談GPS測量技術在農村公路的應用

摘要:本文主要從GPS測量技術的工作原理、GPS測量的特點及GPS測量技術在農村公路中的應用等進行論述。

關鍵詞:GPS;農村公路;測量;誤差
　　
　　隨著科學技術的不斷發(fā)展,測量技術從傳統(tǒng)的經緯儀 水準儀到全站儀 水準儀,再到 GPS測量技術,經歷了一個不斷更新的過程。GPS全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)是美國研制并在1994年投入使用的壘球衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。近年來,GPS系統(tǒng)因具有全球性、全天侯、連續(xù)性、實時性導航定位和定時功能,能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間等優(yōu)點,其技術的應用已遍及我國國民經濟的各個領域,特別是在公路測量的應用上已經較為普遍。GPS系統(tǒng)在應有方面主要分為單點導航定位與相對測地定位,而對于常規(guī)測量而言,相對測地定位是主要的應用方式。在此,本文將重點談談GPS測量技術在農村公路的應用。
　　
　　1GPS測量技術的工作原理
　　
　　相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實現(xiàn)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(wèi)星觀測歷元之間求二次差,通過兩次差分計算解算出待定基線的長度;求解整周模糊度是其關鍵技術,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技術代表著GPS相對測地定位應用的主流。
　　
　　2GPS測量的特點
　　
　　GPS系統(tǒng)是目前在導航定位領域應用最為廣泛的系統(tǒng),其可為各類用戶連續(xù)提供動態(tài)目標的三維位置、三維速度及時間信息。GPS測量主要特點如下:
　　2.1功能多、用途廣
　　GPS系統(tǒng)不僅可以用于測量、導航,還可用于測速、測時。測速的精度可達0.1 m/s,測時的速度可達幾十毫微秒。其應用領域不斷擴大。
　　2.2定位精度高
　　一般雙頻 GPS接收機基線解精度為 5 mm 1 ppm,而紅外儀標稱精度為 5 mm 5 ppm,GPS測量精度與紅外儀相當,但隨距離的增長,GPS測量優(yōu)越性愈加突出。大量試驗證明,在小于50 km的基線上,其相對定位精度可達12×10-6,而在100 km～500 km的基線上可達10-6～10-7。
　　2.3實時定位
　　利用全球定位系統(tǒng)進行導航,即可實時確定運動目標的三維位置和速度,可實時保障運動載體沿預定航線運行,亦可選擇最佳路線。特別是對軍事上動態(tài)目標的導航,具有十分重要的意義。
　　2.4觀測時間短
　　采用GPS布設控制網時每個測站上的觀測時間一般在30 min～40 min左右,采用快速靜態(tài)定位方法,觀測時間更短。例如,使用 Timble4800 GPS接收機的 RTK法可在5 s以內求得測點坐標。
　　2.5測站之間無需通視
　　這是GPS技術區(qū)別于常規(guī)測量的最大優(yōu)點。常規(guī)測量技術需要保持良好的通視條件,又要保障測量控制網的良好圖形結構。而GPS測量只要求測站15°以上的空間視野開闊,與衛(wèi)星保持通視即可。其這一優(yōu)點,使得在布設長大線路施工控制網時,可省去大量的傳算點、過渡點的測量,大大減少測量作業(yè)時間和費用,同時也使選點布網變得非常靈活。
　　2.6操作簡便
　　GPS測量的自動化程度很高。目前,GPS接收機已趨小型化和自動化,在觀測中測量員只需打開 GPS接收機、量取天線高、采集環(huán)境的氣象數(shù)據、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài),而其他工作,如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成,然后利用數(shù)據處理軟件對數(shù)據進行處理,即求得測點三維坐標。觀測結束時,僅需關閉電源,收好接機,便完成野外數(shù)據采集任務。
　　2.7可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標
　　經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,在精確測定觀測站平面位置的同時,可以精確測量觀測站的大地高程。其這一特點,不僅為研究大地水準面的形狀和確定地面點的高程開辟了新途徑,同時也為其在航空物探、航空攝影測量及精密導航中的應用,提供了重要的高程數(shù)據。
　　2.8全天候作業(yè)
　　GPS衛(wèi)星較多,且分布均勻,保證了全球地面被連續(xù)覆蓋,使得在地球上任何地點、任何時候進行項觀測工作,通常情況下,除雷雨天氣不宜觀測外,一般不受天氣狀況的影響。
　　
　　3GPS測量技術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(xiāng)道路以及復合標準的村道,另外,還要對每個建制村道路的通達情況作相關的調查。在外業(yè)數(shù)據采集中主要采集的數(shù)據有各條道路的長度、路基路面寬、路面類型、所經過的村委以及村小學等標志性建筑的地理坐標、各起終點的坐標、名稱以及各分段點的信息等。
　　3.2GPS外業(yè)數(shù)據采集流程
　　3.2.1準備工作
　　GPS在農村公路測量中應用時,可采用“邊采集、邊錄入”的現(xiàn)場數(shù)據采集模式,一般情況下,一個測量小組由1人負責 GPS 接收機的開關以及掌上電腦的錄入工作、1人負責相關數(shù)據和出現(xiàn)特殊情況時的記錄工作、一名鄉(xiāng)鎮(zhèn)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圖作為采集底圖,并打印一份供采集時參考;對需要采集的路線以及附屬設施提前準備好相關已有的資料(如路線編號,起點名稱,起點路基寬度及路面寬度,道路等級,路面性質,穿越了幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、建制村,沿線共有幾座橋梁、大概在什么位置等),做到心中有數(shù),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)采集功能主要是實現(xiàn)公路路線、橋梁、隧道、渡口、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、建制村等圖形和屬性一體化采集,具體包括采集新路線、路線分段、停止采集路線、繼續(xù)采集路線、點采集(如橋梁、隧道、渡口、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、建制村等位置和屬性信息)等功能。在進行外業(yè)采集之前,在GPS采集子系統(tǒng)中主要操作有:
　　(1)打開GPS:GPS接收機與計算機連接正常并輸出有效的GPS數(shù)據后,通過“打開GPS”功能,建立與GPS接收機的通信連接。
　　(2)關閉GPS:在e-Road系統(tǒng)中斷開與GPS接收機的通信連接,只有在打開了GPS后才能關閉。
　　(3)查看GPS狀態(tài):當打開GPS后,可查看GPS當前的狀態(tài),是否正常接收衛(wèi)星信號,以及GPS輸出的數(shù)據是否有效等信息。
　　(4)采集新路線:開始采集一條路線,記錄該條路線的線形、線位和調查指標信息,如果GPS已經打開并且定位后,就可以進行路線的采集。
　　(5)路線分段:當路線的調查指標發(fā)生變化且符合路線分段原則時,需要添加一個路段,在采集路線的過程中,在路線分界點叫司機停下,并點擊計算機平面上點擊“分段”按鈕,并輸入分段原因: 路面情況發(fā)生

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