接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可以直接处理从接收机中传输出来的 GPS 原始观测值数据，而由第三方所开发的数据处理软件则不一定能对各接收机的原始观测数据进行处理，要处理这些数据，首先需要进行格式转换目前，最常用的格式是 RINEX 格式，对于按此种格式存储的数据，大部分的数据处理软件都能直接处理。2. 外业输入数据的检查与修改在读入了 GPS 观

22、测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查的项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高等。对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业操作时的误操作。3. 设定基线解算的控制参数基线解算的控制参数用以确定数据处理软件采用何种处理方法来进行基线解算，设定基线解算的控制参数是基线解算时的一个非常重要的环节，通过控制参数的设定，可以实现基线的精化处理。4. 基线解算基线解算的过程一般是自动进行的，无需过多的人工干预。5. 基线质量的检验基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对基线的质量进行检验，只有质量合格的基线才能用于后续的处理，如果不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量。基线的质量检验需要通过 RATIO、RDOP、RMS、