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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1.GPS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。
2.GPS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+0.5ppm*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。
2.1 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。 2.2 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0.5 m，高 程误差5cm，详勘平面误差0.25m，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。
2.3GPS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。
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浅谈公路施工测量问题及解决措施摘要：公路工程施工测量贯穿于公路施工整个过程，公 路工程测量对保证工程的规划、设计、施工等方面的质量与 安全都具有重要的意义。
关键词：公路施工问题及解决措施 0 引言 在公路工程建设的各个阶段都需要进行测量，而且测量 的精度和速度直接影响到整个工程的质量与进度。公路工程 施工测量贯穿于公路施工整个过程，是公路施工主旋律的序 曲、尾声及和弦。
因此，公路工程测量对保证工程的规划、设计、施工等方面的质量与安全都具有重要的意义。 根据多年来从事基本建设管理所掌握的情况来看，公路 施工测量明显不适应公路发展形势的需要。
大多公路施工企 业对施工测量在现代公路施工中的重要性认识不到位，轻视 施工测量工作的组织、管理和投入。 1 公路施工测量存在以下问题 1 1.1 测量人员素质较差且人员较少部分公路施工企业没 有专职的施工测量人员，在施工过程中基本上都是由其他技 术员（施工员）兼职。
这些缺乏专门训练的业余人员，对常 规测量仪器的性能、操作及测设方法都一知半解，根本不能 胜任施工测量工作，也就无法保证施工测量的质量。 1.2 测量仪器设备落后且数量不足有相当一部分施工企 业没有足够的测量仪器，甚至不少施工企业没有测量仪器。
在施工时由于测量仪器落后，严重影响了测量的精度。而且 由于仪器不够，也影响了施工的进度。
1.3 测量仪器的操作不当且保修不到位一般来说， 测量所 用的仪器都属于精密仪器，在使用过程中，由于测量人员的 水平有限，没有严格按照正确的使用方法操作，导致测量仪 器的灵敏度降低。另外在使用后，由于没有将仪器及时入箱 保护，使仪器出现了不应有的损坏。
1.4 测量的质量控制不到位对公路工程质量的监控， 现有 的体制是政府监理和社会监理共同参与， 有条件的建设单位， 还有自己的工程监督部门，可谓三管齐下。但是，在实际的 工程质量监控和工程竣工验收时，都只注重其他施工质量的 2 检查与控制，而忽视施工测量质量的检验。
许多工程验收监 督部门到现场看看，走走过场，没有做到亲自用仪器进行实 测。少数工程验收也仅停留在复核一下公路中线标高，不能 从根本上对施工测量质量进行监控。
这种现象误导了公路施 工企业的管理者，认为公路施工测量不重要，不利于公路施 工测量水平的提高。 2 针对以上公路施工测量存在的问题， 可采用以下措施解 决 2.1 转变观念， 充分认识公路施工测量在现代公路施工中 的作用落后的思想观念是任何事业改革发展的最大障碍。
公 路施工测量工作者要彻底抛弃低品位质量观，树立“百年大 计、质量第一”的思想：应以发展的眼光充分认识公路施工 测量在公路施工中的重要作用； 要有改变公路施工测量现状、提高公路施工测量水平的危机感和紧迫感；转变观念，切实 加强公路施工测量工作的领导、监督、组织管理及投入，以 充分发挥公路施工测量在现代公路施工中的作用。 2.2 加大测量仪器的投入力度， 为提高施工测量奠定物质 基础当前公路工程规模日益扩大，施工技术精度要求越来越 高。
因而在公路工程的施工测量中，采用原有的测量方法和 3 手段受到巨大冲击，有些必将被淘汰。公路企业的管理者要 有发展的眼光，结合自身发展需要，尽早引进实用的新仪器， 以提高公路施工测量质量，适应现代公路工程快速、高效、优质的施工需要。
2.3 增强公路施工队伍建设， 确保施工测量人员素质随着 公路规模的日益扩大、工程质量要求的不断提高以及新测量 技术和仪器的发展与应用，必须采取有效措施加强公路施工 队伍建设，提高施工测量人员素质。公路企业管理者要树立 “以人为本”的观念，发挥“人是生产中最活跃的因素”作 用。
公路施工测量人员要通过自学、参加培训等形式，努力 提高自身业务素质： 主要应掌握常规测量仪器和工具的性能、操作、维护和保养；掌握施工测量常用的测设方法和技能； 掌握测量新技术发展与应用动态，并开展创造性实践。此外， 施工测量人员必须具有高度的责任心，吃苦耐劳、精益求精 的工作作风。
在任何艰苦复杂的条件下，都必须保证测量成 果的质量。否则，稍有差错，就会给国家和人民造成重大损 失。
2.4 强化工程建设监理的控制， 促进施工测量水平的提高 工程建设监理在履行建筑工程施工质量监控过程中，要切实 把建筑施工测量成果的检查与验收纳入日常的监理工作。在 4 对施工测量质量监控中，一定要坚持“事前控制”的原则， 加强对施工测量的监控。
对主要的施工测量放样，一定要复 测，最好采用各种不同的方法加强校核工作。测量成果合格 方可进行下一道工序。
另外，施工测量成果经监理测量检测 后，经双方测量人员签字，可作为工程竣工验收、工程质量 等级评定的技术资料。 加强对公路施工测量的监控，可有效地杜绝工程质量事 故，既有利于促进公路企业测量管理人员素质的提高，也有 利于监理测量水平的提高。
随着科学技术、经济的高速发展，公路理论和公路技术 也日益完善。公路的风格、形式、空间、功能将发生深刻变 化并不断延伸。
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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 1.1 引言 9 1.2 曲面测量方法 9-11 1.3 国内外研究现状 11-13 1.3.1 已知CAD 模型的曲面测量研究现状 11 1.3.2 未知CAD 模型的曲面测量研究现状 11-12 1.3.3 测量仿真研究现状 12-13 1.4 课题背景及主要研究内容 13-15 1.4.1 选题背景 13-14 1.4.2 论文主要研究内容 14-15 第二章 CMM 测量曲面技术研究 15-27 2.1 引言 15 2.2 CMM 测量软件 15-16 2.3 曲面的CMM 测量方式 16-19 2.3.1 点位触发式 16-17 2.3.2 连续扫描式 17-18 2.3.3 编程方式 18-19 2.4 曲面测量路径规划 19-23 2.4.1 测量路径的设计原则 19-21 2.4.2 曲面测量路径规划策略 21-23 2.5 测头半径补偿 23-25 2.6 测量误差评定 25-26 2.6.1 点位测量下的测量误差评定 25-26 2.6.2 扫描测量下的测量误差评定 26 2.7 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 3.1 引言 27 3.2 机器误差对测量误差的影响 27-33 3.2.1 静态误差 27-30 3.2.2 动态误差 30 3.2.3 机器误差补偿 30-33 3.3 工件坐标系的建立对测量误差的影响 33-38 3.3.1 产生工件坐标系建立误差的原因 34 3.3.2 常用的工件坐标系建立方法 34-36 3.3.3 不同方法下的测量误差比较 36-37 3.3.4 减小工件坐标系建立误差的方法 37-38 3.4 测量规划对测量误差的影响 38-42 3.4.1 沿法矢量规划测量路径 39 3.4.2 通过数学模型求测点矢量 39-42 3.5 测头半径补偿对测量误差的影响 42-44 3.5.1 测头的选择 42-43 3.5.2 测头半径补偿误差 43-44 3.6 测量人员操作水平对测量误差的影响 44-46 3.6.1 手动测量误差 44 3.6.2 实现三坐标自动测量 44-46 3.7 本章小节 46-47 第四章 已知CAD 模型的曲面测量及仿真 47-71 4.1 引言 47 4.2 三平面法与最小二乘法建立工件坐标系 47-52 4.2.1 工件坐标系建立过程 47-49 4.2.2 叶片检测中工件坐标系的建立 49-52 4.3 测点自适应分布 52-57 4.3.1 测点数确定 52-54 4.3.2 曲率差值法实现测点自适应分布 54-56 4.3.3 直线夹角法实现测点自适应分布 56-57 4.4 沿矢量方向进行路径规划与半径补偿 57-59 4.4.1 沿矢量方向规划测量路径 58 4.4.2 沿矢量方向补偿测头半径 58-59 4.5 测量仿真 59-70 4.5.1 仿真方法研究 60 4.5.2 最小二乘法实现初始坐标系的变换 60-62 4.5.3 实现测点自适应分布 62-65 4.5.4 测量路径仿真检验 65-66 4.5.5 避障点设置 66-67 4.5.6 DMIS 程序生成 67-68 4.5.7 三坐标测量数据读取 68-69 4.5.8 测量误差评定 69-70 4.6 本章小结 70-71。
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GPS技术在城市工程测量中的应用 摘要：介绍应用徕卡200SGPS接收机建立哈尔滨市哈双公路区段城市控制网的实践，着重介绍了网的布设、平差计算、成果精度及精度分析，以及提高城市GPS控制网测量精度应注意的问题。
关键词：GPS测量；精度分析；平差 1引言为了满足哈尔滨市规划建设、哈双公路建设及1:500数字化测图的需要，我们采用全球定位系统（GPS）建立哈尔滨哈双公路区段城市四等控制网。2 GPS控制网概况2.1布网方案哈双公路区段GPS网的布设既要满足近期公路规划建设的需要，包括工程设计、施工放样、验收等，又要考虑该区长期规划建设及1:500数字化测图、控制点加密的需要。
本着保证测量精度、速度快、费用低的原则布设。布网方案示意图如图1所示。
（1）该区有1995年布设的城市一等点7个，精度良好，地面标志保存完好，均有1954年北京坐标系6。带高斯成果及城市独立坐标系成果。
（2）本网以常规四等工测控制网的密度布设，全网已知点7个，新点65个。精度要求：点位中误差绝对值不大于5cm，各边边长相对精度不低于l/lO0000。
(3)全网以城市一等点N12为起算点，以N12~N06一等点边为起始方向。以边连、点连混合方式连续构成整体网，新点沿公路排列，点间距短且均匀，两端呈弧形，中间弯曲小，似平直伸开；相邻点间基线大多选作独立环边并分段挂在已知点上或跨接到隔点上组成异步环，作为约束的已知点均匀分布在测区两侧。
全网形成较多的同步环、异步环及复测基线，具有较强的几何强度和多余观测。网中最长边7.8km，最短边为0.8km，平均边长约1.5km，本网多余观测基线数与独立基线数之比约1:3，设站2次以上的点数占总点数的60%，该GPS网具有一定的可靠性。
2.2选点要求经过现场踏勘，根据设计要求、GPS测量规范中有关选点的要求及实地自然地理情况确定点位，主要满足如下要求：（1）点位应选在交通方便，便于埋设和易于保护的地方。（2）点位视野要开阔，在高度角大于l5。
的天空不能有遮挡物体。.（3）距点位200m范围内没有大功率无线电发射f源或高压电线。
i(4)考虑常规加密测量方便，点与点之间最好通视。根据上述要求及公路建设的需要，点位基本选在公路两侧，建立永久性标志。
图1布网方案示意图（局部） 2.3外业观测与要求外业观测前制定周密的观测计划。通过微机编制观测计划，设置测区近似经纬度、作业日期及作业起始时间，每天早6点到晚8点时段内可见卫星数直方图和精度因子图，供观测时参考，以避开不佳观测时段，保证观测精度。
为保证整网的点位相对精度，要做好同步观测计划、设站次数计划等，本网要求每点设站尽量在2次以上，为保证今后使用方便，设站中，邻近点基本上都由直接观测基线向量连接，为提高边缘点的精度，网的边缘点尽量与内部点同步观测。本网外业观测共使用4台徕卡200S单频GPS接收机同时完成作业，其具体要求如下：（1）网中所有点的观测尽量安排在每天最佳时段进行，每时段最少同时跟踪4颗卫星，其PDOP值均小于5。
(2)每时段观测60arin，数据采集间隔为15s。(3)在测站上，天线严格整平对中，天线固定标志朝北，测前、测后分别量取天线高，读数精确到毫米。
（4）观测中，观测者要及时观察数据接收情况，如卫星数、信噪比及精度因子变化等，若观测质量不佳，及时联络各测站，延长观测时间。（5）为了确保数据安全，每天的观测数据及时传输至微机保存。
3 GPS数据处理及精度GPS控制网的内业数据处理和基线计算是采用随机购置的SKI软件，网平差采用原武汉测绘科技大学研制的GPSADJ软件包，采用独立基线平差方式进行计算。3.1 GPS基线解算及质量控制做好观测数据的预处理工作是提高GPS网基线解算精度的重要环节。
首先要认真检验每天观测成果的精度和有效性，每天的观测成果都要及时进行基线解算及同步环、异步环三分量闭合差、复测基线较差的统计，对闭合差及较差超限的基线进行适当处理或删除，采取措施复测，以确保整体质量。通过每天的检验工作，对个别误差超限的基线进行删除和开窗得到解决，哈双公路区段GPS网基线质量较高，同步环、异步环、复测基线相对较差均优于限差，如异步环闭合差，全网形成25个异步环，相对闭合差在1ppm以下的占总数的32%，最大相对闭合差为5.6ppm，其精度符合设计要求。
3.2 GPs网的平差在WGS84大地坐标系中的三维无约束平差。为了全面考核GPS网的内部附合精度，以网中城市一等点N12作为全网的坐标起算点，以GPS基线向量为观测值，在WGS84坐标系中进行三维无约束平差，平差后的基线边长的相对精度，最弱边相对精度为1/150000，相对精度均值约为1/50。
本GPs网达到了较好的内部附合精度。GPS网的二维约束平差。
1954年北京坐标系的平差是在北京54参考椭球的高斯投影面上进行的。通常GPS空间网与地面网点的联合平差，即将几个地面网点的坐标作为固定点，使整个GPs空间网附合至原有的地面网上，约束点的等级、相对精度、分布和数量将直接影响平差的精度。
本次GPS网平差选取的已知地面点均是国家城市一等点，相对精度高，并通过试算，。