静态测量技术（精选十篇）
静态测量技术 篇1
在社会经济快速发展的今天, 人们对能源的需求越来越大, 其中煤炭能源占有着相当大的比重。在煤矿开采的过程中, 矿山测量有着举足轻重的地位, 但由于对矿山测量的错误认识, 导致我国的煤炭开采业发展并不健康。GPS静态测量技术可以高度精确的测量出矿区的整个开采环境, 提高矿山企业的生产效益。
1 GPS静态测量技术及矿山测量的重要性
GPS静态测量, 观测模式是多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测, 是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种, 主要是建立各种各样的控制网来测量测区的数据。观测时间有四十分钟到几十小时不等。简单来说, 静态测量法就是把多于3台GPs接收机同时安置在观测点上, 同步观测一定时间段, 一般为1~2 h不等, 用边连接方法购网, 用后处理软件解算基线, 经平差计算求定观测点的三维坐标。
矿山测量作为发展矿山产业不可或缺的一个环节, 具有非常重要的意义和使命。首先地质部门提供给施工单位关于地质条件的依据就是矿井下面准确的高程点与导线点, 只有获得了准确的数据, 地质部门才能打通地下矿井的安全生产工作, 施工单位在施工过程中遇到错综复杂的突发状况, 才能够应对自如。同时, 矿山测量对煤矿的安全生产以及煤矿事故的高效处理有着直接重要的影响。准确的矿山测量, 可以对矿井下面的水、瓦斯、有害气体等有一个全面的掌握, 降低煤炭生产过程中的风险;在发生煤矿事故时, 相关部门和领导能够快速、准确的掌握矿井下面的情况, 迅速制定出高效、科学的施救方案, 减少人员伤亡和矿山企业的损失。
2 矿山测量的现状
1) 对矿山测量的认识不够, 导致测量技术人员地位不高和技术人才流失。发展矿山企业的各个环节都离不开矿山测量, 测量数据的成果不仅为企业生产建设服务, 还为煤矿安全生产提供强大的保障。但许多矿山企业的领导及有关的工作人员只把矿山测量当做煤矿生产过程中的辅助性存在, 使得矿山测量人员人微言轻, 不能让矿山测量在矿山产业中真正的发挥作用。再则, 矿山企业大多工作环境差, 危险系数高, 工资和相关的待遇低, 导致很多相关专业的毕业生不愿意到矿山企业去工作, 即使去工作, 也是把矿山企业当做事业生涯的一个跳板, 等到他们拥有了实践经验, 测量技术更熟练以后, 就选择离开, 到建筑、交通等工作环境好、待遇高的工程行业去发展, 导致矿山测量队伍人丁凋零。
2) 矿山测量队伍的建设有待加强。矿山多处于偏远山区, 由于交通、通信等问题, 与外界联系比较少, 使得矿山测量人员很难接触到外面先进的理论知识以及测量技术。同时由于矿山企业往往安于现状, 当测量队伍可以满足矿山生产任务时, 忽视对矿山测量队伍的建设, 导致矿山测量技术很难发展前进。
3) 传统矿山测量方法危险系数高。不管是露天开采还是地下开采, 煤炭资源的开采都使得矿山形成了不规则的开采面, 传统的矿山测量是在开采地区范围内, 选取一定的地形特征地点, 测量人员在陡峭的山体上设立战标, 在崩塌的岩石下来进行测量。该测量方法不但危险系数高, 其精准程度还有待商榷。
人才是企业持续发展的关键。因此, 矿山企业要重视测量技术人员的培训, 加强矿山测量队伍的建设。尽可能的提高矿山测量技术人员的地位和待遇, 减少技术人才的流失;定期输送测量人员外出学习深造, 学习矿山测量方面先进的理论知识和测量技术以及创新测量技术方法。国家在高等职业院校要开设矿山测量专业, 为矿山企业不断地输入专业人才, 大力推动GPS静态测量技术在矿山测量中的应用, 提高矿山测量的准确度, 让矿山企业健康、持续的发展。
3 GPS静态测量技术的实际应用
3.1 控制网的布设及选点注意事项
在布设方面: (1) 在GPS控制网中, 每次观测的观测区域要形成一个同步观测的闭合图形, 以提高观测质量。 (2) 在GPS控制网中的网点与地面已知控制网点足够多重合的前提下, 让重合点在整个控制网中尽可能均匀的分布, 以确定GPS网与地面网之间的参数转换。 (3) 在GPS控制网中设置具有一定密度的水准点, 为地面水准面的计算和研究提供准确的资料和参考依据。 (4) GPS网点要设在视野开阔和方便到达的地方, 同时保证测站点仰角15°以上的地方周围无明显的障碍物。
在选点方面, 因为点位的选择在整个观测工作的过程中有着不可忽视的地位, 所以在选点之前, 不但要详细的了解矿区的地理情况和其原有测量控制点的分布及损坏情况, 还要考虑以下的原则: (1) 地面土壤坚硬、巩固、稳定, 易于保护。 (2) 点位视野开阔, 易于安置接受设备和操作, 其15°以上的地方周围没有大面积的障碍物。 (3) 若点位周围有许多的高压线路和市电线路, 要在距离其50~100 m以外的地方进行选点, 以免高压线路产生的电磁场。 (4) 点位尽量选在公路和采矿专线相结合的地方, 因为交通便利, 会非常有利于GPS静态测量的布点和观测。选点后做好点位记录, 并对其进行相应的保护。
3.2 控制网的图形设计以及实际应用
每次观测要形成一个同步的闭合环, 采用边连式布网, 保证控制网有较高的几何强度以及较多的复测边和其他闭合条件。
由相关资料可知, 观测时段数计算公式为:
式中:N为接收机数, m为每点设站次数, n为网点数, C为观测时段数。如有10个点, 用5台机器去观测, 采用边连式, 需要三个测区, 从而可得出观测时段数=5×3/10=1.5, 按照技术要求, E级GPS最低需要1.6, 因此在GPS网中:
总基数线:J总=C·N (N-1) /2
必要基数线:J必=n-1
独立基数线:J独=C (N-1)
多余基数线:J多=C (N-1) - (n-1)
以此公式得出的数据为依据, 确定GPS控制网图形结构的基本框架。
在观测过程中, 要严格依据相关的测量规范去观测, 并认真填写观测到的数据, 在每一次观测数据前后各量取天线高度一次, 记录好每个观测过程的起止时间以及其他相关的注意事项。GPS观测数据随相关软件自动记录并快速的生成高度准确的数据文件。
控制网平差可以降低误差与分析和比较测量结果, 其中包括三维无约束平差和二维约束平差。三维无约束平差, 根据有关的手段进行人工干预, 分析每个卫星的观测时段以及观测到的数据, 通过重新设计观测时间间隔、调整卫星高度角等手段, 对比所观测到的数据, 选择相对误差最小的结果。在此情况下, 进行二维约束平差, 最好和设计施工控制网的平差方案基本一致, 从而方便测量结果的比较和分析。设置控制网的已知点不能一直不变, 矿区内高程的变化是比较复杂的, 因此要具体情况具体分析, 合理布设并选定足够的已知点, 采用三等几何水准联测GPS点, 提高高程拟合计算的精度。
4 结语
综上所述, 矿山测量在开始建造煤矿到关闭整个煤矿的过程中都发挥着十分重要的作用, 如果没有详细、准确的矿山数据文件, 矿山产业只能在盲目中进行, 不仅产能低下, 而且危险度高, 制约着矿山企业的发展。因此, 我们要改变对矿山测量的认识, 重视矿山测量队伍的建设, 不断地学习和引进先进的测量技术, 减少工程上的浪费, 提高矿山企业的经济效益。
参考文献
[1]冯平生.GPS技术在矿山测量中的应用探讨[J].青春岁月, 2013 (18) :490.
[2]郝俊慧.试论GPS (RTK) 技术在矿山测量中的应用[J].科技致富向导, 2014 (32) :54.
静态测量技术 篇2
关键词 GNSS静态测量 GNSS测量常用规范 GNSS技术要求比较与分析
卫星定位技术具有全球性、高效率、多功能、高精度的特点。卫星定位静态测量其定位精度高达10-6～10-7，广泛应用于各种类型和等级的控制网的建立。有关卫星定位测量（以下简称GNSS测量）常用的规范较多，各个规范分别从相应的专业标准制定了详细的GNSS测量技术要求，使GNSS测量的应用具有良好的可操作性，发挥了巨大的作用。下面就常用规范中有关GNSS静态测量的技术要求作一些比较与分析：
1、坐标系统
满足测区内投影所引起的长度变形值不大于2.5cm/km，是建立或选择平面坐标系的前提条件和基本准则；而确定控制网的位置基准则是GNSS网基准设计的主要问题，可根据测区的地理位置、平均高程来选择适宜的坐标系统。GNSS测量所获得的是空间基线向量或三维坐标向量，属于其相应的空间坐标系（WGS-84坐标系）。规范要求应将其转换至国家统一的高斯正形投影分带平面直角坐标系（2000国家大地坐标系、1954年北京坐标系、1980西安坐标系）或建筑施工坐标系等其他独立的坐标系的坐标。转换时通常应具备坐标系统相对应的参考椭球及基本参数、坐标系的中央子午线经度、坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值、起算点的坐标和起始方位角以及纵、横坐标加常数等。
2、精度分级和技术设计
GNSS网精度指标通常采用相邻点的基线长度中误差公式： 来衡量，GNSS网的全中误差不应超过其理论值。按照精度和用途，《全球卫星定位系统（GPS）测量规范》（以下简称《GNSS国标》）把GNSS测量的等级划分为A、B、C、D、E五个等级，并按相邻点基线向量中误差的水平分量、垂直分量来衡量相应级别的精度。而其它规范则是采用传统的三角形网按边长和精度来划分等级，用最弱间接边的相对中误差来衡量精度。相比较而言，前者较抽象，后者虽然较直观，但是遗憾的是，大多数的GPS随机软件中给出的却是直接观测边的精度。技术设计是为了得到最优化的布测方案，应根据项目的实际情况、GNSS网的目的、精度要求、控制点的密度、卫星状况、接收机的类型和数量、道路交通状况以及测区已有测量资料等，依据国家有关规范（规程），并按照优化设计的原则进行综合设计。
规范要求：GNSS网应由一个或若干个独立观测环构成，各同步图形之间采用边连式或网连式，避免出现自由基线。因为自由基线不参与构成几何闭合图形，不具备检查和发现观测成果中粗差的能力。限制最简独立环的边数是为了避免基线误差互相掩盖，含较大误差的边不能被有效地捡出，从而导致网的可靠性降低。要求对独立观测边构成的同步环和异步环进行闭合差检查，是为了检查观测质量、评定精度。
3、选点、埋石
如果点位不符合GNSS测量要求，将引起失锁、周跳、多路径效应误差，GNSS观测中的粗差及劣质观测值就增多。首先要求测站点的顶空开阔。由于GNSS卫星信号本身很微弱，所以GNSS测量选点时还应注意：避开周围的电磁波干扰源以保证GNSS接收机能正常工作；限制卫星高度角以减弱对流层的影响；远离强烈反射卫星信号的物体以减弱多路径效应的影响。规范要求应先进行图上技术设计和优化，并进行精度估算，最后再按技术设计的要求进行现场踏勘落实，对符合要求的旧有的控制点要充分利用。对GNSS点的标石和标志的埋设要求稳固，以易于长期保存、利用。
4、GNSS观测
GNSS接收机应在检定合格的有效期内使用，其标称精度应高于相应等级GNSS网的规范要求。由于双频接收机采用双频改正技术，可以很好地消除电离层折射误差的影响，所以基线边较长或等级较高的GNSS网采用双频接收机观测，精度提高尤为显著。为保证GNSS网中各相邻点具有较高的相对精度，网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们之间的直接观测基线。
随着卫星高度的降低，卫星信号接收的信噪比随之减小，对流层影响加大，测量误差也随之增大。各规范一般都要求卫星高度角不低于15°，这样可以在简化模型条件下保证所需的测量精度。
规定有效卫星数是因为同步观测的卫星越多，多余观测量就越多，成果精度也相应地提高。
PDOP值的大小与观测卫星在空间的几何分布有关，限制PDOP值是为了选择最佳的观测时间段，从而获得高精度的观测值。
有别于其他规范的重复设站数的规定，《工程测量规范》（以下简称《工规》）则提出了“独立基线的观测总数不少于必要观测基线数的1.5倍”的规定。笔者认为：这两种提法的根本都在于增加多余的观测基线。通常作业中，按仪器的标称精度约有3% ～5%左右的闭合差不合格，有了多余基线，那么就可以舍去不合格的基线，从而保证网的观测质量。对于GNSS观测时间的确定，笔者在作业中发现，GNSS卫星信号良好的时候，采用双频接收机进行城市四等和一级GNSS测量时，由于其边长相对较短，观测时段分别采用30～40分钟和20～30分钟是可行的，从而提高工作效率。
5、数据处理
数据处理包括基线解算、数据检验、无约束平差、约束平差和测量成果的数据输出。基线解算方案可采用多基线解或单基线解，长度小于15km的基线应采用双差固定解。观测数据要求进行数据删除率、同步环、异步环以及复测基线等的检核。为了考察GNSS网有无残余的粗差基线向量和其内符合精度以及提供全网平差后的地心系三维坐标要进行无约束平差。约束平差的目的是为了获取GNSS网在国家或地方坐标系的控制点坐标数据。需要特别注意的是，约束平差时必须保证作为基准的已知点的精度及其它们之间的兼容性，否则会导致平差后的GNSS网产生严重变形，精度大大降低。
规范要求无约束平差中基线分量的改正数绝对值应满足：VΔX、ΔY、ΔZ≤3δ；约束平差中基线分量的改正数与经过剔除粗差后的无约束平差结果的同一基线的相应改正数较差应满足：dVΔX、ΔY、ΔZ≤2δ；复测基线的长度较差应满足：dS≤2 δ。而《公路勘测规范》则分别采用：VΔX、ΔY、ΔZ≤ δ；dVΔX、ΔY、ΔZ≤ δ。各规范还规定了平差成果的输出信息内容。
对于同一时段观测值的数据删除率，《GNSS国标》、《公路勘测规范》和《铁路工程卫星定位测量规范》（以下简称《GNSS铁规》）要求不大于10%；而《卫星定位城市测量技术规范》（以下简称《GNSS城规》）则要求不大于20%。对于GNSS网中的同步环闭合差，《工规》、《GNSS铁规》和《公路勘测规范》要求：WX、Y、Z≤ ；Ws≤ ；Ws≤ （《公路勘测规范》）。而《GNSS国标》和《GNSS城规》则要求：WX、Y、Z≤ ；Ws≤ 。因为《GNSS国标》和《GNSS城规》认为：超过三条边的多边形同步环，都可以由三边同步环组合得到，可以不重复检核。对于GNSS网中的异步环闭合差，《GNSS国标》和《GNSS铁规》要求：WX、Y、Z≤ ；Ws≤ 。《GNSS城规》和《工规》要求：WX、Y、Z≤ ；Ws≤ 。而《公路勘测规范》则要求：WX、Y、Z≤ ；Ws≤ 。
一般的GNSS接收机都配有相应的基线解算和平差软件，自动化程度较高，虽然其数据处理方法和精度稍有区别，基本能满足二等以下GNSS网的基线解算和平差计算要求。对于二等及以上等级的GNSS网，则应采用精密星历和高精度的软件进行。
6、成果资料
GNSS测量是基础性的测量成果，应长期保存，工作完成后，应提交完整的成果资料。包括：任务或合同书、技术设计书、已有成果资料的利用情况、仪器检校记录资料、点之记、外业原始观测记录、平差计算手簿、技术总结、检查报告、设计网图、观测网图、数据处理用图、成果图、坐标等成果资料及说明以及以上资料的电子文件光盘。
以上仅就常用规范中有关GNSS静态测量的技术要求作了一些浅显的比较与分析，在进行GNSS静态测量时，我们应根据项目的特点、精度和密度等要求，依据合适的规范进行设计、施测，以充分发挥GNSS技术的先进性、优越性。
参考文献
［1］ 全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314-2009），测绘出版社，2009。
［2］ 卫星定位城市测量技术规范（CJJ/T73-2010），中国建筑工业出版社，2010。
［3］ 铁路工程卫星定位测量规范（TB10054-2010），中国铁道出版社，2010。
静态测量技术 篇3
1 原理
为了获得厘米级甚至毫米级的高精度测量成果,在常规GPS测量中通常采用载波相位测量的方法,GPS接收机所接收到的卫星信号中,已用相位调制技术在载波上调制了测距码和卫星导航电文,通过码相关法或平方法可以将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉,可以恢复载波的相位用于测量。GPS接收机的观测量包括载波不足一周的部分Fr(Φ)和整周计数Int(Φ),一般表示:
载波相位Φ与卫地距ρ之间存在以下关系:
ρ=(Fr(Φ)+Int(Φ)+N)·λ
由于载波是不带任何识别标识的一种纯余弦波,GPS接受机能准确的量测不足一周的部分,却无法测出是第几周的载波信号,整周数的确定是载波相位测量中的特有问题。在普通的GPS静态测量中往往需要进行较长时间的观测,一般不少于45 min,以便能唯一正确的确定整周模糊度,保证解的可靠性和精度。
Frei和Beutler于1990年提出了一种快速求解整周模糊度方法(FARA),采用很少的观测数据就能求解出整周模糊度。FARA方法的基本思想:以数理统计的参数估计和假设检验为基础,利用初始平差的解向量(测站坐标和相位模糊度的实数解),以及其精度信息(方差一协方差和单位权中误差),确定出某一置信区间;在该置信区间,确定出整周模糊度可能的整数解的组合;依次将整周模糊度的每一组合作为未知数一一代回法方程式,找出单位权中误差。最小的解,若σ最小显然小于σ次最小,且从数理统计的观点看基线向量及标准方差与初始解是一致的,则σ最小对应的解即为最终的双差固定解。采用FARA法所需观测时间一般双频接收机5～10 min,单频机10～20 min,迁站时无需开机,只需像普通静态定位那样组织观测。
2 双基准站操作方法
在测区中选取的两个固定点假设GPS接收机作为基准站,并一直保持对卫星的跟踪观测,同时其他接收机在一定范围内流动设站作业,在每个点观测一定的时间,以确定该点到两个基准站之间的基线向量。
GPS快速静态的数据处理与常规静态测量相同,主要有基线解算、闭合环检验、三维平差、二维约束平差或者坐标转换。
3 应用实例
某森林度假村地形测量项目采用航测成图,比例尺1:2000,测区高差约120 m,成图面积约20平方公里,采用无人机航拍,测区中有4平方连片公里水域,森林覆盖率超过85%,交通条件较差,外业刺点比较困难。在测区及周边布设了8个E级GPS点,点间平均距离2.5km,采用全野外布点法布设像控点。
首先在测区中选择两个外围的E级点(E01、E03)作为基准站,采用一台徕卡1230和一台华测X91观测,其中徕卡1230设为RTK模式并接收静态数据,流动站采用2台中纬ZGP800A接收机,每个像控点观测一次,观测时间不少于15 min,观测时锁定卫星不少于5颗,GDOP值不大于6,接收机采样率都设为10s。所有的GPS接受机都在检定有效期内,观测前进行了外业检测。
数据处理采用徕卡公司的LGO7.0软件,基线解算均采用双差固定解,观测数据如图2。
闭合环检验通过后,利用E级网三维约束平差的结果,固定E001、E003的WGS-84坐标进行三维约束平差,获得像控点WGS-84坐标系下的三维坐标,再利用LGO软件中的投影与基准模块采用坐标转换的方式得到地方坐标,像控点高程通过精化水准面得到,利用精化水准面模型文件进行高程拟合,可得到较高精度的高程值。三维约束网平差结果如下:
通过网平差结果可以看出除点P3459外解算精度都比较高,与常规静态相同。作业过程中,检测了两个E级点,观测时间均为20 min,坐标比对较差表如表1:单位m。
整个项目采用双基准站快速静态模式观测像控点79个,每天野外工作时间约10 h,平均每台GPS接收机每天测点10个。在实际作业过程中,还有一台徕卡1250型GPS接收机在徕卡基准站附近进行RTK作业,平均每天能测点26个,整个测区181个像控点测量共用时4 d。
4 结语
采用双基准站GPS快速静态测量像控点,只需要一次上点就能满足观测要求,像控点与两个基准站之间形成的三边同步环可作为GPS观测质量的检核条件,在15km的范围内精度与常规静态相当,因此双基准站快速静态速度快、精度高、劳动强度小,结合RTK的使用能快速完成像控点测量任务,有效提高外业工作效率。采用徕卡1230型一类的GPS接收机,在进行RTK作业的同时又能记录静态观测数据用于快速静态后处理,在像控测量中非常实用。
摘要：在山区航测外业像控测量中,由于地形条件和通讯条件的限制,现有的RTK技术不能很好地发挥作用,普通静态测量模式观测时间长效率低,采用双基准站快速静态可以很好地弥补其他GPS作业模式的不足。该文介绍了双基准站快速静态测量技术的基本作业方式和其优点,并结合山区地形航测像控应用实践,分析其测量精度的可靠性和作业效率的实用性。
关键词：GPS技术,快速静态,基准站,似大地水准面精化
参考文献
[1]李征航,黄劲松.GPS测量与数据处理[M].武汉:武汉大学出版社,2005.
[2]GB50026-2007.工程测量规范[S].
GPS静态控制测量的成果分析 篇4
根据《全球定位系统（GPS）测量规范》（以下称《规范》）的要求，从三大部分去的评估与分析测量成果即：基线质量检核，外业成果质量检核和平差成果分析三大部分。
1． 基线质量检核：
在基线质量检核前应该先明确外业控制测量所要求达到的等级。根据《规范》规定各等级网相邻点间基线长度精度用以下公式表示：
Ó＝［a2＋（b·D）2］1/2 其中，Ó－标准差，mm
a－固定误差，mm
b－比例误误差系数
D-相邻点的距离，KM
《规范》中规定在进行C级以下各级GPS网解算中，15KM内的基线，须采用双差固定解。15KM以上的基线允许在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。一般GPS商用软件在进行基线处理前要对基线处理进行设置。GPS处理软件默认的双差固定解合格基线方差比（ratio）大于3.0，一般说来在基线10公里以内，基线方差比满足此条件，可以认为是符合《规范》中等级网的测量要求的。随着基线长度的增加，其中误差也相对会有所增加。如果仅作为加密控制，或者要求较低的情况下也可以相对方宽条件，例如方差比为2.0，这都是符合《规范》规定的。
2． 外业成果质量检核
外业质量检核是确保预期平差精度要求的重要环节：
（1）重复基线边检核。在C级以下各级GPS网基线处理，复测基线的长度较差ds应小于相应级别规定精度的2√2倍。而其中任一时段的结果与各时段平均值之差不能超过相应级别的规定精度。
（2）同步环闭合差检核。《规范》中对同步闭合环的要求为
Wx≦√3/5Ó
Wy≦√3/5Ó
Wz≦√3/5Ó
各级同步环闭合差规定表如下：
等级限差类型二等三等 四等 一级 二级
坐标分量相对闭合差2.03.06.09.09.0
环线全长相对闭合差3.05.010.0 15.0 15.0
例如，静态处理软件3.0中采用环线全长相对闭合差作为同步环的检核指标，当要求的控制网为四等控制网时，同步环的的限差应该在10ppm以内。
（3）异步环闭合差检核
Wx≦3√nÓ
Wy≦3√nÓ
Wz≦3√nÓ
Ws=√(Wx2 + Wy2+ Wz2)
式中：n-闭合环边数
3．平差成果分析
《规范》中各级网的基线边相对中误差要求如下：
等级平均距离（km）A(MM)B(1X106)最弱边相对中误差
二等 9 ≦10≦21/120000
三等 5 ≦10 ≦51/80000
四等 2 ≦10 ≦101/45000
一级 1 ≦10 ≦101/20000
二级 ﹤1 ≦10 ≦201/10000
注：
（1）A为基线边的固定误差，B为比例误差系数（1X106）
（2）相邻点最小平均距离为平均距离的1/2-1/3；最大距离应为平均距离的2－3倍。
（3）当边长小于200M时，边长中误差应小于20mm。
对于静态处理软件的平差成果分析为:
（1）在检核完同步环的基础上作自由网平差后，根据自由网平差的点位中误差、相对中误差、误差椭圆等指标参照设计要求和规范评估自由网精度。例如，若自由网的最弱边相对中误差为1/58756，参照上表可知，此控制网的相对精度至少能够符合城市四等控制网规范。
（2）检验自由网的基线观测量是否含有粗差；
采用T分布在置信水平接近99.7%时进行检验，要求自由网平差各基线向量的改正数不应超过该等级基线距离中误差的3倍。
（3）把已知点带入平差后检验平差已知点的精度及其引起的GPS网变形。已知点带入平差的检核方法和自由网检核基本一至。
注：若自由网精度很高而二位约束平差的精度却很不理想，在这种情况下一般是已知点的兼容性不好或者是测量过程中三角架有挪动，也有可能控制点精度不高等原因引起的。
二位约束平差是采用强制性的约束，对于起算数据要求有很高的内符合精度，即自身是兼容性的，否则将引起整个GPS网的扭曲和变形，从而损害GPS网的精度。已知点兼容性不好可能有几个原因造成的：
（1）已知点精度不够
（2）已知点不是一个整体网
注：通常控制网不是通一个时期，采用同样的观测方法、同样的起算数据进行处理的控制网的精度也很有可能不一致，甚至不在同一系统。在实际工作中，尤其采用城市独立坐标系、工程独立坐标系时常会有这样的情形。
（3）点位资料不正确
静态测量技术 篇5
摘要：在山区航测外业像控测量中，由于地形条件和通讯条件的限制，现有的RTK技术不能很好的发挥作用，普通静态测量模式观测时间长效率低，双基准站快速静态具有快速、易操作、精度高等特点。本文提出采用双基准站快速静态方式进行山区航测外业像控测量，并结合实例，分析了方法的可靠性、高效性及实用性。
关键词：GPS技术；快速静态；基准站；似大地水准面精化
1 引言
GPS（全球卫星定位系统）技术自上世纪90年代投入民用后，广泛用在导航、定位等领域，在测量行业更是具有革命性的意义，成为控制测量的主要手段。随着区域似大地水准面精化技术的发展，利用GPS技术可以快速获取高精度三维坐标，使得GPS应用更加方便。在山区像控测量中，使用传统的RTK作业方式受到地形条件的影响，数据链传输距离有限，经常会出现浮动解或接收不到差分信号的情况，难以得到固定解，影响外业工作效率。本文提出双基准站GPS测量方法结合地方似大地水准面精化成果，并使用具体实例进行验证，证明了方法的可靠性和高效性。
2 原理
为了获得厘米级甚至毫米级的高精度测量成果，在常规GPS测量中通常采用载波相位测量的方法，GPS接收机所接收到的卫星信号中，已用相位调制技术在载波上调制了测距码和卫星导航电文，通过码相关法或平方法可以将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，恢复载波的相位。GPS接收机的观测量包括载波不足一周的部分Fr（Ф）和整周计数Int（Ф），一般表示：
载波相位φ和卫星与接收机之间的距离ρ之间存在以下关系：
ρ=（Fr（Ф）+ Int（Ф）+N）·λ
由于载波是不带任何识别标识的一种纯余弦波，GPS接受机能准确的量测不足一周的部分，却无法测出是第几周的载波信号，整周数的确定是载波相位测量中的关键问题。在普通的GPS静态测量中往往需要进行较长时间的观测，一般不少于45分钟，以便能唯一正确的确定整周模糊度，保证解的可靠性和精度[1]。
Frei和Beutler于1990年提出了一种快速求解整周模糊度方法（FARA），采用很少的观测数據就能求解出整周模糊度。FARA方法的基本思想：以数理统计的参数估计和假设检验为基础，利用初始平差的解向量（测站坐标和相位模糊度的实数解），以及其精度信息（方差-协方差和单位权中误差），确定出某一置信区间；在该置信区间，确定出整周模糊度可能的整数解的组合；依次将整周模糊度的每一组合作为未知数一一代回法方程式，找出单位权中误差σ最小的解，若σ最小显然小于σ次最小，且从数理统计的观点看基线向量及标准方差与初始解是一致的，则σ最小对应的解即为最终的双差固定解。采用FARA法所需观测时间一般双频接收机5～10分钟，单频机10～20分钟，无需重启机器，使用常规方法观测[2]。
3 双基准站操作方法
在测区中选取的两个固定点架设GPS接收机作为基准站，并一直保持对卫星的跟踪观测，同时其他接收机在一定范围内流动设站作业，在每个点观测一定的时间，以确定该点到两个基准站之间的基线向量（如图1所示）。
图1 GPS双基站快速静态观测示意图
GPS快速静态的数据处理与常规静态测量相同，主要有基线解算、闭合环检验、三维平差、二维约束平差和坐标转换等环节[3]。
4 应用实例
某森林度假村地形测量项目采用航测成图，比例尺1﹕2000，测区高差约120米，成图面积约22平方公里，采用无人机航拍，测区中有4平方公里连片水域，森林覆盖率超过85%，交通条件较差，外业刺点比较困难。在测区及周边布设了8个E级GPS点，点间平均距离2.5km，采用全野外布点法布设像控点。测区范围及控制点布设情况（如图2所示）：
图2 测区遥感影像图
考虑到测区交通条件、控制点分布和作业效率等情况，在测区西南部选择E级点（E01、E03）作为基准站，测区东北部选择E级点（E03、E05）作为基准站，采用一台徕卡1230和一台华测X91观测，其中徕卡1230设为RTK模式并接收静态数据，流动站采用2台中纬ZGP800A接收机，每个像控点观测一次，观测时间不少于15分钟，观测时锁定卫星不少于5颗，GDOP值不大于6，接收机采样率都设为10s。
数据处理采用徕卡公司的随机解算软件LGO7.0，基线解算均采用双差固定解，基站及像控点观测数据信息（如图3所示）：
图3 观测数据信息
以测区西南部像控点的GPS观测数据计算为例，基线解算和闭合环检验通过后，先进行三维无约束平差，然后利用E级网三维无约束平差的结果，固定E001、E003的WGS-84坐标进行三维约束平差，获得像控点WGS-84坐标系下的三维坐标，使用测区GPS E级网的坐标转换参数，在LGO的坐标转换模块中通过坐标转换得到像控点在地方坐标系下的坐标[4]。像控点高程通过似大地水准面得到，利用似大地水准面模型文件进行高程拟合，可得到较高精度的高程值。三维约束网平差结果（如图4所示）：
图4 像控点三维约束平差结果
通过网平差结果可以看出除点P3459外解算精度都比较高，与常规静态相同。作业过程中，检测了两个E级点，观测时间均为20分钟，控制点坐标比对较差（如表1所示）：
整个项目采用双基准站快速静态模式观测像控点79个，每天野外工作时间约10小时，平均每台GPS接收机每天测点10个。在实际作业过程中，还有一台徕卡1250型GPS接收机在徕卡基准站附近进行RTK作业，平均每天能测点26个，整个测区181个像控点测量共用4天时间。
5 结论
采用双基准站GPS快速静态测量方法测量像控点，只需要一次上点就能满足观测要求，像控点与两个基准站之间形成的三边同步环可作为GPS观测质量的检核条件，在15km的范围内精度与常规静态相当，双基准站GPS快速静态测量速度快、精度高、劳动强度小，在山区作业时结合RTK的使用能快速完成像控点测量任务，有效提高野外工作效率。
参考文献：
[1]李征航、黄劲松 GPS测量与数据处理 武汉大学出版社2005
[2]周忠谟、易杰军、周琪 GPS卫星测量原理与应用 测绘出版社2006
[3]魏二虎、黄劲松 GPS测量操作与数据处理 武汉大学出版社2004
静态测量技术 篇6
关键词：GPS,快速静态,地质测量,原理,方法
1 序言
随着GPS技术的不断发展和成熟, 定位精度不断提高, 快速静态定位技术应用日益广泛, 主要用于在四等控制点的基础上进行一级、二级的加密, GPS快速静态定位测量比常规GPS静态测量节省大量时间, 减少了重复设站率, 在精度要求不高的情况下, 可以大大提高工作效率, 在2008年进行的全国第二次土地调查 (简称二调) 和2009年进行的全国矿业权实地核查中得到了广泛的应用。在矿区的地质测量中, 使用GPS快速静态定位技术可以使效率大大提高。
2 GPS快速静态定位原理
GPS快速静态定位的工作原理是通过GPS接收机接收4颗以上通讯卫星信号, 解算出卫星到GPS接收机的距离, 通过卫星在地心坐标系的位置确定GPS接收机在该坐标系中的位置, 从而解算出多个GPS接收机的相对位置, 达到相对定位的目的。GPS快速静态定位是在两个或者多个已知点上架设GPS接收机, 称之为基站, 并让其连续运行;同时在未知点上架设GPS接收机, 该机在规定时段内运行, 该时段结束后, 移动到另一未知点上进行下一时段的观测。
3 GPS快速静态定位的实际应用
在GB50026-2007《工程测量规范》中规定, 一级和二级控制测量可以使用快速静态测量。甘肃省瓜州县龙山矿区布设了D级GPS网, 在此基础上利用GPS快速静态技术布设E级GPS网。
3.1 布网情况
E级GPS网是在D级GPS控制点GPS01和GPS02基础上布设, 共布设10个E级GPS控制点, 最长边为2.6km, 最短边为0.8km。
3.2 测量方法
E级GPS控制网使用3台美国光谱GPS接收机, 采用双参考站, 以快速静态定位测量方式进行观测。观测之前根据卫星星历预报认真编制了观测计划, 每一时段同步观测卫星有效颗数均大于5颗, 卫星数据采样间隔为5s, 卫星高度角均大于15°, PDOP值小于6, 各条观测基线的整周模糊度倍率因子在1.5以上, 保证了卫星与接收机之间具有较强的图形强度;观测单元内参考站连续观测, 流动站观测时间为15min。观测前后使用专用GPS量高尺量取仪器高至毫米, 各标尺两次较差小于3mm分别取中数, 最后两尺测量较差小于3mm取中数作为该站最终站高。
3.3 数据质量及测量精度情况
E级GPS网的野外数据处理使用随机软件, 按单基线双差固定解作为最终结果。
1) 相邻点间基线长度精度公式为:undefined, 式中:σ为标准差 (基线向量的弦长中误差, 单位为mm) ;a为固定误差, a=10mm;b为比例误差系数, b=10×10-6D;d为相邻点间距离, 单位为km。
2) 同一时段观测值的数据提出率小于10%。
3) 同步环闭合差为:undefined、undefined、undefined。其中δ为相应级别规定的精度 (按环的实际边长计算) 。
4) 三维无约束平差:无约束平差主要进行了内部精度分析、粗差分析和单位权方差因子估算, 提取纯净基线构网。在基线向量检验合格后, 以三维基线向量及其相应的方差——协方差阵作为观测信息, 得到该网的三维无约束平差结果。无约束平差中各基线分量的改正数绝对值均满足以下公式:
式中:δ为该基线的长度精度。
5) 二维约束平差:利用可靠的基线观测量, 在北京1954坐标系内进行二维约束平差, 点位精度一般为0.1cm, 最弱为0.2cm, 允许值为5cm;边长相对精度一般为1/63万, 最弱值为1/38万, 允许值为1/5万。
二维约束平差后, 基线向量的改正数与无约束平差结果的同一基线相应改正数较差的绝对值均满足下式:
式中:δ为该基线的长度精度。
3.4 E级GPS基线检核情况
为检核快速静态定位的精度, 对E级GPS基线进行了检测, 基线较差最大为10mm, 最小为2mm, 通过对比可以看出:此次快速静态定位精度完全可以达到GPS相应级别精度要求。
4 结论
通过实际作业, 可以看出GPS快速静态定位技术比常规GPS静态测量的优势:
1) GPS快速静态定位技术的观测精度能够满足GPS有关规范规定的相应级别的精度要求, 时间在10～15min, 时间比常规静态所用时间大大缩短, 能够满足一级、二级的精度。
2) 重复设站次数减少, 减少了外业工作量, 节约了成本。
在进行GPS快速静态测量时, 按照GB/T18314-2009《GPS全球定位系统规范》要求, 在布设点位时, 应该注意以下问题:
(1) 点位布设应避开大的障碍物, 避免遮挡卫星信号。
(2) 点的布设应避开强辐射的电磁波源、微波源, 以免影响GPS信号。
(3) 不要将点布设在大的水域及强反射的物体附近, 避免多路径误差。
(4) 点的布设应考虑到GPS相应等级的平均边长及同步环变数。
(5) 相邻两个观测单元之间的流动站的重合点数, 一级不应少于1个。
参考文献
[1]谢建春, 陈同峰, 宋朝辉, 等.GPS快速静态定位技术在地籍调查中的应用[J].矿地矿测绘, 2010, 26 (4) :22-24.
[2]潘宝玉.提高RTK测量成果精度的技术关键[J].矿地矿测绘, 2003, 19 (3) :1-3.
[3]王港森, 张明, 禄二峰.GPS RTK技术在地质勘查中的应用[J].矿山测量, 2011 (4) :79-80.
[4]毛开森.GPS RTK技术在双龙煤矿地质勘查测量中的应用[J].矿山测量, 2009 (8) :81-82.
静态测量技术 篇7
1.1 运用原理
在实际的测量中, PS接收机保持相对静止不动状态, 一旦接收来自卫星数据变化的数据, 其在对数据的处理过程中就会将GPS接收机看作一种静止量, 从而获得准确的测量坐标。一般看来, GPS的测量是需要4个及其以上的卫星才能完成测量的。利用定位卫星与GPS接收器来完成GPS的定位测量的技术, 对于地壳运动测量网的建立、长距离检校基线的建立等工作做出了重大的贡献, 这将有利于GPS在全国甚至全世界的运用。
1.2 运用优势
相对于传统的测量技术, GPS的静态测量技术具有以下几个优势。
1) 通视要求低。在传统的数据测量中, 很难两全通视性与测量网图形的有效性, GPS就避免了这样的状态, 在不易受到通视的影响下, 选测点更为灵活, 同时又能够保证图形的有效性。
2) 精准度高。GPS的静态测量不仅有精准的远距离测量, 对于短距离测量也精确到毫米。
3) 全天候。GPS使用的卫星分布均匀且数量极多, 不易受到其他因素影响, 这就决定了这项技术能够实现在任意地点与时间的测量。
4) 耗时短。人们对全球定位系统的不断完善, 使得现在GPS的静态测量用时不断缩短, 维持在30分钟以内, GPS的动态测量用时更短, 维持在几秒以内, 实现了短时间内获得精准三维坐标的目的。
2 GPS静态测量的实际应用
下文通过GPS对实习基地测量的例子, 来具体分析了GPS静态测量的实际应用。
2.1 观测
GPS的外业工作主要是观测, 采用检验合格的GPS接收器五台, 接收器的质量完全符合测量要求。
1) 选点。选点时考虑到以下因素:
a.方便后续工作, 点与点之间实现通视。
b.避免信号受到干扰, 排除点周围15°以内的障碍物。
c.避免电磁场的干扰, 点位周边保证没有大功率的发射源。
d.方便后续考察, 在开阔地选择点位。
这次的点位选在开阔的公路中央, 保证了点与点的通透性, 保证了障碍物的排除。
2) 观测。分布好监测网后, 采用五台GPS接收机, 并将之安置在观测点上, 尽可能减少误差, 开机进行测量工作, 采样间隔为五秒, 卫星高度角为10°, 当四台接收机同时工作时记录数据, 记录项目为观测点名称、开机时间、观测时间、天线高度。
2.2 数据处理
数据处理软件为随机软件, 处理的基本步骤符合日常处理程序。在经过数据处理与分析与检测后, 对不合格的成果进行了相应处理, 使之到达预期精准要求。在这次的测量结果中误差值完全符合精准要求, 这就反映了GPS静态测量在实际测量中精准度高的优点。
2.3 实例总结
经过对以上实践例子的探讨, 不难发现GPS在其他方面的精确测量中具有极大的发展前景, 在对全球定位系统的实际运用中, 需要保证操作的规范度, 观测与记录的适时与准确度。以下是运用GPD静态测量的具体的心得。
1) 保证被测物的高精准度测量。正因为GPS的运用不受天气、距离、地形等其他因素的影响, 就决定了GPS静态测量本身的精准度, 人为的观测与记录必须做到规范与准确。
2) 保证被测物的高效率测量。GPS的测量运用耗时随着科技的发展而不断缩短, 主要在于它难以受到人为的影响, 在作业过程中, GPS本身能够做到自动录入数据, 自动处理数据, 强大的数据处理功能决定了其高效性。
3) 保证被测物的全天候测量。GPS的静态测量打破传统测量中容易受到测量时间影响的限制, 实现了在任意时间的测量, 这样就方便了观测者对时间的灵活掌控。
4) 保证被测物的短时间测量。GPS技术的高效性决定了观测工作的效率。
5) 保证控制网的合理布置。GPS的精准测量, 除了仪器本身的作用, 还得益于对静态控制网的合理布置, 结合传统的三角网络布置设计与最新的GPS控制网形式, 能够根据不同的需要使用不同的形式。
6) 保证测量地的空旷。GPS的精确测量与地球的磁场变化密不可分, 仪器的仰角越大, 对于信号的接受越明显。这就需要测量过程中尽量将观测点选在空旷的地方, 避免磁场变化对测量结果的干涉。
7) 保证避免人为失误。GPS本身的精准度高, 认为的在观测与统计中就要做到尽可能的零误差, 在操作中做到规范使用。
8) 保证测量系统的大范围使用。在GPS高程测量系统工作过程中, 是容易受到单个卫星等其他复杂条件的影响的, 大范围的使用就能尽量减少这种小范围的影响, 使得数据的收集与分析更加准确。
总的来说, 通过人为的严格的控制, 在大的范围内, 空旷的地区使用这一静态测量技术, 能够有效地避免不利因素对测量结果的影响, 使得测量的结果更加准确、精准, 从而满足各种需求。
3 应用前景
随着社会的发展科技的进步, 在科学技术空前发展的时期, 传统的测量技术不仅需要大量转点, 其测量结果也不够精确, 越发不能适应人们的发展需求。在运用GPS测量过程中, 融合传统的网布技术, 利用观测点收集来的实时数据, 加以专业化的数据处理, 就能够获得准确的三维坐标。在21世纪, GPS的动态与静态测量技术日益被各个领域所运用, 在国土资源分配、气象监测、安全监测方面起到了举足轻重的作用。同时, 误差在任何测量中都是存在的, 在GPS静态技术中也存在误差现象, 如果找到相关规律, 就能够采取相应的措施减少误差的影响, 就能够提高测量结果的精准度。从大致上看来, GPS中的误差来源有以下三种:1) 单个卫星存在的误差;2) 信号传输过程的误差;3) 接收机接受信号的误差。其中, 在外部或者仪器质量问题中导致的周跳对精准的观测值会产生严重影响, 这是因为在处理数据时, 往往是那些小于十周的周跳而不是大于十周的周跳容易被消除, 介于这个原因, 就可以利用相关软件来解决周跳过小的问题, 放大周跳值。提高数据的精准值的关键在于合理处理和修复周跳值, 所以清除掉数据中的周跳值能够使测量结果精确到厘米, 与此同时, 精确的起算点的坐标对于结果的精确度也是至关重要的。
4 结论
GPS的静态测量应用在科技发达的今天起着重要的作用, 它能够实现自动化、全天候、多维度、高质量的测量工作, 得到了测绘者的普遍好评, 极大地提高了工作者的工作效率, 方便将实时的信息提供给人们, 在社会的各个领域如地壳运动监测、气象变化监测、航空摄影监测等方面做出了重要的贡献, 是控制监测领域的一次重大的科技变革。
参考文献
[1]王三兵.浅谈GPS (全球定位系统) 静态控制测量技术[J].应用技术, 2013 (5) :9.
[2]叶文龙, 熊牧野.当议控制测量中GPS静态测量的应用[J].勘察与测绘, 2014 (18) :228.
关于机床静态精度设计与测量的探讨 篇8
1 机床精度的分析与综合
机床的几何精度主要由直线运动机构和回转机构组成。直线运动机构在坐标系中沿着X轴的方向运动的过程中会有6种误差同时存在, 造成误差的原因有多种因素, 如导轨本身的尺寸的误差、平直度的误差以及不同面的误差等等, 因此在对机床的导轨系统进行设计的过程中, 必须对误差值进行充分的考虑, 合理的设置加工工艺, 以最大程度的将误差控制在合理的范围之内。回转运动机构在坐标系中绕Z轴做回转运动的过程中, 同样会有6种误差存在, 转角误差产生的原因主要来自于机床驱动结构的偏心, 其它零件在装配的过程中综合形态造成其它几何误差。受误差的影响, 回转运动机构的轴线位置可能出现偏差。
以一个典型的五轴机床为例, 在此机床的笛卡尔坐标系中, 直线运动机构由纵向滑座即X轴、横向滑座即Y轴以及垂直方向滑座即Z轴组成, 回转运动机构为主轴即A轴。每个运动机构都有属于自己本身的坐标系, 每个坐标系中都有自身的误差存在, 如果将误差设为矢量并在坐标系内将其进行平移或者旋转运动, 将其转移到机床加工刀具刀尖的坐标系中, 那么误差就会产生叠加形成刀尖的综合误差。平移后刀尖坐标系中误差矢量转移综合量可以用转移矩阵Ti来表示, 矩阵表述为:
需要注意的是, 要正确的转换前提条件为机床各机构之间必须保持正确的关系。在转移的过程中存在敏感性误差, 这就需要机床在进行静态精度的设计中将其充分的考虑其中, 合理的对误差进行控制, 同时为了控制成本, 对非敏感性误差可以中机构设计的过程中适当的给予放宽。
2 机床静态精度的测量
2.1 位置精度的测量
对于卧式镗铣机床采用激光干涉仪进行位置测量。取机床Y向位置, 利用干涉器将激光干涉仪发出的激光束想反射镜投射, 光束受到反射作用再通过干涉器返回到激光干涉仪的接收传感器。激光干涉器随着Y方向位置的变化, 发出的激光束的总数与主轴初始位置的差值与波长的乘积即可得到测量位置值, 而位置误差就是此位置值与预先设定的位置值之间的差值。
2.2 直线度的测量
对于直线度的测量多采用硅光谱直线度激光干涉仪。在移动的工作台上安置直线度反射镜, 此反射镜存在一定的角度并且可以多角度换位, 最大角度可达到180°, 从而对角度误差引起的测量上的误差进行有效的校正。直线度棱镜将激光束分成两束激光束, 在反射镜的反射作用下两束光到棱镜的反射顺序由先后, 两者先后的误差可通过激光干涉仪的传感器进行分辨, 此误差的大小也就是导轨在测量方向上的误差。在工作台的不断移动变化过程中客队导轨直线度在多个点的位置进行误差测量。
2.3 角度误差的测量
如图1所示, 对于主轴中心线对工作台的不垂直度可采用激光角度测量仪进行误差测量。在工作台上将测量仪平放, 在主轴上装置反射棱镜, 同时在棱镜上配置反光镜, 两组反光镜之间相隔一定的距离。激光测量仪发出的光束到达图中A点位置时被折射镜分成两束激光光束并呈现不同的路径。一束光束直接前进然后返向传感器, 另一束向上面的反射镜方向呈直角度偏移最后返回到传感器。当两束光的路径长度相等时, 则表示主轴中心线与工作台呈垂直角度, 如果二者不相等, 则差值为不垂直度的误差。
2.4 综合精度的间接测量
机床综合精度测量通常需要利用测量工具或者工件等进行间接的测量。对于一个五轴机床的综合精度的测量, 可利用精密球体测量机构进行间接的测量。在主轴的回转中心装置一个精密球体, 同时在工作台上装置位移测量棒共同组成综合精度测量的机构。一般来说, 这种测量机构分为轴向、纵向、垂向测量机构三种。
3 结语
对于任何一台机床的测量系统来说, 在执行测量任务的过程中受多方面具有不确定性的因素的干扰, 这些都对机床静态精度的测量结果有不同程度的影响, 因此测量数据结果是不唯一的。也可以说无论采用哪种优化或者补偿的方法, 都不可能将干扰因此彻底的消除, 这就使测量结果具有不确定性。对此我们只能采取全面的措施和方法尽可能的将误差降低到最小化。
摘要：经济和科学技术的发展, 各种先进技术的开发和升级, 促进了加工制造业机械设计和技术手段的更新换代, 新的设计理念和技术手段在机床设备当中的应用, 极大的促进了机床的加工效率和加工精度。随着现代机床加工精度的不断提高, 对机床静态精度设计也提出了更高的要求, 本文对机床静态精度进行分析和综合, 遵循静态精度设计的基本原则, 探讨机床静态精度设计与测量的问题。
关键词：机床,静态精度,设计,测量
参考文献
[1]康方.数控机床制造精度分配优化方法的研究[D].北京:北京工业大学, 2013.
[2]洪振宇.机构精度分析与综合方法研究[D].天津:天津大学, 2014.
静态GPS测量高程的可行性探讨 篇9
GPS全球定位系统由空间卫星群、地面监控系统和用户接收机三大部分组成。随着测绘技术的不断发展, 空间大地测量技术越来越受重视, 其中GPS全球定位系统在近几年的测量各个领域得到了迅速的推广和应用, 这主要得益GPS系统具有全球性、全天候、连续性、实时性导航定位和定时功能, 能为各类用户提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。同时在常规的测量中测站之间是不受通视限制, GPS这一特点, 使得选点更加灵活方便。
GPS测高主要包括三个方面:
a.运用GPS测量椭球高;b.获得一个大地水准面模型;c.将最终要得到的正常高 (或正高) 拟合到高程基准面上。
以上三个方面限制了运用GPS测量高程, 它们依GPS测量的范围不同而影响大小也不一样, 在高程基准面的一定范围内也受到重力的影响.首先探讨的是:
1 GPS测量方面的限制
相位整周模糊度解算是否可靠直接影响三维坐标, 对于相对静态定位模式由于采集的时间都比较长, 边长越长时间随之增加, 数据量较多, 对于整周模糊度解算可以达到很高的精度, 对三维坐标的影响在精度范围内。对短边应用快速静态和实时动态 (RTK) 技术时, 必须准确得到相位整周数, 由于RTK常常使用最小量的数据, 即使最好的算法有时也求解整周模糊度错误, 为了发现这些能达到米级的错误, 需通过重复观测来获取多余观测量。另外, 星历和参考坐标对三维坐标将产生几个PPM的影响, 假定广播星历的质量一直保持如最近那般高, 它对短边的影响将达到最小, 但在世界上某些地区要获得一个理想的WGS84参考位置 (正负10M或更好) 却存在着问题.解算的参考点是关键。
多路径效应的影响分为直接的或间接的, 并能对三维坐标产生分米级的影响。间接影响是指影响求解整周模糊度。在有足够的观测时间时, 卫星几何位置的变化将能通过平均将其影响减小, 然而当时间较短时, 例如快速静态和RTK多路径效应影响将变得很大。尽管硬件和软件能降低多路径效应影响, 但选择好的站点避免多路径效应以及增加多余观测以发现残存的影响仍然是很重要的。
2 大地水准模型方面的限制
GPS测量得到的是椭球高, 为了获得正常高 (H) , 需要知道高程异常值 (N) 。对长距离, GPS测量也能非常有效地得到椭球高, 但会遇到大地水准面和高程基准面方面的问题。在一些地区, 全球重力场模型 (GGM) 是唯一可使用的大地水准面模型。一些最近的全球重力场模型以扩展的球体为模型, 能较好地解决半度 (55KM) 范围内的问题。然而, 即使国家级模型 (例如EGM96) , 其绝对精度也限制在米级, 相对精度限制在几分米, 对于高程精度还是不够。并且很多地方和很多用户根本就没有这个概念和实际的模型。这也是影响GPS高程的主要因素之一。为了提高高程精度, 可以通过计算出当地大地高模型并采用内插技术。长波部份由GGM计算, 短波部份由当地重力值计算。精度的好坏取决于当地重力值的可靠程度。在高差很大的地质情况复杂的地区, 大地水准面模型精度会很低, 近来使用的卫星测高法和DEMS技术能提高高程精度。然而, 大地水准面精度不是唯一的限制因素, 它与高程基准面的联合使用也必须被考虑。
3 高程基准面方面的限制
在很多地区, 使用已知的正常高或正高来定义高程基准面。有时, 定义了多个高程基准面, 每一个高程基准面都由一个原点 (例如验潮站观测点) 推算, 该点的高程值由一个或几个潮汐的平均海水面值来决定。如果海洋测量或水准测量有误, 将会使高程基准面的基准偏离真实的重力模型, 可以增加一个曲面到大地水准面模型加以解决。为了检核高程基准面, 常常使用GPS观测至少三个高程基准面点来实现, 目前国内解算软件要求至少观测四个以上点形成一个曲面, 检核高程基准面的精度。但是还没有对与大地水准面和高程基准面的联合作用做设置, 没有严密的模型使用。也是下一步需要解决的问题。
在控制测量中, 对高程精度的要求很高, 特别是目前全站仪做高程测量也可以达到比较高的精度, 很多用户就很少考虑了GPS测高, 小范围的可能用水准仪的很多。采用GPS高程的少之又少。不过随着我们使用者对GPS的进一步了解, 专业测量队伍还是对GPS测高有很大的兴趣。随着标准重力模型在测量领域的广泛应用, 相信在不久的将来, GPS测高将取得较大的进展。
变形监测方面的应用。
不是所有的GPS测量都需得出正常高, 对于竖向变形监测, 可以不把大地水准面和椭球面联系起来考虑。GPS非常适合运用于变形监测的自动重复观测。设计一个GPS监测方案需考虑以下问题:整周未知数解;星历和参考点质量;多路径效应;对流层影响;潮汐现象;天线问题。
考虑到需要联测变形区域内的各个点, 需采取静态测量模式作长时间观测, 即使对于几十公里的基线, 如果观测几天并用专门的数据处理软件, 精度也能达到厘米级。一个更高要求的GPS测高方面的应用要求精度得到毫米级, 可以用于监测与全球变暖有关的海水面变化等等。
实时GPS测量方面的应用。
RTK的高效性对高度测量有很大的吸引力, 为了达到厘米级的高程精度, 外业程序要求尽量减少许多的误差来源。RTK适合于合适的基线长度和几个基准点的情况。如果观测时间长些, 就相当于是实时的快速静态, 那么就提高了精度, 又保持了实时的优点, 对大面积来说, 大地水准面模型和高程基准面的拟合精度非常重要, 很多系统能在实时处理中使用大地水准面模型。然而, 当地的地形便已足够建立模型, 一些厂家允许做野外校正, 通过后控制点能实时建立三维模型。
GPS技术在公路测量中的应用前景。
前面讲到了GPS在各种测量中的一些限制, 那么GPS技术在公路测量中的应用前景又是怎样呢?随着我国国民经济的飞速增长, 各地的高等级公路建设迎来了前所未有的发展机遇, 这就对勘测设计提出了更高的要求。随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展, 目前公路勘测中虽已采用了电子全站仪等先进仪器设备, 但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制, 作业强度大, 且效率底, 大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造, 在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。当前, 用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测理, 为勘测阶段测绘带状地形图, 路线平面、纵面测量提供依据;在施工阶段为桥梁, 隧道建立施工控制网, 在施工现场可以看到国内已很多采用南方NGS9600型GPS来做控制, 这仅仅是GPS在公路测量中应用的初级阶段。其实, 公路测量的技术潜力蕴于RTK (实时动态定位) 技术的应用之中, 动态定位在公路中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和GIS前端数据采集。测量前需要在一控制点上静止观测数据, 实时确定采样点的空间位置。目前, 其定位精度可以达到厘米级。
动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景, 可以完成地形测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面、地面线测量等工作。整个测量过程在不需通视的条件下, 测量1~3秒, 精度就可以达到1~3cm, 有着常规测量仪器 (如全站仪) 不可比拟的优点。总之, RTK技术将在公路工程中的应用, 拥有着非常广阔的前景。
结束语:当前, GPS技术已渗透到了诸多的应用领域, 作者撰写本文在于提出应用GPS进行正常高测定的方法, 与同行们共同探讨, 希望能为应用GPS进行工程测量提供一些参考, 希望本文在用于交通公路勘察规划设计领域, 对地形测量和工程测量也是一个很大促进。
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已经被广泛地运用并发展成为一个真正的三维测量工具, 然而测高问题仍然是GPS领域函待研究解决的问题。将集中讨论GPS测高的制约因素, 包括GPS测量, 大地水准面和高程基准问题, 并从变形监测, 实时GPS测量和机器监测与导引三个方面论述了GPS测高的可行性。
关键词：静态GPS定位,高程测量,可行性
参考文献
[1]李青岳.工程测量学[M].北京:测绘出版社.
原油静态计量技术 篇10
在原油贸易交接计量中, 我国一般采用吨等质量单位。在国外原油贸易交接中则采用体积单位, 典型的有桶、加仑、升和立方米等。因原油的体积随温度和压力的变化而变化, 因此在贸易交接中必须是在标准条件下进行。我国原油交接的标准条件是:压力为101.325kPa, 温度为20℃;美国的标准条件是:压力为101.325kPa, 温度为60℉;国际单位制规定的标准是:压力为101.325kPa, 温度为15℃。由于使用了标准条件, 原油的体积就可以看成是保持不变的量, 石油贸易者就可以进行正常的交易。
静态计量技术的计量方式
静态计量是在大气压力下测量大罐液面的高度, 把测得液面高度通过容量表转化成体积量。
1大罐标定和容量表
为了获得大罐容量表, 必须对大罐进行标定。最普通的油罐标定方法是人工围测法, 即通过测量大罐的外围周长来确定大罐的内径, 进而确定大罐的体积。为了提高准确度, 必须使用标定过的合格的钢卷尺。为了计算大罐铁壳的热膨胀还应引入修正因子, 对周向应力进行修正。将大罐体积的增量和体积单位考虑上, 最后就得到大罐的容量表。
大罐的标定除人工围测法外, 还有光学参照法及光学三角法。光学三角法现在还不是API标准, 但该方法记录在国际标准ISO 7507中。
2大罐测量
测量大罐液面常常称之为“规测”, 常用检尺方法为检空尺法, 测量的是从计量孔顶部参照点到罐中液面的距离。检实尺法比检空尺法计量精度偏低些, 因为尺锤可能倾斜或者可能触到罐底内的脏物。所有检尺方法均在美国API标准第3章中有详细的规定。
根据检尺数据, 结合容量表, 就可确定大罐的原油的毛体积, 对毛体积进行温度、杂质和含水的修正, 就可确定净油体积。
3大罐温度的测量
通常由温度计或电子温度计测得大罐内油品的温度。测量油罐温度的程序在API标准第7章中有详细规定。推荐的方法是取上 (上1/3处) 、中 (液面中间高度) 、下 (下1/3处) 的平均温度, 也可只测取中间温度代表整个大罐的温度。
4大罐取样及重度的确定
获得大罐样品和化验水质含量的工作通常是一起完成的。为了获取油样, 常常采用取样器以得到所期望的液位处的样品。与测量温度一样, 通常采用等体积三级取样法, 用取得的样品来分析含水杂质与重度。
5油量的计算