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淺談GPS技術(shù)在公路外業(yè)測量中的應(yīng)用

2008-09-04 15:16    【  【打印】【我要糾錯】

  摘要:全球定位系統(tǒng)GPS是美國陸海空三軍聯(lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),作為新一代衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng),不僅具有良好的抗干擾性和保密性,且具有全球性、全天候、連續(xù)性、實時性的精密三維導(dǎo)航與定位能力,能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。

  關(guān)鍵詞:GPS;RTK;公路測量

  隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,GPS技術(shù)步入公路行業(yè)。我經(jīng)過六年對GPS測量的使用情況作以下淺談:

  一、GPS測量簡介

  全球定位系統(tǒng)GPS是美國陸?杖娐(lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),作為新一代的衛(wèi)星導(dǎo)航和定位系統(tǒng),不僅具有良好的抗干擾性和保密性,而且具有全球性、全天候、連續(xù)性、實時性的精密三維導(dǎo)航與定位能力,能為各類用戶提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時間。單點導(dǎo)航定位與相對測地定位是GPS應(yīng)用的兩個方面,對常規(guī)測量而言相對測地定位是主要的應(yīng)用方式。

  全球定位系統(tǒng)是美國研制并投入使用的衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。在測量領(lǐng)域,GPS系統(tǒng)已廣泛用于大地測量、工程測量、以及地形測量等各個方面,尤其是實時動態(tài)(RTK)定位技術(shù)在公路測量中蘊含著巨大的技術(shù)潛力。

  二、GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用前景

  目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設(shè)備,但常規(guī)測量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制,作業(yè)強度大,且效率低,大大延長了設(shè)計周期。利用GPS測量能克服上述列舉的缺陷,并提高作業(yè)的效率,減輕勞動強度,保證了各級公路測設(shè)質(zhì)量。相對于以往測量來說,GPS測量主要有以下特點:

  ①測站之間無需通視。測站間相互通視一直是測量學(xué)的難題。GPS這一特點,使得選點更加靈活方便。

  ②定位精度高。一般雙頻GPS接收機基線解精度為5mm+1ppm,而紅外儀標(biāo)稱精度為5mm+5ppm,GPS測量精度與紅外儀相當(dāng),但隨著距離的增長,GPS測量優(yōu)越性愈加突出。

  ③觀測時間短。在小于20km的短基線上,快速相對定位一般只需5min觀測時間即可。

  ④提供三維坐標(biāo)。GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時,可精確測定觀測站的大地高程。

  ⑤操作簡便。GPS測量的自動化程度很高,在觀測中測量員的主要任務(wù)是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài),而其他觀測工作如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測等均由儀器自動完成。

  當(dāng)前,公路測量的技術(shù)潛力蘊于RTK(實時動態(tài)定位)技術(shù)的應(yīng)用之中,RTK技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用,有著非常廣闊的前景。

  三、RTK技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用

  3.1實時動態(tài)(RTK)定位技術(shù)簡介:是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS(RTK)技術(shù),它是GPS測量技術(shù)發(fā)展的一個新突破,在公路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。眾所周知,無論靜態(tài)定位,還是動態(tài)定位等定位模式,由于數(shù)據(jù)處理滯后,所以無法實時解算出定位結(jié)果,而且也無法對觀測數(shù)據(jù)進行檢核,這就難以保證觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。在實際工作中經(jīng)常需要返工來重測由于粗差造成的不合格觀測成果。解決這一問題的主要方法就是延長觀測時間來保證測量數(shù)據(jù)的可靠性,這樣一來就降低了GPS測量的工作效率。實時動態(tài)定位(RTK)系統(tǒng)由基準(zhǔn)站和流動站組成,建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)測量的保證。實時動態(tài)(RTK)定位有靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種測量模式,兩種定位模式相結(jié)合,在公路工程中的應(yīng)用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監(jiān)理和GIS(地理信息系統(tǒng))前端數(shù)據(jù)采集。

  3.2應(yīng)用。最新的RTK技術(shù)在公路測設(shè)中具備以下幾個功能和作用:

  ①繪制大比例尺地形圖。高等級公路選線多是在大比例尺(1:1000或1:2000)帶狀地形圖上進行。用傳統(tǒng)方法測圖,先要建立控制點,然后進行碎部測量,繪制成大比例尺地形圖。這種方法工作量大,速度慢,花費時間長。用實時GPS動態(tài)測量可以完全克服這個缺點,只需在沿線每個碎部點上停留一兩分鐘,即可獲得每點的坐標(biāo)、高程。結(jié)合輸入的點特征編碼及屬性信息,構(gòu)成帶狀所有碎部點的數(shù)據(jù),在室內(nèi)即可用繪圖軟件成圖。由于只需要采集碎部點的坐標(biāo)和輸入其屬性信息,而且采集速度快,因此大大降低了測圖難度,既省時又省力,非常實用。

  ②道路中線放樣。設(shè)計人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后,需將公路中線在地面上標(biāo)定出來。采用實時GPS測量,只需將中樁點坐標(biāo)輸入到GPS電子手簿中,系統(tǒng)軟件就會自動定出放樣點的點位。由于每個點測量都是獨立完成的,不會產(chǎn)生累計誤差,各點放樣精度趨于一致。

  ③道路的橫、縱斷放樣和土石方量計算?v斷放樣時,先把需要放樣的數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中,生成一個施工測設(shè)放樣點文件,并儲存起來,隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè);橫斷放樣時,先確定出橫斷面形式(填、挖、半填半挖),然后把橫斷面設(shè)計數(shù)據(jù)輸入到電子手簿中(如邊坡坡度、路肩寬度、路幅寬度、超高、加寬、設(shè)計高),生成一個施工測設(shè)放樣點文件,儲存起來,并隨時可以到現(xiàn)場放樣測設(shè)。同時軟件可以自動與地面線銜接進行“戴帽”工作,并利用“斷面法”進行土方量計算。通過繪圖軟件,可繪出沿線的縱斷面和各點的橫斷面圖來。因為所用數(shù)據(jù)都是測繪地形圖時采集而來的,不需要到現(xiàn)場進行縱、橫斷面測量,大大減少了外業(yè)工作。而且必要時,可用動態(tài)GPS到現(xiàn)場檢測復(fù)合,這與傳統(tǒng)方法相比,既經(jīng)濟又實用。

  3.3RTK技術(shù)的優(yōu)點:

  ①實時動態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗的厘米級精度的測量成果(包括高程)。②徹底擺脫了由于粗差造成的返工,提高了GPS作業(yè)效率。

  ③作業(yè)效率高,每個放樣點只需要停留1-2s,流動站小組作業(yè),每小組(3-4人)可完成中線測量5-10km,其精度和效率是常規(guī)測量所無法比擬的。

  ④在中線放樣的同時完成中樁抄平工作。

  ⑤應(yīng)用范圍廣,可以涵蓋公路測量(包括平、縱、橫),施工放樣,監(jiān)理,竣工測量,養(yǎng)護測量,GIS前端數(shù)據(jù)采集諸多方面。

  ⑥如輔助相應(yīng)的軟件,RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè),充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的優(yōu)勢。

  參考文獻:

  [1]徐紹銓。GPS測量原理及應(yīng)用[M].武漢測繪科技大學(xué)出版社。1998

  [2]高德慈,文孔越。測量學(xué)[M].北京工業(yè)大學(xué)出版社。1996

延伸閱讀:GPS 技術(shù) 公路
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