科技論文1500字范文(2)
科技論文1500字范文
科技論文1500字范文篇二
GPS基線邊長檢驗
摘要:本文主要介紹了全站儀測距檢驗GPS邊長過程中檢驗方法和應注意的問題。
關鍵詞:GPS基線;全站儀測距;投影變形;檢驗
Abstract: this article mainly introduced the total station ranging test GPS side inspection methods and the problems that should be paid attention to in the process.
Key words: GPS baseline; Total station ranging; Projection deformation; inspection
中圖分類號：P225.8文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
引言
GPS定位技術是現代大地測量發展的重要標志，以高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便等特點著稱。隨著GPS測量技術的日趨成熟，GPS的使用越來越普及，在GPS控制測量中，對GPS靜態觀測所得基線邊長的檢驗便尤為重要。很多工程技術人員常常簡單地用全站儀測距以檢驗GPS精度，這種簡單的對比方法并不能完全的檢驗出GPS精度，全站儀所提供的距離通常是斜距或平距，而GPS所提供用戶的通常是經投影變換后的坐標，下面就全站儀對GPS基線邊長的檢驗中所要注意的問題進行探討。
概 述
要探討邊長檢驗問題，首先應對幾個基本概念進行了解。
1、全站儀測距
全站儀測距通常有斜距和平距，在不考慮溫度、濕度、大氣折射影響的情況下，斜距是全站儀電磁波發射中心到棱鏡之間的距離，不等于兩標石中心間的直線斜距;平距是歸算到兩標石中心平均高程面的距離。
2、GPS基線邊長
GPS基線邊長是指GPS對兩測站的同步觀測數據，經過平差，得到兩標石中心在WGS-84橢球面上的距離。
3、GPS坐標反算距離
GPS反算距離是指在控制網平面直角坐標系下兩控制點之間的邊長。GPS定位成果屬于WGS-84大地坐標系，在實際工程控制測量中，測量成果往往屬于某一國家坐標系或者地方坐標系。這就要求參考坐標系同WGS-84坐標系建立轉換關系，才能將測量成果統一于國家坐標系或地方坐標系下。
4、投影變形
我們知道，橢球面是一個凸起的不可展平的曲面，如果將曲面上的元素，比如一段距離、一個方向、一個角度及圖形投影到平面上，必然同原來的距離、方向、角度及圖形產生差異，這一差異便是投影變形。
二、幾個基本概念介紹完之后，我們就要對WGS-84橢球及參考橢球之間的關系和投影變形進行詳細了解。
1、參考橢球與WGS-84橢球關系
參考橢球與WGS-84橢球之間存在著平移和旋轉的關系，它包括三個平移，三個旋轉，一個尺度比例，一共是七個參數。利用這七個參數可將未知點在WGS-84橢球上的大地坐標轉換為參考橢球上的大地坐標。
2、投影變形
在得到未知點在參考橢球上的大地坐標之后，需要將其通過投影，轉換為該參考橢球系上的平面直角坐標，在我國，一般是通過高斯正形等角投影，其他國家還有通用橫軸墨卡托投影也即UTM投影等投影。在投影過程中勢必會遇到投影變形，通過高斯正形投影，投影前后角度相等，但長度和面積發生變化;UTM投影是等角橫軸割圓柱投影，橢圓柱割地球于南緯80度，北緯84度兩條等高圈，故投影后兩條相割的經線上沒有變形，而中央經線上的長度比為0.9996，即產生了0.0004的長度變形。
通常將地面觀測長度歸算到投影面邊長需要經過兩個步驟。①將地面觀測的長度元素歸算到參考橢球面;②將橢球面的長度歸算到投影平面。
⑴將實測邊長歸算到參考橢球面上的變形影響
式中:—測距兩端相對于參考橢球面的平距大地高;
—實測兩點間的距離;
—歸算邊方向參考橢球法截弧的曲率半徑。
⑵將參考橢球面上的邊長歸算到高斯投影面上的投影變形
式中：—投影到參考橢球面上的歸算邊長度，;
—參考橢球面上兩點投影到高斯平面的橫坐標平均值，;
—;
—測距邊中點的平均曲率半徑。
通過以上公式可知，將觀測邊長歸算到參考橢球面上時，取曲率半徑為6370km，其長度將縮短，可以得到每千米的關系(圖2)。將參考橢球面上的邊長投影到高斯平面上時，可以得到每千米最大長度變形值與距離中央子午線的距離長短的關系。
由以上可知，GPS所測得基線邊長具有兩個變形：
⑴當地面實測長度歸算到參考橢球面時，長度縮短，地面上的點與參考橢球面高差越大，長度變形就越大,這種變化比較明顯，基本上高差每增加10m，變形量就會增加1.57mm，在高差達到200m時，變形量達到了31.4mm。
⑵當橢球面上的長度歸算到高斯平面時，其長度增加，距離中央子午線越遠，變形值越大。在離中央子午線10km時長度變形值約為1.23mm，20km時達到4.9mm，50km時達到30.8mm，100km時達到123mm，130km時達到了208.3mm。
三、全站儀對GPS基線邊長的檢驗
GPS基線的解算的正確性尤為重要，因此在用全站儀進行邊長檢驗之前，務必用GPS平差軟件對GPS控制網進行質量評定。通常將GPS基線與全站儀所測邊長平距進行比較，但兩者之間是有差距的，尤其是投影變形比較大時是不能進行比較的，只有考慮橢球和投影參數等因素后才能進行比較。實際上一般全站儀測程只有2～3km，因此全站儀對GPS邊長檢驗只能是中短程邊進行比較，同時要求全站儀的測距精度要高于GPS測基線精度。
檢驗方法：
⑴直接用全站儀斜距與GPS基線邊長進行比較。條件是在兩者均無投影情況下。基線向量中距離指GPS斜距，與全站儀所測斜距(經過溫度、濕度、大氣折射改正后)在考慮儀器高的情況下具有可比性;
⑵全站儀的平距與GPS基線平距進行比較，兩者所得值近似;
⑶全站儀的平距投影到平面上與GPS二維約束平差邊長相比較;
⑷如果測區投影變形不大，或者選擇了適當的投影參數，使投影變形的影響減到最小，可以用全站儀平距與GPS二維約束平差邊長相比較;
⑸使用獨立的坐標系統，當投影高在高程面上，原點的緯度和經度在測區的中央，用方法(3)檢驗。
實際上，由于各種因素的影響，兩者的結果不一定相同，其值大小要求具體由控制網精度而定。
四、案例分析
某GPS控制網如圖4所示，為了檢驗GPS基線邊的可靠性，使用Leica TC402標稱精度±(2mm+2ppm)對南方S86標稱精度±(5mm+1ppm)所測邊長進行檢驗。
注：BM02-BM04高差為0.128m，BM02-ZD01高差為9.238m。
由上表可知，全站儀斜距與GPS基線的斜距具有可比性，條件是GPS天線高與全站儀、棱鏡高近似相同;全站儀平距與GPS二維約束平差后的平距只能進行近似的比較，當把全站儀所測距離歸算到同一高程面上時，兩者具有可比性;當基線較短，兩點之間高差較小時，橢球面的弦長與全站儀平距之間相差較小，通常也具有可比性。
結論
研究表明，GPS控制測量平差后的邊長不能直接與全站儀的測距成果進行比較。當用全站儀測距對GPS邊長進行檢驗時，應注意以下問題：
⑴考慮儀器高、棱鏡高的情況下比較斜距，同時盡可能使全站儀儀器高、棱鏡高與GPS相位高相同，如果兩個點之間沒有GPS觀測邊，可用GPS三維自由網平差得到的結果反算斜距;
⑵比較GPS基線的平距和全站儀的平距時，如果兩個點之間沒有觀測邊，可用GPS三維自由網平差得到的結果反算平距;
⑶將全站儀所測邊長進行投影，使全站儀邊長投影到與GPS統一的高程面上進行比較。
參考文獻
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