北斗导航系统在交通工程测量中的应用与精度分析

摘要

中国北斗卫星导航系统是全球导航卫星系统新的发展，正式提供服务之后迅速在测绘领域展现出巨大的应用潜力。然而，目前北斗在测绘领域的应用仍处于起步阶段，应用规范和参考案例较少。探讨北斗在工程测量中的应用并对数据处理各个阶段的精度进行对比分析，能够更全面掌握北斗在实际应用中的性能、优势和不足，这对实际工作中推广北斗应用具有重要意义。本文结合中交三航局道真至新寨高速公路工程项目，研究北斗在山区交通工程测量中的应用，将北斗应用到高速公路施工平面控制网建立、高程测量、RTK测量和边坡监测中，对其实际应用进行研究探讨，并对应用精度进行了全面对比分析。本文的主要研究内容及结论是:
　　(1)北斗平面控制测量。通过实地布设D级静态控制网，采用北斗+GPS双系统接收机进行卫星观测数据的采集，通过静态数据处理软件进行数据处理。对解算结果进行对比分析，得出的主要结论有:我国西南山区特殊观测环境下单北斗与单GPS的基线解算精度总体上相当;单北斗与单GPS基线解算结果并无明显的系统偏差;北斗在静态控制测量点位精度与GPS相当;北斗与GPS双系统解算点位精度要明显优于北斗和GPS分别单独解算。
　　(2)北斗高程测量。采用北斗和GPS测量获取地面点的大地高，通过高程异常拟合对大地高进行改正来获取正常高。实验尝试了多种拟合方案，包括多项式曲线拟合、神经网络拟合、最小二乘配置拟合和三次样条拟合，前三种拟合方法均达到了四等水准测量的精度要求。
　　(3)北斗山区RTK应用。对RTK在西南山区工程测量中的应用情况进行了对比分析，主要包括单GPS和北斗+GPS两种模式下的流动站固定成功率、初始化时间、内外符合精度等。从测试结果来看，在西南山区进行单基准站RTK测量时，北斗+GPS的作业模式相比单GPS模式而言定位内符合精度提升20％，外符合精度没有明显提升。
　　(4)北斗边坡监测应用。将北斗应用到高填方和深挖路堤的稳定性监测中去，从监测结果来看，单北斗、单GPS模式在X、Y、H三个方向上的测量精度相当，单北斗、单GPS和北斗+GPS三种模式所得监测点坐标序列整体变化趋势基本一致，说明单北斗模式能够应用于边坡监测的工作。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 北斗导航系统进展

1．2．2 北斗导航系统在测绘领域的应用

1．2．3 北斗导航系统测量规范

1．3 本文主要研究内容

1．4 本章小结

第二章 卫星定位理论基础

2．1 GNSS定位观测量

2．1．1 伪距测量

2．1．2 相位测量

2．2 误差源

2．2．1 与卫星有关的误差

2．2．2 与信号传播有关的误差

2．2．3 与接收机有关的误差

2．3 观测值差分

2．3．1 单差

2．3．2 双差

2．3．3 三差

2．4 GNSS定位方法

2．4．1 单点定位

2．4．2 相对定位

2．5 GNSS定位随机模型

2．5．1 三角函数随机模型

2．5．2 指数函数随机模型

2．5．3 距离高度角定权

2．5．4 差分观测值随机模型

2．6 本章小结

第三章 北斗平面控制测量精度分析

3．1 工程项目概况

3．2 静态控制网的建立与技术设计

3．2．1 基准设计

3．2．2 网形设计

3．2．3 选点和埋石

3．2．4 外业观测要求

3．3 数据处理与精度分析

3．3．1 基线解算对比分析

3．3．2 平差结果对比分析

3．4 本章小结

第四章 北斗高程测量精度分析

4．1 高程异常数据来源

4．2 高程异常拟合实验

4．2．1 多项式曲线拟合

4．2．2 三次样条曲线拟合

4．2．3 神经网络拟合

4．2．4 最小二乘配置拟合

4．3 本章小结

第五章 山区RTK测量与精度分析

5．1 RTK测量

5．2 RTK在西南山区工程测量中的应用与精度分析

5．3 本章小结

第六章 北斗高边坡监测应用

6．1 工程概况

6．2 监测方案

6．2．1 监测目的与方法

6．2．2 监测项目与监测点精度要求

6．2．3 基准点与监测点的布置

6．2．4 警戒值设置

6．3 数据处理

6．3．1 精度分析

6．3．2 突发性灾害预警

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要工作与结论

7．2 应用展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文与取得的学术成果