GPS测量技术及其在工程测量中的应用.doc

1、1GPS 测量技术及其在工程测量中的应用摘要：当前 RTD 技术的定位精度较低，尚不能满足工程测量的精度要求，而 RTK 技术的定位精度已能达到厘米级，完全可以满足一般工程测量的精度要求。本文介绍了 GPS 系统测量技术的主要特点，探讨了GPS 全球定位系统在工程测量中的应用。 关键词：GPS 测量技术工程测量特点应用 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： GPS 系统的全称是卫星测时导航/ 全球定位系统( Navig at ion Satellite T iming And Ranging/ Global Positioning Sy stem) , 它是美国国防部于 19

2、73 年 12 月批准研制的以卫星为基础的无线电导航定位系统, 整个系统由三大部分组成空间 GPS 卫星星座、地面监控系统以及用户设备 GPS 接收机。该系统具有全能性( 海、陆、空及航天) 、全球性、全天候、连续性、实时性的导航、定位和定时的功能, 它可以向数目不限的全球用户连续地提供三维坐标、速度及时间信息。2000 年 5 月以来, 美国政府取消了“S A”、 “AS”等限制民用精度的政策, 并研发了一系列提高民用精度的技术( L2 载波上增加 C/ A 码、加入第三民用频率 L5) , 进一步改善系统的可用性、安全性和可靠性 , 使得该系统开始广泛应用于各种运载工具的导航以及高精度的大

3、地测量、精密工程测量等领域。 一、GPS 系统测量技术的主要特点 21、定位精度高。实践证明, 用载波相位观测量进行静态相对定位在小于 50 km 的基线上可达 1 ppm;3001 500 m 工程精密定位中, 平面位置误差小于 1mm( 1 h 以上观测) ; 实时动态定位 ( RTK) 可达厘米级的精度。 2、观测时间短。目前, 20 km 以内静态相对定位的时间仅需 1520 min, 快速静态定位只需 2 min 左右, 实时动态定位每站观测 12 s 就可完成。 3、测站间无需通视。这是 GPS 技术区别于常规测量的最大优点, 尤其是布设长大线路施工控制网时,可省去大量的传算点、过

4、渡点的测量, 大大减少测量作业时间和费用, 同时也使选点布网变得非常灵活。 4、操作简便。GPS 接收机自动化程度非常高 , 外业观测时, 测量人员的任务只是安置仪器、连接线缆( 一体化机则不需要) 、量取天线高、开关机及监视仪器工作状态, 野外测量工作轻松愉快。 5、全球全天候测量。目前卫星数已达 30 颗, 正常情况下随时都可以进行测量定位。除雷电、台风天气不宜观测外, 其它如阴天黑夜、起雾下雨均不影响, 这一点也是常规测量所无法比拟的。 二、GPS 全球定位系统在工程测量中的应用 GPS 全球定位系统( G lobal Pos itioning System ) 在工程测量中的应用, 在

5、最近的两年得到了迅速推广, 这主要依赖于 GPS 系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。工程测量主要应用了 GPS 的两大功能: 静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息, 确定地面某点的三维坐标; 3动态功能是通过卫星系统, 把已知的三维坐标点位, 实地放样地面上。利用 GPS 静态定位技术和动态定位技术相结合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制测量。例如在公路控制测量中使用静态功能这一技术进行定线测量的精度可以完全满足公路勘察设计和公路建设的精度要求。下面以 GPS 测量技术在公路测量中的应用为例介绍 GPS 系统在实际工程测量

6、工作中的应用。 随着国民经济的快速增长, 国内高等级公路建设迎来前所末有的发展机遇, 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测绘产品的支持; 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

7、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量, 为勘测阶段测绘带状地形图、路线平面、纵横断面测量提供依据; 在施工阶段为桥梁, 隧道建立施工控制网, 这仅仅是 GPS 在公路测量中应用的初级阶段, 公路测量的技术潜力蕴于 RTK(实时动态定位) 技术的应用之中, RTK 技术在公路工程测量中的应用, 有着非常广阔的前景。下面就 RTK 技术在公路勘测中的应用作简单的介绍。 实时动态( RTK) 定位技术是 GPS 测量技术发展的一个新突破, 在公4路工程中有广阔的应用前景。众所周知, 无论静态定位, 还是准动态定位等定位模式, 由于数据处理滞

8、后, 所以无法实时解算出定位结果, 而且也无法对观测数据进行检核, 这就难以保证观测数据的质量, 在实际工作中经常需要返工来重测由于粗差造成的不合格观测成果。解决这一问题的主要方法就是延长观测时间来保证测量数据的可靠性, 这样一来就降低了 GPS 测量的工作效率。实时动态定位( RTK)系统由基准站和流动站组成, 建立无线数据通讯是实时动态测量的保证, 其原理是取点位精度较高的首级控制点作为基准点, 安置 1 台接收机作为参考站, 对卫星进行连续观测, 流动站上的接收机在接收卫星信号的同时, 通过无线电传输设备接收基准站上的观测数据, 随机计算机根据相对定位的原理实时计算显示出流动站的三维坐标

9、和测量精度。这样用户就可以实时监测待测点的数据观测质量和基线解算结果的收敛情况, 根据待测点的精度指标, 确定观测时间, 从而减少冗余观测, 提高工作效率。 实时动态( RTK )定位有快速静态定位和动态定位两种测量模式, 两种定位模式相结合, 在公路工程中的应用可以覆盖公路勘测、施工放样、监理和 GIS(地理信息系统)前端数据采集。 1、快速静态定位模式 要求 GPS 接收机在每一流动站上, 静止的进行观测。在观测过程中, 同时接收基准站和卫星的同步观测数据, 实时解算整周未知数和用户站的三维坐标, 如果解算结果的变化趋于稳定,且其精度已满足设计要求, 便可以结束实时观测。一般应用在控制测量

10、中, 如控制网加密; 若采用常规测量方法( 如全站仪测量) , 受客观因素影响较大, 在自然条件比5较恶劣的地区实施比较困难, 而采用 RTK 快速静态测量 , 可起到事半功倍的效果。单点定位只需要 5 10 m in 不及静态测量所需时间的五分之一, 在公路测量中可以代替全站仪完成导线测量等控制点加密工作。 2、动态定位 测量前需要在一控制点上静止观测数分钟(有的仪器只需 2 10 s)进行初始化工作, 之后流动站就可以按预定的采样间隔自动进行观测, 并连同基准站的同步观测数据, 实时确定采样点的空间位置。其定位精度可以达到厘米级。动态定位模式在公路勘测阶段有着广阔的应用前景, 可以完成地形

11、图测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面测量等工作。且整个测量过程不需通视, 有着常规测量仪器(如全站仪)不可比拟的优点。3、RTK 技术的优点 RTK 技术主要具有以下优点: （1）实时动态显示经可靠性检验的厘米级精度的测量成果( 包括高程); （2）彻底摆脱了由于粗差造成的返工, 提高了 GPS 作业效率; （3）作业效率高, 每个放样点只需要停留 2 4 s, 其精度和效率是常规测量所无法比拟的; （4）应用范围广, 可以涵盖公路测量(包括平、纵、横), 施工放样, 监理, 竣工测量, 养护测量, G IS 前端数据采集诸多方面; （5）如辅助相应的软件, RTK 可与全站仪联合作业, 充分

12、发挥 RTK与全站仪各自的优势。 6参考文献： 1 马奔腾,赵新跃.GPS 技术在公路测量中的应用J. 科技资讯. 2008(11) 2李亚东.浅议 GPS 技术在现代化测量中的应用J. 华章. 2011(17) 3 庄蕊.浅谈全球定位系统 GPS 技术在矿区测量中的应用J. 科技致富向导. 2011(08) 4 王新立.浅谈 GPS 技术在国土资源管理中的应用J.中国科技信息. 2009(23) 5 田倩.GPS 技术在地籍测量中的应用J. 中国科技信息. 2009(14) 6 鲍桂叶.GPS 技术在土地利用动态监测中的应用J. 科技资讯. 2008(07) 7 董杰,顾斌,董妍,李菲菲.GPS 技术在矿区环境灾害监测中的应用J. 科技风. 2010(15) 8 马奔腾,赵新跃.GPS 技术在公路测量中的应用J. 科技资讯. 2008(11)