摘要：《GPS測(cè)量技術(shù)》可作為高職高專(zhuān)院校工程測(cè)量技術(shù)專(zhuān)業(yè)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)教材，也可作為成人教育GPS培訓(xùn)教材和從事GPS測(cè)量工作的技術(shù)人員學(xué)習(xí)GPS測(cè)量技術(shù)、提高GPS測(cè)量工作能力的參考書(shū)。文章發(fā)表在《中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志雜志》上，是中級(jí)電子職稱(chēng)論文范文，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：GPS,農(nóng)村公路,測(cè)量,誤差

　　GPS的前身是美國(guó)軍方研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Transit)，1958年研制，1964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)。

　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,測(cè)量技術(shù)從傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀+水準(zhǔn)儀到全站儀+水準(zhǔn)儀,再到 GPS測(cè)量技術(shù),經(jīng)歷了一個(gè)不斷更新的過(guò)程。GPS全球定位系統(tǒng)是美國(guó)研制并在1994年投入使用的壘球衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。近年來(lái),GPS系統(tǒng)因具有全球性、全天侯、連續(xù)性、實(shí)時(shí)性導(dǎo)航定位和定時(shí)功能,能為各類(lèi)用戶(hù)提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。

　　其技術(shù)的應(yīng)用已遍及我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,特別是在公路測(cè)量的應(yīng)用上已經(jīng)較為普遍。GPS系統(tǒng)在應(yīng)有方面主要分為單點(diǎn)導(dǎo)航定位與相對(duì)測(cè)地定位,而對(duì)于常規(guī)測(cè)量而言,相對(duì)測(cè)地定位是主要的應(yīng)用方式。在此,本文將重點(diǎn)談?wù)凣PS測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村公路的應(yīng)用。

　　1GPS測(cè)量技術(shù)的工作原理

　　相對(duì)測(cè)地定位是利用L1和L2載波相位觀測(cè)值實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量,其原理是采用載波相位測(cè)量局域差分法:在接收機(jī)之間求一次差,在接收機(jī)和衛(wèi)星觀測(cè)歷元之間求二次差,通過(guò)兩次差分計(jì)算解算出待定基線的長(zhǎng)度;求解整周模糊度是其關(guān)鍵技術(shù),根據(jù)算法模型,設(shè)計(jì)了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。而RTK技術(shù)代表著GPS相對(duì)測(cè)地定位應(yīng)用的主流。

　　2GPS測(cè)量的特點(diǎn)

　　GPS系統(tǒng)是目前在導(dǎo)航定位領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng),其可為各類(lèi)用戶(hù)連續(xù)提供動(dòng)態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度及時(shí)間信息。GPS測(cè)量主要特點(diǎn)如下:

　　2.1功能多、用途廣

　　GPS系統(tǒng)不僅可以用于測(cè)量、導(dǎo)航,還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速的精度可達(dá)0.1 m/s,測(cè)時(shí)的速度可達(dá)幾十毫微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。

　　2.2定位精度高

　　一般雙頻 GPS接收機(jī)基線解精度為 5 mm + 1 ppm,而紅外儀標(biāo)稱(chēng)精度為 5 mm+5 ppm,GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng),但隨距離的增長(zhǎng),GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。大量試驗(yàn)證明,在小于50 km的基線上,其相對(duì)定位精度可達(dá)12×10-6,而在100 km～500 km的基線上可達(dá)10-6～10-7。

　　2.3實(shí)時(shí)定位

　　利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航,即可實(shí)時(shí)確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維位置和速度,可實(shí)時(shí)保障運(yùn)動(dòng)載體沿預(yù)定航線運(yùn)行,亦可選擇最佳路線。特別是對(duì)軍事上動(dòng)態(tài)目標(biāo)的導(dǎo)航,具有十分重要的意義。

　　3GPS測(cè)量技術(shù)在農(nóng)村公路中的應(yīng)用

　　3.1農(nóng)村公路調(diào)查內(nèi)容

　　農(nóng)村公路調(diào)查對(duì)象主要是縣鄉(xiāng)道路以及復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)的村道,另外,還要對(duì)每個(gè)建制村道路的通達(dá)情況作相關(guān)的調(diào)查。在外業(yè)數(shù)據(jù)采集中主要采集的數(shù)據(jù)有各條道路的長(zhǎng)度、路基路面寬、路面類(lèi)型、所經(jīng)過(guò)的村委以及村小學(xué)等標(biāo)志性建筑的地理坐標(biāo)、各起終點(diǎn)的坐標(biāo)、名稱(chēng)以及各分段點(diǎn)的信息等。

　　3.2GPS外業(yè)數(shù)據(jù)采集流程

　　3.2.1準(zhǔn)備工作

　　GPS在農(nóng)村公路測(cè)量中應(yīng)用時(shí),可采用“邊采集、邊錄入”的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模式,一般情況下,一個(gè)測(cè)量小組由1人負(fù)責(zé) GPS 接收機(jī)的開(kāi)關(guān)以及掌上電腦的錄入工作、1人負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)和出現(xiàn)特殊情況時(shí)的記錄工作、一名鄉(xiāng)鎮(zhèn)向?qū)Ш鸵幻緳C(jī)共4人組成。

　　在采集工作出發(fā)之前,應(yīng)先做好采集計(jì)劃,如安排好采集行程;提前準(zhǔn)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(shí)參考;對(duì)需要采集的路線以及附屬設(shè)施提前準(zhǔn)備好相關(guān)已有的資料(如路線編號(hào),起點(diǎn)名稱(chēng),起點(diǎn)路基寬度及路面寬度,道路等級(jí),路面性質(zhì),穿越了幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、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(shù),提高采集效率。

　　在采集前,應(yīng)先將GPS接收機(jī)與掌上電腦正確連接,然后通過(guò)藍(lán)牙連接將 GPS接收到的信號(hào)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(yè)采集功能主要是實(shí)現(xiàn)公路路線、橋梁、隧道、渡口、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、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(xù)采集路線、點(diǎn)采集(如橋梁、隧道、渡口、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、建制村等位置和屬性信息)等功能。在進(jìn)行外業(yè)采集之前,在GPS采集子系統(tǒng)中主要操作有:

　　(1)打開(kāi)GPS:GPS接收機(jī)與計(jì)算機(jī)連接正常并輸出有效的GPS數(shù)據(jù)后,通過(guò)“打開(kāi)GPS”功能,建立與GPS接收機(jī)的通信連接。

　　(2)關(guān)閉GPS:在e-Road系統(tǒng)中斷開(kāi)與GPS接收機(jī)的通信連接,只有在打開(kāi)了GPS后才能關(guān)閉。

　　(3)查看GPS狀態(tài):當(dāng)打開(kāi)GPS后,可查看GPS當(dāng)前的狀態(tài),是否正常接收衛(wèi)星信號(hào),以及GPS輸出的數(shù)據(jù)是否有效等信息。

　　(8)點(diǎn)采集:實(shí)現(xiàn)公路沿線附屬設(shè)施點(diǎn)(如橋梁、隧道、渡口等)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)、建制村、村小學(xué)等點(diǎn)的地理位置和屬性信息一體化采集。

　　通過(guò)上述功能操作,基本可以實(shí)現(xiàn)GPS+PC操作完美結(jié)合,在采集過(guò)程中,若因操作或人為走錯(cuò)路線等原因還可以進(jìn)行對(duì)象屬性編輯,現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)修改或刪除所采集數(shù)據(jù)信息。

　　3.2.3采集完畢

　　當(dāng)天采集完畢后,首先要做好數(shù)據(jù)備份工作,建立以天為備份數(shù)據(jù)文件,同時(shí)備份到移動(dòng)存儲(chǔ)器中,以防計(jì)算機(jī)出現(xiàn)重大故障而使數(shù)據(jù)文件損壞,并及時(shí)將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的內(nèi)業(yè)處理,防止因間隔時(shí)間過(guò)長(zhǎng),記錄不準(zhǔn)確,導(dǎo)致內(nèi)業(yè)無(wú)法編輯等狀況。

　　3.2.4經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

　　(1)GPS接收器本身時(shí)鐘也存在誤差和噪聲,這些都影響定位的精確度。當(dāng)出現(xiàn)比較明顯的漂移時(shí),測(cè)量人員應(yīng)該叫司機(jī)先停下來(lái),等指示箭頭回歸原點(diǎn)時(shí)再開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量。

　　(2)當(dāng)正在進(jìn)行路線采集時(shí),如果較長(zhǎng)時(shí)間在某個(gè)地方停頓或需要離開(kāi)正在采集的路線去采集其他路線、沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)、建制村時(shí),應(yīng)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(xiāng)鎮(zhèn)、建制村等,然后回到暫停的位置處使用“繼續(xù)采集路線”功能按原采集方向繼續(xù)采集被停止采集的路線。

　　(3)在采集過(guò)程中,應(yīng)時(shí)刻關(guān)注GPS的信號(hào),如果連續(xù)出現(xiàn)“GPS無(wú)法定位”的提示時(shí),應(yīng)立即停止采集路線,以免丟失相關(guān)數(shù)據(jù),甚至出現(xiàn)把數(shù)據(jù)導(dǎo)入 PC機(jī)后出現(xiàn)亂碼的情況。且測(cè)量人員應(yīng)立即檢查GPS的電池是否沒(méi)電或是GPS與計(jì)算機(jī)是否已斷開(kāi)連接等,待設(shè)備都已完好后,為確保數(shù)據(jù)的有效性,測(cè)量人員應(yīng)進(jìn)行返工。

　　(4)采集過(guò)程中,GPS接收機(jī)和計(jì)算機(jī)不能離得太遠(yuǎn)(一般是 10 m以上),以避免計(jì)算機(jī)無(wú)法接收GPS傳過(guò)來(lái)的信號(hào)以致數(shù)據(jù)丟失。

　　綜上所述,由于GPS設(shè)備功能齊全,攜帶方便,易于掌握,能夠徹底改變以往公路調(diào)查陳舊的工作模式,從根本上提高公路測(cè)量效率,減輕職工勞動(dòng)強(qiáng)度。盡管GPS測(cè)量技術(shù)仍存在一些問(wèn)題,但只要運(yùn)用得當(dāng),其自身的缺陷仍可以克服。GPS技術(shù)的普遍應(yīng)用必將促進(jìn)交通工作向著精確、高效、現(xiàn)代化的方向發(fā)展,是今后交通工作中必不可少的工具,如廣泛使用一定會(huì)取得巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。可以說(shuō),GPS在公路領(lǐng)域的應(yīng)用前景是無(wú)限的。

　　計(jì)算機(jī)職稱(chēng)論文發(fā)表推薦：《中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志雜志》為專(zhuān)業(yè)性刊物，主要介紹計(jì)算機(jī)應(yīng)用于科學(xué)技術(shù)各領(lǐng)域所用的數(shù)學(xué)模型與計(jì)算方法以及軟件在科技、工程計(jì)算方面的應(yīng)用成果。創(chuàng)刊于1980年，本刊為季刊，主編：石鐘慈。國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN11-2124/TP，國(guó)際刊號(hào)：ISSN1000-3266。

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