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談GPS測量技術(shù)在農村公路的應用
摘要:本文主要從GPS測量技術(shù)的工作原理、GPS測量的特點(diǎn)及GPS測量技術(shù)在農村公路中的應用等進(jìn)行論述。
關(guān)鍵詞:GPS;農村公路;測量;誤差
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,測量技術(shù)從傳統的經(jīng)緯儀 水準儀到全站儀 水準儀,再到 GPS測量技術(shù),經(jīng)歷了一個(gè)不斷更新的過(guò)程。GPS全球定位系統(Global Positioning System)是美國研制并在1994年投入使用的壘球衛星導航與定位系統。近年來(lái),GPS系統因具有全球性、全天侯、連續性、實(shí)時(shí)性導航定位和定時(shí)功能,能為各類(lèi)用戶(hù)提供精密的三維坐標、速度和時(shí)間等優(yōu)點(diǎn),其技術(shù)的應用已遍及我國國民經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域,特別是在公路測量的應用上已經(jīng)較為普遍。GPS系統在應有方面主要分為單點(diǎn)導航定位與相對測地定位,而對于常規測量而言,相對測地定位是主要的應用方式。在此,本文將重點(diǎn)談?wù)凣PS測量技術(shù)在農村公路的應用。
1GPS測量技術(shù)的工作原理
相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀(guān)測值實(shí)現高精度測量,其原理是采用載波相位測量局域差分法:在接收機之間求一次差,在接收機和衛星觀(guān)測歷元之間求二次差,通過(guò)兩次差分計算解算出待定基線(xiàn)的長(cháng)度;求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù),根據算法模型,設計了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。而RTK技術(shù)代表著(zhù)GPS相對測地定位應用的主流。
2GPS測量的特點(diǎn)
GPS系統是目前在導航定位領(lǐng)域應用最為廣泛的系統,其可為各類(lèi)用戶(hù)連續提供動(dòng)態(tài)目標的三維位置、三維速度及時(shí)間信息。GPS測量主要特點(diǎn)如下:
2.1功能多、用途廣
GPS系統不僅可以用于測量、導航,還可用于測速、測時(shí)。測速的精度可達0.1 m/s,測時(shí)的速度可達幾十毫微秒。其應用領(lǐng)域不斷擴大。
2.2定位精度高
一般雙頻 GPS接收機基線(xiàn)解精度為 5 mm 1 ppm,而紅外儀標稱(chēng)精度為 5 mm 5 ppm,GPS測量精度與紅外儀相當,但隨距離的增長(cháng),GPS測量?jì)?yōu)越性愈加突出。大量試驗證明,在小于50 km的基線(xiàn)上,其相對定位精度可達12×10-6,而在100 km～500 km的基線(xiàn)上可達10-6～10-7。
2.3實(shí)時(shí)定位
利用全球定位系統進(jìn)行導航,即可實(shí)時(shí)確定運動(dòng)目標的三維位置和速度,可實(shí)時(shí)保障運動(dòng)載體沿預定航線(xiàn)運行,亦可選擇最佳路線(xiàn)。特別是對軍事上動(dòng)態(tài)目標的導航,具有十分重要的意義。
2.4觀(guān)測時(shí)間短
采用GPS布設控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測站上的觀(guān)測時(shí)間一般在30 min～40 min左右,采用快速靜態(tài)定位方法,觀(guān)測時(shí)間更短。例如,使用 Timble4800 GPS接收機的 RTK法可在5 s以?xún)惹蟮脺y點(diǎn)坐標。
2.5測站之間無(wú)需通視
這是GPS技術(shù)區別于常規測量的最大優(yōu)點(diǎn)。常規測量技術(shù)需要保持良好的通視條件,又要保障測量控制網(wǎng)的良好圖形結構。而GPS測量只要求測站15°以上的空間視野開(kāi)闊,與衛星保持通視即可。其這一優(yōu)點(diǎn),使得在布設長(cháng)大線(xiàn)路施工控制網(wǎng)時(shí),可省去大量的傳算點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的測量,大大減少測量作業(yè)時(shí)間和費用,同時(shí)也使選點(diǎn)布網(wǎng)變得非常靈活。
2.6操作簡(jiǎn)便
GPS測量的自動(dòng)化程度很高。目前,GPS接收機已趨小型化和自動(dòng)化,在觀(guān)測中測量員只需打開(kāi) GPS接收機、量取天線(xiàn)高、采集環(huán)境的氣象數據、監視儀器的工作狀態(tài),而其他工作,如衛星的捕獲、跟蹤觀(guān)測和記錄等均由儀器自動(dòng)完成,然后利用數據處理軟件對數據進(jìn)行處理,即求得測點(diǎn)三維坐標。觀(guān)測結束時(shí),僅需關(guān)閉電源,收好接機,便完成野外數據采集任務(wù)。
2.7可提供全球統一的三維地心坐標
經(jīng)典大地測量將平面和高程采用不同方法分別施測。在GPS測量中,在精確測定觀(guān)測站平面位置的同時(shí),可以精確測量觀(guān)測站的大地高程。其這一特點(diǎn),不僅為研究大地水準面的形狀和確定地面點(diǎn)的高程開(kāi)辟了新途徑,同時(shí)也為其在航空物探、航空攝影測量及精密導航中的應用,提供了重要的高程數據。
2.8全天候作業(yè)
GPS衛星較多,且分布均勻,保證了全球地面被連續覆蓋,使得在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)候進(jìn)行項觀(guān)測工作,通常情況下,除雷雨天氣不宜觀(guān)測外,一般不受天氣狀況的影響。
3GPS測量技術(shù)在農村公路中的應用
3.1農村公路調查內容
農村公路調查對象主要是縣鄉道路以及復合標準的村道,另外,還要對每個(gè)建制村道路的通達情況作相關(guān)的調查。在外業(yè)數據采集中主要采集的數據有各條道路的長(cháng)度、路基路面寬、路面類(lèi)型、所經(jīng)過(guò)的村委以及村小學(xué)等標志性建筑的地理坐標、各起終點(diǎn)的坐標、名稱(chēng)以及各分段點(diǎn)的信息等。
3.2GPS外業(yè)數據采集流程
3.2.1準備工作
GPS在農村公路測量中應用時(shí),可采用“邊采集、邊錄入”的現場(chǎng)數據采集模式,一般情況下,一個(gè)測量小組由1人負責 GPS 接收機的開(kāi)關(guān)以及掌上電腦的錄入工作、1人負責相關(guān)數據和出現特殊情況時(shí)的記錄工作、一名鄉鎮向導和一名司機共4人組成。
在采集工作出發(fā)之前,應先做好采集計劃,如安排好采集行程;提前準備好已有的周邊路線(xiàn)圖作為采集底圖,并打印一份供采集時(shí)參考;對需要采集的路線(xiàn)以及附屬設施提前準備好相關(guān)已有的資料(如路線(xiàn)編號,起點(diǎn)名稱(chēng),起點(diǎn)路基寬度及路面寬度,道路等級,路面性質(zhì),穿越了幾個(gè)鄉鎮、建制村,沿線(xiàn)共有幾座橋梁、大概在什么位置等),做到心中有數,提高采集效率。
在采集前,應先將GPS接收機與掌上電腦正確連接,然后通過(guò)藍牙連接將 GPS接收到的信號反映在掌上電腦上,并確保GPS連接和信息輸出正常。
3.2.2主要操作
GPS外業(yè)采集功能主要是實(shí)現公路路線(xiàn)、橋梁、隧道、渡口、鄉鎮、建制村等圖形和屬性一體化采集,具體包括采集新路線(xiàn)、路線(xiàn)分段、停止采集路線(xiàn)、繼續采集路線(xiàn)、點(diǎn)采集(如橋梁、隧道、渡口、鄉鎮、建制村等位置和屬性信息)等功能。在進(jìn)行外業(yè)采集之前,在GPS采集子系統中主要操作有:
(1)打開(kāi)GPS:GPS接收機與計算機連接正常并輸出有效的GPS數據后,通過(guò)“打開(kāi)GPS”功能,建立與GPS接收機的通信連接。
(2)關(guān)閉GPS:在e-Road系統中斷開(kāi)與GPS接收機的通信連接,只有在打開(kāi)了GPS后才能關(guān)閉。
(3)查看GPS狀態(tài):當打開(kāi)GPS后,可查看GPS當前的狀態(tài),是否正常接收衛星信號,以及GPS輸出的數據是否有效等信息。
(4)采集新路線(xiàn):開(kāi)始采集一條路線(xiàn),記錄該條路線(xiàn)的線(xiàn)形、線(xiàn)位和調查指標信息,如果GPS已經(jīng)打開(kāi)并且定位后,就可以進(jìn)行路線(xiàn)的采集。
(5)路線(xiàn)分段:當路線(xiàn)的調查指標發(fā)生變化且符合路線(xiàn)分段原則時(shí),需要添加一個(gè)路段,在采集路線(xiàn)的過(guò)程中,在路線(xiàn)分界點(diǎn)叫司機停下,并點(diǎn)擊計算機平面上點(diǎn)擊“分段”按鈕,并輸入分段原因: 路面情況發(fā)生
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