试论GPS原理及在工程测量中的应用

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangli_java
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  摘要:本文通过对全球定位系统(GPS)的基本结构和测量原理进行分析和研究,将GPS在工程测量中所体现的特点进行了提出,并且将GPS在工程测量中的应用实例也做了简单分析和阐述。
  关键词:GPS;工程测量应用实例
  以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统就是GPS,抗干扰性和保密性在其中体现是尤为突出的。所以,在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等中,GPS被较为广泛地运用着,在军事、交通、通信、资源、管理等领域有了更为深入地研究,而且应用也较为广泛。
  一、GPS概括
   1、空间卫星星座、地面监控站以及用户设备三部分是组成GPS的主要因素。
   1.121颗工作卫星和3颗在轨备用卫星在GPS空间卫星星座中起着尤为重要的作用。在6个轨道平面内,均匀分布着24颗卫星,55°是轨道平面的倾角度,20~200km是卫星的平均高度,有11h58min的运行周期。
   1.2分布在全球的一个主控站、三个注入站和五个监测站是组成GPS地面监控站的几个重要方面。主控站是要将各监测站对GPS卫星的观测数据作为依据,将各卫星的轨道参数、钟差参数等计算出来,并且还要将其转变为导航电文,向注入站进行传送,再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。
   1.3GPS 用户设备由GPS 接收机、数据处理软件及其终端设备(如计算机)等组成。
   2、GPS 定位原理
   授时的准确以及秒级的时间信息是GPS接收机可以接收到的信息范围;它可以用在预报未来几个月以内卫星所处概略位置的预报星历;也可以用在对定位時所需卫星坐标的广播星历计算,有几米到几十米的精度范围;以及GPS系统信息,如卫星状况等。
   卫星到接收机的距离,就是由GPS接收机测量码所得到的,因为含有接收机卫星钟的误差以及大气传播误差,所以,就叫做伪距。UA码伪距的得出是通过测量OA码得到的伪距,大约有20米左右的精度,而P码伪距就是由测量P码得到的伪距,大约有2米左右的精度。
   3、GPS 测量的特点
   3.1测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点,使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔,以使接收GPS卫星信号不受干扰。
   3.2定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm,而红外仪标称精度为5mm+5ppm,GPS测量精度与红外仪相当,但随着距离的增长,GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明,在小于50公里的基线上,其相对定位精度可达12×10-6,而在100~500公里的基线上可达10-6~10-7。
   3.3观测时间短。在小于20公里的短基线上,快速相对定位一般只需5分钟观测时间即可。
   3.4提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时,可以精确测定观测站的大地高程。
   3.5操作简便。GPS测量的自动化程度很高。在观测中测量员的主要任务是安装并开关仪器、量取仪器高和监视仪器的工作状态,而其它观测工作如卫星的捕获,跟踪观测等均由仪器自动完成。
   3.6全天候作业。GPS观测可在任何地点,任何时间连续地进行,一般不受天气状况的影响。
  二、实际应用
   1、工程概况本文涉及的工程是一个厂区的施工控制测量,工程位于城郊,厂区东西长0.93KM,南北宽0.47KM,场地为吹填沙,地势平坦。为了本工程设计和施工需要,需建立首级控制网。考虑到业主提供的两个已知GPS 点相距1.24 公里较远且不通视等因素,决定采用GPS 测量。本次测量属于第二次控制点补充测量,随着施工的进展前期所做的5 个GPS 点已不能满足施工需要,本次在原有基础上增设4 个GPS 点。
   2、GPS 测量的技术设计
   2.1设计依据
   GPS 测量的技术设计主要依据1999 年建设部发布的行业标准《城市测量规范》、及《卫星定位城市测量技术规范》CJJ/T 73- 2010,及工程测量合同有关要求制定的。
   2.2设计精度
   根据工程需要和测区情况,选择城市或工程二级GPS 网作为测区首级控制网。要求平均边长小于0.5km,最弱边相对中误差小于1/45000,GPS 接收机标称精度的固定误差a≤10 mm,比例误差系数b≤10×10-6。
   2.3观测计划根据GPS 卫星的可见预报图和几何图形强度,选择最佳观测时段,并编排作业调度表。
   3、GPS 测量的外业实施
   3.1选点
   GPS测量点位选择较为方便,在各测站点之间只要有一个是通视的方向就可以了,它还有着多种多样的图形结构,所以,选点在GPS测量中还是比较容易的,但是它测量存在一定的特殊性,还要对后续的测量有一定的考虑,所以,我们应该注重以下一个问题:
   3.1.1厂区施工的复杂性,易破坏性是需要在选点之前考虑的问题,所以,失业开阔的地方是选点的最佳方位,沿着主要装置轴线方向,并且与地下管线有3米以上的距离,点周围应该尽量避免载重车辆的运行。
   3.1.2为了能够不受到电磁场对信号造成干扰,大功率无线电发射源、高压电线等是绝对不可以进行选点的。
   3.1.3点周围要有15°以上没有障碍物的高度角,这样可以有效地避免遮挡信号或者没有较强的信号。
   3.1.4为了后续测量工作可以方便进行,每一点都应该通视多个方向。
   3.2数据采集
   GPS 测量采用南方测绘公司北极星9600GPS 接收机,采用静态定位模式进行同步观测,仪器高准确至mm。GPS 每时段观测时间5KM 以内基线不少于45 分钟,5KM 以上基线不少于60 分钟。卫星高度角15°,采样间隔10 s。在3 个点上同时安置3 台接收机天线(对中、整平、定向),量取天线高,开机观察,当各项指标达到要求时,按接收机的提示输入相关数据,则接收机自动记录,观测者填写测量手簿。
  参考文献:
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