GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用前景探討
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全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國陸海空三軍聯(lián)合研制的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，具有全球性、全天侯、連續(xù)性、實時性導(dǎo)航定位和定時功能，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。
相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實現(xiàn)高精度測量，其原理是采用載波相位測量局域差分法：在接收機(jī)之間求一次差，在接收機(jī)和衛(wèi)星觀測歷元之間求二次差，通過兩次差分計算解算出待定基線的長度；求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)算法模型，設(shè)計了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測、國家大地測量、大壩變形觀測等高精度測量；快速靜態(tài)測量以其高效的作業(yè)效率與厘米級精度廣泛應(yīng)用于一般的工程測量；而RTK測量以其快速實時，厘米級精度等特點廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集(如碎部測量)與工程放樣中。RTK技術(shù)代表著GPS相對測地定位應(yīng)用的主流。
GPS測地型接收設(shè)備是實現(xiàn)測地定位的基本條件，接收機(jī)有單頻與雙頻之分，雙頻機(jī)能以L2觀測值修正電離層折射影響，最適宜于中、長基線(大于20km)測量，具有快速靜態(tài)測量的功能，可升級為RTK功能；單頻機(jī)適宜于小于20km的短基線測量，對于一般工程測量具有良好的性能價格比。RTK系統(tǒng)由GPS接收設(shè)備、無線電通訊設(shè)備、電子手薄及配套設(shè)備組成，整套設(shè)備在輕量化、操作簡便性、實時可靠性、厘米級精度等方面的特點，完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。鑒于GPS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星數(shù)有限，在對空通視受遮擋的條件下，不能保證正常解算，影響定位的精度和可靠性。實踐表明，單頻GPS系統(tǒng)由于多環(huán)境的制約，存在著很大的局限性。隨著俄羅斯的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(CLONASS)的不斷完善，利用GLONASS來改善GPS性能的雙星座系統(tǒng)(GLONASS+GPS)已由美國Ashtech公司研制成功，這種全天候、全地域、高精度的系統(tǒng)為用戶提供了更為完善的接收設(shè)備，雙星座系統(tǒng)的接收設(shè)備GPS接收設(shè)備的新水平。
2 GPS技術(shù)在公路測量中的應(yīng)用前景
隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長的西部大開發(fā)的實施，我省的高等級公路建設(shè)迎來前所末有的發(fā)展機(jī)遇，這就對勘測設(shè)計提出了更高的要求，隨著公路設(shè)計行業(yè)軟件技術(shù)和硬件設(shè)備的發(fā)展，公路設(shè)計已實現(xiàn)CAD化，有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測繪產(chǎn)品的支持；建立勘測、設(shè)計、施工、后期管理一體化的數(shù)據(jù)鏈，減少數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)抄、輸入等中間環(huán)節(jié)，是公路勘測設(shè)計“內(nèi)外業(yè)一體化”的要求，也是影響高等級公路設(shè)計技術(shù)發(fā)展的“瓶頸”所在。目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進(jìn)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(qiáng)度大，且效率低，大大延長了設(shè)計周期?？睖y技術(shù)的進(jìn)步在于設(shè)備引進(jìn)和技術(shù)改造，在目前的技術(shù)條件下引入GPS技術(shù)應(yīng)當(dāng)是首選。當(dāng)前，用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測理，為勘測階段測繪帶狀地形圖，路線平面、縱面測量提供依據(jù)；在施工階段為橋梁，隧道建立施工控制網(wǎng)，這僅僅是GPS在公路測量中應(yīng)用的初級階段，其實，公路測量的技術(shù)潛力蘊(yùn)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。下面就RTK技術(shù)在公路勘測中的應(yīng)用作簡單的介紹。
3 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
實時動態(tài)(RTK)定位技術(shù)是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS(RTDGPS)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，還是準(zhǔn)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(jìn)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，其原理是取點位精度較高的首級控制點作為基準(zhǔn)點，安置一臺接收機(jī)作為參考站，對衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測，流動站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號的同時，通過無線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測數(shù)據(jù)，隨機(jī)計算機(jī)根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出流動站的三維坐標(biāo)和測量精度。這樣用戶就可以實時監(jiān)測待測點的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況，根據(jù)待測點的精度指標(biāo)，確定觀測時間，從而減少冗余觀測，提高工作效率。
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