卷卷卷和毛
GPS在工程测量中的优化与应用探讨摘要］鉴于GPS相对于全站仪等传统测量技术具有全天候、高精度、自动化、高效益等优势，本文通过对几个工程测量实例的实施、对比及分析，就工程测量中如何对GPS技术进行优化与应用进行了探讨，并得出了相关结论。［关键词］GPS静态定位动态定位工程测量定位技术的特点和优势全球定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地拓宽，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。经过近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科。GPS卫星全球定位系统的全面建成和发展，必将给导航和测绘行业带来深刻影响。定位技术在实际测量工作中的对比分析自2003年单位引进4套美国TRIMBLE(天宝)5700 GPS双频接收机（静态定位精度5mm+×D）以来，笔者一直从事GPS的定位和测量工作。分别完成了朝阳区温榆河河道改造工程控制测量、海淀区莲西商务楼竣工控制测量、顺义残疾人培训中心控制和数字地形测量、燕山石化控制和数字地形测量、大安山矿区控制和数字地形测量、天津塘沽滨海旅游度假村控制和数字地形测量、天津地铁勘察定位、京沪高速铁路勘察定位、沈大客运专线勘察定位、外交部职工住宅楼勘察定位等大小数十项工程的控制和测量工作。在近几年来的工程测量中，通常都是天宝3602DR全站仪(测量精度±2''，±（2mm+2ppm×D））和天宝5700GPS联合进行，两者相互配合，取长补短，弥补对方的不足，从而更有效发挥各种仪器的使用价值。全站仪测量具有精度高，速度快等优势，但是受通视条件影响较大，遇有障碍物时需多次转点，使其优势得不到充分发挥；而GPS测量对通视条件则没有要求，但由于测量数据都是通过接收卫星信号得来，只有保证仪器能够接收到足够的卫星信号，才能保证测量成果，因此，它对仪器周边的建筑、构筑物要求较高。全站仪测量经过几十年的发展，现在各个方面已经是十分成熟，而GPS测量在国内刚开始不久，好多技术都在试验阶段，各方面都有待完善。虽然这两种测量技术广泛运用在日常生活中，但两者在实际工程测量中应用时，在满足国家规范的同时两者之间相对测量精度能达到多少，特别是GPS测量相对业已成熟的主流的全站仪测量之间的测量误差，笔者多方查询，各方面文献均未作出相关报道。我们一直试图通过各种方法和手段，对两种测量之间的关系进行一些研究，希望能对今后的测量工作起到一个指导和借鉴作用。通过多年的工程实践和试验，笔者选取了几个比较有代表性的工程实例，对GPS测量和全站仪测量在测量成果精度上作了一些对比、总结和探讨。 GPS静态定位（四等）和全站仪定位工程对比静态定位基本上都是用在测量控制上，故本研究分别是朝阳区温榆河河道改造工程控制测量和海淀区莲西商务楼竣工控制测量的控制测量数据进行比较，主要比较两种定位方面的坐标成果数据，具体测量数据如表1、表2所示。通过以上工程实例，可以看出现在的GPS静态定位（四等）和全站仪定位精度已经很接近，平面和高程误差都能控制在10mm之内，测距相对误差在7万分之一以上，都能够满足3等以下导线测量和3等以下水准测量的测量规范和生产要求，但是GPS静态定位比全站仪定位更高速、高效，应用范围更广阔，经济效益更加明显。在市场竞争激烈的今天，GPS测量已经成为工程测量的首选手段。 GPS动态测量(RTK)和全站仪测量动态测量一般用在精度要求较低的测量工程。如地形测量、勘察定位等方面，本研究选用天津塘沽滨海旅游度假村控制，沈大客运专线勘察定位和数字地形测量和外交部职工住宅楼勘察定位成果进行比较，相关测量数据及比较结果如表3、表4和表5所示。通过以上工程实例，可以看出GPS动态测量(RTK)与全站仪的平面误差基本上在250mm之内，高程误差在50mm之内。能够满足工程勘察初勘平面误差 m，高程误差5cm，详勘平面误差，高程误差5cm的规范要求，同时还能满足常规地形测量1∶500比例尺以上地形测量的工程测量规范要求。GPS动态测量可以很好避免全站仪测量时繁琐复杂的分级控制过程，能够很好克服测量点之间的通视问题，能减少一半的测量人员，从而节约大量工作时间、大幅提高测量工作效率。在工程测量中的优化经验与思路通过对以上的测量数据对比和经验总结，我们对GPS测量定位技术的性能、精度和使用条件有了更进一步的了解，这对我们后续的许多工程施工提供了很好的依据，我们可以针对不同的工程技术要求，制定不同的施测方案，在确保工程质量的同时，最大限度降低生产成本，使单位的经济效益得到大幅提高。后来进行的大兴黄村动车段勘察定位工程中，施工场地建筑密集，通视条件极差，我们根据设计规定平面误差不超过1米、高程误差不超过10cm的技术要求，利用RTK动态定位技术，有效克服了测量点之间通视不畅的问题，测量人员也从两个测量组减少到一个组，五百多个钻孔定位在三天时间就全部完成。同样的工作量如果要使用常规全站仪定位，在如此困难的施测条件下，两个测量组估计七天才能完成。团河行宫数字地形测量工程也是利用前面的理论成果，我们因地制宜的制定出相应的施测方案。根据场地位于交通条件极不便利的郊区且场地附近没有控制点的情况，利用GPS静态定位从6公里外把城区的控制点引测过来，然后再用RTK动态技术进行数字地形测量，一个测量组两天时间就完成了1平方多公里的地形测量。如果用全站仪测量，仅控制测量一项就需一个测量组工作四~五天，加上地形测量至少要花费一周的时间。利用以上的测量结论，沈大客运专线勘察定位、外交部职工住宅楼勘察定位等工程都在较短时间内快速、高效地完成，充分验证了上述经验总结的正确性。3.结论通过多年来对GPS定位技术的应用，可以总结出以下几点：（1）测量成果相对精度高，质量可靠。点位范围可以方便地控制在米之内，并且点与点之间误差均为随机误差，不会产生累积误差。（2）定位系统可以全天候作业，不受视线通视影响。（3）可实时提供定位点的坐标及其点位精度，方便快捷，定位情况一目了然。（4）野外作业简单，效率高，自动化程度高，大大减小了劳动强度，可节约大量的人力物力资源。（5）作业过程中的一些注意事项：a.测量定位前应该做好作业地区的星历预报分析，明确测量的最佳时段，通常卫星数量少于6颗时，不宜进行作业。因为卫星数量过少，会对观测结果产生较大影响，测量成果精度不高不说，还会给内业解算带来许多麻烦。b.静态观测时，对于空旷、无干扰的地区，至少要连续观测30分钟以上；对于城市建筑密集、干扰众多地区，最少要观测1个小时以上，才能确保外业观测质量。动态测量(RTK)时一定要在初始化完成后，在卫星fixed(固定)情况下测量，如果在float(浮动)情况下测量，结果差别很大，少则几十公分，多的有近十米。（6）有待进一步研究之处：GPS实时静态定位在变形测量（位移、沉降）中的应用，它和全站仪定位之间的关系。不同的解算软件对GPS定位结果的影响。参考文献［1］中国有色金属工业协会主编《.工程测量规范》（GB50026-2007）［M］.北京：中国计划出版社，2008.［2］北京市测绘设计研究院主编《.全球定位系统城市测量技术规程》（CJJ73-97）［M］.北京：中国建筑工业出版社，1997.［3］李天文.GPS原理及应用［M］.北京：科学出版社，2003.［4］胡伍生，高成发.GPS测量原理及其应用［M］.北京：人民交通出版社，2002.
华师小超
曲面测量方法研究及测量仿真摘要 3-4 ABSTRACT 4-5 第一章 绪论 9-15 引言 9 曲面测量方法 9-11 国内外研究现状 11-13 已知CAD 模型的曲面测量研究现状 11 未知CAD 模型的曲面测量研究现状 11-12 测量仿真研究现状 12-13 课题背景及主要研究内容 13-15 选题背景 13-14 论文主要研究内容 14-15 第二章 CMM 测量曲面技术研究 15-27 引言 15 CMM 测量软件 15-16 曲面的CMM 测量方式 16-19 点位触发式 16-17 连续扫描式 17-18 编程方式 18-19 曲面测量路径规划 19-23 测量路径的设计原则 19-21 曲面测量路径规划策略 21-23 测头半径补偿 23-25 测量误差评定 25-26 点位测量下的测量误差评定 25-26 扫描测量下的测量误差评定 26 本章小结 26-27 第三章 CMM 测量曲面误差分析及减小方法 27-47 引言 27 机器误差对测量误差的影响 27-33 静态误差 27-30 动态误差 30 机器误差补偿 30-33 工件坐标系的建立对测量误差的影响 33-38 产生工件坐标系建立误差的原因 34 常用的工件坐标系建立方法 34-36 不同方法下的测量误差比较 36-37 减小工件坐标系建立误差的方法 37-38 测量规划对测量误差的影响 38-42 沿法矢量规划测量路径 39 通过数学模型求测点矢量 39-42 测头半径补偿对测量误差的影响 42-44 测头的选择 42-43 测头半径补偿误差 43-44 测量人员操作水平对测量误差的影响 44-46 手动测量误差 44 实现三坐标自动测量 44-46 本章小节 46-47 第四章 已知CAD 模型的曲面测量及仿真 47-71 引言 47 三平面法与最小二乘法建立工件坐标系 47-52 工件坐标系建立过程 47-49 叶片检测中工件坐标系的建立 49-52 测点自适应分布 52-57 测点数确定 52-54 曲率差值法实现测点自适应分布 54-56 直线夹角法实现测点自适应分布 56-57 沿矢量方向进行路径规划与半径补偿 57-59 沿矢量方向规划测量路径 58 沿矢量方向补偿测头半径 58-59 测量仿真 59-70 仿真方法研究 60 最小二乘法实现初始坐标系的变换 60-62 实现测点自适应分布 62-65 测量路径仿真检验 65-66 避障点设置 66-67 DMIS 程序生成 67-68 三坐标测量数据读取 68-69 测量误差评定 69-70 本章小结 70-71
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随着信息化的高速发展，我国的测绘技术也已经从传统的人工测绘发展为数字化测绘，测绘技术取得了突飞猛进的发展，本文探讨了数字测绘技术的优点以及应用。 数字技术测绘技术应用 数字化测绘技术是伴随着计算机、网络技术的发展及测量仪器的智能化而兴起的一门新兴的测绘技术。数字中国、数字城市等概念的提出以及相关数字化工程的启动，特别是全球定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)、摄影测量与遥感(RS)以及数字化测绘和地面测量先进技术的发展，使工程测量的手段和方法产生了深刻的变化。工程测量的服务领域也相应进一步延伸，而且正朝着测量数据采集和处理的自动化、实时化和数字化方向发展。 一、数字化测绘技术的优点 1。它可以通过计算机的模拟，在屏幕上直观生动地(分层)反映出地形、地貌特征以及地籍要素，而且一目了然，基本上改变和弥补了传统产品线条、符号和数字、文字等综合包罗，非具一定专业知识才能读懂的缺陷。 2。数字化测绘产品在使用、维护和更新上具有方便快捷的特性，能够随时保持产品信息的现势性，可以随时补充修改，随时出新图提供使用。 3。根据不同用户的需要，可以对产品的各种要素进行数据再加工，得到不同用途的图件，而且还可以随意对图形进行拼接、缩放，用途更广泛。 4。利用数字化(地形、地籍)测绘成果，作为底图，可在计算机上进行各种规划与设计(如土地资源开发规划和城市道路网的设计等)，可方便地进行许多方案的设计与比较，对各种要素的统计、汇总、叠加、分析也方便、准确。在计算机的帮助下，大大提高了测绘生产作业的自动化、科学化、规范化程度，数字化测绘产品的应用水平也将达到新的高度。除此以外，在其他方面还显示出很多优越性，但从以上几点足以可见数字化(地形、地籍)测绘很符合现代社会信息的要求，是现代测绘的发展方向。因而，以前以传统测绘为主的专业测绘单位，现在是以发展数字化测绘技术作为发展的目标与方向。 二、数字化测绘中作业模式的选择问题 数字化测绘设备是全站仪加电子手簿或电子平板，作业分为编码方法和无码方法。编码方法在记录测量数据时必须按碎部点的类型及相互间几何关系输入特征编码，作业员不仅要熟记编码，为正确输入编码，测站与棱镜间还需要较多有关测点的信息交流，因此作业速度慢。尤其当地形复杂、通视困难、对一个地物的测量是不连续的，甚至要经过几个测站的观测才能完成时，作业难度大，出错机会多。无码作业则不需输入任何编码，代之以绘制草图记录所测点位及相邻关系。测站与棱镜间联络较少，测站照准目标操作电子手簿驱动全站仪测取数据后，只需向棱镜处作业员报告碎部点号而已。具有平板测图知识的作业员随棱镜现场绘制草图，轻松且不易出错。测图工作实际上主要在棱镜处进行，测站观测速度很快，一台全站仪可观测2~3个棱镜，相当2~3个图板的平板测图。所以无码作业方法更容易为测量人员所接受。数字化测绘记录设备过去以电子手簿为主，但目前有关电子平板的介绍、报道较多。所谓内外业一体化的作业方法，即利用电子平板(便携机)在野外实现碎部点展绘成图被描绘成最先进的方法。但实际上若电子平板与全站仪联机则由于通视不一定好，加之数字化测图测程较远，绘图员在电子平板上编辑绘图很困难。若靠远距离观察辅之以镜站作业员的描述来绘图，则不仅对电子平板绘图员的技术、经验要求较高，且既慢又容易出错。就这一点而言，类似传统的平板测图的作业方法，不同之处仅在于不需展点、计算机编辑代替手工绘图而已。为解决这一问题，市场上推出了遥控电子平板。虽然采用遥控平板可使绘图员随棱镜现场绘图，但设备投资远高于电子手簿。野外作业速度也低于电子手簿加草图方法。实际上是付出高昂的代价以外业时间换取内业时间。若考虑到野外作业条件艰苦，作。。。。。。 文秘杂烩网
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