通信论文GPS测量方向论文范文

　　本文选自省级期刊《科技资讯》，《科技资讯》杂志是经国家新闻出版署批准，北京市科学技术研究院主管、北京国际科技服务中心主办的科省级刊物。发表具有学士学位以上的高学历人群各类原创性的学术理论、工作实践、成果综述性文章，充分体现“百家争鸣、百花齐放”的方针，本杂志社向各级政府机关、相关单位、学校等征集学术论文。
　　摘要：GPS测量技术主要依靠卫星导航定位系统，具有测量精度高，速度快的特点，作为一类新形式测量技术，目前在全球各个行业得到了广泛应用和研究，在现代公路测量中得到了迅速推广。本文简单介绍了GPS测量技术的系统组成及工作原理，着重阐述了现代公路测量中GPS技术的具体应用，分析了GPS技术在现代公路测量中的应用前景，并针对今后的发展提出相应建议。

　　关键词：公路测量,应用,GPS,建议

　　随着我国国民经济的快速增长，公路建设力度不断加大，公路建设工程逐渐增多，公路测量的方法和技术手段也在不断提高和完善。由于现代公路线路长、跨越范围广、且已知点少、沿线地形情况错综复杂，常规测量技术由于布网困难，且精度较低，受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，难以满足现代公路测量高精度、实时性、高效性、全天候、多功能和易操作等特点和要求。GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统是美国研制并于1994年投入使用的卫星导航与定位系统，目前其应用技术已遍及国民经济的各个领域，具有全球性、全天候、连续性、实时性的特性以及精密三维导航与定位、定时功能，为使用者提供精密的三维坐标、速度和时间等数据。现代公路测量技术的进步主要依靠设备的引进、技术的改造以及测量人员水平的提高。当前，用GPS技术方法建立公路沿线总体控制测量，为勘测阶段测绘带状地形图、测量路线平面和纵面提供依据，为施工阶段桥梁、隧道建立施工控制网，因能实时提供经可靠性检验厘米级的精度测量成果，可显著提高作业效率，在公路工程上具有十分广阔的应用前景，可产生显著的经济和社会效益。

　　1GPS测量技术概述

　　1.1GPS测量技术的组成

　　GPS测量技术的组成包括空间部分、控制部分和用户部分。

　　空间部分主要用于发出导航定位信号，由24颗GPS工作卫星所组成，其中真正用于导航的有21颗，其余3颗是备用卫星，这些卫星均匀分布在六个轨道面上，各平面之间交角为60°，轨道和地球赤道的倾角为55°，同时以12恒星时为周期绕地球运行。

　　控制部分由分布在全球的五个地面跟踪站组成，根据功能的不同分为主控站、监控站和注入站三种。主控站负责将监控站的数据进行联合处理，并将这些数据编制成导航电文传送至注入站；监控站负责数据具体采集和计算机分析工作，并将处理后的数据存储和传送到主控站；注入站负责将最终的数据注入到卫星的存储系统，并监控注入信息的真实性和正确性。

　　用户部分由GPS接收机硬件、数据处理软件、微处理器及终端设备组成，主要负责接收GPS工作卫星发出的信号，并利用信号进行定位导航，从而实现应用GPS的目的。

　　1.2GPS测量技术的工作原理

　　根据定位方式的不同，GPS可分为绝对定位和相对定位两种。绝对定位是通过海拔、精度和纬度来定位测量点的三维坐标，从而确定定位结果。相对定位是基于地心固定点坐标的两个测点之间的基线向量确定测量结果。根据空间几何理论，如果此时GPS测定站点与三颗卫星之间的距离可以确认，同时三颗卫星的位置是已知的，则可以通过特定的方法计算出该点的具体位置。相对定位的核心思想就是分别在不同观测点安置至少两台GPS和四颗及以上的同步观测卫星，根据求差法原理，消除信号传播时延和接收钟差，计算出站点之间的基线向量。

　　GPS定位的基本工作原理是将高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，根据空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间Δt，再加上接收机接收到的其他数据可确定以下四个方程式：

　　式中：di=sΔti（i=a、b、c、d）分别为卫星a、卫星b、卫星c、卫星d到接收机之间的距离；Δti（i=a、b、c、d）分别为卫星a、卫星b、卫星c、卫星d的信号到达接收机所需要的时间；s为GPS信号的传播速度；x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标；xi、yi、zi（i=a、b、c、d）分别为卫星a、卫星b、卫星c、卫星d在t时刻的空间直角坐标；Vti（i=a、b、c、d）分别为卫星a、卫星b、卫星c、卫星d的卫星钟的钟差；Vt0为接收机的钟差。由以上四个方程可解算出待测点的坐标x、y、z和接收机的钟差Vt0。

　　2GPS技术在公路测量的应用

　　2.1GPS控制测量

　　GPS控制测量工作在现代公路上的应用，按其性质可分为外业和内业两部分。外业工作主要包括选点（观测站址的选择）、观测标志的建立、野外观测作业以及成果质量检核等；内业工作主要包括GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。按照GPS测量实施的工作程序，可分为：技术设计；选点与建立标志；外业观测；成果检核与处理。GPS控制测量的工作程序见图1。

　　2.2GPS静态测量技术

　　接到外业测量任务以后，组织人员需对路线走向进行一个初步勘察，了解沿线GPS点的具体位置和情况，并调查路线的附近是否有高等级GPS点来进行联测继而进行复测的工作。

　　根据待测公路的等级、沿线的地理环境、地形地貌与作业时的卫星接收情况，综合考虑优化的设计方案，进行GPS的控制网布设，沿线每隔5-10km布设一个相对通视GPS的点。GPS在选点时以选线和控制人员作为主要的依据，需选择利于工作和以后的应用点位，需按规范要求埋选标石，现场做好相关的点记工作。外业观测的时候需规定观测时间和有效观测卫星数，GPS点的观测时间、有效观测卫星总数应满足规范的相应等级上的要求。

　　外业测量结束后，需把GPS的数据导入计算机，使用相应软件来进行数据处理与数据的分析，其过程一般分为基线的解算和校核、GPS的控制网的平差计算。每个型号接收机均配有相应平差处理的软件，不同型号接收机与处理软件，其生成数据格式也不同，此数据需通过国际标准格式实行相互的转换，进而对不同数据格式的结果精度进行比较，选择平差结果精度较高的软件。除此以外，首级的GPS控制网需利用全站仪测量附合导线方法来进行加密，依据GPS的分布把路线分成若干段，每段需单独进行附合导线测量，以保证每段的附合导线均在GPS点上。

　　2.3大比例尺地形图绘制

　　现代公路选线大多是在大比例尺带状地形图上进行，传统方法测图，要建立控制点，然后进行碎部测量，绘制成大比例尺地形图（1∶1000或1∶2000），此法工作量大、速度慢、花费时间长。利用实时GPS动态测量技术，只需在沿线每个碎部点上停留1-2分钟，即可获得各点的坐标、高程，结合输入点的特征编码及属性信息，构成带状所有碎部点的数据，用绘图软件在室内即可成图。由于只需采集碎部点的坐标和输入其属性信息，且采集速度快，大大降低了测图难度。

　　2.4道路横、纵断放样和土石方量计算

　　横断放样时，先确定横断面形式（填、挖、半填半挖），然后把横断面设计数据输入电子手簿中（如：边坡坡度、路肩宽度、路幅宽度、超高、加宽、设计高等），生成并储存为一个施工测设放样点文件，到现场可以随时放样测设。纵断放样时，把需要放样的数据先输入到电子手簿中（如：直线正负坡度值、竖曲线半径等），生成并储存为一个施工测设放样点文件，到现场可以随时放样测设。同时利用GPS可帮助自动与地面线衔接进行“戴帽”工作，利用“断面法”进行土方量计算。通过绘图软件绘出沿线的纵断面和各点的横断面图。由于所用数据都是测绘地形图时所采集，不需到现场进行横、纵断面测量，大量减少外业工作。

　　2.5道路中线放样

　　设计人员在大比例尺带状地形图上定线后，需在地面上标定出公路中线。采用实时GPS测量，只需将中桩桩号输入到GPS电子手簿中，系统软件就会自动定出放样点的坐标及点位。由于每个点的测量都是独立完成的，不会产生累计误差，因此各点放样精度趋于一致。道路路线主要由直线、缓和曲线、圆曲线构成，依靠GPS电子手簿，放样时，只要输入各主控点桩号和起终点的方位角、直线段距离、缓和曲线距离、圆曲线半径，即可完成放样操作，此法比传统的弦线拨角法要快速得多。

　　3应用前景及建议

　　GPS测量技术在我国大地测量、工程测量与变形监测等方面已取得良好效果和成功应用，充分证明基于GPS的测量技术的优越性和巨大潜力。随着GPS的不断发展，这一先进技术手段会越来越多的出现在人们的生活周边，同时被更广泛应用到现代公路测量中，为公路测量提供更精准的数据和资料。GPS测量技术在现代公路的控制测量上具有很大的发展前景：①GPS测量技术有着很高的精度，其精度高于传统的经纬仪、全站仪等设备测量的结果，由于不受环境和距离的限制，非常适合地形条件困难地区、局部重点工程地区开展测量；②GPS测量技术可提高工作及成果质量，整个测量过程由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算，数据具有很高的准确性；③GPS高精度高程测量是GPS测量技术应用的重要领域，尤其是在现代公路逐渐向山岭重丘区发展的形势下，常规的几何水准测量实施有困难，GPS高程测量将是一种有效的手段。

　　在今后的发展中，由于GPS观测受到各种外界因素的影响，有可能产生各种随机误差，为了对GPS观测成果进行质量检查，保证成果的可靠，要由非同步独立观测边构成闭合环或符合线路。对GPS网进行优化设计时，为了避免GPS独立边选择的随意性，使外业观测有计划的进行，应使闭合环的边数小于规范的规定，仅允许个别闭合环的边数等于规范的边数，便于及时检查观测结果。除此以外，由于测量过程需要严格的操作来完成，测量企业或相关部门要认识到测量技术人员对测量质量的重要性，需加大测量技术人员的培养和相关培训的工作，在实际测量中，应该将GPS测量与全站仪等传统测量方式相结合，以减少因操作问题所造成误差，提升测量的精准度，促使我国现代公路建设有序发展。

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