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(tǒng)是美國研制并在1994年投進使用的衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。其應用技術已遍及國民經(jīng)濟的各個領域。在丈量領域，gps系統(tǒng)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方面。本文將以開封市的省公路路網(wǎng)項目為例，概略敘述gps系統(tǒng)在公路工程控制丈量中的應用。
關鍵詞： gps定位系統(tǒng) 公路工程 控制丈量 應用一、概述
gps全球定位系統(tǒng)（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(tǒng)可以向全球任何用戶全天候地連續(xù)提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術參數(shù)。我們先了解一下gps系統(tǒng)的組成，工作原理以及在丈量領域的應用特點。
1.1gps系統(tǒng)的組成
gps全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成，除此之外，丈量用戶當然還應有衛(wèi)星接收設備。
1.1.1 空間衛(wèi)星群 gps的空間衛(wèi)星群由24顆高約20萬公里的gps衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為60o，軌道和地球赤道的傾角為55o，衛(wèi)星的軌道運行周期為11小時58分，這樣可以保證在任何時間和任何地點地平線以上可以接收4到11顆gps衛(wèi)星發(fā)送出的信號。
1.1.2 gps的地面控制系統(tǒng) gps的地面控制系統(tǒng)包括一個主控站、三個注進站和五個監(jiān)測站，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對 gps的觀測數(shù)據(jù)計算衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等并將這些數(shù)據(jù)通過注進站注進到衛(wèi)星中往；同時還對衛(wèi)星進行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令，調(diào)度備用衛(wèi)星等。監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星工作狀態(tài)。注進站的作用是將主控站計算的數(shù)據(jù)注進到衛(wèi)星中往。gps地面控制系統(tǒng)主要設立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。
1.1.3 gps的用戶部分由gps接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收gps衛(wèi)星發(fā)出的信號，利用信號進行導航定位等。在丈量領域，隨著現(xiàn)代的科學技術的發(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指標為工程丈量帶來了極大的方便。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指標為：
??雙頻主機、天線，rtk電臺一體化；
??獨特的電池設計、無需接線，使用4h以上；
??5次/秒的快速位置更新，可靠的衛(wèi)星"超跟蹤"技術；
新型于薄式控制器，4m或10m的pcmcia數(shù)據(jù)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）
這些技術指標充分的滿足了控制丈量的精度要求。
1.2gps的工作原理
gps系統(tǒng)是一種采用間隔交會法的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。如圖 l示：在需要的位置p點架設gps接收機，在某一時刻ti同時接收了3顆(a、b、c)以上的gps衛(wèi)星所發(fā)出的導航電文，通過一系列數(shù)據(jù)處理和計算可求得該時刻gps接收機至gps衛(wèi)星的間隔sap、sbp、scp，同樣通過接收衛(wèi)星星歷可獲得該時刻這些衛(wèi)星在空間的位置(三維坐標)。從而用間隔交會的方法求得 p點的維坐標(xp,yp，zp)，其數(shù)學式為：
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(wèi)星a，b，c 在時刻ti的空間直角坐標。在gps丈量中通常采用兩類坐標系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標系統(tǒng)，稱地固坐標系統(tǒng)，我們在公路工程控制丈量中常用地固坐標系統(tǒng)。（如： wgs-84世界大地坐標系和1980年西安大地坐標系。）在實際使用中需要根據(jù)坐標系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進行坐標系統(tǒng)的變換，來求出所使用的坐標系統(tǒng)的坐標。這樣更有利于表達地面控制點的位置和處理gps觀測成果，因此在丈量中被得到了廣泛的應用。二 gps丈量的技術特點
相對于常規(guī)的丈量方法來講，gps丈量有以下特點：
2.1 測站之間無需通視。測站間相互通視一直是丈量學的困難。gps這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收gps衛(wèi)星信號不受干擾。
2.2 定位精度高。一般雙頻gps接收機基線解精度為5mm 1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm 5ppm，gps丈量精度與紅外儀相當，但隨著間隔的增長，gps丈量優(yōu)越性愈加突出。大量實驗證實，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12

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