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GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用前景及現(xiàn)狀

時(shí)間:2023-03-19 03:03:25 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用前景及現(xiàn)狀

摘要:GPS技術(shù)應(yīng)用于公路測量是公路外業(yè)勘測的一項(xiàng)重大技術(shù)革命,其應(yīng)用及開發(fā)的前景十分廣闊。尤其是實(shí)時(shí)動態(tài)(RTK)定位技術(shù)在公路測量中蘊(yùn)含著巨大的技術(shù)潛力,本文主要介紹了GPS中的RTK技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用及其對公路勘測的巨大推進(jìn)作用。
  關(guān)鍵詞:GPS;RTK;靜態(tài)定位;動態(tài)定位
  1、GPS技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
  全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國陸?杖娐(lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),具有全球性、全天侯、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能,能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。單點(diǎn)導(dǎo)航定位與相對測地定位是GPS應(yīng)用的兩個方面;對常規(guī)測量而言相對測地定位是主要的應(yīng)用方式。
  相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實(shí)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(jī)之間求一次差,在接收機(jī)和衛(wèi)星觀測歷元之間求二次差,通過兩次差分計(jì)算解算出待定基線的長度;求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù),根據(jù)算法模型,設(shè)計(jì)了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測、國家大地測量、大壩變形觀測等高精度測量;快速靜態(tài)測量以其高效的作業(yè)效率與厘米級精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測量;而RTK測量以其快速實(shí)時(shí),厘米級精度等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集(如碎部測量)與工程放樣中。RTK技術(shù)代表著GPS相對測地定位應(yīng)用的主流。
  GPS測地型接收設(shè)備是實(shí)現(xiàn)測地定位的基本條件,接收機(jī)有單頻與雙頻之分,雙頻機(jī)能以L2觀測值修正電離層折射影響,最適宜于中、長基線(大于20km)測量,具有快速靜態(tài)測量的功能,可升級為RTK功能;單頻機(jī)適宜于小于20km的短基線測量,對于一般工程測量具有良好的性能價(jià)格比。RTK系統(tǒng)由GPS接收設(shè)備、無線電通訊設(shè)備、電子手薄及配套設(shè)備組成,整套設(shè)備在輕量化、操作簡便性、實(shí)時(shí)可靠性、厘米級精度等方面的特點(diǎn),完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。鑒于GPS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星數(shù)有限,在對空通視受遮擋的條件下,不能保證正常解算,影響定位的精度和可靠性。實(shí)踐表明,單頻GPS系統(tǒng)由于多環(huán)境的制約,存在著很大的局限性。隨著俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(CLONASS)的不斷完善,利用GLONASS來改善GPS性能的雙星座系統(tǒng)(GLONASS GPS)已由美國Ashtech公司研制成功,這種全天候、全地域、高精度的系統(tǒng)為用戶提供了更為完善的接收設(shè)備,雙星座系統(tǒng)的接收設(shè)備GPS接收設(shè)備的新水平。
  2、GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用前景
  隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長的西部大開發(fā)的實(shí)施,我省的高等級公路建設(shè)迎來前所末有的發(fā)展機(jī)遇,這就對勘測設(shè)計(jì)提出了更高的要求,隨著公路設(shè)計(jì)行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展,公路設(shè)計(jì)已實(shí)現(xiàn)CAD化,有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測繪產(chǎn)品的支持;建立勘測、設(shè)計(jì)、施工、后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈,減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄、輸入等中間環(huán)節(jié),是公路勘測設(shè)計(jì)“內(nèi)外業(yè)一體化”的要求,也是影響高等級公路設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”所在。目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進(jìn)儀器設(shè)備,但常規(guī)測量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制,作業(yè)強(qiáng)度大,且效率低,大大延長了設(shè)計(jì)周期?睖y技術(shù)的進(jìn)步在于設(shè)備引進(jìn)和技術(shù)改造,在目前的技術(shù)條件下引入GPS技術(shù)應(yīng)當(dāng)是首選。當(dāng)前,用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測理,為勘測階段測繪帶狀地形圖,路線平面、縱面測量提供依據(jù);在施工階段為橋梁,隧道建立施工控制網(wǎng),這僅僅是GPS在公路測量中應(yīng)用的初級階段,其實(shí),公路測量的技術(shù)潛力蘊(yùn)于RTK(實(shí)時(shí)動態(tài)定位)技術(shù)的應(yīng)用之中,RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用,有著非常廣闊的前景。下面就RTK技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用作簡單的介紹。
  3、RTK技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用
  3.1 實(shí)時(shí)動態(tài)(RTK)定位技術(shù)簡介
  實(shí)時(shí)動態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS(RTDGPS)技術(shù),它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破,在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。眾所周知,無論靜態(tài)定位,還是準(zhǔn)動態(tài)定位等定位模式,由于數(shù)據(jù)處理滯后,所以無法實(shí)時(shí)解算出定位結(jié)果,而且也無法對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢核,這就難以保證觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量,在實(shí)際工作中經(jīng)常需要返工來重測由于粗差造成的不合格觀測成果。解決這一問題的主要方法就是延長觀測時(shí)間來保證測量數(shù)據(jù)的可靠性,這樣一來就降低了GPS測量的工作效率。
  實(shí)時(shí)動態(tài)定位(RTK)系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動站組成,建立無線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動態(tài)測量的保證,其原理是取點(diǎn)位精度較高的首級控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn),安置一臺接收機(jī)作為參考站,對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測,流動站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的同時(shí),通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù),隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動站的三維坐標(biāo)和測量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測待測點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況,根據(jù)待測點(diǎn)的精度指標(biāo),確定觀測時(shí)間,從而減少冗余觀測,提高工作效率。
  3.2 應(yīng)用
  實(shí)時(shí)動態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式,兩種定位模式相結(jié)合,在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監(jiān)理和GIS(地理信息系統(tǒng))前端數(shù)據(jù)采集!3.2.1 快速靜態(tài)定位模式。要求GPS接收機(jī)在每一流動站上,靜止的進(jìn)行觀測。在觀測過程中,同時(shí)接收基準(zhǔn)站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標(biāo),如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定,且其精度已滿足設(shè)計(jì)要求,便可以結(jié)束實(shí)時(shí)觀測。一般應(yīng)用在控制測量中,如控制網(wǎng)加密;若采用常規(guī)測量方法(如全站儀測量),受客觀因素影響較大,在自然條件比較惡劣的地區(qū)實(shí)施比較困難,而采用RTK快速靜態(tài)測量,可起到事半功倍的效果。單點(diǎn)定位只需要5-10min(隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,定位時(shí)間還會縮短),不及靜態(tài)測量所需時(shí)間的五分之一,在公路測量中可以代替全站儀完成導(dǎo)線測量等控制點(diǎn)加密工作。
  3.2.2 動態(tài)定位測量前需要在一控制點(diǎn)上靜止觀測數(shù)分鐘(有的儀器只需2~10s)進(jìn)行初始化工作,之后流動站就可以按預(yù)定的采樣間隔自動進(jìn)行觀測,并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)確定采樣點(diǎn)的空間位置。目前,其定位精度可以達(dá)到厘米級。
  動態(tài)定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應(yīng)用前景,可以完成地形圖測繪、中樁測量、橫斷面測量、縱斷面地面線測量等工作。測量2~4S,精度就可以達(dá)到1~3cm,且整個測量過程不需通視,有著常規(guī)測量儀器(如全站儀)不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。
  3.3 RTK技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
  3.3.1 實(shí)時(shí)動態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗(yàn)的厘米級精度的測量成果(包括高程)。
  3.3.2 徹底擺脫了由于粗差造成的返工,提高了GPS作業(yè)效率。
  3.3.3 作業(yè)效率高,每個放樣點(diǎn)只需要停留1~2s,流動站小組作業(yè),每小組(3~4人)可完成中線測量5~10km.若用其進(jìn)行地形測量,每小組每天可以完成0.8~1.5km3的地形圖測繪,其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的。
  3.3.4 在中線放樣的同時(shí)完成中樁抄平工作。
  3.3.5 應(yīng)用范圍廣—可以涵蓋公路測量(包括平、縱、橫),施工放樣,監(jiān)理,

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