GPS技术在公路工程测量中的应用?

全球定位系统在公路工程测量中的应用近年来得到了迅速的推广和应用,这主要依赖于GPS系统能够全天候不间断地向全球用户提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息。首先我们来了解一下GPS系统的组成及其在测量领域的应用特点,然后再来说明其在公路工程测量中的应用。

一、全球定位系统简介

GPS,即全球卫星定位系统,是美国军方于20世纪70年代初在子午线卫星导航定位技术的基础上发展起来的一种全球性、全方位(陆地、海洋、航空和航天)全天候的导航、定位、授时和测速系统。GPS技术作为一种先进的测量手段和新的生产力,以其全天候、高精度、自动化测量的特点,已经融入到国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。

GPS系统由三个子系统组成:空间卫星系统、地面监控系统和用户接收系统。

(1)空间卫星系统,GPS的空间卫星群由24颗高度约20万公里的GPS卫星组成,均匀分布在6个轨道平面上。平面之间的角度为60度,轨道与地球赤道之间的倾角为55度。卫星在轨运行周期为11小时58分钟,可保证在地平线以上任何时间任何地点接收4颗卫星。

(2)地面控制系统。GPS地面控制系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。主控站的作用是根据各监测站对GPS的观测数据,计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数,并通过注入站将这些数据注入卫星;同时还控制卫星,给卫星下达指令,调度备份卫星。监测站的功能是接收卫星信号,监测卫星的工作状态。注入站的作用是将主控站计算的数据注入卫星。GPS地面控制系统主要建立在大西洋、印度洋、太平洋和美国。

(3)GPS的用户部分由GPS接收机、数据处理软件和相应的用户设备组成,如计算机、气象仪器等。它的功能是接收GPS卫星发送的信号,并使用这些信号进行导航和定位。

二、GPS测量的特点

1,定位精度高

双频GPS接收机的基线解算精度一般为5mm+1ppm,而红外仪的基线解算精度为5mm+5ppm。GPS测量的精度与红外仪相当,但随着距离的增加,GPS测量的优势越来越突出。大量实验证明,其相对定位精度在小于50KM的基线上可达12×10-6,在100 km ~ 500 km的基线上可达10-6 ~ 65438。

2.站间不需要通视。

站间通视一直是测量中的一大难题,特别是在地形复杂的地区,测量技术人员找视点尤其困难。GPS的出现,特点是不需要站与站之间通视,选点更加灵活方便,但是站的附近一定要宽,这样接收的信号会更好。

3、操作简单

GPS测量的自动化程度很高。目前,GPS接收机趋向于小型化和简化智能操作。不需要很高的技术水平,观测者只需要将天线对中、调平,测量天线高度,打开电源,利用数据处理软件处理数据,即可获得测点的三维坐标,而其他观测工作,如卫星捕获、跟踪观测等,都是一起自动完成的。

三、GPS技术在工程建设领域的应用分析

近年来,交通和建筑系统纷纷引进GPS接收机,推动了我国GPS技术的发展,制定了《全球定位系统城市测量技术规范》CJJ73-79、《全球定位系统(GPS)测量技术规范》CH2001-92等标准。GPS技术在工程建设领域的应用主要表现在公路、桥梁、隧道的测量和定位控制。

1、公路测量控制网的布设

目前,公路路线GPS网的测量方案基本有两种:一种是路线所有控制点均采用GPS测量,即沿路线纵向每500m~1000m布置一个GPS点,相邻GPS点相互通视;另一种是沿路线纵向每隔5km~10km布置一对GPS点(一个为控制点,一个为方向点)。

2、公路的平纵断面放样和土方量计算。

纵断面放样时,先将需要放样的数据输入到电子手册中(如各变坡点的桩号、直线的正负坡值、竖曲线的半径),生成施工放样放样点文件,并存储起来,以便随时在现场进行放样。

放样横断面时,先确定横断面形式(填、挖、半填半挖),然后将横断面设计数据输入电子笔记本(如边坡坡度、路肩宽度、路宽、超高、加宽、设计高度),生成施工放样点文件,保存,可随时到现场放样。同时,软件可以自动与地面线连接进行“封顶”工作,使用“断面法”计算土方量。通过绘图软件,可以绘制沿线的纵剖面和各点的横断面图。

3、桥梁结构放样

对于建在河道上的大跨度桥梁,传统的光学仪器和全站仪很难定位,因为河道太宽,多雾,容易造成仪器读数误差。另外,天气条件多变,观测浮标位置浮动,影响定位精度。而GPS是利用空间三点距离交会的原理来定位,不受河流外部情况的干扰,不要求点与点之间通视,大大提高了工作效率。其平面坐标定位精度约为5 5mm 1ppm,基线长度几米到几十公里,满足桥梁控制网的精度要求。

4.实时动态(RTK)定位有两种测量模式:快速静态定位和动态定位。两种定位模式的结合,可以涵盖公路勘测、施工放样、监理以及GIS(地理信息系统)前端数据采集。

4.1快速静态定位模式。GPS接收机需要在每个移动站静态观察。观测时,同时接收参考站和卫星的同步观测数据,实时计算出整个未知数和用户站的三维坐标。如果计算结果的变化趋于稳定,且精度满足设计要求,则可以结束实时观测。一般用于控制测量,如控制网加密;如果采用常规测量方法(如全站仪测量),受客观因素影响较大,在自然条件恶劣的地区实施难度较大,而RTK快速静态测量则可以事半功倍。单点定位仅需5-10min(随着技术的不断发展,定位时间会缩短),不到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的加密。

4.2动力定位测量前,需要在一个控制点观测几分钟(有的仪器只需要2 ~ 10s)进行初始化,然后流动站就可以按预定的采样间隔自动观测,与参考站的同步观测数据一起,实时确定采样点的空间位置。目前其定位精度可以达到厘米级。

动态定位模式在公路测量阶段具有广阔的应用前景,可以完成地形测绘、中桩测量、横断面测量、纵断面地面线测量等。测量2 ~ 4 s后,精度可达1 ~ 3 cm,整个测量过程无需通视,具有常规测量仪器(如全站仪)无法比拟的优势。

动词 (verb的缩写)促销建议

5.1,GPS静态定位技术与动态定位技术相结合,可以高效、准确地完成公路平面控制测量。

5.2.在生产过程中,采用常规方法与GPS技术相结合的生产工艺,可以大大提高生产效率。

5.3.随着以RTK技术为特征的GPS技术的发展,各厂商相继推出具有自主专利技术的仪器,其初始化时间更短,跟踪能力更强,精度更高,可靠性更强,性价比更好。勘察设计单位倾向于更换全站仪,因此在更新单位设备时应考虑这一因素。

5.4.GPS技术在公路测量中的应用是公路测量中一次革命性的技术创新,将更新传统的作业理念。

不及物动词结束语

GPS全球定位系统(GlobalpositioningSys-tem,简称tem)是由美国军方开发和建造的一种全球性、多用途、全天候的导航、定位、授时和测速系统。目前,GPS已广泛应用于工程建设等诸多领域,在我国公路工程测量中的应用才刚刚起步。相信随着我国经济的发展和GPS技术应用研究的逐步深入,GPS将在现代公路建设中发挥更大的作用。

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