壹、全球定位系統簡介
GPS,即全球衛星定位系統,是美國軍方於20世紀70年代初在子午線衛星導航定位技術的基礎上發展起來的壹種全球性、全方位(陸地、海洋、航空和航天)全天候的導航、定位、授時和測速系統。GPS技術作為壹種先進的測量手段和新的生產力,以其全天候、高精度、自動化測量的特點,已經融入到國民經濟建設、國防建設和社會發展的各個應用領域。
GPS系統由三個子系統組成:空間衛星系統、地面監控系統和用戶接收系統。
(1)空間衛星系統,GPS的空間衛星群由24顆高度約20萬公裏的GPS衛星組成,均勻分布在6個軌道平面上。平面之間的角度為60度,軌道與地球赤道之間的傾角為55度。衛星在軌運行周期為11小時58分鐘,可保證在地平線以上任何時間任何地點接收4顆衛星。
(2)地面控制系統。GPS地面控制系統包括壹個主控站、三個註入站和五個監測站。主控站的作用是根據各監測站對GPS的觀測數據,計算出衛星的星歷和衛星鐘的改正參數,並通過註入站將這些數據註入衛星;同時還控制衛星,給衛星下達指令,調度備份衛星。監測站的功能是接收衛星信號,監測衛星的工作狀態。註入站的作用是將主控站計算的數據註入衛星。GPS地面控制系統主要建立在大西洋、印度洋、太平洋和美國。
(3)GPS的用戶部分由GPS接收機、數據處理軟件和相應的用戶設備組成,如計算機、氣象儀器等。它的功能是接收GPS衛星發送的信號,並使用這些信號進行導航和定位。
二、GPS測量的特點
1,定位精度高
雙頻GPS接收機的基線解算精度壹般為5mm+1ppm,而紅外儀的基線解算精度為5mm+5ppm。GPS測量的精度與紅外儀相當,但隨著距離的增加,GPS測量的優勢越來越突出。大量實驗證明,其相對定位精度在小於50KM的基線上可達12×10-6,在100 km ~ 500 km的基線上可達10-6 ~ 65438。
2.站間不需要通視。
站間通視壹直是測量中的壹大難題,特別是在地形復雜的地區,測量技術人員找視點尤其困難。GPS的出現,特點是不需要站與站之間通視,選點更加靈活方便,但是站的附近壹定要寬,這樣接收的信號會更好。
3、操作簡單
GPS測量的自動化程度很高。目前,GPS接收機趨向於小型化和簡化智能操作。不需要很高的技術水平,觀測者只需要將天線對中、調平,測量天線高度,打開電源,利用數據處理軟件處理數據,即可獲得測點的三維坐標,而其他觀測工作,如衛星捕獲、跟蹤觀測等,都是壹起自動完成的。
三、GPS技術在工程建設領域的應用分析
近年來,交通和建築系統紛紛引進GPS接收機,推動了我國GPS技術的發展,制定了《全球定位系統城市測量技術規範》CJJ73-79、《全球定位系統(GPS)測量技術規範》CH2001-92等標準。GPS技術在工程建設領域的應用主要表現在公路、橋梁、隧道的測量和定位控制。
1、公路測量控制網的布設
目前,公路路線GPS網的測量方案基本有兩種:壹種是路線所有控制點均采用GPS測量,即沿路線縱向每500m~1000m布置壹個GPS點,相鄰GPS點相互通視;另壹種是沿路線縱向每隔5km~10km布置壹對GPS點(壹個為控制點,壹個為方向點)。
2、公路的平縱斷面放樣和土方量計算。
縱斷面放樣時,先將需要放樣的數據輸入到電子手冊中(如各變坡點的樁號、直線的正負坡值、豎曲線的半徑),生成施工放樣放樣點文件,並存儲起來,以便隨時在現場進行放樣。
放樣橫斷面時,先確定橫斷面形式(填、挖、半填半挖),然後將橫斷面設計數據輸入電子筆記本(如邊坡坡度、路肩寬度、路寬、超高、加寬、設計高度),生成施工放樣點文件,保存,可隨時到現場放樣。同時,軟件可以自動與地面線連接進行“封頂”工作,使用“斷面法”計算土方量。通過繪圖軟件,可以繪制沿線的縱剖面和各點的橫斷面圖。
3、橋梁結構放樣
對於建在河道上的大跨度橋梁,傳統的光學儀器和全站儀很難定位,因為河道太寬,多霧,容易造成儀器讀數誤差。另外,天氣條件多變,觀測浮標位置浮動,影響定位精度。而GPS是利用空間三點距離交會的原理來定位,不受河流外部情況的幹擾,不要求點與點之間通視,大大提高了工作效率。其平面坐標定位精度約為5 5mm 1ppm,基線長度幾米到幾十公裏,滿足橋梁控制網的精度要求。
4.實時動態(RTK)定位有兩種測量模式:快速靜態定位和動態定位。兩種定位模式的結合,可以涵蓋公路勘測、施工放樣、監理以及GIS(地理信息系統)前端數據采集。
4.1快速靜態定位模式。GPS接收機需要在每個移動站靜態觀察。觀測時,同時接收參考站和衛星的同步觀測數據,實時計算出整個未知數和用戶站的三維坐標。如果計算結果的變化趨於穩定,且精度滿足設計要求,則可以結束實時觀測。壹般用於控制測量,如控制網加密;如果采用常規測量方法(如全站儀測量),受客觀因素影響較大,在自然條件惡劣的地區實施難度較大,而RTK快速靜態測量則可以事半功倍。單點定位僅需5-10min(隨著技術的不斷發展,定位時間會縮短),不到靜態測量所需時間的五分之壹。在公路測量中可以代替全站儀完成導線測量等控制點的加密。
4.2動力定位測量前,需要在壹個控制點觀測幾分鐘(有的儀器只需要2 ~ 10s)進行初始化,然後流動站就可以按預定的采樣間隔自動觀測,與參考站的同步觀測數據壹起,實時確定采樣點的空間位置。目前其定位精度可以達到厘米級。
動態定位模式在公路測量階段具有廣闊的應用前景,可以完成地形測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面地面線測量等。測量2 ~ 4 s後,精度可達1 ~ 3 cm,整個測量過程無需通視,具有常規測量儀器(如全站儀)無法比擬的優勢。
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5.1,GPS靜態定位技術與動態定位技術相結合,可以高效、準確地完成公路平面控制測量。
5.2.在生產過程中,采用常規方法與GPS技術相結合的生產工藝,可以大大提高生產效率。
5.3.隨著以RTK技術為特征的GPS技術的發展,各廠商相繼推出具有自主專利技術的儀器,其初始化時間更短,跟蹤能力更強,精度更高,可靠性更強,性價比更好。勘察設計單位傾向於更換全站儀,因此在更新單位設備時應考慮這壹因素。
5.4.GPS技術在公路測量中的應用是公路測量中壹次革命性的技術創新,將更新傳統的作業理念。
不及物動詞結束語
GPS全球定位系統(GlobalpositioningSys-tem,簡稱tem)是由美國軍方開發和建造的壹種全球性、多用途、全天候的導航、定位、授時和測速系統。目前,GPS已廣泛應用於工程建設等諸多領域,在我國公路工程測量中的應用才剛剛起步。相信隨著我國經濟的發展和GPS技術應用研究的逐步深入,GPS將在現代公路建設中發揮更大的作用。
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