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談GPS測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村公路的應(yīng)用
摘要:本文主要從GPS測(cè)量技術(shù)的工作原理、GPS測(cè)量的特點(diǎn)及GPS測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村公路中的應(yīng)用等進(jìn)行論述。
關(guān)鍵詞:GPS;農(nóng)村公路;測(cè)量;誤差
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,測(cè)量技術(shù)從傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀 水準(zhǔn)儀到全站儀 水準(zhǔn)儀,再到 GPS測(cè)量技術(shù),經(jīng)歷了一個(gè)不斷更新的過程。GPS全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System)是美國(guó)研制并在1994年投入使用的壘球衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。近年來,GPS系統(tǒng)因具有全球性、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)間等優(yōu)點(diǎn),其技術(shù)的應(yīng)用已遍及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,特別是在公路測(cè)量的應(yīng)用上已經(jīng)較為普遍。GPS系統(tǒng)在應(yīng)有方面主要分為單點(diǎn)導(dǎo)航定位與相對(duì)測(cè)地定位,而對(duì)于常規(guī)測(cè)量而言,相對(duì)測(cè)地定位是主要的應(yīng)用方式。在此,本文將重點(diǎn)談?wù)凣PS測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村公路的應(yīng)用。
1GPS測(cè)量技術(shù)的工作原理
相對(duì)測(cè)地定位是利用L1和L2載波相位觀測(cè)值實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量,其原理是采用載波相位測(cè)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(cè)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(zhǎng)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。而RTK技術(shù)代表著GPS相對(duì)測(cè)地定位應(yīng)用的主流。
2GPS測(cè)量的特點(diǎn)
GPS系統(tǒng)是目前在導(dǎo)航定位領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng),其可為各類用戶連續(xù)提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度及時(shí)間信息。GPS測(cè)量主要特點(diǎn)如下:
2.1功能多、用途廣
GPS系統(tǒng)不僅可以用于測(cè)量、導(dǎo)航,還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速的精度可達(dá)0.1 m/s,測(cè)時(shí)的速度可達(dá)幾十毫微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。
2.2定位精度高
一般雙頻 GPS接收機(jī)基線解精度為 5 mm 1 ppm,而紅外儀標(biāo)稱精度為 5 mm 5 ppm,GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng),但隨距離的增長(zhǎng),GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。大量試驗(yàn)證明,在小于50 km的基線上,其相對(duì)定位精度可達(dá)12×10-6,而在100 km～500 km的基線上可達(dá)10-6～10-7。
2.3實(shí)時(shí)定位
利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航,即可實(shí)時(shí)確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維位置和速度,可實(shí)時(shí)保障運(yùn)動(dòng)載體沿預(yù)定航線運(yùn)行,亦可選擇最佳路線。特別是對(duì)軍事上動(dòng)態(tài)目標(biāo)的導(dǎo)航,具有十分重要的意義。
2.4觀測(cè)時(shí)間短
采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在30 min～40 min左右,采用快速靜態(tài)定位方法,觀測(cè)時(shí)間更短。例如,使用 Timble4800 GPS接收機(jī)的 RTK法可在5 s以內(nèi)求得測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。
2.5測(cè)站之間無需通視
這是GPS技術(shù)區(qū)別于常規(guī)測(cè)量的最大優(yōu)點(diǎn)。常規(guī)測(cè)量技術(shù)需要保持良好的通視條件,又要保障測(cè)量控制網(wǎng)的良好圖形結(jié)構(gòu)。而GPS測(cè)量只要求測(cè)站15°以上的空間視野開闊,與衛(wèi)星保持通視即可。其這一優(yōu)點(diǎn),使得在布設(shè)長(zhǎng)大線路施工控制網(wǎng)時(shí),可省去大量的傳算點(diǎn)、過渡點(diǎn)的測(cè)量,大大減少測(cè)量作業(yè)時(shí)間和費(fèi)用,同時(shí)也使選點(diǎn)布網(wǎng)變得非常靈活。
2.6操作簡(jiǎn)便
GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。目前,GPS接收機(jī)已趨小型化和自動(dòng)化,在觀測(cè)中測(cè)量員只需打開 GPS接收機(jī)、量取天線高、采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)、監(jiān)視儀器的工作狀態(tài),而其他工作,如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測(cè)和記錄等均由儀器自動(dòng)完成,然后利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。觀測(cè)結(jié)束時(shí),僅需關(guān)閉電源,收好接機(jī),便完成野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
2.7可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)
經(jīng)典大地測(cè)量將平面和高程采用不同方法分別施測(cè)。在GPS測(cè)量中,在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí),可以精確測(cè)量觀測(cè)站的大地高程。其這一特點(diǎn),不僅為研究大地水準(zhǔn)面的形狀和確定地面點(diǎn)的高程開辟了新途徑,同時(shí)也為其在航空物探、航空攝影測(cè)量及精密導(dǎo)航中的應(yīng)用,提供了重要的高程數(shù)據(jù)。
2.8全天候作業(yè)
GPS衛(wèi)星較多,且分布均勻,保證了全球地面被連續(xù)覆蓋,使得在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)候進(jìn)行項(xiàng)觀測(cè)工作,通常情況下,除雷雨天氣不宜觀測(cè)外,一般不受天氣狀況的影響。
3GPS測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村公路中的應(yīng)用
3.1農(nóng)村公路調(diào)查內(nèi)容
農(nóng)村公路調(diào)查對(duì)象主要是縣鄉(xiāng)道路以及復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)的村道,另外,還要對(duì)每個(gè)建制村道路的通達(dá)情況作相關(guān)的調(diào)查。在外業(yè)數(shù)據(jù)采集中主要采集的數(shù)據(jù)有各條道路的長(zhǎng)度、路基路面寬、路面類型、所經(jīng)過的村委以及村小學(xué)等標(biāo)志性建筑的地理坐標(biāo)、各起終點(diǎn)的坐標(biāo)、名稱以及各分段點(diǎn)的信息等。
3.2GPS外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程
3.2.1準(zhǔn)備工作
GPS在農(nóng)村公路測(cè)量中應(yīng)用時(shí),可采用“邊采集、邊錄入”的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模式,一般情況下,一個(gè)測(cè)量小組由1人負(fù)責(zé) GPS 接收機(jī)的開關(guān)以及掌上電腦的錄入工作、1人負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)和出現(xiàn)特殊情況時(shí)的記錄工作、一名鄉(xiāng)鎮(zhèn)向?qū)Ш鸵幻緳C(jī)共4人組成。
在采集工作出發(fā)之前,應(yīng)先做好采集計(jì)劃,如安排好采集行程;提前準(zhǔn)備好已有的周邊路線圖作為采集底圖,并打印一份供采集時(shí)參考;對(duì)需要采集的路線以及附屬設(shè)施提前準(zhǔn)備好相關(guān)已有的資料(如路線編號(hào),起點(diǎn)名稱,起點(diǎn)路基寬度及路面寬度,道路等級(jí),路面性質(zhì),穿越了幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、建制村,沿線共有幾座橋梁、大概在什么位置等),做到心中有數(shù),提高采集效率。
在采集前,應(yīng)先將GPS接收機(jī)與掌上電腦正確連接,然后通過藍(lán)牙連接將 GPS接收到的信號(hào)反映在掌上電腦上,并確保GPS連接和信息輸出正常。
3.2.2主要操作
GPS外業(yè)采集功能主要是實(shí)現(xiàn)公路路線、橋梁、隧道、渡口、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、建制村等圖形和屬性一體化采集,具體包括采集新路線、路線分段、停止采集路線、繼續(xù)采集路線、點(diǎn)采集(如橋梁、隧道、渡口、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、建制村等位置和屬性信息)等功能。在進(jìn)行外業(yè)采集之前,在GPS采集子系統(tǒng)中主要操作有:
(1)打開GPS:GPS接收機(jī)與計(jì)算機(jī)連接正常并輸出有效的GPS數(shù)據(jù)后,通過“打開GPS”功能,建立與GPS接收機(jī)的通信連接。
(2)關(guān)閉GPS:在e-Road系統(tǒng)中斷開與GPS接收機(jī)的通信連接,只有在打開了GPS后才能關(guān)閉。
(3)查看GPS狀態(tài):當(dāng)打開GPS后,可查看GPS當(dāng)前的狀態(tài),是否正常接收衛(wèi)星信號(hào),以及GPS輸出的數(shù)據(jù)是否有效等信息。
(4)采集新路線:開始采集一條路線,記錄該條路線的線形、線位和調(diào)查指標(biāo)信息,如果GPS已經(jīng)打開并且定位后,就可以進(jìn)行路線的采集。
(5)路線分段:當(dāng)路線的調(diào)查指標(biāo)發(fā)生變化且符合路線分段原則時(shí),需要添加一個(gè)路段,在采集路線的過程中,在路線分界點(diǎn)叫司機(jī)停下,并點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)平面上點(diǎn)擊“分段”按鈕,并輸入分段原因: 路面情況發(fā)生
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