GPS测量工法.docx

1、GPS测量工法GPS测量施工工法编制单位：合肥建工集团有限公司编制时间： 2012年 11 月GPS测量施工工法1. 前言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系统已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄 影测量以及地形测量等各个方面。本工法根据现场工程实践经验，结合 GPS全天候、全地点、精度高的 特点，可将各种大工作量，受地物影响比较突出的点准确、迅速的确定下 来。采用此方法可以大大提高工作效率，能够充分的满足工程的需要。2. 工法特点.测站之

2、间不需通视。但测站上空必须开阔，以使接收 GPS卫星信号 不受干扰。 ?.精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为3mm+2pp，与全站仪的 测量精度相当，但随着距离的增长， GPS测量优越性愈加突出。.观测时间短。采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30 40min左右，米用快速静态定位方法，观测时间更短。例如使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5分钟以内求得测点坐标。. 操作简便。观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源 即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐 标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。.全天候作

3、业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不 受天气状况的影响。3. 所用 Hi-RTK 简介Hi-RTK多功能手簿软件旨在高效运用GPS言息结合相关专业需求提升测绘行业生产力。软件功能全面、专业，涵盖道路、电力、铁路和测图四 大领域。全球化 中英文界面实时切换功能、内置各国常用椭球参数、转换基准。投影方面包括了高斯投影、UTM投影、兰勃托投影、墨卡托投影等世 界常用投影方式。基准转换方面提供三参数转换、平面四参数转换、七参数转换、一步 法、点校验等多种实用转换方法，支持 Trimble 、泰雷兹格式；高程拟合 方面提供支持天宝、泰雷兹的格网、高程异常改正。参数计算软件坐标转换模块使

4、用了历经多年验证的 Coord 软件模块，提供给用 户实用、全面而且稳定的坐标计算功能。参数计算时坐标点提供GPS取点、图上取点、坐标库取点、现场输入 四种输入方式，方便实用方便的参数计算功能，最大限度地减少了测量参数的计算步骤，使用 更加简单、方便。绘图点集绘制：可以选择绘制哪些点集，是否绘制点名、描述，不同类型 点按照不同标志绘制，有助于快速区分。导航指示：可以选择屏幕正方向为行走方向或北方向，放样点与当前 点连接线辅助用户判断行走方向，放样时屏幕可进行自动缩放。线路放样时可显示当前点的实时里程，自动绘制特征点。 可自定义屏幕的北方向，测区范围，方便地进行测量、线路放样。 支持多种模式进行

5、偏心测量，方便测量 GPS言号未能覆盖的区域。 道路功能支持线路的平断面、 纵断面、横断面、三维放样、可视化横断面采集。线路放样点实时计算，可以按任意里程加桩，实时里程投影，并显示 放样点里程。直观快捷的放样指导方式，线路放样作业与中平测量作业可以同时进 行。平断面线支持常用的交点表法定线和线元法（积木法）定线，可以自 由的定义出任意形态的线路。例如：立交匝道。精度方面：使用了统一曲线元模型，数值积分方法计算坐标，避免了 传统多项式计算方法的截断误差。支持多个横断面变坡点设置，左右边坡可编辑成不对称类型公路工程的测量主要应用了 GPS勺两大功能：静态功能和动态功能 静态功能是通过接收到的卫星信

6、息，确定地面某点的三维坐标；动态功能 是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。因此使用于 一般建筑平面测量定位以及复杂形状和复杂环境下的各类建筑施工。其他可自定义软件菜单颜色方案。可运行在手持设备上，也可以运行在电脑上。更容易学习软件操作。4.施工工艺原理组成及测量原理4.1.1.GPS的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分组成。1.空间部分：GPS勺空间部分是由24颗GPS工作卫星组成，其中21 颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星。它们分布在6个倾角为 55的轨道上绕地球运行。2.控制部分：GPS勺控制部分由分布在全球的若干个跟踪站所组成的 监控系统构成。根据其作

7、用不同分为主控站、监控站和注入站。3.用户部分：GPS勺用户部分由GPS接收机、数据处理软件及相应的 用户设备组成。它的作用是接收 GPS卫星发出的信号，利用这些信号进行 导航定位等工作。4.1.2.GPS测量原理GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。如图所示：在需要的位置P点架设GPS接收机，在 某一时刻ti同时接收了 3颗（A B、C）以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求 得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离SAP SBP SCP同样通过接收卫 星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。三颗卫星的数 据可以得到一个点的二维坐标，增加一颗以上

8、的卫星数据就可以得到该点 的三维坐标。另外，GPS测量系统通常还会通过“卫星测距码”技术进行 校核。. 静态测量 静态测量通常用于公路工程的导线测设及复测工作。其通常的作业流 程如下：放置脚架，对中整平，安置好仪器一一 量取天线高一一 打开电源, 接收机跟踪记录大于 4 颗以上的卫星数据 接收数据，填写记录表 格一一 挪站。静态测量的注意事项：1） 导线复测工作至少需要 3 台接收机。2） 根据控制点布置图安放接收机（相邻控制点），对中，调平。3） 同时打开接收机，接收机会自动有规律的接收信号，自动转化成 数据存在接收机中。4） 50分钟（至少 30 分钟）之后停止观测，然后按照对角方向挪动接

9、 收机，每测完一组，挪动一个接收机。5） 重复 24 的步骤，直到测完最后一个控制点。6） 内业整理时，把接收机连接电脑，通过随机软件程序把接收机内 的数据导入电脑。7）通过软件程序对数据自动处理。8）整理数据。 这样一份完整的导线控制点的坐标形成了。这种导线复测的方法精度 高，易操作，省去繁琐的手工操作和不良气候所造成的对普通仪器的干扰。. 动态测量 动态测量一般用于公路工程的放样工作。其通常的作业流程如下：调平基准站（放置脚架，对中整平，安置好仪器，量取天线高）一一 在手簿上设置基准站一一 接受移动站信号一一 在手簿上输入需测点坐 标 放样动态测量的注意事项：1） 放样工作至少需要 2 台

10、接收机，一台作为基准站，另一台作为流 动站。2） 基准站放置在已知点上，对中，调平，量取天线高。3） 同时打开接收机，接收机会自动有规律的接收信号，自动转化成 数据存在接收机中。4） 相应的放样数据可以用电脑提前灌入测量手薄中，这样在现场就 可以直接调用，减少了现场输入数据的工作，也可以防止输入数据错误。5） 般一个点需要25分钟的时间，移动站根据手簿显示的方向移动，直到手簿的显示为 0 时停止移动，则此点就是要求的放样点。. 其它测量的运用目前，主流的GPS测量设备都内建了图形测量系统，可以直观的显示 测量放样的结果， 通过随机的软件， 可以轻松实现公路工程中的断面测量、 边坡放样等其它测量

11、任务。5.施工工艺流程调平基准站t在手簿上设置基准站t接受移动站信号t在手簿上输 入需测点坐标t放样6.仪器设备. 基准站、移动站和手簿. 对讲机 3 部6.3.1 人在控制点调平基准站， 1 人用手簿采点， 1 人调平移动站。手 簿和移动站之间通过蓝牙传送信号，移动站根据手簿显示的方向移动，直 到手簿的显示为 0 时停止移动，则此点就是要求的放样点。7.质量要求. 本工法的施工方法和质量要求应符合工程测量规范 GB50026-93 的要求。. 精度要求1)无论哪种全站仪，在使用前必须按说明书对仪器进行校验。2)控制点的精度要求与理论值的误差不超过 1mm。8.安全文明. 施测人员进入施工现场

12、必须戴好安全帽。. 在基坑边投放基础轴线时，确保架设的经纬仪稳定性。. 操作仪器时，同一垂直面上其他工作要注意尽量避开。. 施测人员在施测中应坚守岗位，雨天或强烈阳光下应打伞。仪器架 设好，须有专人看护，不得忘记仪器不管。. 施测过程中，要注意旁边的模板或钢管堆，以免仪器碰撞或倾倒. 仪器使用完毕后需立即入箱上锁，由专人负责保管，存放在通风干 燥的室内。. 测量人员持证上岗，严格遵守仪器测量操作规程作业。. 使用钢尺测距须使尺带平坦，不能扭转折压，测量后应即卷起。. 钢尺使用后表面有污垢及时擦净，长期贮存时尺带涂防锈漆。9. 效益分析采用本工法，能准确、方便的进行平面控制网的控制，测量精度高、

13、 速度快、操作简便、安全、实用、不受场地限制、可直接放样；全天候、 全球性、时间短、速度快、精度高、是其它测量仪器无法比拟的优点。大 大的提高了放样的质量，提高了工作效率，缩短了工作时间。另外，地形 越复杂，其优势越是明显。10. 应用实例实例理论项目信息在一个新测区，首先要新建一个项目，存储测量参数，将其设置均保 存到项目文件中（ *.prj ）。同时软件自动建立一个和项目名同名的文件 夹，包括记录点库、放样点库、控制点库都放到坐标库目录 Points 文件 夹中。图 2-1“可用空间”：显示当前手簿中剩余的空间（单位：兆）。【新建】：新建一个项目，同时新建一个文件夹，所有和项目有关的文件都

14、存在文件夹中。【套用】：套用原有参数新建一个项目。【打开】：打开项目。【删除】：删除所选择的项目。删除项目时，可以选择直接删除还是压缩备份，实现类似回收站的效果（备份存储在项目同级的BackUp目录 下），提供用户误操作后的一个补救措施（请在拷贝至电脑上进行）。1.控制点库保存了所需要控制点的坐标数据，包括：点名、 x、y、h,并对点库 中的点进行添加、编辑、过滤、删除、导出，新建、打开点库等操作。图2-2图2-3辛添加点：添加控制点的坐标到列表最末端， 添加时可从GPS图上、 坐标库选点。插入点：添加控制点的坐标，高程到当前点所在行的前一行。私编辑点：编辑控制点的点名、坐标、里程。塚删除点：

15、可删除选中控制点坐标数据。条件查询点：可根据已知条件过滤控制点库，让点库显示符合条件的点新建点库：点库后缀（*ctl ） 打开点库：控制点库可以直接用记事本打开，也可从电脑导入（*csv ）格式。打开待导入文件：自定义格式导入文件,导出的点库导出：导出格式包括 AUTOCAD(*dxf)、Excel(*csv)具体格式请参照附录t文件格式。2.放样点库保存了所需要放样点的坐标数据，包括：点名、 X、Y、H,并对点库中的点进行，添加、编辑、过滤、删除、导出，新建、打开点库等操作。图2-4图2-5辛添加点：添加点的坐标到列表最末端，添加时可从 GPS图上、坐标库等方式选点。插入点：添加放样点的坐标

16、，高程到当前点所在的前一行。篦编辑点：编辑放样点的点名、坐标、里程。貝删除点：可删除选中放样点坐标数据。条件查询点：可根据已知条件过滤放样点库，让放样点库显示符合条件的放样点新建点库：点库后缀(*.skl )打开点库：放样点库可以直接用记事本打开，也可从电脑导入点库导出：导出格式包括AutoCAD(*.dxf)、Excel(*csv),导出的 (*csv )格式、Hi-RTK放样点格式(*.skl )进行点放样具体格式请参照附录格式说明吋 导出彳豈臨H自定灾导出自走义格式导出经纬度格式丽册 灯戦点位厂寸另隔育上 可选项 导出內苔氏存戻记高线msm-常 H天xrYrprHrIT Mune自定义的

17、导岀内容及格式图 2-12 图 2-13实际操作理论1.连接GPS用于手簿连接RTK主机以及手簿自带的GPS模块。图3-1图3-2“手簿”：根据说明选择好使用的手簿类型，现在常用的包括Q系列、GIS+、iHand。“连接”：包括串口、蓝牙、网络等连接方式，可根据需要进行选择。“端口”：软件会根据手簿类型自动选择端口，只有手簿类型选择General时，串口才需要手工选择。“波特率”：选择波特率，通常连接中海达设备使用 19200。“GPS类型”：中海达型号和主板型号。主板型号包括： Novatel主板、CMC主板、CSI主板、Trimble主板、自带 GPS模块ISuite【搜索】：搜索接收机号

18、，如有接收机号则可以不搜索。【停止】：当搜索到想要连接的接收机号后点击停止 【连接】：点击连接，连接想要设置的接收机。【退出】：退出蓝牙搜索界面。注意：iHand手簿和RTK主机可以用蓝牙/网络（只有iRTK具有 网络连接功能）进行连接。如果用串口线进行连接，需要将“连接”选为串口，“端口” 选为1 ；如果连接手簿自带的GPS模块，需要将“连接”选为串口， “端口”选为2,“GPS类型”选为Isuite。右边的问号是在进行选择时的提示信息。“自动重连”：当蓝牙断开时间很短时，手簿会重新连接主机。“保存已有”：记忆上次搜索到的接收机号，第二次连接时可直接连 接，而不用搜索。“蓝牙”连接部分进度条

19、并不代表蓝牙的实际连接进度，只表示连接 在进行。GPS1接中的“网络”连接方式是针对iRTK主机的连接操作，只有在 打开了 “远程连接”（见本章iRTK操作-iRTK设置）的前提下才能进行 网络连接。采用“网络”连接方式可以轻松实现无线远程操作 iRTK主机。Firm 匚 on nectS etr J匡维设置网络谡筈GM连接谡番氏三驾型：Irt3 jJ习勺图3-3图3-421 jj2.基准站位置取消臣按设定基准站的坐标为 WGS-84坐标系下的经纬度坐标（注：基准站坐 标中的H是椭球高，由于主板需要的是其内部模型下的水准高，所以我们 需要先获得其水准模型在该位置处的高程异常值，这也就要求我们设

20、置基 准站的时候需要GPS为可测量状态）。图 3-15 图 3-16一般在架设基准站，我们也可以通过【平滑】进行采集，获得一个相 对准确的WGS-84坐标进行设站（注：任意位置设站，不意味着任意输入 坐标，务必进行平滑多次后进行设站，平滑次数越多，可靠度也越高）。如果基准站架设在已知点上，也可以通过输入已知点的当地平面坐 标，或通过点击右端【点库】按钮从点库中获取。【点名】：默认为Base,可更改。【天线】：输入基准站的仪器高。 【点库】：用于提取坐标库中的点到当前界面（所有点库按钮功能类 似）。【详细】：可详细设置天线类型,天线参数。 【平滑】：即单点定位求平均数,平滑次数默认为 10 次。

21、【计算三参数】：用于计算当地坐标和 WGS-84坐标之间的三参数， 使用时，选择xyh，在xyh处输入已知点的平面坐标，然后点击【计算三 参数】按钮，就可以求出当地坐标和 WGS-84之间的转换关系。【停止】：点击平滑,软件会自动开始平滑,可手动点击【停止】, 终止平滑, 停止前端显示为已平滑次数, 平滑完后按钮会切换成 【开始】 。3. 参数计算 用于计算两个坐标系统之间的转换关系, 包括“七参数”、“一步法”、 “四参数 +高程拟合”、“三参数”。图 4-9 图 4-10选择参数“计算类型”,如果使用“转换参数 +高程拟合”请选择“高 程拟合模型”【添加】：添加点的源坐标和目标坐标，源坐标

22、可手工输入或从 GPS点库、图上获取，目标点可手工输入，或从点库中获取，输入后点击【保 存】。【编辑】：对选中的点坐标进行编辑。【解算】：解算从源坐标到目标坐标的转换参数，点击【解算】，软 件会自动计算出各点的残差值：HRMSVRMS 般残差值小于3厘米，认 为点的精度可靠。图 4-11 图 4-12【运用】：会将当前计算结果保存到 dam文件里，并更新当前项目参 数。同时，弹出更新过数据后的坐标系统页面，供用户确认，点击【VJ, 则参数运用成功，移动站会将得到的坐标通过参数转换到当地坐标系。使用四参数时：尺度参数一般都非常接近 1,约为或；使用三参数时：三个参数一般都要求小于 120;使用七

23、参数时：七个参数都要求比较小，最好不超过 1000。【取消】：取消参数计算结果，回退到参数计算界面。4. 点校验 用于计算两坐标系统之间的平面、高程平移参数。通常在以下两种情 况，可以使用校正参数：1、 只有一个BJ-54、国家-80坐标或只有一个和 WGS-84坐标系旋转很小的坐标系下的坐标， 基准站架设好后， 移动站可以直接到一个已知点， 点击【点校验】-【计算】，采集当前点的 WGS-84坐标，输入已知点的当地坐标， 点击【计算】 ，得出已知坐标和当前坐标的改正量 dx、 dy、 dz， 点击【应用】可应用校验参数，应用后所采点的坐标将自动通过校验参数 改正为和已知点同一坐标系统的坐标。

24、2、 假设已建好一个项目，参数计算完以后，正常工作了一段时间， 由于客观原因，第二次作业不想把基准站架设在和第一次同样的位置，此 时，可以用到点校正功能，只需要将基准站任意架设，打开第一次使用的 项目，到一个已知点上校正坐标即可。校正方法和第一种情况相同。5. 设置项目 在一个新测区，首先要新建一个项目，存储测量的参数，将其设置均 保存到项目文件中（ *.prj ）。同时软件自动建立一个和项目名同名的文 件夹，包括记录点库、放样点库、控制点库都放到坐标库目录 Points 文 件夹中，设置后点击【下一步】。【新建】：选择新建、输入项目名、点击下一步完成项目新建。 【打开】：打开原有的项目。套用

25、】：套用原有项目参数来新建一个项目图 5-1 图 5-2设置坐标系统参数“文件”：输入坐标系统文件名称，默认和项目名称一致，用于保存 下方的测量参数“椭球”：源椭球一般为 WGS-8，4 目标椭球和已知点的坐标系统一致， 如果目标坐标为自定义坐标系，则可以不更改此项选择，设置为默认值： “北京-54 ”。“投影”：选择投影方法，输入投影参数。（中国用户投影方法，一 般选择“高斯自定义”，输入“中央子午线经度”，通常需要更改的只有 中央子午线经度，中央子午线经度是指测区已知点的中央子午线；若自定 义坐标系，则输入该测区的平均经度，经度误差一般要求小于 30 分。地 方经度可用GPS实时测出，手簿

26、通过蓝牙先连上 GPS在【GPS -【位置 信息】中获得）。“保存”：点击右上角的【保存】按钮，保存设置好的参数。记得点 击右上角的保存按钮，否则坐标系统参数设置无效。完成后点击【下一步】。6. 点放样 点击左上角下拉菜单，进入点放样界面（需详细了解各图标含义请参 照第十章：符号释义）。放样指示：向北、向 西为零表示已到达放 样点，高差表示放样 点和当前点的高程差 值图 6-12下一点/里程/横断面从图上选点放样 I切换放样显示鼻放样最近点在点放样界面直接点击 I，进入选点界面，点放样提供三种方式进行点的定义：1、直接输入2、从坐标库选择选点界面可在点名处输入关键字，点击右边搜索按钮即会弹出右

27、图搜 索结果（列出所有符合条件的点），若搜索结果中含有多项，可选中所需 点，点击确定按钮进行放样。3、从图形上选择（也可以直接点击 从图上选点放样）。进行点放 样时，只需点击软件会自动提取出放样点库的坐标进行放样。切换放样显示，可以在显示向西、向南和显示距离、垂距之间切换。 可调入AutoCAD的dxf格式文件，作为测量底图。11.应用流程已知坐标系-连接GPS海星达H32-校正参数计算，点校验-导 入放样点桩基实体坐标-点放样-复合12.实例淮北国购集团工程桩基实体放样施工地位于淮北市中，地理条件较好，环境较好，测量面较小，我们 运用的GPS海星达H32,壹加壹模式，进行导入式或直接输入式测量放样， 确保全天候工作要求，提高工作效率和工程进度。应用的是， CAD软件来编号桩基坐标，并用斜拉式或横插式校正当地坐标系统减小误差，利于更 清晰更准确的进行现场实体对照点放样。但因为这是当地坐标系统，所以 需建立在正确的大地坐标系统下的正确当地控制三角网下。满足条件才能 正确的，连续的进行测量放样。