GPS在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用(1)

1、GPS在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用(1)摘要：GPSGlobal Positioning System)全球定位系統(tǒng)是美國(guó)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)已普及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。在測(cè)量領(lǐng)域，GPS系統(tǒng)已廣泛用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量以及地形測(cè)量等各個(gè)方面。本文將以開封市的省公路路網(wǎng)工程為例，概略表達(dá)GPS系統(tǒng)在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：GPS定位系統(tǒng) 公路工程 控制測(cè)量 應(yīng)用一、概述GPS全球定位系統(tǒng)Global Positioning System)在公路工程測(cè)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

2、連續(xù)提供高精度的三維坐標(biāo)、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數(shù)。我們先理解一下GPS系統(tǒng)的組成，工作原理以及在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)。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)兩大局部組成，除此之外，測(cè)量用戶當(dāng)然還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。1.1.3 GPS的用戶局部由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，利用信號(hào)進(jìn)展導(dǎo)航定位等。在測(cè)量領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)的開展，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(cè)量帶來了極大的方便。例如：我們?cè)诳刂茰y(cè)量中使用的天寶Trimble4800GPS測(cè)地型接收機(jī)其技術(shù)

3、指標(biāo)為：雙頻主機(jī)、天線，RTK電臺(tái)一體化；獨(dú)特的電池設(shè)計(jì)、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(chǔ)卡;RTK測(cè)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(cè)量的精度要求。1.2GPS的工作原理GPS系統(tǒng)是一種采用間隔 交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在需要的位置P點(diǎn)架設(shè)GPS接收機(jī)，在某一時(shí)刻ti同時(shí)接收了3顆(A、B、C)以上的GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的間隔 SAP、SBP、SCP，同樣通過接收衛(wèi)

4、星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置(三維坐標(biāo))。從而用間隔 交會(huì)的方法求得 P點(diǎn)的維坐標(biāo)(Xp,Yp，Zp)，其數(shù)學(xué)式為：SAP2=( Xp-XA)2+(Yp-YA) 2+(Zp+ZA) 2SBP2=( Xp-XB)2+(Yp-YB) 2+(Zp+ZB) 2SCP2=( 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(shí)刻ti的空間直角坐標(biāo)。在GPS測(cè)量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標(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?cè)诠饭こ炭刂茰y(cè)量中常用地固坐標(biāo)

5、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(shí)際使用中需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)展坐標(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(dá)地面控制點(diǎn)的位置和處理GPS觀測(cè)成果，因此在測(cè)量中被得到了廣泛的應(yīng)用。二 GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法來講，GPS測(cè)量有以下特點(diǎn)：2.1 測(cè)站之間無需通視。測(cè)站間互相通視一直是測(cè)量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈敏方便。但測(cè)站上空必須開闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。2.3 觀測(cè)時(shí)間短。觀測(cè)時(shí)間短采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在3040min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。例

6、如使用Timble4800GPS接收機(jī)的RTK法可在5s以內(nèi)求得測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。2.4 提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在準(zhǔn)確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以準(zhǔn)確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程。2.5 操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。目前GPS接收機(jī)已趨小型化和操作傻瓜化，觀測(cè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高翻開電源即可進(jìn)展自動(dòng)觀測(cè)，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展處理即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。而其它觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。2.6 全天候作業(yè)。GPS觀測(cè)可在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間連續(xù)地進(jìn)展，一般不受天氣狀況的影響。三、GPS系統(tǒng)在實(shí)際測(cè)量工作中的應(yīng)用，3.1 國(guó)道310線鄭汴高速連接線控制測(cè)量3.1

7、.1建立布網(wǎng)方案主要采用大地測(cè)量?jī)x器如經(jīng)緯儀、全站儀、測(cè)距儀等。國(guó)道310線鄭汴高速連接線控制網(wǎng)采用測(cè)邊網(wǎng)，高程采用測(cè)距三角高程，按照觀測(cè)技術(shù)要求進(jìn)展施測(cè)。外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理并進(jìn)展平差計(jì)算。由于兩種測(cè)量方法本身的測(cè)量誤差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)學(xué)模型誤差以及在平差計(jì)算中觀測(cè)量權(quán)配置等因素引起兩種測(cè)量方法的結(jié)果存在一定的差值，由于其三維坐標(biāo)差值均小于±10mm，因此可以滿足國(guó)道310線鄭汴高速連接線加密施工控制網(wǎng)的精度要求。3.2 GPS的動(dòng)態(tài)測(cè)量RTK在東京大道新建工程的應(yīng)用東京大道新建工程周圍地勢(shì)起伏較大，在北城墻外JD4JD5區(qū)間穿越五十公頃面積的國(guó)家森林公園，大范圍的密林、密灌地使通視

8、較為困難，而標(biāo)準(zhǔn)對(duì)附合導(dǎo)線長(zhǎng)、閉合導(dǎo)線長(zhǎng)及結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線間長(zhǎng)度等有嚴(yán)格規(guī)定，一般對(duì)于高等級(jí)公路均要求到達(dá)一級(jí)導(dǎo)線要求。這樣，導(dǎo)線為驗(yàn)證市勘察設(shè)計(jì)院2000年的對(duì)東京大道新建工程在控制測(cè)量的精度，我們分別以JD4和JD5為基準(zhǔn)站對(duì)國(guó)家森林公園周圍原加密的控制點(diǎn)A、B、C、D、E也進(jìn)展了RTK測(cè)量，進(jìn)展了坐標(biāo)比較。四、小結(jié)通過以上對(duì)GPS測(cè)量的應(yīng)用事例的討論，可以看出GPS在公路工程的控制測(cè)量上具有很大的開展前景：第一 GPS作業(yè)有著極高的精度。它的作業(yè)不受環(huán)境和間隔 限制，非常適宜于地形條件困難地區(qū)、局部重點(diǎn)工程地區(qū)等。第二 GPS測(cè)量可以大大進(jìn)步工作及成果質(zhì)量。它不受人為因素的影響。整個(gè)作業(yè)過程全由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)控制，自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)預(yù)處理、自動(dòng)平差計(jì)算。第三 GPSRTK技術(shù)將徹底改變公路測(cè)量形式。RTK能實(shí)時(shí)地得出所在位置的空間三維坐標(biāo)。這種技術(shù)非常適宜道路、橋、隧勘察。它可以直接進(jìn)展實(shí)地實(shí)時(shí)放樣、中樁測(cè)量、點(diǎn)位測(cè)量等。第四 GPS測(cè)量可以極大地降低勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度，減少野外砍伐工作量，進(jìn)步作業(yè)效率。一般GPS測(cè)量作業(yè)效率為常規(guī)測(cè)量方法的3倍以上。第五 GPS高精度高程測(cè)量同高精度的平面測(cè)量一樣，是