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GPS技術在公路工程測量中的應用?

全球定位系統在公路工程測量中的應用近年來得到了迅速的推廣和應用,這主要依賴於GPS系統能夠全天候不間斷地向全球用戶提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息。首先我們來了解壹下GPS系統的組成及其在測量領域的應用特點,然後再來說明其在公路工程測量中的應用。

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。

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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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