科技論文1500字范文(2)
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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(yīng)注意的問題。
關(guān)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(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
引言
GPS定位技術(shù)是現(xiàn)代大地測量發(fā)展的重要標(biāo)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(shù)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(tài)觀測所得基線邊長的檢驗便尤為重要。很多工程技術(shù)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(jīng)投影變換后的坐標(biāo)，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(yīng)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(fā)射中心到棱鏡之間的距離，不等于兩標(biāo)石中心間的直線斜距;平距是歸算到兩標(biāo)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(shù)據(jù)，經(jīng)過平差，得到兩標(biāo)石中心在WGS-84橢球面上的距離。
3、GPS坐標(biāo)反算距離
GPS反算距離是指在控制網(wǎng)平面直角坐標(biāo)系下兩控制點之間的邊長。GPS定位成果屬于WGS-84大地坐標(biāo)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(biāo)系或者地方坐標(biāo)系。這就要求參考坐標(biāo)系同WGS-84坐標(biāo)系建立轉(zhuǎn)換關(guān)系，才能將測量成果統(tǒng)一于國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)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(chǎn)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(guān)系和投影變形進行詳細(xì)了解。
1、參考橢球與WGS-84橢球關(guān)系
參考橢球與WGS-84橢球之間存在著平移和旋轉(zhuǎn)的關(guān)系，它包括三個平移，三個旋轉(zhuǎn)，一個尺度比例，一共是七個參數(shù)。利用這七個參數(shù)可將未知點在WGS-84橢球上的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為參考橢球上的大地坐標(biāo)。
2、投影變形
在得到未知點在參考橢球上的大地坐標(biāo)之后，需要將其通過投影，轉(zhuǎn)換為該參考橢球系上的平面直角坐標(biāo)，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(fā)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(jīng)線上沒有變形，而中央經(jīng)線上的長度比為0.9996，即產(chǎn)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(jīng)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。
?、茖⒖紮E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(biāo)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(guān)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(guān)系。
由以上可知，GPS所測得基線邊長具有兩個變形：
?、女?dāng)?shù)孛鎸崪y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(dāng)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(wù)必用GPS平差軟件對GPS控制網(wǎng)進行質(zhì)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(shù)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：
?、胖苯佑萌緝x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?；€向量中距離指GPS斜距，與全站儀所測斜距(經(jīng)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;
?、迫緝x的平距與GPS基線平距進行比較，兩者所得值近似;
?、侨緝x的平距投影到平面上與GPS二維約束平差邊長相比較;
?、热绻麥y區(qū)投影變形不大，或者選擇了適當(dāng)?shù)耐队皡?shù)，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;
?、墒褂锚毩⒌淖鴺?biāo)系統(tǒng)，當(dāng)投影高在高程面上，原點的緯度和經(jīng)度在測區(qū)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(jié)果不一定相同，其值大小要求具體由控制網(wǎng)精度而定。
四、案例分析
某GPS控制網(wǎng)如圖4所示，為了檢驗GPS基線邊的可靠性，使用Leica TC402標(biāo)稱精度±(2mm+2ppm)對南方S86標(biāo)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(dāng)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(dāng)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(jié)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(dāng)用全站儀測距對GPS邊長進行檢驗時，應(yīng)注意以下問題：
?、趴紤]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(wǎng)平差得到的結(jié)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(wǎng)平差得到的結(jié)果反算平距;
?、菍⑷緝x所測邊長進行投影，使全站儀邊長投影到與GPS統(tǒng)一的高程面上進行比較。
參考文獻
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