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gps在公路工程控制丈量中的应用

2017-09-14 02:18 【摘要】gps（global positioning system)全球定位系统是美国研制并在1994年投进使用的卫星导航与定位系统。其应用技术已遍及国民经济的各个领域。在丈量领域，gps系统已广泛用于大地丈量、工程丈量、航空摄影丈量以及地形丈量等各个方面。本文将以开封市的省公路路网项目为例，概略叙述gps系统在公路工程控制丈量中的应用。
关键词： gps定位系统 公路工程 控制丈量 应用一、概述
gps全球定位系统（global positioning system)在公路工程丈量中的应用，在最近的两年得到了迅速推广，这主要依靠于gps系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。我们先了解一下gps系统的组成，工作原理以及在丈量领域的应用特点。
1.1gps系统的组成
gps全球定位系统由空间卫星群和地面监控系统两大部分组成，除此之外，丈量用户当然还应有卫星接收设备。
1.1.1 空间卫星群 gps的空间卫星群由24颗高约20万公里的gps卫星群组成，并均匀分布在6个轨道面上，各平面之间交角为60o，轨道和地球赤道的倾角为55o，卫星的轨道运行周期为11小时58分，这样可以保证在任何时间和任何地点地平线以上可以接收4到11颗gps卫星发送出的信号。
1.1.2 gps的地面控制系统 gps的地面控制系统包括一个主控站、三个注进站和五个监测站，主控站的作用是根据各监控站对 gps的观测数据计算卫星的星历和卫星钟的改正参数等并将这些数据通过注进站注进到卫星中往；同时还对卫星进行控制，向卫星发布指令，调度备用卫星等。监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星工作状态。注进站的作用是将主控站计算的数据注进到卫星中往。gps地面控制系统主要设立在大西洋、印度洋、太平洋和美国本土。 （转载自http://zw.nseac.coM科教作文网）
1.1.3 gps的用户部分由gps接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机、气象仪器等组成，其作用是接收gps卫星发出的信号，利用信号进行导航定位等。在丈量领域，随着现代的科学技术的发展，体积小、重量轻便于携带的gps定位装置和高精度的技术指标为工程丈量带来了极大的方便。例如：我们在控制丈量中使用的天宝（trimble）4800gps测地型接收机其技术指标为：
—∷频主机、天线，rtk电台一体化；
—《捞氐牡绯厣杓啤⑽扌杞酉撸使用4h以上；
5次/秒的快速位置更新，可靠的卫星"超跟踪"技术；
新型于薄式控制器，4m或10m的pcmcia数据存储卡;
丈量精度：静态丈量5mm lppm
rtk丈量 10mm十1ppm（平面）
—20mm十1ppm(高程）
这些技术指标充分的满足了控制丈量的精度要求。
1.2gps的工作原理
gps系统是一种采用间隔交会法的卫星导航定位系统。如图 l示：在需要的位置p点架设gps接收机，在某一时刻ti同时接收了3颗(a、b、c)以上的gps卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻gps接收机至gps卫星的间隔sap、sbp、scp，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置(三维坐标)。从而用间隔交会的方法求得 p点的维坐标(xp,yp，zp)，其数学式为：
sap2=[( xp-xa)2 (yp-ya) 2 (zp za) 2]
sbp2=[( xp-xb)2 (yp-yb) 2 (zp zb) 2]
scp2=[( xp-xc)2 (yp-yc) 2 (zp zc) 2]
式中(xa，ya，za), (xb，yb，zb), (xc，yc，zc)分别为卫星a，b，c 在时刻ti的空间直角坐标。在gps丈量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，我们在公路工程控制丈量中常用地固坐标系统。（如： wgs-84世界大地坐标系和1980年西安大地坐标系。）在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理gps观测成果，因此在丈量中被得到了广泛的应用。二 gps丈量的技术特点 （转载自中国科教评价网www.nseac.com ）
相对于常规的丈量方法来讲，gps丈量有以下特点：