摘 要

机场磁方位角测量是关系到每一个机场建设、维护、航行安全等方方面面的测量工作。如何对机场磁方位角进行测量并且精度满足机场建设和运行的需要是本文所要解决的问题。

本文主要探究在无法实地测量磁方位角的情况下，利用GPS测定真方位角，配合查阅到的当地磁偏角，获取磁方位角数据这一方案的可行性。通过全站仪配合磁针测量磁方位角以及使用罗盘直接测定磁方位角，并根据真方位角与磁方位角的关系计算出磁偏角的两种试验，并与查阅到的当地的磁偏角对比，比较两种方案的磁偏角精度，通过误差传播理论计算真方位角的中误差，并根据磁偏角的偏差计算磁偏角的中误差，看是否满足精度要求。以此探究利用GPS测定真方位角和当地的磁偏角所计算的磁方位角是否能满足机场对于磁方位角测量的精度要求。

关键词：磁方位角 真方位角 磁偏角

Measurement method and accuracy of Airport Magnetic Azimuth Angle

Abstract

Airport magnetic azimuth measurement is a measurement work related to every aspect of airport construction, maintenance, and navigation safety. How to measure the magnetic azimuth of the airport and the accuracy to meet the needs of airport construction and operation is the problem to be solved in this paper.

This paper mainly explores the two methods of measuring and calculating the true azimuth by using GPS, using the total station to measure the magnetic azimuth with the magnetic needle and directly measuring the magnetic azimuth using the compass, and calculating two schemes according to the relationship between the true azimuth and the magnetic azimuth. The magnetic declination is compared with the local magnetic declination obtained, and the magnetic declination accuracy of the two schemes is compared. The error of the true azimuth is calculated by the error propagation theory, and the magnetic declination is calculated by the deviation of the magnetic declination. The error is seen to see if the accuracy requirements are met. In this way, it is explored whether the magnetic azimuth measured by GPS to determine the true azimuth and the measured local magnetic declination can meet the accuracy requirements of the airport for magnetic azimuth measurement.

Key Words: magnetic azimuth; true azimuth; magnetic declination; gps

目 录

摘要 II

ABSTRACT III

第一章 引言 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究进展 2

1.3 研究方向 2

第二章 理论基础及算法 3

2.1 基本概念 3

2.1.1 三北方向 3

2.1.2 三北关系 3

2.2 算法 4

2.2.1 磁方位角计算公式 4

2.2.2 求磁偏角δ 5

第三章 实验 7

3.1 实验内容 7

3.2 测量方案 7

3.1.1 罗盘仪测量方案 7

3.1.2 全站仪配合磁针测量方案 9

3.1.3 GPS-RTK测量方案 9

第四章 数据处理与精度分析 10

4.1 测量数据 10

4.2 数据处理流程 10

4.2.1 GPS-RTK数据处理 10

4.2.2 真方位角的计算 14

4.2.3 磁偏角计算 15

4.3 真方位角精度评定 16

4.4 磁偏角精度评定 17

第五章 结论与展望 18

5.1 结论 18

5.2 展望 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 引言

1.1 研究背景和意义

随着我国经济发展和科技进步，为了促进我国交通事业的发展和满足国防事业的需要，全国各地对机场的需求日益迫切，建设的机场也日益增多。由于机场是航空运输网络中的节点，是人们长距离出行不可缺少的交通枢纽，同时也是国家空防建设中极其重要的一个环节，此外还是国家应对自然灾害等突发事件的重要应急平台，因此对机场的安全性要求很高，特别机场净空区限制面的测量和机场跑道的方向确定，因此涉及到磁方位角、磁偏角、真方位角等机场建设中非常重要且不可缺少的空间数据。机场磁方位角、磁偏角、真方位角的测量，对机场的建设规划至关重要。机场的选址、机场间相对关系的计算与跑道定位、定向的实现、机场基准点的确定、机场塔台的位置、机场建成使用后的维护等都与磁方位角有着密切的联系。磁方位角的测定贯穿机场建设的始终，因而对于磁方位角测量的精度要求也日益增高。如何进行磁方位角测量并满足机场建设的需要，优化磁方位角角测量方案，提高磁方位角测角精度已成为热门研究项目。

在条件允许的情况下，磁方位角是可以实测的。通过罗盘仪可以直接测得目标直线的磁方位角，但是精度不高，一般在0.25°~0.5°，并且在测量时受周围磁场环境影响较大。在某些特殊的环境下，如高压线附近，则会严重干扰磁针的指向，或者距离太远无法通视，则也不能进行罗盘测量。有上述可知，如遇到磁方位角无法实测的情况，则需要使用其他方法测量磁方位角。例如：对城市测绘单位而言，《机场净空保护区拟建项目情况表》中需要的空间数据一般采用常规方法就可获得，唯独机场基准点与建(构)筑物特征点之间磁方位角的获取有一定的特殊性，由于拟建项目距离机场一般较远，罗盘仪无法直接测量(将方向线采用放样法标定后可以近似测量，但机场根据安全运营的要求一般不允许现场作业)，即使允许测量，精度也过低，在这种情况下，城市测绘单位可以根据项目建设单位提供的基准点、特征点地方平面坐标及可以利用的其他基础测绘资料通过计算获取磁方位角^[1]。为了实现在不同的测量环境条件下，选择较为合适且精度更高的磁方位角测量方案，提高磁方位角测量的精度，优化磁方位角测量方案，利用GPS测量目标点坐标得到真方位角，再利用数据可靠的磁偏角计算出磁方位角就有了实际的意义。此方案不仅克服了磁方位角无法实测的问题，并且GPS测量不需要通视，而且测量距离远、范围大；测量受到地理环境、天气状况、人为因素的影响较小，测量效率和精度也较高。如果能利用GPS测定真方位角的方法测定机场磁方位角，且符合机场精度要求，则在机场磁方位角测量工作这一方面具有非常重要的实际价值。

1.2 国内外研究进展

许多学者都进行了许多有关于GPS、GNSS或者罗盘、磁通门磁力仪、磁罗经等的测量磁方位角的方案的探索和实验。例如：袁国志^[1]，磁方位角计算方法的探讨及应用实例，利用已有的测绘成果通过计算获取磁方位角；赵淑湘^[2]，天水机场磁偏角的测定及精度分析，主要介绍了利用GNSS测量计算真方位角，使用J6级经纬仪配合磁针测量磁方位角，以达测定磁偏角的目的；付可嘉^[10]，机场净空保护区建设项目磁方位的计算确定，利用已有的坐标方位等测量成果，通过分析当地磁偏角，合理计算子午收敛角，确定相对于机场的磁方位，来满足民用机场的需求。

1.3 研究方向

本论文研究方向是主要探究测量磁方位角的方案，使用GPS测量计算真方位角、全站仪配合磁针测量磁方位角或者罗盘直接测定磁方位角来实现测定磁偏角的目的。对比两种方案所测定的磁偏角与已知的磁偏角数据，探究两种方案测量成果精度是否满足机场实际需要，评定测量方案实际测量精度，并利用误差传播理论计算真方位角的中误差，假设磁方位角与真方位角相同精度的情况下，分析磁方位角的精度是否满足要求。以此探求利用GPS测定真方位角以及已经测定的当地的磁偏角所计算的磁方位角是否满足机场对于磁方位角测量的精度要求。

第二章 理论基础及算法

2.1 基本概念

2.1.1 三北方向

经过地面任意一点存在三条用于定向的基本方向线，即大地子午线北方向、磁北方向和坐标纵线北方向，测量上称为三北方向^[1]，如下图2-1。