gps定位系统在公路工程测量中的应用研究

gps定位系统在公路工程测量中的应用研究内容摘要：

用 24颗高度约 组成卫星星座。 21+3 颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为 11 小时 58 分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为 55度。 卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形。 这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 其应用技术已遍及国民经济的各个领域。 特别是在测量领域 .我以山西省重点工程， 2020 年开工 建设的阳泉市 307 国道复线坡头至水峪项目为例，概略叙述 GPS 在 307 国道建设及在公路工程控制测量中的应用。 二、 GPS系统的特点 GPS系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。 定位精度高 应用实践已经证明， GPS 相对定位精度在 50KM 以内可达 106， 100500KM可达 107， 1000KM可达 109。 在 3001500M工程精密定位中， 1小时以上观测的解 1 太原理工大学阳泉学院 毕业设计说明书 其平面位置误差小于 1mm，与 ME5000 电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为 ,校差中误差为。 观测时间短 随着 GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前， 20KM以内相对静态定位，仅需 1520 分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在 15KM以内时，流动站观测时间只需 12分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟 . 测站间无须通视 GPS测量不要求测站之间互相通视，只需测站上空开阔即可，因此可节省大量的造标费用。 由于无需点间通视，点位位置可根据需要，可稀可密，使选点工作甚为灵活，也可 省去经典大地网中的传算点、过渡点的测量工作。 可提供三维坐标 经典大地测量将平面与高程采用不同方法分别施测。 GPS可同时精确测定测站点的三维坐标。 目前 GPS水准可满足四等水准测量的精度。 操作简便 随着 GPS接收机不断改进，自动化程度越来越高，有的已达 “傻瓜化 ”的程度；接收机的体积越来越小，重量越来越轻，极大地减轻测量工作者的工作紧张程度和劳动强度。 使野外工作变得轻松愉快。 全天候作业 目前 GPS观测可在一天 24小时内的任何时间进行 ,不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候的影响。 功能多、应用广 GPS系统不仅可用于测量、导航，还可用于测速、测时。 测速的精度可达 ，测时的精度可达几十毫微秒。 其应用领域不断扩大。 当初，设计 GPS 系统的主要目的是用于导航，收集情报等军事目的。 但是，后来的应用开发表明， GPS系统不仅能够达到上述目的，而且用 GPS 卫星发来的导航定位信号能够进行厘米级甚至毫米级精度的静态相对定位，米级至亚米级精度的动态定位，亚米级至厘米级精度的速度测量和毫微秒级精度的时间测量。 因此， GPS系统展现了极其广阔的应用前景 2 太原理工大学阳泉学院 毕业设计说明书 第二节 GPS定位技术的应用现状 如人们所说： GPS 的应用，仅受人们的想象力制约。 GPS 问世以来，已充分显示了其在导航，定位领域的霸主地位。 许多领域也由于 GPS 的出现而产生革命性变化。 目前，几乎全世界所有需要导航，定位的用户，都被 GPS的高精度，全天候，全球覆盖，方便灵活和优质价廉所吸引。 一、 GPS的应用按其使用领域简单介绍如下 GPS应用于测量 GPS技术给测绘界带来了一场革命。 利用载波相位差分技术（ RTK） ,在实时处理两个观测 站的载波相位的基础上，可以达到厘米级的精度。 与传统的手工测量手段相比， GPS技术有着巨大的优势：测量精度高。 操作简便，仪器体积小，便于携带。 全天候操作。 观测点之间无须通视。 测量结果统一在 WGS84 坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节。 当前， GPS技术已广泛应用于大地测量、资源勘查、地壳运动、地籍测量等领域。 GPS应用于交通 出租车、租车服务、物流配送等行业利用 GPS 技术对车辆进行跟踪、调度管理，合理分布车辆，以最快的速度响应用户的乘车货送请求，降低能源消耗，节省运行成本。 GPS在车辆导航方面发挥了重要的角色，在城市中建立数字化交通电台，实时发播城市交通信息，车载设备通过 GPS 进行精确定位，结合电子地图以及实时的交通状况，自动匹配最优路径，并实行车辆的自主导航。 民航运输通过 GPS 接收设备，使驾驶员着陆时能准确对准跑道，同时还能使飞机紧凑排列，提高机场利用率，引导飞机安全进离场。 GPS应用于救援 利用 GPS 定位技术，可对火警、救护、警察进行应急调遣，提高紧急事件处理部门对火灾、犯罪现场、交通事故、交通堵塞等紧急事件的响应效率。 特种车辆（如运钞车）等，可对突发事件进行报警 、定位，将损失降到最低。 有了 GPS的帮助，救援人员就可在人迹罕至、条件恶劣的大海、山野、沙漠，对失踪人员 3 太原理工大学阳泉学院 毕业设计说明书 实施有效的搜索、拯救。 装有 GPS装置的渔船，在发生险情时，可及时定位、报警，使之能更快更即使地获得救援。 GPS应用于农业 当前，发达国家已开始把 GPS技术引入农业生产，即所谓的 精准农业耕作。 该方法利用 GPS 进行农田信息定位获取，包括产量监测、土样采集等，计算机系统通过对数据的分析处理，决策出农田地块的管理措 施，把产量和土壤状态信息装入带有 GPS 设备的喷施器中，从而精确地给农田地块施肥、喷药。 通过实施精准耕作，可在尽量不减产的情况下，降低农业生产成本，有效避免资源浪费，降低因施肥除虫对环境造成的污染。 GPS应用于娱乐消遣 随着 GPS接收机的小型化以及价格的降低， GPS逐渐走进了人们的日常生活，成为人们旅游、探险的好帮手。 通过 GPS，人们可以在陌生的城市里迅速地找到目的地，并且可以最优的路径行驶；野营者携带 GPS 接收机，可快捷地找到合适的野营地点，不必担心迷路；甚至一些高档的电子游戏，也使用了 GPS 仿真技术。 二、 我国的 GPS定位技术应用情况 2020年 2月，国家计委提出 “卫星导航应用产业化专项 ”，其目标是在 “十五 ”末期，形成一个市场规模超过百亿元的新产业。 要在生产制造卫星导航应用基础产业的规模和数量上进入世界前列。 接收机主板产量超过 100万套，行业总产值超过 100亿元（约占世界市场份额的 4%）。 其中导航运营服务产值将超过 20亿元。 在基础产品上，芯片组与主机板等将从目前的全部依赖进口变为自主产品占 60%以上。 产品出口将占国产总量的 10%，具有自主知识产权的芯片组、嵌入式软件及专用数据将批量投放市场。 通过卫星导航应用示范工程和基础设施的建设，推动卫星导航应用设备及其扩展系统在国民经济诸多部门和人们的日常生活中得到广泛应用，产生明显的经济效益和社会效益。 汽车导航产品将进入市场 /成为 GOS最大的消费市场，同时带动导航电子地图的生产和经销。 近年来，日本、欧盟、美国采取谨慎而积极的进军姿态，争先恐后进入中国市场。 它们对我国的汽车导航市场抱有厚望，无疑源于对我国卫星导航市场的看好。 4 太原理工大学阳泉学院 毕业设计说明书 三、 前景 据专家预测，今后几年内 GPS 在通信、大气探测、 精细农业以及环保等领域中也将得到广泛的应用， GPS将进入各行各业。 还有专家预测，不久的将来人们将生产出电子手表式的 GPS 接收机而价格将降至普通人都能接受的水平。 到那时侯人们不仅能方便地获得时间信息而且能方便地获得三维位置和三维速度信息，从而深刻地改变人们的生活方式。 全球定位系统将作为 20 世纪最伟大的科学成就之一而载入史册。 5 太原理工大学阳泉学院 毕业设计说明书 第二章 GPS卫星全球定位系统 第一节 GPS卫星定位系统的组成 GPS 全球定位系统由以下 三个部分组成：空间部分（ GPS 卫星）、地面监控部分和用户部分。 一、 空间部分 GPS卫星 GPS卫星的主体呈圆柱形，两侧有太阳能帆板，能自动对日定向。 太阳能电池为卫星提供工作用电。 每颗卫星配备有 4台原子钟，可为卫星提供高精度的时间标准。 卫星上带有燃料和喷管，可在地面控制下调整自己的运行轨道。 GPS卫星的基本功能是：接收并存储来自地面控制系统的导航电文；在原子钟的控制下自动生成测距码（ C/A 码和 Y 码）和载波；采用二进制相位调制法将测距码和导航电文调制在载波上播发给用户；按照地面控制系统的命令调整 轨道，调整卫星钟，修复故障或启用备用件以维护整个系统的正常工作。 卫星星座： 发射入轨能正常工作的 GPS 卫星集合城 GPS 卫星星座。 最初的 GPS 卫星星座由 24颗 GPS卫星组成。 这些卫星分布在三个倾角为 63176。 几乎为圆形的轨道上。 相邻轨道的升交点赤经之差为 120176。 ，每个轨道上将均匀地分布 5 颗卫星。 轨道的长半径为 26560km，卫星的运行周期为 12h（恒星时）。 后因美国财政赤子过大而做了较大的变动。 GPS卫星总数削减为 18颗轨道倾角改为 60176。 ，轨道增至 6个，每个轨道上均匀分布 3颗卫星，相邻轨道的升交点赤经 之差为 60176。 ，其余参数保持不变。 这种情况的出现将大大损害整个系统的性能和可靠性，影响全球定位系统在民航等领域内应用的可靠性。 为解决上述问题，经反复研究和修改后，最终又将卫星总数恢复为 24颗。 这 24颗卫星分布宰个轨道面上，每个轨道均匀地分布 4 颗卫星（见图 21）当截止高度角取 15176。 时，上述卫星星座能保证位于任一地点的用户在任一时刻同时观测到 48 颗卫星；当截止高度角取 10176。 时，最多能同时观测到 10 颗 GPS 卫星；当截止高度角取 5176。 时，最多能同时观测到 12棵 GPS卫星； 6 太原理工大学阳泉学院 毕业设计说明书 2020年底 GPS卫星星座由 23颗 Block II卫星和 Block IIA卫星，以及 5颗 Block IIR卫星组成。 在一般情况下，用户能同时观测到 68棵卫星。 图 21 GPS卫星轨道图 二、 GPS地面监控部分 支持整个系统正常运行的地面设施称为地面监控部分。 它由一个主控站，三个注入站和五个监控站以及通信和辅助系统组成。 主控站拥有以大型计算机为主体的数据收集、计算、传输、诊断等设备。 它的主要功能是：收集各监测站测得的距离和距离差、气象要素、卫星时钟和工作状况的数据，监测 站自身的状态数据等；根据收集的数据及时计算每颗 GPS 卫星的星历，时钟改正，状态数据以及信号的大气传播改正，并按一定格式编制成导航电文，传送到注入站；监控整个地面监控系统是否工作正常，检验注入卫星的导航电文是否正确，监测卫星是否将导航电文发出；调度备用卫星替代失效的工作卫星，将偏离轨道的卫星 “拉回 ”到正常轨道位置。