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(zhǎng)檢驗(yàn)
摘要:本文主要介紹了全站儀測(cè)距檢驗(yàn)GPS邊長(zhǎng)過程中檢驗(yàn)方法和應(yīng)注意的問題。
關(guān)鍵詞:GPS基線;全站儀測(cè)距;投影變形;檢驗(yàn)
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(hào)：P225.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104(2013)
引言
GPS定位技術(shù)是現(xiàn)代大地測(cè)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(jiǎn)便等特點(diǎn)著稱。隨著GPS測(cè)量技術(shù)的日趨成熟，GPS的使用越來越普及，在GPS控制測(cè)量中，對(duì)GPS靜態(tài)觀測(cè)所得基線邊長(zhǎng)的檢驗(yàn)便尤為重要。很多工程技術(shù)人員常常簡(jiǎn)單地用全站儀測(cè)距以檢驗(yàn)GPS精度，這種簡(jiǎn)單的對(duì)比方法并不能完全的檢驗(yàn)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(duì)GPS基線邊長(zhǎng)的檢驗(yàn)中所要注意的問題進(jìn)行探討。
概 述
要探討邊長(zhǎng)檢驗(yàn)問題，首先應(yīng)對(duì)幾個(gè)基本概念進(jìn)行了解。
1、全站儀測(cè)距
全站儀測(cè)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(zhǎng)
GPS基線邊長(zhǎng)是指GPS對(duì)兩測(cè)站的同步觀測(cè)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(diǎn)之間的邊長(zhǎng)。GPS定位成果屬于WGS-84大地坐標(biāo)系，在實(shí)際工程控制測(cè)量中，測(cè)量成果往往屬于某一國(guó)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(cè)量成果統(tǒng)一于國(guó)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(gè)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(gè)方向、一個(gè)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(gè)基本概念介紹完之后，我們就要對(duì)WGS-84橢球及參考橢球之間的關(guān)系和投影變形進(jìn)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(gè)平移，三個(gè)旋轉(zhuǎn)，一個(gè)尺度比例，一共是七個(gè)參數(shù)。利用這七個(gè)參數(shù)可將未知點(diǎn)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(diǎn)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(guó)，一般是通過高斯正形等角投影，其他國(guó)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(shì)必會(huì)遇到投影變形，通過高斯正形投影，投影前后角度相等，但長(zhǎng)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(zhǎng)度比為0.9996，即產(chǎn)生了0.0004的長(zhǎng)度變形。
通常將地面觀測(cè)長(zhǎng)度歸算到投影面邊長(zhǎng)需要經(jīng)過兩個(gè)步驟。①將地面觀測(cè)的長(zhǎng)度元素歸算到參考橢球面;②將橢球面的長(zhǎng)度歸算到投影平面。
?、艑?shí)測(cè)邊長(zhǎng)歸算到參考橢球面上的變形影響
式中:—測(cè)距兩端相對(duì)于參考橢球面的平距大地高;
—實(shí)測(cè)兩點(diǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)度，;
—參考橢球面上兩點(diǎn)投影到高斯平面的橫坐標(biāo)平均值，;
—;
—測(cè)距邊中點(diǎn)的平均曲率半徑。
通過以上公式可知，將觀測(cè)邊長(zhǎng)歸算到參考橢球面上時(shí)，取曲率半徑為6370km，其長(zhǎng)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(zhǎng)投影到高斯平面上時(shí)，可以得到每千米最大長(zhǎng)度變形值與距離中央子午線的距離長(zhǎng)短的關(guān)系。
由以上可知，GPS所測(cè)得基線邊長(zhǎng)具有兩個(gè)變形：
?、女?dāng)?shù)孛鎸?shí)測(cè)長(zhǎng)度歸算到參考橢球面時(shí)，長(zhǎng)度縮短，地面上的點(diǎn)與參考橢球面高差越大，長(zhǎng)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(huì)增加1.57mm，在高差達(dá)到200m時(shí)，變形量達(dá)到了31.4mm。
?、飘?dāng)橢球面上的長(zhǎng)度歸算到高斯平面時(shí)，其長(zhǎng)度增加，距離中央子午線越遠(yuǎn)，變形值越大。在離中央子午線10km時(shí)長(zhǎng)度變形值約為1.23mm，20km時(shí)達(dá)到4.9mm，50km時(shí)達(dá)到30.8mm，100km時(shí)達(dá)到123mm，130km時(shí)達(dá)到了208.3mm。
三、全站儀對(duì)GPS基線邊長(zhǎng)的檢驗(yàn)
GPS基線的解算的正確性尤為重要，因此在用全站儀進(jìn)行邊長(zhǎng)檢驗(yàn)之前，務(wù)必用GPS平差軟件對(duì)GPS控制網(wǎng)進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。通常將GPS基線與全站儀所測(cè)邊長(zhǎng)平距進(jìn)行比較，但兩者之間是有差距的，尤其是投影變形比較大時(shí)是不能進(jìn)行比較的，只有考慮橢球和投影參數(shù)等因素后才能進(jìn)行比較。實(shí)際上一般全站儀測(cè)程只有2～3km，因此全站儀對(duì)GPS邊長(zhǎng)檢驗(yàn)只能是中短程邊進(jìn)行比較，同時(shí)要求全站儀的測(cè)距精度要高于GPS測(cè)基線精度。
檢驗(yàn)方法：
?、胖苯佑萌緝x斜距與GPS基線邊長(zhǎng)進(jìn)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(cè)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(jìn)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(zhǎng)相比較;
⑷如果測(cè)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(zhǎng)相比較;
?、墒褂锚?dú)立的坐標(biāo)系統(tǒng)，當(dāng)投影高在高程面上，原點(diǎn)的緯度和經(jīng)度在測(cè)區(qū)的中央，用方法(3)檢驗(yàn)。
實(shí)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(yàn)GPS基線邊的可靠性，使用Leica TC402標(biāo)稱精度±(2mm+2ppm)對(duì)南方S86標(biāo)稱精度±(5mm+1ppm)所測(cè)邊長(zhǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)。
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(jìn)行近似的比較，當(dāng)把全站儀所測(cè)距離歸算到同一高程面上時(shí)，兩者具有可比性;當(dāng)基線較短，兩點(diǎn)之間高差較小時(shí)，橢球面的弦長(zhǎng)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(cè)量平差后的邊長(zhǎng)不能直接與全站儀的測(cè)距成果進(jìn)行比較。當(dāng)用全站儀測(cè)距對(duì)GPS邊長(zhǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，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(shí)盡可能使全站儀儀器高、棱鏡高與GPS相位高相同，如果兩個(gè)點(diǎn)之間沒有GPS觀測(cè)邊，可用GPS三維自由網(wǎng)平差得到的結(jié)果反算斜距;
?、票容^GPS基線的平距和全站儀的平距時(shí)，如果兩個(gè)點(diǎn)之間沒有觀測(cè)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(cè)邊長(zhǎng)進(jìn)行投影，使全站儀邊長(zhǎng)投影到與GPS統(tǒng)一的高程面上進(jìn)行比較。
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