航道測量工程中GPS定位技術(shù)的應用研究的論文
GPS技術(shù)可以快速測量地面點(diǎn)的三維坐標，在工程測量中的應用使得傳統的測量方法和理論產(chǎn)生了較大的變革，促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展。
一、GPS測量技術(shù)概述
1.GPS定位系統的組成
GPS定位系統由三個(gè)部分組成，首先是空間星座部分，其次是地面監控部分，最后是GPS信號接收機。其中空間星座部分由工作衛星和備用衛星組成，工作衛星有24顆，備用衛星有3顆。工作衛星的分布位置是圓形的軌道，主要是平均分布的方式。衛星軌道和地球赤道之間的傾角為50度，各個(gè)軌道之間都有一個(gè)升交點(diǎn)，每個(gè)升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60度。在地平線(xiàn)以上的地方，衛星的數目隨著(zhù)時(shí)間和地點(diǎn)的不同而發(fā)生變化，最小的衛星數目有4顆，最多的有10顆。就衛星的監測情況而言，GPS是一個(gè)全球性的連續型定位系統。GPS地面監控主要組成部分是全球的五個(gè)地面站，按照定位系統的功能可以將地面站分為三個(gè)部分，第一部分是主控站，主要是對所有的地面監控系統進(jìn)行協(xié)調和管理。主控站的具體工作是根據所有的觀(guān)測資料編制衛星星歷和具體需要的各種參數等，然后通過(guò)導航電文的形式將這些數據穿入到注入站。第二部分是注入站，主要是根據前面的監控數據提供時(shí)間基準，然后對衛星的狀態(tài)進(jìn)行調整，適當的情況下啟用備用衛星。第三部分是監測站。主要是對地面的具體情況進(jìn)行觀(guān)測，然后對GPS衛星發(fā)出的信號進(jìn)行接受，并對衛星的工作情況進(jìn)行檢測。監測站將采集到的所有信息和當天觀(guān)測氣象所得的資料進(jìn)行處理后再次傳送到主控站。信號接收機按照結構可以分為天線(xiàn)單元和接收單元兩部分，按照衛星高度選擇衛星的信號，對衛星運行情況進(jìn)行跟蹤，將接收到的GPSX信號進(jìn)行適當的處理，更好地把握衛星信號到接受線(xiàn)的傳播時(shí)間，將衛星所發(fā)送的電文進(jìn)行翻譯，然后準確地計算測量站的具體位置。
2.GPS定位系統的特點(diǎn)
GPS定位系統具有較多的特點(diǎn)，首先是在工程測量的過(guò)程中可以有效節省人力和財力，定位相對靈活。在定位的過(guò)程中可以達到較高的精度，通常情況下的定位可以達到厘米級別，避免了誤差的積累。工程測量人員在測量中使用這種技術(shù)的觀(guān)測時(shí)間較短，測量人員在觀(guān)測時(shí)只需幾秒的時(shí)間就可以對控制點(diǎn)進(jìn)行有效把握。操作也相對簡(jiǎn)便，可以為測量人員提供較為全面的采集信息。采用GPS技術(shù)進(jìn)行觀(guān)測時(shí)，測量人員只需要安裝開(kāi)關(guān)儀器，對儀器的高度進(jìn)行側量，然后觀(guān)測儀器的工作狀態(tài)。除此之外，使用GPS技術(shù)進(jìn)行測量的自動(dòng)化程度相對較高，采集到的信息不用等待較長(cháng)的時(shí)間，隨時(shí)都可以將準確的信息顯示在測量人員的采集表里面。進(jìn)行GPS技術(shù)的測量不會(huì )受時(shí)間和季節變化的限制，可以全天候作業(yè)，在風(fēng)雨天氣情況下也可以進(jìn)行測量。
二、GPS定位技術(shù)在航道工程測量中的應用
1.工程基本概況
某航道的全程長(cháng)25km，航寬600m，對航道的測量?jì)热葜饕ㄆ矫婵刂茰y量、航道內各要素測量和航道水深測量。測量比例尺是1∶2000。為了保證測量工作的順利進(jìn)行，應該根據測量的實(shí)際特點(diǎn)，在測量的過(guò)程中使用較為先進(jìn)的儀器設備，然后還需要投入足夠的技術(shù)力量。主要使用的設備有RTKGPS、數字測深儀、水準儀和測量過(guò)程中所需要的船只。
2.GPS靜態(tài)定位技術(shù)在航道測量中的應用
靜態(tài)GPS測量是一種符合性的導線(xiàn)測量技術(shù)，主要是建立航道控制網(wǎng)，然后利用其他的測量方法對控制網(wǎng)進(jìn)行加密。建立航道控制網(wǎng)的步驟有六步，第一步是進(jìn)行實(shí)地考察，選擇合適的GPS點(diǎn)，對測量地區的高等級GPS進(jìn)行查看，方便對各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，對點(diǎn)精度實(shí)施校準。第二步驟是根據航道兩側的地形地勢布設控制網(wǎng)，根據各個(gè)因素的要求對衛星的狀況和精度進(jìn)行綜合性的設置。第三步是對定位系統的位置進(jìn)行選點(diǎn)，選點(diǎn)的位置要考慮到船舶�？康陌缎�，采用位置要避免控制點(diǎn)遭受破壞，當使用這種側量方法不能有效進(jìn)行測量時(shí)，可以采用其他的測量方法進(jìn)行測量。第四步是當外業(yè)觀(guān)測完成之后，應該將GPS的觀(guān)測數據傳入計算機，采用計算機通訊軟件對數據進(jìn)行適當的處理。第五步是將全站儀和符合導線(xiàn)的方法相結合，對控制網(wǎng)實(shí)施加密，確保符合導線(xiàn)的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)都是GPS點(diǎn)。第六步是進(jìn)行導線(xiàn)點(diǎn)坐標和平差的計算，在計算之前先將符合導線(xiàn)測量的數據傳入到計算機中進(jìn)行計算，得到角度和距離平差，將最后得到的結果作為平面坐標和航道的高程。
3.GPS動(dòng)態(tài)定位系統在航道測量中的應用
動(dòng)態(tài)測量技術(shù)是在載波相位觀(guān)測值基礎上實(shí)施的定位系統，這種技術(shù)的主要優(yōu)勢是能夠在測量過(guò)程中快速獲得測量點(diǎn)定位坐標數值。在實(shí)施動(dòng)態(tài)測量的模式下，在已知坐標的參考點(diǎn)上面架設基準站接收機可以對可視GPS衛星信號進(jìn)行連續接收。對流動(dòng)站的接收機進(jìn)行初始化，借助于無(wú)線(xiàn)數據鏈可以讓接收機接收基準站的載波觀(guān)測值和偽距觀(guān)測值，在接收這兩種數據的同時(shí)還能夠觀(guān)測到GPS衛星載波的數據。一些載波內還存在著(zhù)模糊的數據，針對這些數據可以通過(guò)系統的內差分進(jìn)行處理，從而求出流動(dòng)站的精度坐標。通常情況下，GPS采用的坐標系統是世界大地坐標，而在平常的普通測量過(guò)程中使用的測量系統是北京坐標系，所以在測量過(guò)程中應該對測量系統進(jìn)行轉換，應該根據工程測量的實(shí)際特點(diǎn)與情況進(jìn)行參數之間的轉換。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分系統的組成部分有三個(gè)，首先是基準站接收機，其次是流動(dòng)站接收機，最后是數據鏈。其中基準站接收機的設置位置是在具有已知坐標的參考點(diǎn)上面，可以對所有的可視GPS信號進(jìn)行連續性的接收，也能夠測量到基準站的坐標。流動(dòng)站接收機又稱(chēng)作船站接收機，里面有支持PTK的軟件，可以接收GPS衛星信號，還可以對信號進(jìn)行跟蹤，同時(shí)能夠接收基準站的相關(guān)數據，對基準站的坐標能通過(guò)相對定位的模型有效取得。通過(guò)數據鏈可以發(fā)送觀(guān)測值等相應的數據。GPS定位技術(shù)中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是OTF算法。使用這種技術(shù)的一般方法首先是對整周模糊度的搜索空間進(jìn)行確定，要在坐標和協(xié)方差的基礎上對其進(jìn)行確定，當搜索空間確定完之后，應該計算其模糊度，使用最小方差的計算方法選擇最為合適的解，對計算出來(lái)的最優(yōu)解和次優(yōu)解進(jìn)行比較，然后確定具體的模糊解。
在對河道進(jìn)行測量時(shí)，首先應該對河道流域的地形特點(diǎn)進(jìn)行確定，在航道整治過(guò)程中對施工的具體定位、維護航道的需要和航標設計的情況進(jìn)行控制網(wǎng)的布置。將D級的GPS網(wǎng)作為平面的首級控制網(wǎng)，需要滿(mǎn)足導線(xiàn)測量的需要和要求，在航道的兩岸布置D級點(diǎn)，將其作為航道導線(xiàn)的啟閉點(diǎn)，設置過(guò)程中應該對每個(gè)D級點(diǎn)之間的距離進(jìn)行適當的控制，最好將其控制在1公里左右。航道測量的區域主要組成部分是D級GPS網(wǎng)，這樣的網(wǎng)有三段，為了保證測量的質(zhì)量和準確度，應該在每段網(wǎng)的交接處進(jìn)行邊界聯(lián)測。對于最高級別的導線(xiàn)測量應該使用級點(diǎn)作為導線(xiàn)的起算閉合點(diǎn)。應該按照之字形走向或是單岸走向進(jìn)行導線(xiàn)的布置。航道測量分為兩部分進(jìn)行，首先是水上測量，在這一測量過(guò)程中，先將GPS接收機安裝在適當的位置，以這個(gè)位置作為測量的基準站，測量范圍限制在基準站的控制區域內，施工人員操作流動(dòng)站，按照施工中設計的測量斷面對航道進(jìn)行逐點(diǎn)測量，當測量的精度達到工程設計中預期確定的精度時(shí)，對測量的具體數據進(jìn)行保存。為了加快施工中的測量進(jìn)度，應將GPS技術(shù)和全站儀測量技術(shù)相結合進(jìn)行具體數據的測量。水下測量是航道測量的重點(diǎn)工程，對水下航線(xiàn)測量的精準度關(guān)系到航船的安全和航行設備的安全。在測量中，將GPS定位系統和測深儀器相結合進(jìn)行測量，在測量平面位置和水面的高程時(shí)應該使用GPS測量，對水深進(jìn)行測量時(shí)使用測深儀器進(jìn)行準確的測量。當所有的測量數據得出時(shí)，用水面的高程減去水的深度就可以得到河底的高程。
三、結語(yǔ)
GPS定位系統可以測量出關(guān)鍵河段的水下地形，準確獲取航道內的三維坐標，有效地確保船舶航行安全。但是GPS定位系統也有一定的局限性，外部環(huán)境會(huì )對測量精度有所影響，在測量過(guò)程中應適當把握具體環(huán)境，避開(kāi)障礙物進(jìn)行測量，以提高信號追蹤的準確性。
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