淺談gps測量在隧道控制測量中的應(yīng)用

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1、淺談GPS測量在隧道控制測量中的應(yīng)用1北京路橋瑞通養(yǎng)護(hù)中心有限公司；2北京鑫暢路橋建設(shè)有限公司摘要：GPS全球定位系統(tǒng)己在測量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。于GPS具有高效率、高精度等特點(diǎn)，己廣泛用于控制測量領(lǐng)域。木文則主要分析了GPS測量在隧道控制測量中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞；GPS；隧道控制測量；應(yīng)用引言GPS-RTK是一種實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)技術(shù)是一種新型的GPS測量方法，基于載波相位觀測值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)提供流動(dòng)站在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并在一定范圍內(nèi)達(dá)到厘米級(jí)精度，該技術(shù)的推廣將極大地提高隧道勘測放樣外業(yè)作業(yè)效率，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。1>GPS相關(guān)

2、知識(shí)1.1、GPS概念GPS是衛(wèi)星測時(shí)測距導(dǎo)航/全球定位系統(tǒng)，GPS的構(gòu)成有以下三個(gè)部分:1.1.1空間部分GPS的空間部分是由24顆工作衛(wèi)星組成，它位于距地表20?200km的上空，均勻分布在6個(gè)軌道面上(每個(gè)軌道面4顆)，軌道傾角為55°；o此外，還有4顆有源備份衛(wèi)星在軌運(yùn)行。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、任何時(shí)間都可觀測到4顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖象。這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰ΑPS衛(wèi)星產(chǎn)牛兩組電碼，一組稱為C/A碼(Coarse/AcquisitionCodell023MHz)；一組稱為P碼(Precise

3、Codel0123MHz),P碼因頻率較高，不易受干擾，定位精度高，因此受美國軍方管制，并設(shè)有密碼，一般民間無法解讀，主要為美國軍方服務(wù)。C/A碼人為采取措施而刻意降低精度后，主要開放給民間使用。1.2、地面控制部分地面控制部分由一個(gè)主控站，5個(gè)全球監(jiān)測站和3個(gè)地面控制站組成。監(jiān)測站均配裝有精密的錐鐘和能夠連續(xù)測量到所有可見衛(wèi)星的接受機(jī)。監(jiān)測站將取得的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)，包括電離層和氣象數(shù)據(jù)，經(jīng)過初步處理后，傳送到主控站。主控站從各監(jiān)測站收集跟蹤數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù)，然后將結(jié)果送到3個(gè)地面控制站。地面控制站在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空吋，把這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主

4、控站指令注入到衛(wèi)星。這種注入對每顆GPS衛(wèi)星每天一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。如果某地面站發(fā)生故障，那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還可用一段時(shí)間，但導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。1.3＞用戶設(shè)備部分用戶設(shè)備部分即GPS信號(hào)接收機(jī)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、吋間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)

5、內(nèi)軟件以及GPS數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS用戶設(shè)備。GPS接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部分。接收機(jī)-?般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的目的在于更換外電源吋不中斷連續(xù)觀測。在用機(jī)外電源時(shí)機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池為RAM存儲(chǔ)器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目前各種類型的接受機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。2、GPS在隧道控制測量中的應(yīng)用為了克服傳統(tǒng)測量方法中幾何水準(zhǔn)高程值的精度較低的問題，可以運(yùn)用水準(zhǔn)測量來對高程進(jìn)行測量，減少高程誤差。這種方法是先測量少數(shù)GPS點(diǎn)的高程，再運(yùn)用擬合手段將其他GPS點(diǎn)的高程計(jì)算出來

6、。但是在實(shí)際應(yīng)用中如果擬合模型選擇不當(dāng)，就會(huì)導(dǎo)致高程誤差過大。2.1、公共點(diǎn)幾何水準(zhǔn)測量精度在正常情況下，要得到測量點(diǎn)的正常值，只需對其人地高測量值和高程異常值的值差進(jìn)行控制即可。當(dāng)前往往要運(yùn)用數(shù)學(xué)方法來對高程異常值進(jìn)行計(jì)算,在獲取數(shù)值的過程中，測量點(diǎn)的幾何水準(zhǔn)高程測量差與GPS大地高之間的差值會(huì)產(chǎn)生較大的影響。如果沒有嚴(yán)格有效的控制水準(zhǔn)測量的精度，就難以保證高程異常值的精度，容易出現(xiàn)高程精度誤差。2.3、GPS測量精度要對GPS的正常高進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，其前提條件就是GPS大地高程觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。系統(tǒng)生成模型誤差、天線對中誤差、天線整平誤差、接收設(shè)備問題

7、、電離層延遲、多路徑效應(yīng)、對流層延遲、衛(wèi)星鐘差一級(jí)衛(wèi)星星歷誤差、關(guān)于衛(wèi)星誤差的相對論效應(yīng)等都會(huì)影響GPS大地高測量精度。如果是運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行靜態(tài)測繪，往往要保證信號(hào)接收設(shè)備的數(shù)量能夠滿足測量需要，并對控制點(diǎn)的準(zhǔn)確性進(jìn)行保證，但是在實(shí)際測量工作中往往難以確定采樣觀察吋間，也難以保證信號(hào)接收設(shè)備的數(shù)量和控制點(diǎn)的準(zhǔn)確，容易造成高程精度誤差。在實(shí)際測量中還有一些主客觀因素也會(huì)對高程精度造成影響，例如測量現(xiàn)場有磁場、不適合測量的環(huán)境、天線高量取不準(zhǔn)等。3、提高工程測量中GPS測量精度的具體途徑3.1、對控制點(diǎn)的布設(shè)進(jìn)行強(qiáng)化要對其他控制點(diǎn)的高程值精度進(jìn)行保障，就

8、必須保障高程起算點(diǎn)的精度。因此在工程測量中，應(yīng)該科學(xué)的布設(shè)控制點(diǎn)，對高程起算點(diǎn)的