GPS在公路工程中的应用.doc
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GPS在公路工程中的应用.doc
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摘要
GPS技术应用于公路测量是公路外业勘测的一项重大技术革命,其应用及开发的前景十分广阔。
尤其是实时动态(RTK)定位技术在公路测量中蕴含着巨大的技术潜力,本文主要介绍了GPS中的RTK技术在公路测量中的应用。
GPS技术不仅能达到较高的定位精度,而且大大提高了测量的工作效率,随着GPS技术的提高,通过相应的数据处理程序,可大大减轻了测量人员的内、外业劳动强度,GPS技术以其高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等特点将会在各个工程项目建设中得到应用。
关键词:
GPS;RTK;静态定位;动态定位
ABSTRACT
ThattheGPStechnologyappliestohighwaysurveybeahighwayoutsidejobreconnaissanceonesignificantitemtechnologicalrevolution,whoseapplyanddevelopmentprospectisveryvast.Especiallyrealtimedevelopment(RTK)allocationtechnologymiddleappliestohighwaysurveybeingcontainingthegigantictechnologypotential,themainbodyofabookhavingintroducedthatRTKtechnologyinGPShitsthetargetinhighwaysurveymainly.TheGPStechnologycanreachhigherallocationaccuracy,andhaveimprovedtheavailabilitymeasuringgreatlynotonly,maylightentheinsideandoutsidejoblabourintensitymeasuringapersonnelgreatlywithGPStechnologyrise,bycorrespondingdataprocessor,theGPStechnologyuseswhosehigh-accuracy,all-weather,highefficiency,multifunctional,handletheapplicationsimpleandconvenient,applyingtowaitforacharacteristicameetingtobegotineachconstructionprojectsinconstructionbroadly.
Keywords:
GPS;RTK;Staticstateallocation;Developmentfixesposition
目录
1GPS的简介 3
1.1GPS的工作原理 3
1.1.1空间卫星星座 3
1.1.2地面监控系统 3
1.1.3用户设备 2
1.1.4GPS用户接收设备 2
1.1.5差分GPS(DGPS)原理 2
1.1.6GPS的特点 4
2GPS的误差分析 4
2.1与卫星有关的误差 4
2.2与传播途径有关的误差 5
2.3与GPS接收机有关的误差 5
3石家庄市祁连街公路工程GPS的运用 6
3.1工程概况 6
3.2GPS的野外工作流程 7
3.2.1网形规划及时段安排 7
3.2.2摆站的程序 7
3.2.3记录观测手簿 7
3.2.4意外状况处理 8
3.3GPS-RTK中线放样 8
3.3.1GPS中线放样的数学模型 9
3.3.2GPS中线放线程序 10
3.4祁连街道路工程中GPS的应用 11
3.4.1选择作业时段 11
3.4.2建立测区平面控制网 11
3.4.3高程控制测量 11
3.4.4求取地方坐标转换参数 11
3.4.5基准站选定 11
3.4.6放样内业数据准备 12
3.4.7外业操作 12
3.4.8精度评定 13
4总结 13
致谢 15
参考文献 16
15
GPS在公路工程中的应用
随着我国国民经济的快速增长的西部大开发的实施,高等级公路建设迎来前所未有的发展机遇,这就对勘测设计提出了更高的要求,随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展,公路设计已实现CAD化,有些软件本身还要求提供地面数字化产品的支持;建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链,减少数据转抄、输入等中间环节,是公路勘测设计“内外业一体化”的要求,也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈”所在。
目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备,但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制,作业强度大,且效率低,大大延长了设计周期。
勘测技术的进步在于设备引进和技术改造,在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。
当前,用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测理,为勘测阶段带状地形图,路线平面、纵面测量提供依据;在为桥梁,隧道建立施工控制网,RTK技术在公路工程中的应用,有着非常广阔的前景。
1GPS的简介
1.1GPS的工作原理
全球定位系统(GlobalPositioningSystem,GPS)是美国国防部为了满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的新一代卫星导航系统。
是美国继阿波罗登月和航天飞机之后的第三大空间工程.GPS系统的组成可分为:
(1)空间卫星星座部分
(2)地面监控部分(3)用户设备部分。
前两部分是用GPS进行定位的基础,用户只有借助于用户设备才可达到定位的目的。
1.1.1空间卫星星座
1993年GPS就全面进入正式运行。
该系统由21颗卫星组成,分别沿6个轨道平面运行,还有3颗卫星一直处于热备份状态,总计24颗。
但在轨道上运行的GPS卫星总数实际上是变动的,在1998年就有27颗GPS卫星在轨道上运行。
若从与赤道面55°倾角算第一个轨道面,则其他5个轨道面均以此为基础,彼此各以60°角度相交。
每个轨道面上有4颗卫星,卫星轨道为圆形,远行周期为11小时58分,这样的卫星分布,可保证全球任何地区、任何时刻有不少于4颗卫星以供观测。
卫星的高度为2×104kM。
连同设在美国本土的地面监测部分和采用伪随机码测跨技术的接收机,满足了提供全球范围从地面到9×103kM高空之间任一载体高精度的三维位置,三维速度和系统时间信息的要求。
1.1.2地面监控系统
地面监控部分包括五个监控站、一个主站和三个注入站,并从战略角度上考虑,全部用于美国境内,监控部分的主要任务是监测每颗卫星的运行情况,并通过注入站及时修正卫星的有关参数。
卫星监测站设有双频GPS接收机,高精度原子钟,计算机和环境(气象)数据传感器。
该站在主控站直接控制下自动采集数据,对GPS卫星连续观测,并监控卫星工作状况。
观测资料经初步处理后存储并传送给主控站,以便确定卫星的轨道。
主控站设在美国的Coloradosprings,除协调和管理所有地面监控系统外,其主要任务是:
(1)由本站及其他监控站的所有观测资料,推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层的修正参数等,并把这些数据传送到注入站;
(2)提供全球定位系统的时间基准;(3)调整偏离轨道的卫星并使之沿预定轨道运行;(4)启用备用卫星以代替失效的工作卫星。
1.1.3用户设备
用户部分主要是GPS接收机,它接收卫星发射的信号并利用本机产的伪随机噪音码取得距离观测量和导航电文,根据导航电文提供的卫星位置和钟差改正信息计算位置。
用户接收机按使用环境可分为低动态用户接收机和高动态。
随着GPS应用领域的日益扩大,用户设备依用途不同而异,主要由GPS接收机硬件,数据处理软件,微处理机及其终端设备组成;硬件又分为主机、天线和电源。
1.1.4GPS用户接收设备
1.GPS用户接收机的分类
GPS用户设备主要指GPS接收机,也指与其他设备组合应用的组合设备,传感器等。
GPS接收机有多种不同的分类方法。
按照工作模式的不同可分为:
单点定位:
利用一台任一类型的GPS接收机确定绝对位置。
通常1秒钟到几分钟内可更新一次位置数据;
相对定位:
利用2台以上接收机进行相对的定点定位。
定位精度取决于接收机类型,观测时间和观测量类型;
差分定位:
给定至少一个已知点坐标,用两台或多台GPS接收机的观测数据推求其余未知点坐标参数的定位方法。
克服了单点定位误差较大的缺陷和相对定位的相对性,精度较高,但受基准台的范围限制。
1.1.5差分GPS(DGPS)原理
根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类,即:
位置差分、伪距差分和相位差分。
这三类差分方式的工作原理是相同的,即都是由基准站发送改正数,由用户站接收并对其测量结果进行改正,以获得精确的定位结果。
所不同的是,发送改正数的具体内容不一样,其差分定位精度也不同。
(1)位置差分原理
这是一种最简单的差分方法,任何一种GPS接收机均可改装和组成这种差分系统。
安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位,解算出基准站的坐标。
由于存在着轨道误差、时钟误差、SA影响、大气影响、多径效应以及其他误差,解算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的,存在误差。
基准站利用数据链将此改正数发送出去,由用户站接收,并且对其解算的用户站坐标进行改正。
最后得到的改正后的用户坐标已消去了基准站和用户站的共同误差,例如卫星轨道误差、SA影响、大气影响等,提高了定位精度。
以上先决条件是基准站和用户站观测同一组卫星的情况。
位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况。
(2)伪距差分原理
伪距差分是目前用途最广的一种技术。
几乎所有的商用差分GPS接收机均采用这种技术。
国际海事无线电委员会推荐的RTCMSC-104也采用了这种技术。
在基准站上的接收机要求得它至可见卫星的距离,并将此计算出的距离与含有误差的测量值加以比较。
利用一个α-β滤波器将此差值滤波并求出其偏差。
然后将所有卫星的测距误差传输给用户,用户利用此测距误差来改正测量的伪距。
最后,用户利用改正后的伪距来解出本身的位置,就可消去公共误差,提高定位精度。
与位置差分相似,伪距差分能将两站公共误差抵消,但随着用户到基准站距离的增加又出现了系统误差,这种误差用任何差分法都是不能消除的。
用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响。
(3)载波相位差分原理
测地型接收机利用GPS卫星载波相位进行的静态基线测量获得了很高的精度(10-6~10-8)。
但为了可靠地求解出相位模糊度,要求静止观测一两个小时或更长时间。
这样就限制了在工程作业中的应用。
于是探求快速测量的方法应运而生。
例如,采用整周模糊度快速逼近技术(FARA)使基线观测时间缩短到5分钟,采用准动态(stopandgo),往返重复设站(re-occupation)和动态(kinematic)来提高GPS作业效率。
这些技术的应用对推动精密GPS测量起了促进作用。
但是,上述这些作业方式都是事后进行数据处理,不能实时提交成果和实时评定成果质量,很难避免出现事后检查不合格造成的返工现象。
载波相位差分技术又称为RTK技术(realtimekinematic),是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。
它能实时提供观测点的三维坐标,并达到厘米级的
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- GPS 公路工程 中的 应用