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gps在公路工程控制丈量中的應(yīng)用
【摘要】gps（global positioning system)全球定位系統(tǒng)是美國(guó)研制并在1994年投進(jìn)使用的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。其應(yīng)用技術(shù)已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。在丈量領(lǐng)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(gè)方面。本文將以開封市的省公路路網(wǎng)項(xiàng)目為例，概略敘述gps系統(tǒng)在公路工程控制丈量中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞： gps定位系統(tǒng) 公路工程 控制丈量 應(yīng)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(yīng)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(biāo)、三維速度和時(shí)間信息等技術(shù)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(lǐng)域的應(yīng)用特點(diǎn)。
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(dāng)然還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)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(wàn)公里的gps衛(wèi)星群組成，并均勻分布在6個(gè)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(yùn)行周期為11小時(shí)58分，這樣可以保證在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)地平線以上可以接收4到11顆gps衛(wèi)星發(fā)送出的信號(hào)。
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(gè)主控站、三個(gè)注進(jìn)站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站，主控站的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對(duì) gps的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)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(guò)注進(jìn)站注進(jìn)到衛(wèi)星中往；同時(shí)還對(duì)衛(wèi)星進(jìn)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(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星工作狀態(tài)。注進(jìn)站的作用是將主控站計(jì)算的數(shù)據(jù)注進(jìn)到衛(wèi)星中往。gps地面控制系統(tǒng)主要設(shè)立在大西洋、印度洋、太平洋和美國(guó)本土。
1.1.3 gps的用戶部分由gps接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，其作用是接收gps衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等。在丈量領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)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(shù)指標(biāo)為工程丈量帶來(lái)了極大的方便。例如：我們?cè)诳刂普闪恐惺褂玫奶鞂殻╰rimble）4800gps測(cè)地型接收機(jī)其技術(shù)指標(biāo)為：
??雙頻主機(jī)、天線，rtk電臺(tái)一體化；
??獨(dú)特的電池設(shè)計(jì)、無(wú)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(shù)；
新型于薄式控制器，4m或10m的pcmcia數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shù)指標(biāo)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(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。如圖 l示：在需要的位置p點(diǎn)架設(shè)gps接收機(jī)，在某一時(shí)刻ti同時(shí)接收了3顆(a、b、c)以上的gps衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過(guò)一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻gps接收機(jī)至gps衛(wèi)星的間隔sap、sbp、scp，同樣通過(guò)接收衛(wèi)星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置(三維坐標(biāo))。從而用間隔交會(huì)的方法求得 p點(diǎn)的維坐標(biāo)(xp,yp，zp)，其數(shù)學(xué)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(shí)刻ti的空間直角坐標(biāo)。在gps丈量中通常采用兩類坐標(biāo)系統(tǒng)，一類是在空間固定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱地固坐標(biāo)系統(tǒng)，我們?cè)诠饭こ炭刂普闪恐谐Ｓ玫毓套鴺?biāo)系統(tǒng)。（如： wgs-84世界大地坐標(biāo)系和1980年西安大地坐標(biāo)系。）在實(shí)際使用中需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，來(lái)求出所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)。這樣更有利于表達(dá)地面控制點(diǎn)的位置和處理gps觀測(cè)成果，因此在丈量中被得到了廣泛的應(yīng)用。二 gps丈量的技術(shù)特點(diǎn)
相對(duì)于常規(guī)的丈量方法來(lái)講，gps丈量有以下特點(diǎn)：
2.1 測(cè)站之間無(wú)需通視。測(cè)站間相互通視一直是丈量學(xué)的困難。gps這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測(cè)站上空必須開闊，以使接收gps衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。
2.2 定位精度高。一般雙頻gps接收機(jī)基線解精度為5mm 1ppm，而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm 5ppm，gps丈量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著間隔的增長(zhǎng)，gps丈量?jī)?yōu)越性愈加突出。大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在小于50公里的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)12
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