gps在公路工程控制測量中的應用

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1、GPS在公路工程控制測量中的應用開封市通達公路工程有限公司劉文陸陳小勇【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)星導航與定位系統(tǒng)。其應用技術(shù)已遍及國民經(jīng)濟的各個領域。在測量領域，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用。關(guān)鍵詞：GPS定位系統(tǒng)公路工程控制測量應用一、概述GPS全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem)在公路工程測量中的應用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依賴于GPS

2、系統(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標、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域的應用特點。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，測量用戶當然還應有衛(wèi)星接收設備。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

3、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，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)處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用信號進行導航定位等。在測量領域，隨著現(xiàn)代的科學技術(shù)的發(fā)展，體積小、重量輕便于攜帶的G

4、PS定位裝置和高精度的技術(shù)指標為工程測量帶來了極大的方便。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)指標為：雙頻主機、天線，RTK電臺一體化；獨特的電池設計、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+lppm　RTK測量10mm十1ppm（平面）　　　20mm十1ppm(高程）這些技術(shù)指標充分的滿足了控制測量的精度要求。1.2　GPS的工作原理GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會法的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。如圖l示：在需要

5、的位置P點架設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)出的導航電文，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)。從而用距離交會的方法求得P點的維坐標(Xp,Yp，Zp)，其數(shù)學式為：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

6、)分別為衛(wèi)星A，B，C在時刻ti的空間直角坐標。在GPS測量中通常采用兩類坐標系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標系統(tǒng)，稱地固坐標系統(tǒng)，我們在公路工程控制測量中常用地固坐標系統(tǒng)。（如：m+1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm+5ppm，GPS測量精度與紅外儀相當，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。

7、例如使用Timble4800GPS接收機的RTK法可在5s以內(nèi)求得測點坐標。2.4提供三維坐標。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測定觀測站的大地高程。2.5操作簡便。GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化，觀測人員只需將天線對中、整平，量取天線高打開電源即可進行自動觀測，利用數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測等均由儀器自動完成。2.6全天候