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GPS測量技術在農村公路的應用
摘要:本文主要從GPS測量技術的工作原理、GPS測量的特點及GPS測量技術在農村公路中的應用等進行論述。
關鍵詞:GPS;農村公路;測量;誤差
Abstract: The artical described GPS operation principle, GPS of measuring technology mainly measure the application of technology in the rural highway etc..
Key words: GPS; rural highway; measurement; error
隨著科學技術的不斷發展,測量技術從傳統的經緯儀+水準儀到全站儀+水準儀,再到 GPS測量技術,經歷了一個不斷更新的過程。GPS全球定位系統(Global Positioning System)是美國研制并在1994年投入使用的壘球衛星導航與定位系統。近年來,GPS系統因具有全球性、全天侯、連續性、實時性導航定位和定時功能,能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間等優點,其技術的應用已遍及我國國民經濟的各個領域,特別是在公路測量的應用上已經較為普遍。GPS系統在應有方面主要分為單點導航定位與相對測地定位,而對于常規測量而言,相對測地定位是主要的應用方式。在此,本文將重點談談GPS測量技術在農村公路的應用。
1GPS測量技術的工作原理
相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實現高精度測量,其原理是采用載波相位測量局域差分法:在接收機之間求一次差,在接收機和衛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鍵技術,根據算法模型,設計了靜態、快速靜態以及RTK等作業模式。而RTK技術代表著GPS相對測地定位應用的主流。
2GPS測量的特點
GPS系統是目前在導航定位領域應用最為廣泛的系統,其可為各類用戶連續提供動態目標的三維位置、三維速度及時間信息。GPS測量主要特點如下:
2.1功能多、用途廣
GPS系統不僅可以用于測量、導航,還可用于測速、測時。測速的精度可達0.1 m/s,測時的速度可達幾十毫微秒。其應用領域不斷擴大。
2.2定位精度高
一般雙頻 GPS接收機基線解精度為 5 mm + 1 ppm,而紅外儀標稱精度為 5 mm+5 ppm,GPS測量精度與紅外儀相當,但隨距離的增長,GPS測量優越性愈加突出。大量試驗證明,在小于50 km的基線上,其相對定位精度可達12×10-6,而在100 km～500 km的基線上可達10-6～10-7。
2.3實時定位
利用全球定位系統進行導航,即可實時確定運動目標的三維位置和速度,可實時保障運動載體沿預定航線運行,亦可選擇最佳路線。特別是對軍事上動態目標的導航,具有十分重要的意義。
2.4觀測時間短
采用GPS布設控制網時每個測站上的觀測時間一般在30 min～40 min左右,采用快速靜態定位方法,觀測時間更短。例如,使用 Timble4800 GPS接收機的 RTK法可在5 s以內求得測點坐標。
2.5測站之間無需通視
這是GPS技術區別于常規測量的最大優點。常規測量技術需要保持良好的通視條件,又要保障測量控制網的良好圖形結構。而GPS測量只要求測站15°以上的空間視野開闊,與衛星保持通視即可。其這一優點,使得在布設長大線路施工控制網時,可省去大量的傳算點、過渡點的測量,大大減少測量作業時間和費用,同時也使選點布網變得非常靈活。
2.6操作簡便
GPS測量的自動化程度很高。目前,GPS接收機已趨小型化和自動化,在觀測中測量員只需打開 GPS接收機、量取天線高、采集環境的氣象數據、監視儀器的工作狀態,而其他工作,如衛星的捕獲、跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成,然后利用數據處理軟件對數據進行處理,即求得測點三維坐標。觀測結束時,僅需關閉電源,收好接機,便完成野外數據采集任務。
2.7可提供全球統一的三維地心坐標
經典大地測量將平面和高程采用不同方法分別施測。在GPS測量中,在精確測定觀測站平面位置的同時,可以精確測量觀測站的大地高程。其這一特點,不僅為研究大地水準面的形狀和確定地面點的高程開辟了新途徑,同時也為其在航空物探、航空攝影測量及精密導航中的應用,提供了重要的高程數據。
2.8全天候作業
GPS衛星較多,且分布均勻,保證了全球地面被連續覆蓋,使得在地球上任何地點、任何時候進行項觀測工作,通常情況下,除雷雨天氣不宜觀測外,一般不受天氣狀況的影響。
3GPS測量技術在農村公路中的應用
3.1農村公路調查內容
農村公路調查對象主要是縣鄉道路以及復合標準的村道,另外,還要對每個建制村道路的通達情況作相關的調查。在外業數據采集中主要采集的數據有各條道路的長度、路基路面寬、路面類型、所經過的村委以及村小學等標志性建筑的地理坐標、各起終點的坐標、名稱以及各分段點的信息等。
3.2GPS外業數據采集流程
3.2.1準備工作
GPS在農村公路測量中應用時,可采用“邊采集、邊錄入”的現場數據采集模式,一般情況下,一個測量小組由1人負責 GPS 接收機的開關以及掌上電腦的錄入工作、1人負責相關數據和出現特殊情況時的記錄工作、一名鄉鎮向導和一名司機共4人組成。
在采集工作出發之前,應先做好采集計劃,如安排好采集行程;提前準備好已有的周邊路線圖作為采集底圖,并打印一份供采集時參考;對需要采集的路線以及附屬設施提前準備好相關已有的資料(如路線編號,起點名稱,起點路基寬度及路面寬度,道路等級,路面性質,穿越了幾個鄉鎮、建制村,沿線共有幾座橋梁、大概在什么位置等),做到心中有數,提高采集效率。
在采集前,應先將GPS接收機與掌上電腦正確連接,然后通過藍牙連接將 GPS接收到的信號反映在掌上電腦上,并確保GPS連接和信息輸出正常。
3.2.2主要操作
GPS外業采集功能主要是實現公路路線、橋梁、隧道、渡口、鄉鎮、建制村等圖形和屬性一體化采集,具體包括采集新路線、路線分段、停止采集路線、繼續采集路線、點采集(如橋梁、隧道、渡口、鄉鎮、建制村等位置和屬性信息)等功能。在進行外業采集之前,在GPS采集子系統中主要操作有:
(1)打開GPS:GPS接收機與計算機連接正常并輸出有效的GPS數據后,通過“打開GPS”功能,建立與GPS接收機的通信連接。
(2)關閉GPS:在e-Road系統中斷開與GPS接收機的通信連接,只有在打開了GPS后才能關閉。
(3)查看GPS狀態:當打開GPS后,可查看GPS當前的狀態,是否正常接收衛星信號,以及GPS輸出的數據是否有效等信息。
(4)采集新路線:開始采集一條路線,記錄該條路線的線形、線位和調查指標信息,如果GPS已經打開并且定位后,就可以進行路線的采集。
(5)路線分段:當路線的調查指標發生變化且符合路線分段原則時,需要添加一個路段,在采集路線的過程中,在路線分界點叫司機停下,并點擊計算機平面上點擊“分段”按鈕,并輸入分段原因: 路面情況發生改變。同時還要輸入分段點的相關信息。當然在其他路況發生改變時也要分段,比如路面寬度發生了明顯改變,有分叉路的情況等。系統就會自動對路線進行分段。
(6)停止采集路線:在調查中還要標出各村村委以及村小學的地理坐標,在測量時只需在路線迄點處停止采集當前正在采集的路線,生成最后一個路段的訖點位置信息,并輸入相關信息即可。
(7)繼續采集路線:在路線采集的暫停位置繼續采集路線的線形,如果在地圖中存在沒有采集完的路線,可以通過“繼續采集路線”的功能,繼續采集未采集完的路線。
(8)點采集:實現公路沿線附屬設施點(如橋梁、隧道、渡口等)以及鄉鎮、建制村、村小學等點的地理位置和屬性信息一體化采集。
通過上述功能操作,基本可以實現GPS+PC操作完美結合,在采集過程中,若因操作或人為走錯路線等原因還可以進行對象屬性編輯,現場及時修改或刪除所采集數據信息。
3.2.3采集完畢
當天采集完畢后,首先要做好數據備份工作,建立以天為備份數據文件,同時備份到移動存儲器中,以防計算機出現重大故障而使數據文件損壞,并及時將采集的數據進行必要的內業處理,防止因間隔時間過長,記錄不準確,導致內業無法編輯等狀況。
3.2.4經驗總結
(1)GPS接收器本身時鐘也存在誤差和噪聲,這些都影響定位的精確度。當出現比較明顯的漂移時,測量人員應該叫司機先停下來,等指示箭頭回歸原點時再開始進行測量。
(2)當正在進行路線采集時,如果較長時間在某個地方停頓或需要離開正在采集的路線去采集其他路線、沿線鄉鎮、建制村時,應先使用“停止采集路線”功能暫停正在采集的路線,再采集其他路線、沿線鄉鎮、建制村等,然后回到暫停的位置處使用“繼續采集路線”功能按原采集方向繼續采集被停止采集的路線。
(3)在采集過程中,應時刻關注GPS的信號,如果連續出現“GPS無法定位”的提示時,應立即停止采集路線,以免丟失相關數據,甚至出現把數據導入 PC機后出現亂碼的情況。且測量人員應立即檢查GPS的電池是否沒電或是GPS與計算機是否已斷開連接等,待設備都已完好后,為確保數據的有效性,測量人員應進行返工。
(4)采集過程中,GPS接收機和計算機不能離得太遠(一般是 10 m以上),以避免計算機無法接收GPS傳過來的信號以致數據丟失。
(5)采集過程中,如測量人員下車去測標識物后,司機不能將車開動,以免出現當測量人員回來后重新測量時原點發生了改變,從而出現相應的誤差的情況。
(6)采集過程中,車速不能太快,一般控制在40 km/h～60 km/h,盡量靠著路的中間行駛,盡量避免緊急剎車。
綜上所述,由于GPS設備功能齊全,攜帶方便,易于掌握,能夠徹底改變以往公路調查陳舊的工作模式,從根本上提高公路測量效率,減輕職工勞動強度。盡管GPS測量技術仍存在一些問題,但只要運用得當,其自身的缺陷仍可以克服。GPS技術的普遍應用必將促進交通工作向著精確、高效、現代化的方向發展,是今后交通工作中必不可少的工具,如廣泛使用一定會取得巨大的經濟和社會效益�？梢哉f,GPS在公路領域的應用前景是無限的。
參考文獻
1 王敬貴、李廷選.GPS測量的誤差來源及處理技巧[J].河南測繪,2006(4)
2 張躍雷.GPS在工程測量中的應用[J].應用技術,2007(5)
The Application in the Rural Highway of GPS Measures Technology
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