gps在公路工程控制丈量中的應用

【摘要】gps（global positioning system)全球定位系統是美國研制并在1994年投進(jìn)使用的衛星導航與定位系統。其應用技術(shù)已遍及國民經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域。在丈量領(lǐng)域，gps系統已廣泛用于大地丈量、工程丈量、航空攝影丈量以及地形丈量等各個(gè)方面。本文將以開(kāi)封市的省公路路網(wǎng)項目為例，概略敘述gps系統在公路工程控制丈量中的應用。
關(guān)鍵詞： gps定位系統 公路工程 控制丈量 應用一、概述
gps全球定位系統（global positioning system)在公路工程丈量中的應用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依靠于gps系統可以向全球任何用戶(hù)全天候地連續提供高精度的三維坐標、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)參數。我們先了解一下gps系統的組成，工作原理以及在丈量領(lǐng)域的應用特點(diǎn)。
1.1gps系統的組成
gps全球定位系統由空間衛星群和地面監控系統兩大部分組成，除此之外，丈量用戶(hù)當然還應有衛星接收設備。
1.1.1 空間衛星群 gps的空間衛星群由24顆高約20萬(wàn)公里的gps衛星群組成，并均勻分布在6個(gè)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，衛星的軌道運行周期為11小時(shí)58分，這樣可以保證在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)地平線(xiàn)以上可以接收4到11顆gps衛星發(fā)送出的信號。
1.1.2 gps的地面控制系統 gps的地面控制系統包括一個(gè)主控站、三個(gè)注進(jìn)站和五個(gè)監測站，主控站的作用是根據各監控站對 gps的觀(guān)測數據計算衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等并將這些數據通過(guò)注進(jìn)站注進(jìn)到衛星中往；同時(shí)還對衛星進(jìn)行控制，向衛星發(fā)布指令，調度備用衛星等。監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態(tài)。注進(jìn)站的作用是將主控站計算的數據注進(jìn)到衛星中往。gps地面控制系統主要設立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。
1.1.3 gps的用戶(hù)部分由gps接收機、數據處理軟件及相應的用戶(hù)設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收gps衛星發(fā)出的信號，利用信號進(jìn)行導航定位等。在丈量領(lǐng)域，隨著(zhù)現代的科學(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)指標為工程丈量帶來(lái)了極大的方便。例如：我們在控制丈量中使用的天寶（trimble）4800gps測地型接收機其技術(shù)指標為：
??雙頻主機、天線(xiàn)，rtk電臺一體化；
??獨特的電池設計、無(wú)需接線(xiàn)，使用4h以上；
??5次/秒的快速位置更新，可靠的衛星"超跟蹤"技術(shù)；
新型于薄式控制器，4m或10m的pcmcia數據存儲卡;
?丈量精度：靜態(tài)丈量?5mm lppm
? rtk丈量 10mm十1ppm（平面）
??20mm十1ppm(高程）
這些技術(shù)指標充分的滿(mǎn)足了控制丈量的精度要求。
1.2gps的工作原理
gps系統是一種采用間隔交會(huì )法的衛星導航定位系統。如圖 l示：在需要的位置p點(diǎn)架設gps接收機，在某一時(shí)刻ti同時(shí)接收了3顆(a、b、c)以上的gps衛星所發(fā)出的導航電文，通過(guò)一系列數據處理和計算可求得該時(shí)刻gps接收機至gps衛星的間隔sap、sbp、scp，同樣通過(guò)接收衛星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛星在空間的位置(三維坐標)。從而用間隔交會(huì )的方法求得 p點(diǎn)的維坐標(xp,yp，zp)，其數學(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)分別為衛星a，b，c 在時(shí)刻ti的空間直角坐標。在gps丈量中通常采用兩類(lèi)坐標系統，一類(lèi)是在空間固定的坐標系統，另一類(lèi)是與地球體相固聯(lián)的坐標系統，稱(chēng)地固坐標系統，我們在公路工程控制丈量中常用地固坐標系統。（如： wgs-84世界大地坐標系和1980年西安大地坐標系。）在實(shí)際使用中需要根據坐標系統間的轉換參數進(jìn)行坐標系統的變換，來(lái)求出所使用的坐標系統的坐標。這樣更有利于表達地面控制點(diǎn)的位置和處理gps觀(guān)測成果，因此在丈量中被得到了廣泛的應用。二 gps丈量的技術(shù)特點(diǎn)
相對于常規的丈量方法來(lái)講，gps丈量有以下特點(diǎn)：
2.1 測站之間無(wú)需通視。測站間相互通視一直是丈量學(xué)的困難。gps這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測站上空必須開(kāi)闊，以使接收gps衛星信號不受干擾。
2.2 定位精度高。一般雙頻gps接收機基線(xiàn)解精度為5mm 1ppm，而紅外儀標稱(chēng)精度為5mm 5ppm，gps丈量精度與紅外儀相當，但隨著(zhù)間隔的增長(cháng)，gps丈量?jì)?yōu)越性愈加突出。大量實(shí)驗證實(shí)，在小于50公里的基線(xiàn)上，其相對定位精度可達12

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