GPS在公路工程控制測量中的應(yīng)用.doc

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1、GPS在公路工程控制測量中的應(yīng)用摘要：GPS（GlobalPositioningSystem)全球定位系統(tǒng)是美國研制并在1994年投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。其應(yīng)用技術(shù)已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。在測量領(lǐng)域，GPS系統(tǒng)已廣泛用于大地測量、工程測量、航空攝影測量以及地形測量等各個方面。本文將以開封市的省公路路網(wǎng)項目為例，概略敘述GPS系統(tǒng)在公路工程控制測量中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：GPS定位系統(tǒng)公路工程控制測量應(yīng)用一、概述GPS全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem)在公路工程測量中的應(yīng)用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴于GPS系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度

2、的三維坐標(biāo)、三維速度和時間信息等技術(shù)參數(shù)。我們先了解一下GPS系統(tǒng)的組成，工作原理以及在測量領(lǐng)域的應(yīng)用特點。1.1GPS系統(tǒng)的組成GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，測量用戶當(dāng)然還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。1.1.1空間衛(wèi)星群GPS的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬公里的GPS衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為60o，軌道和地球赤道的傾角為55o，衛(wèi)星的軌道運行周期為11小時58分，這樣可以保證在任何時間和任何地點地平線以上可以接收4到11顆GPS衛(wèi)星發(fā)送出的信號。1.1.2GPS的地面控制系統(tǒng)GPS的地面控制系統(tǒng)包括一個主控站、三個注入站和五個監(jiān)測站

3、，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去；同時還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星工作狀態(tài)。注入站的作用是將主控站計算的數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去。GPS地面控制系統(tǒng)主要設(shè)立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。1.1.3GPS的用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用信號進行導(dǎo)航定位等。在測量領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體積小、重量輕便于攜帶的GPS定位裝置和高精度的技術(shù)指標(biāo)為工程測量帶來了極大的

4、方便。例如：我們在控制測量中使用的天寶（Trimble）4800GPS測地型接收機其技術(shù)指標(biāo)為：雙頻主機、天線，RTK電臺一體化；獨特的電池設(shè)計、無需接線，使用4h以上；5次/秒的快速位置更新，可靠的衛(wèi)星"超跟蹤"技術(shù)；新型于薄式控制器，4M或10M的PCMCIA數(shù)據(jù)存儲卡;測量精度：靜態(tài)測量5mm+lppmRTK測量10mm十1ppm（平面）20mm十1ppm(高程）這些技術(shù)指標(biāo)充分的滿足了控制測量的精度要求。41.2GPS的工作原理GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在需要的位置P點架設(shè)GPS接收機，在某一時刻ti同時接收了3顆(A、B、C)以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電

5、文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計算可求得該時刻GPS接收機至GPS衛(wèi)星的距離SAP、SBP、SCP，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的位置(三維坐標(biāo))。從而用距離交會的方法求得P點的維坐標(biāo)(Xp,Yp，Zp)，其數(shù)學(xué)式為：SAP2=[(Xp-XA)2+(Yp-YA)2+(Zp+ZA)2]SBP2=[(Xp-XB)2+(Yp-YB)2+(Zp+ZB)2]SCP2=[(Xp-XC)2+(Yp-YC)2+(Zp+ZC)2]式中(XA，YA，ZA),(XB，YB，ZB),(XC，YC，ZC)分別為衛(wèi)星A，B，C在時刻ti的空間直角坐標(biāo)。在GPS測量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐

6、標(biāo)系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱地固坐標(biāo)系統(tǒng)，我們在公路工程控制測量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)。（如：WGS-84世界大地坐標(biāo)系和1980年西安大地坐標(biāo)系。）在實際使用中需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，來求出所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)。這樣更有利于表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果，因此在測量中被得到了廣泛的應(yīng)用。二GPS測量的技術(shù)特點相對于常規(guī)的測量方法來講，GPS測量有以下特點：2.1測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學(xué)的難題。GPS這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號不受干擾。2.2定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線

7、解精度為5mm+1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長，GPS測量優(yōu)越性愈加突出。大量實驗證明，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12×10-6，而在100～500公里的基線上可達10-6～10-7。2.3觀測時間短。觀測時間短采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時每個測站上的觀測時間一般在30～40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測時間更短。例如使用Timbl