gps~rtk技術(shù)在道路橫斷面測(cè)量中的應(yīng)用-文庫(kù)吧

【正文】 第 5 章 結(jié)論 ........................................................................................................................34 GPSRTK 在斷面測(cè)量中一體化的 優(yōu)勢(shì) ..........................................................................34參考文獻(xiàn) ...............................................................................................................................35致謝 ........................................................................................................................................36 第 1 章 緒 論GPS 是全球定位系統(tǒng)是（global positioning system）的英文 縮寫(xiě)，是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展而建立起來(lái)的新一代精密衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS 衛(wèi)星定位測(cè)量是利用 GPS 系統(tǒng)解決大地測(cè) 量的一項(xiàng)空間技術(shù)。它的含義是：利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距，以構(gòu)成全球定位系 統(tǒng)。 GPS 具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此， GPS 技術(shù)在大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、海洋 測(cè)量、城市測(cè)量等測(cè)繪領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在物探測(cè)量工作中廣泛普及及應(yīng)用。 對(duì)于物理點(diǎn)的放樣已經(jīng)不再僅僅是采用測(cè)角和量距，而是借助 GPS 導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)來(lái)確定地面點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)由 3 部分組成：空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶(hù)接收設(shè)備部分。其中 GPS 的 空 間 部 分 是 由 24 顆 工 作 衛(wèi) 星 組 成 ,它 位 于 距 地 表 20200km 的 上空 ,均 勻 分 布 在 6 個(gè) 軌 道 面 上 (每 個(gè) 軌 道 面 4 顆 ) ,軌 道 傾 角 為 55176。此 外 ,還 有 4 顆 有 源 備 份 衛(wèi) 星 在 軌 運(yùn) 行 。衛(wèi) 星 的 分 布 使 得 在 全 球 任 何 地 方 、任 何 時(shí) 間 都 可 觀測(cè) 到 4 顆 以 上 的 衛(wèi) 星 ,并 能 保 持 良 好 定 位 解 算 精 度 的 幾 何 圖 象 。這 就 提 供 了 在時(shí) 間 上 連 續(xù) 的 全 球 導(dǎo) 航 能 力 。GPS 衛(wèi) 星 產(chǎn) 生 兩 組 電 碼 ,一 組 稱(chēng) 為 C/A 碼(Coarse/Acquisition Code11023MHz)。一 組 稱(chēng) 為 P 碼 (Procise Code 10123MHz),P碼 因 頻 率 較 高 ,不 易 受 干 擾 ,定 位 精 度 高 ,因 此 受 美 國(guó) 軍 方 管 制 ,并 設(shè) 有 密 碼 ,一 般民 間 無(wú) 法 解 讀 ,主 要 為 美 國(guó) 軍 方 服 務(wù) 。C/A 碼 人 為 采 取 措 施 而 刻 意 降 低 精 度 后 ,主 要 開(kāi) 放 給 民 間 使 用 。地 面 控 制 部 分 由 一 個(gè) 主 控 站 ,5 個(gè) 全 球 監(jiān) 測(cè) 站 和 3 個(gè) 地 面 控 制 站 組 成 。監(jiān) 測(cè)站 均 配 裝 有 精 密 的 銫 鐘 和 能 夠 連 續(xù) 測(cè) 量 到 所 有 可 見(jiàn) 衛(wèi) 星 的 接 受 機(jī) 。監(jiān) 測(cè) 站 將 取得 的 衛(wèi) 星 觀 測(cè) 數(shù) 據(jù) ,包 括 電 離 層 和 氣 象 數(shù) 據(jù) ,經(jīng) 過(guò) 初 步 處 理 后 ,傳 送 到 主 控 站 。主控 站 從 各 監(jiān) 測(cè) 站 收 集 跟 蹤 數(shù) 據(jù) ,計(jì) 算 出 衛(wèi) 星 的 軌 道 和 時(shí) 鐘 參 數(shù) ,然 后 將 結(jié) 果 送 到 3 個(gè) 地 面 控 制 站 。地 面 控 制 站 在 每 顆 衛(wèi) 星 運(yùn) 行 至 上 空 時(shí) ,把 這 些 導(dǎo) 航 數(shù) 據(jù) 及 主 控站 指 令 注 入 到 衛(wèi) 星 。這 種 注 入 對(duì) 每 顆 GPS 衛(wèi) 星 每 天 一 次 ,并 在 衛(wèi) 星 離 開(kāi) 注 入 站作 用 范 圍 之 前 進(jìn) 行 最 后 的 注 入 。如 果 某 地 面 站 發(fā) 生 故 障 ,那 么 在 衛(wèi) 星 中 預(yù) 存 的導(dǎo) 航 信 息 還 可 用 一 段 時(shí) 間 ,但 導(dǎo) 航 精 度 會(huì) 逐 漸 降 低 。 用 戶(hù) 設(shè) 備 部 分 即 GPS 信 號(hào) 接 收 機(jī) 。其 主 要 功 能 是 能 夠 捕 獲 到 按 一 定 衛(wèi) 星 截止 角 所 選 擇 的 待 測(cè) 衛(wèi) 星 ，并 跟 蹤 這 些 衛(wèi) 星 的 運(yùn) 行 。當(dāng) 接 收 機(jī) 捕 獲 到 跟 蹤 的 衛(wèi) 星信 號(hào) 后 ，即 可 測(cè) 量 出 接 收 天 線 至 衛(wèi) 星 的 偽 距 離 和 距 離 的 變 化 率 ,解 調(diào) 出 衛(wèi) 星 軌道 參 數(shù) 等 數(shù) 據(jù) 。根 據(jù) 這 些 數(shù) 據(jù) ，接 收 機(jī) 中 的 微 處 理 計(jì) 算 機(jī) 就 可 按 定 位 解 算 方 法進(jìn) 行 定 位 計(jì) 算 ，計(jì) 算 出 用 戶(hù) 所 在 地 理 位 置 的 經(jīng) 緯 度 、高 度 、速 度 、時(shí) 間 等 信 息 。接 收 機(jī) 硬 件 和 機(jī) 內(nèi) 軟 件 以 及 GPS 數(shù) 據(jù) 的 后 處 理 軟 件 包 構(gòu) 成 完 整 的 GPS 用 戶(hù)設(shè) 備 。GPS 接 收 機(jī) 的 結(jié) 構(gòu) 分 為 天 線 單 元 和 接 收 單 元 兩 部 分 。接 收 機(jī) 一 般 采 用 機(jī)內(nèi) 和 機(jī) 外 兩 種 直 流 電 源 。設(shè) 置 機(jī) 內(nèi) 電 源 的 目 的 在 于 更 換 外 電 源 時(shí) 不 中 斷 連 續(xù) 觀測(cè) 。在 用 機(jī) 外 電 源 時(shí) 機(jī) 內(nèi) 電 池 自 動(dòng) 充 電 。關(guān) 機(jī) 后 ，機(jī) 內(nèi) 電 池 為 RAM 存 儲(chǔ) 器 供 電 ，以 防 止 數(shù) 據(jù) 丟 失 。目 前 各 種 類(lèi) 型 的 接 受 機(jī) 體 積 越 來(lái) 越 小 ，重 量 越 來(lái) 越 輕 ，便 于野 外 觀 測(cè) 使 用 。GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶(hù)接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶(hù)到衛(wèi)星的距離則通過(guò)紀(jì)錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶(hù)所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾，這 一距離并不是用戶(hù) 與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距（PR）：當(dāng) GPS 衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用 1 和 0 二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡(jiǎn)稱(chēng)偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS 系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的 C/A 碼和軍用的 P(Y)碼。C/A 碼頻率 ,重復(fù)周期一毫秒， 碼間距 1 微秒，相當(dāng)于 300m；P 碼頻率 ，重復(fù)周期 天，碼間距 微秒，相當(dāng)于 30m。而 Y 碼是在 P 碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括 衛(wèi)星星歷、工作狀況、 時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來(lái)，以 50b/s 調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含 5 個(gè)子幀每幀長(zhǎng) 6s。前三 幀各 10 個(gè)字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共 15000b。 導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)換碼、第 3 數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶(hù)接受到 導(dǎo)航電文時(shí)，提取出 衛(wèi)星 時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對(duì)比便可得知衛(wèi)星與用戶(hù)的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射 電文時(shí)所處位置，用戶(hù)在 WGS84 大地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要有以下幾點(diǎn) [1]：⑴在大地測(cè)量、工程測(cè)量中的 應(yīng)用： 由于 GPS 系統(tǒng)具有精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡(jiǎn)便， 現(xiàn)今建立大地及工程控制網(wǎng)基本上是采取 GPS 定位技術(shù)，取代了常規(guī)手段。國(guó)家 A 級(jí)和 B 級(jí) GPS 大地控制網(wǎng)分別于 1996 年和 1997 年建成并交付使用，A 級(jí)網(wǎng)，30 個(gè)點(diǎn)組成，其水平方向的重復(fù)精度達(dá) 210－8，垂直方向不低于 710－ 8。B 級(jí)網(wǎng)由 800 個(gè)點(diǎn)組成，其精度也分別好于 410－7 和 810－7。國(guó)家 A、B 級(jí)網(wǎng)以其特有的高精度把我國(guó)傳統(tǒng)大地網(wǎng)進(jìn)行了全面改善和加強(qiáng)，從而克服了傳統(tǒng)大地網(wǎng)的精度不均勻，系統(tǒng)誤差較大等傳統(tǒng)測(cè)量手段不可避免缺點(diǎn)，這一高精度三維空間大地坐標(biāo)系的建成將為我國(guó)21 世紀(jì)前 10 年的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)測(cè)繪保障。據(jù)報(bào)道在三峽二期工程施工中采用 GPS 定位技術(shù) 建立施工控制網(wǎng)，取得很好的效果，可以 滿(mǎn)足其相應(yīng)的精度要求；在青藏鐵路的建設(shè)中，從勘測(cè)到施工均采用了 GPS 定位技術(shù)，都取得了很好的效果。為了在測(cè)繪領(lǐng)域充分利用這一新技術(shù)，國(guó)家測(cè)繪局專(zhuān)門(mén)頒布了《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》。⑵在地籍和房產(chǎn)測(cè)繪中的應(yīng)用： 地籍及房地產(chǎn)測(cè)量是精確測(cè)定土地權(quán)屬界址點(diǎn)位置，同時(shí)測(cè)繪大比例尺地籍平面圖和房產(chǎn)圖并量算土地和房屋面積，供土地和房產(chǎn)管理部門(mén)使用。常規(guī)方法通常是先布設(shè)或加密控制點(diǎn)，然后依據(jù)這些點(diǎn)， 測(cè)定地物點(diǎn)和地形點(diǎn)在圖上的位置并按照一定的規(guī)律和符號(hào)繪制成平面圖。而利用 GPS 定位技術(shù)，特別是采用 RTK 技術(shù)替代常規(guī)方法測(cè)繪地籍及房產(chǎn)成為可能。由于它不需要逐級(jí)布網(wǎng)加密，在測(cè)區(qū)只需少量的控制點(diǎn)即可。因此，它具有速度快，精度高且分布均勻等特點(diǎn)。⑶在工程變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用： 我國(guó)正處在全面基礎(chǔ)建設(shè)中，尤其是西部大開(kāi)發(fā)，大型、特大型工程不斷涌 現(xiàn)，為了這些工程的正常、安全地運(yùn)行，必須對(duì)它進(jìn)行變 形監(jiān)測(cè)和安全預(yù)報(bào)，工程 變形監(jiān)測(cè)通常要達(dá)到毫米或亞毫米級(jí)的精度，武漢測(cè)繪科技大學(xué)做了這方面的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明 GPS 定位技術(shù)用于各種工程變形監(jiān)測(cè)是可行的。隔河巖水電站大壩外觀變形 GPS 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)全自動(dòng)，應(yīng)用廣播星歷 1~2 小時(shí) GPS 觀測(cè)資料解算的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，水平精度優(yōu) 于 ，垂直精度 優(yōu) 于 ，6 小時(shí)的 GPS 觀測(cè)資料解算，水平精度、垂直精度均優(yōu)于 1mm。⑷在資源勘察方面的應(yīng)用： 礦產(chǎn)資源勘查、礦區(qū)范圍的劃定、 礦體規(guī)模的測(cè)定等都需要進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)量。以往的地質(zhì)測(cè)量工作主利用傳統(tǒng)手段如經(jīng)緯儀、全站儀等測(cè)量?jī)x器進(jìn)行人工測(cè)量，然后在室內(nèi)整理計(jì)算得到最終結(jié)果。這樣做不但工作量大，浪費(fèi)大量的人力、物力，且 測(cè)量結(jié)果精度還較低。時(shí)間周期也長(zhǎng)，不能及 時(shí)反映礦產(chǎn)資源的實(shí)際現(xiàn)狀。黑 龍江省國(guó)土資源廳在哈爾濱市、大慶市、佳木斯市 進(jìn)行了試驗(yàn)性工作，建立和使用 GPS2022系統(tǒng)，開(kāi)展各市的礦產(chǎn)資源勘察動(dòng)態(tài)管理工作，減少礦區(qū)范圍界限定位誤差，提高 對(duì)地礦資源的有效管理，取得了較好的成果。⑸航海、航空方面： 歐洲的 Galileo 便是新建的全球?qū)Ш叫亲c GPS 配合起來(lái)，可以大大提高導(dǎo)航衛(wèi)星的可用性，使單一的 GPS 市區(qū)可用性從 55%提高到 GPS/Galileo 共用時(shí)的95%。GPS 技 術(shù)建立廣域增強(qiáng)系統(tǒng)(WAAS) 逐步代替原先的微波著 陸/ 儀表著陸系統(tǒng)，美國(guó)的 WAAS 系統(tǒng)計(jì)劃在 2022 年下半年運(yùn)營(yíng)，地面改正數(shù)據(jù)可以通過(guò)靜地衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給飛機(jī)。衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)廣泛地用于海上行駛的各類(lèi)船只，DGPS 則廣泛地用于沿岸與進(jìn)港，以及內(nèi)河行駛的船只，精度可達(dá)到 23m。在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)與無(wú)線通信手段集成后，該系統(tǒng)便成為一個(gè)位置報(bào)告系統(tǒng)和緊急救援系統(tǒng)。許多漁船將 GPS 與雷達(dá)和魚(yú)探器結(jié)合在一起，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。⑹其他方面： 衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)可與無(wú)線電通信機(jī)結(jié)合，這種融合產(chǎn)生的意義是非常深遠(yuǎn)的。實(shí)際上，這是移動(dòng)計(jì)算機(jī)(PDA)、蜂 窩電話(huà)和 GPS 接收機(jī)的系統(tǒng)集成和完美整合。消費(fèi)娛樂(lè) 徒步旅行者、獵人、越野滑雪者，野外工作人員和戶(hù)外活動(dòng)者現(xiàn)在常應(yīng)用袋式 GPS 定位器，配上電子地圖，可以在草原、大漠、鄉(xiāng)間、山野或無(wú)人區(qū)內(nèi)找到自己的目的地。還有在車(chē)輛監(jiān)控管理、汽車(chē)導(dǎo)航與信息服務(wù)等也有廣泛的應(yīng)用。GPS 系 統(tǒng) 的 前 身 為 美 軍 研 制 的 一 種 子 午 儀 衛(wèi) 星 定 位 系 統(tǒng) (Transit），1958 年研 制 ，64 年 正 式 投 入 使 用 。該 系 統(tǒng) 用 5 到 6 顆 衛(wèi) 星 組 成 的 星 網(wǎng) 工 作 ，每 天 最 多繞 過(guò) 地 球 13 次 ，并 且 無(wú) 法 給 出 高 度 信 息 ，在 定 位 精 度 方 面 也 不 盡 如 人 意 。然 而 ，子 午 儀 系 統(tǒng) 使 得 研 發(fā) 部 門(mén) 對(duì) 衛(wèi) 星 定 位 取 得 了 初 步 的 經(jīng) 驗(yàn) ，并 驗(yàn) 證 了 由 衛(wèi) 星 系 統(tǒng)進(jìn) 行 定 位 的 可 行 性 ，為 GPS 系 統(tǒng) 的 研 制 埋 下 了 鋪 墊 。由 于 衛(wèi) 星 定 位 顯 示 出 在 導(dǎo) 航 方 面 的 巨 大 優(yōu) 越 性 及 子 午 儀 系 統(tǒng) 存 在 對(duì) 潛 艇 和 艦 船 導(dǎo) 航 方 面 的 巨 大 缺 陷 。美國(guó) 海 陸 空 三 軍 及 民 用 部 門(mén) 都 感 到 迫 切 需 要 一 種 新 的 衛(wèi) 星 導(dǎo) 航 系 統(tǒng) 。全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System 簡(jiǎn)稱(chēng) GPS）是美國(guó)從上世紀(jì) 70 年代開(kāi)始研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)時(shí)和測(cè)距，具有在海、陸 、空 進(jìn) 行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力。它是當(dāng)今世界上最 實(shí)用，也是應(yīng)用最廣泛的全球精密導(dǎo)航、指 揮和調(diào)度系統(tǒng)。自 1992 年起，國(guó)