1、基于 GPS 的航道工程测量应用研究摘要：航道是重要的水运基础设施，要发展水运，必须加强航道的维护和开发建设。通过 GPS 现代先进的测绘技术的设备，再配合先进数字测深仪同时进行测量，从而大大提高了航道测量的周期和精度。本文首先概述了 GPS 技术的优越性及其局限性，深入探讨了 GPS 在航道工程测量中的应用。 关键词：GPS、航道工程测量、应用 中图分类号：TB22 文献标识码： A 文章编号： 一、前言 随着科技发展，在航道工程测量大量应用了 GPS 技术，主要是由于GPS 是一种全天候、高精度的连续的定位系统，并且具有定位速度快、费用低、方法灵活多样和操作简便等特点，所以它不仅在测量学，
2、而且在导航学及其相关学科领域，获得了及其广泛的应用。 二、GPS 技术简介 全球定位系统 (GPS)的出现已引起了测绘技术的一场革命，它可以高精度、全天候、快速测定地面点的三维坐标，使传统的测量理论与方法产生了深刻变革，促进了测绘科学技术的现代化。 GPS 系统由以下三部分组成： 1、空间星座部分： 全球定位系统的空间星座部分由 24 颗工作卫星，3 颗可随时启用的备用卫星。工作卫星均分布在 6 个近园形轨道内，每个轨道面上有 4颗卫星，卫星轨道面相对地球赤道面的倾角为 55，各轨道平面质检相距 60，即轨道的升交点赤经各相差 60，同一轨道上两卫星之间的升交角距相差 90，轨道平均高度为 2
3、0200km，卫星运行周期为 11h58min。同时在地平线以上的卫星数目随时间和地点而异，最少 4 颗，最多可达 11 颗，由此可见 GPS 是一种全球性全天候的连续实时定位系统。2、地面监控部分： 主要由分布在全球五个地面站组成 GPS 地面监控系统，并以其功能为依据划分为主控站、注入站和监测站三种。主控站负责协调和管理所有地面监控系统的工作，例如：按照所有地面监测站的观测资料推算编制各卫星的星历、卫星钟差和大气层修正参数等，并将以上数据及导航电文传送到注入站；调整卫星状态和启用备用卫星；提供时间基准等。监测站主要是用来连续观测和接受所有 GPS 卫星发出的信号并检测卫星的工作状况，将采集
4、到的数据连同当地的气象观测资料和时间信息经初步处理后传送到主控站。 3、GPS 信号接收机： 任务是能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，跟踪这些卫星运行，并接收到 GPS 信号进行交换、放大和处理，以便测量出 GPS 信号从卫星到接受天线的传播时间，解译出 GPS 卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。接收机硬件和机内软件以及 GPS 数据后处理软件包构成了完整的 GPS 用户设备。GPS 信号接收机的结构分为天线单元和接受单元两部分。 三、GPS 技术的优越性及其局限性 1、GPS 技术的优越性 （1）定位准确，无误差积累 在规定作业半径内，
5、只要达到 GPS 的基本工作要求，GPS 能够同时对测点的三维坐标进行精确测定，在累积误差的前提下，高程测量精度能够达到四等水准要求。在工程实践中，在视野开阔且附近无高大建筑物的控制点上进行基准站架设，其作业半径能够达到 810 km。 （2）观测站之间无需通视 一直以来，传统测量技术在实践过程中都面临着不仅要确保满足通视条件，还要保证良好的测量控制网结构的难题。利用 GPS 技术进行测量时具有观测站之间无需通视的优点，可使测量经费以及时间大大减少，而且能够更为灵活选择点位。 （3）操作简便 GPS 测量具有很高的自动化程度，在进行观测过程中，GPS 能够自动完成卫星的捕获、跟踪观测和记录等均
6、有仪器，测量员只需安装并开关仪器、量取仪器高、监控仪器的工作状态和采集环境的气象数据。 （4）观测时间短 在 GPS 测量过程中，将基站架设在已知控制点上，测量人员手持流动站，利用 RTK 技术每点定位历时仅几秒钟，具有很快的速度。 （5）全天候作业 利用 GPS 技术进行观测能够适应任何地点和时间，通常几乎不受天气状况影响，能够在风雨天开展工作。 2、GPS 技术的局限性 GPS 的使用及精度在一定程度上会受到外部环境的影响，在距离较近的建筑物、高压线路、河道上的桥梁、高大树木均有可能对 GPS 接收效果产生影响，所以进行测量过程中我们要重视上述障碍物的影响。如果不能接受到卫星信号接收，就要
7、利用全站仪、水准仪开展附近的测量工作。现阶段，通过 GPS 技术的升级换代，已大大减轻了以上因素对测量造成的影响，例如现阶段大部分 GPS 已能够接收俄罗斯的 Glonass 卫星信号，使设备跟踪卫星信号的性能大大提升。 四、GPS 在航道工程测量中的应用探讨 1、静态 GPS 测量技术在航道工程测量中的应用主要用于建立航道首级控制网,之后再利用其它测量方法进行加密的附合导线测量。控制网的建立过程如下： 第一步: 到测量任务区进行实地勘察，选择 GPS 点，查看附近高等级 GPS 点以便进行联测，校核精度。 第二步: GPS 控制网的布设应根据航道两岸地形地物、作业时卫星状况、精度要求等因素进
8、行综合设计。 第三步: GPS 选点应考虑便于船舶停靠岸形和避免控制点遭到破坏的地点和有利于采用其他测量方法扩展和联测。 第四步: GPS 观测数据的处理外业观测结束后将 GPS 中的数据传入计算机中, 通过相关计算机软件(包括采集器与计算机通讯软件、网平差及坐标转换软件、基线向量处理软件),对数据进行及时处理并分析其质量。 第五步:开展首级 GPS 控制网的加密作业，借助水准测量附合导线或全站仪测量的方法进行，使每一段附合导线从 GPS 点开始，并在 GPS 点终止。 第六步:计算导线点坐标及平差，在计算机中将每段附合导线测量数据进行角度、距离平差获得最终结果，从而得出平面坐标及高程。 2、
9、RTK 技术在航道测量中的应用 实时动态(RTK)定位技术是 GPS 测量技术发展的一个新突破，是基于载波相位观测值的实时差分 GPS(RTDGPS)技术,在航道维护性测量工程中的应用前景非常广阔。RTK 系统的主要原理为：基准点为点位精度较高的首级控制点, 基准站则是安置一台接收机, 连续观测卫星,接收机在接收卫星信号的那一刻借助无线电传输设备接收基准站上的观测数据,随机计算机以相对定位原理为基础对移动站的平面坐标及高程测量精度进行实时计算并加以显示。 动态定位在航道测量中的应用可以覆盖水深测量、 （河床）地形测量、施工放线、监测和 GIS 前端数据采集。 测量前需要在一控制点上静止观测数据
10、,实时确定采样点的空间位置。现阶段,其定位精度可以达到厘米级。 在航道勘测阶段动态定位模式应用前景非常广阔,能够进行地形测绘、横、纵断面测量，及水深、河床地形等测量工作。测量整个过程在不需通视的条件下,测量 13s,精度就可以达到 1030mm,在这一点上像全站仪此类常规测量仪器是无法比拟的。RTK 技术具有很大的优点:能够对经可靠性检验的厘米级精度的测量成果进行实时动态显示，从而提高了 GPS作业效率,每个测量点只需要停留 12s,移动站小组作业(12 人)可完成地形测量 510km,其精度和效率是常规测量所无法比拟的。GPS 与测深仪连接进行水深测量，可以实时定位采样点水深，精度一般可控制
11、在5cm,充分满足水运工程规范要求。 GPS 静态定位和动态技术相结合的方法可以高效、高精度地完成航道平面控制测量，水深测量，河床地形测量，护岸定线和疏浚放线测量等。 3、航道控制网的建立 按 GPS 勘测规程要求,和水运工程规范的要求，每 0. 51km 间设一控制点,具体情况可以航道两岸地形与地物而定。 四、结语 综上所述,在进行航道工程测量时大量应用 GPS 新设备、新技术能够使测绘生产工作的效率显著提高；对测量成果差错率进行有效控制；确保测绘产品的质量。在实践中，充分应用各类 GPS 测量技术，除了能够节省大量人力、物力、时间外,还能够使工程质量与精度大大提升。 参考文献： 1 林方炎：GPS 定位技术和全站仪相配合在航道测量中的应用， 珠江水运 ， 2007 年 09 期 2 洪剑：内河航道测量及技术控制要点 ， 水运工程 ， 2008 年 09 期
