電子工程師職稱論文發(fā)表范文探討GPS技術(shù)的應(yīng)用

　　摘要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體積小、重量輕便于攜帶的GPS定位裝置和高精度的技術(shù)指標(biāo)為T程測量帶來了極大的方便。

　　關(guān)鍵詞：GPS,工程測量

　　概述

　　GPS是美國從20世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，于1994年全面建成，具有海、陸、空全方位實(shí)施三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPS接收機(jī)的改進(jìn)，廣域差分技術(shù)、載波相位差分技術(shù)的發(fā)展，加之美國SA技術(shù)的解除，使得GPS技術(shù)在導(dǎo)航、運(yùn)載工具實(shí)時(shí)監(jiān)控、城市規(guī)劃、工程測量等領(lǐng)域有了更為廣泛的應(yīng)用。

　　(RTK(Real Time Kinematics，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài))技術(shù)是在GPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、能夠?qū)崟r(shí)提供流動(dòng)站在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并在一定范圍內(nèi)達(dá)到厘米級精度的一種新的GPS定位測量方式，是GPS應(yīng)用的重大里程碑。RTK測量是將l臺GPS接收機(jī)安裝在已知點(diǎn)上對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測，將采集的載波相位觀測量調(diào)制到基準(zhǔn)站電臺的載波上，再通過基準(zhǔn)站電臺發(fā)射出去;流動(dòng)站在對GPS衛(wèi)星進(jìn)行觀測并采集載波相位觀測量的同時(shí)，也接收由基準(zhǔn)站電臺發(fā)射的信號，經(jīng)解調(diào)得到基準(zhǔn)站的載波相位觀測量;流動(dòng)站的GPS接收機(jī)再利用0TF(運(yùn)動(dòng)中求解整周模糊度)技術(shù)由基準(zhǔn)站的載波相位觀測量和流動(dòng)站的載波相位觀測量來求解整周模糊度，最后求出厘米級精度流動(dòng)站的位置。RTK測量可以不布設(shè)各級控制點(diǎn)，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準(zhǔn)控制點(diǎn)，便可以高精度、快速地測定圖根控制點(diǎn)、界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、地物點(diǎn)的坐標(biāo)，利用測圖軟件可以在野外一次生成電子地圖。同時(shí)，也可以根據(jù)已有的數(shù)據(jù)成果快速的進(jìn)行施工放樣。因此，RTK被廣泛應(yīng)用于圖根控制測量，地籍、房地產(chǎn)測繪、數(shù)字化測圖及施工放樣等各種工作中。

　　1 GPS測量模式

　　隨著GPS技術(shù)的進(jìn)步和接收機(jī)的迅速發(fā)展，GPS在測量定位領(lǐng)域已得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是，針對不同的領(lǐng)域和用戶的不同要求，需要采用的具體測量方法是不一樣的。一般來說，GPS測量模式可分為靜態(tài)測量和動(dòng)態(tài)測量兩種模式，而靜態(tài)測量模式又分常規(guī)靜態(tài)測量模式和快速靜態(tài)測量模式，動(dòng)態(tài)測量模式分準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測量模式(后處理動(dòng)態(tài)，走走停停)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量模式，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量模式分DGPS和RTK方式。下面分別介紹如下：

　　1.1常規(guī)靜態(tài)測量

　　這種模式采用兩臺(或兩臺以上)GPS接收機(jī)，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩端，同步觀測4顆以上衛(wèi)星，每時(shí)段根據(jù)基線長度和測量等級觀測45分鐘以上的時(shí)間。這種模式一般可以達(dá)到5mm十1ppm的相對定位精度。 常規(guī)靜態(tài)測量常用于建立全球性或國家級大地控制網(wǎng)，建立地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測網(wǎng)、建立長距離檢校基線、進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測、鉆井定位及精密工程控制網(wǎng)建立等。

　　1.2快速靜態(tài)測量

　　這種模式是在一個(gè)已知測站上安置一臺GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。移動(dòng)站接收機(jī)依次到各待測測站，每測站觀測數(shù)分鐘。這種模式常用于控制網(wǎng)的建立及其加密、工程測量、地籍測量等。需要注意的是這種方法要求在觀測時(shí)段內(nèi)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測;流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距應(yīng)不超過20km。

　　1.3準(zhǔn)動(dòng)態(tài)測量

　　這種模式是在一個(gè)已知測站上安置一臺GPS接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。移動(dòng)站接收機(jī)在進(jìn)行初始化后依次到各待測測站，每測站觀測幾個(gè)歷元數(shù)據(jù)。這種方法不同于快速靜態(tài)，除了觀測時(shí)間不一樣外，它要求移動(dòng)站在搬站過程中不能失鎖，并且需要先在已知點(diǎn)或用其它方式進(jìn)行初始化(采用有OTF功能的軟件處理時(shí)例外)。這種模式可用于開闊地區(qū)的加密控制測量、工程定位及碎部測量、剖面測量及線路測量等。需要注意的是這種方法要求在觀測時(shí)段內(nèi)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測;流動(dòng)點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)相距應(yīng)不超過20km。

　　另外，有一種連續(xù)動(dòng)態(tài)測量，也屬于這種模式。這種測量是在一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)安置接收機(jī)連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。流動(dòng)接收機(jī)在初始化后開始連續(xù)運(yùn)動(dòng)，并按指定的時(shí)間間隔自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。這種方法常用于精密測定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的軌跡、測定道路的中心線、剖面測量、航道測量等。

　　2 GPS在工程測量中的應(yīng)用

　　2.1GPS測量的技術(shù)設(shè)計(jì)

　　(1)設(shè)計(jì)依據(jù)　GPS測量的技術(shù)設(shè)計(jì)主要依據(jù)1999年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市測量規(guī)范》、1997年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》[3]及工程測量合同有關(guān)要求制定的。

　　(2)設(shè)計(jì)精度　根據(jù)工程需要和測區(qū)情況，選擇城市或工程二級GPS網(wǎng)作為測區(qū)首級控制網(wǎng)。要求平均邊長小于1 km，最弱邊相對中誤差小于1/10 000，GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度的固定誤差a≤15 mm，比例誤差系數(shù)b≤20×10-6。

　　(3)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和網(wǎng)形　如圖2所示，控制網(wǎng)共12個(gè)點(diǎn)，其中聯(lián)測已知平面控制點(diǎn)2個(gè)(I12，I13)，高程控制點(diǎn)5個(gè)(I12，I13，105，109，110，其高程由四等水準(zhǔn)測得)。采用3臺GPS接收機(jī)觀測，網(wǎng)形布設(shè)成邊連式。

　　(4)觀測計(jì)劃　根據(jù)GPS衛(wèi)星的可見預(yù)報(bào)圖和幾何圖形強(qiáng)度(空間位置因子PDOP)，選擇最佳觀測時(shí)段(衛(wèi)星多于4顆，且分布均勻，PDOP值小于6)，并編排作業(yè)調(diào)度表。

　　2.1GPS測量的外業(yè)實(shí)施

　　(1)選點(diǎn)　GPS測量測站點(diǎn)之間不要求一定通視，圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活，因此，點(diǎn)位選擇比較方便。但考慮GPS測量的特殊性，并顧及后續(xù)測量，選點(diǎn)時(shí)應(yīng)著重考慮：①每點(diǎn)最好與某一點(diǎn)通視，以便后續(xù)測量工作的使用;②點(diǎn)周圍高度角15°以上不要有障礙物，以免信號被遮擋或吸收;③點(diǎn)位要遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源、高壓電線等，以免電磁場對信號的干擾;④點(diǎn)位應(yīng)選在視野開闊、交通方便、有利擴(kuò)展、易于保存的地方，以便觀測和日后使用;⑤選點(diǎn)結(jié)束后，按要求埋設(shè)標(biāo)石，并填寫點(diǎn)之記。

　　(2)觀測　根據(jù)GPS作業(yè)調(diào)度表的安排進(jìn)行觀測，采取靜態(tài)相對定位，衛(wèi)星高度角15°，時(shí)段長度45min，采樣間隔10 s。在3個(gè)點(diǎn)上同時(shí)安置3臺接收機(jī)天線(對中、整平、定向)，量取天線高，測量氣象數(shù)據(jù)，開機(jī)觀察，當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到要求時(shí)，按接收機(jī)的提示輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，則接收機(jī)自動(dòng)記錄，觀測者填寫測量手簿。

　　2.3GPS測量的數(shù)據(jù)處理

　　GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個(gè)階段，采用隨機(jī)軟件完成。經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、外業(yè)重測和網(wǎng)平差后，得到GPS控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其各項(xiàng)精度指標(biāo)符合技術(shù)設(shè)計(jì)要求。

　　3 GPS在測量中的應(yīng)用體會(huì)

　　3.1測量精度高

　　GPS觀測的精度明顯高于一般常規(guī)測量，在小于50 km的基線上，其相對定位精度可達(dá)1×10-6，在大于1 000 km的基線上可達(dá)1×10-8。

　　3.2觀測時(shí)間短。GPS接收機(jī)觀測基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化，且觀測時(shí)間在不斷減少，大大降低了作業(yè)強(qiáng)度，觀測質(zhì)量主要受觀測時(shí)衛(wèi)星的空間分布和衛(wèi)星信號的質(zhì)量影響。但由于各別點(diǎn)的選定受地形條件限制，造成樹木遮擋，影響對衛(wèi)星的觀測及信號的質(zhì)量，經(jīng)重測后通過。因此，應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)要求選點(diǎn)，擇最佳時(shí)段觀測，并注意手機(jī)、步話機(jī)等設(shè)備的使用。隨著GPS測量技術(shù)的不斷完善，軟件的不斷更新，在進(jìn)行GPS測量時(shí)，靜態(tài)相對定位每站僅需20 min左右，動(dòng)態(tài)相對定位僅需幾秒鐘。

　　3.3儀器操作簡便。目前GPS接收機(jī)自動(dòng)化程度越來越高，操作智能化，觀測人員只需對中、整平、量取天線高及開機(jī)后設(shè)定參數(shù)，接收機(jī)即可進(jìn)行自動(dòng)觀測和記錄。GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻，可保證在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行觀測，一般不受天氣狀況的影響。

　　3.4GPS控制網(wǎng)選點(diǎn)靈活，布網(wǎng)方便，基本不受通視、網(wǎng)形的限制，特別是在地形復(fù)雜、通視困難的測區(qū)，更顯其優(yōu)越性。但由于測區(qū)條件較差，邊長較短(平均邊長不到300 m)，基線相對精度較低，個(gè)別邊長相對精度大于1/10 000。因此，當(dāng)精度要求較高時(shí)，應(yīng)避免短邊，無法避免時(shí)，要謹(jǐn)慎觀測。

　　3.5GPS測量的數(shù)據(jù)傳輸和處理采用隨機(jī)軟件完成，只要保證接收衛(wèi)星信號的質(zhì)量和已知數(shù)據(jù)的數(shù)量、精度，即可方便地求出符合精度要求的控制點(diǎn)三維坐標(biāo)。但由于聯(lián)測已知高程點(diǎn)較少(僅聯(lián)測5個(gè))，致使的控制點(diǎn)高程精度較低。因此，要保證控制點(diǎn)高程的精度，必須聯(lián)測足夠的已知高程點(diǎn)。

　　4結(jié)束語

　　伴隨著測繪新技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代工程測量必將朝著測量內(nèi)外作業(yè)一體化、數(shù)據(jù)獲取及處理自動(dòng)化、測量過程控制和系統(tǒng)行為智能化、測量成果和產(chǎn)品數(shù)字化、測量信息管理可視化、信息共享和傳播網(wǎng)絡(luò)化的趨勢發(fā)展。