gps技术在道路工程中的应用

gps技术在道路工程中的应用

全球gps系统（gps）是一种基于人造地球卫星的无线网络系统。该系统可提供精确的三维坐标、运动对象的三维速度和标准时间，具有全球、连续性和全球功能。它由导航星座、地面台站和用户定位设备三部分组成。导航星座是由24颗位于地球上空约两万公里轨道上卫星网所组成,它们分布在6个不同的轨道面上,这6个轨道面与赤道平面倾角为550。轨道相互间隔120°,相邻轨道面邻星相位差为40°,运行周期为11h8min,卫星网的这种布置格局保证了在地球上任何地点任何时刻至少能同时观测4颗卫星,最多时可观测到11颗卫星播发的导航信号,实现三维精确定位。卫星发射有三种信号,即精密的P码(广泛应用于军事领域)、非精密的捕获码C/A(用于民用方面)和导航电文。地面台站由一个主控站、五个监控站组成。主控站根据各监控站观测到的数据计算出每颗卫星的轨道等数据,注人到各卫星存储器。用户定位设备即GPS接收机,由天线、信号识别和处理装置、微机操作板、指示器、数据存贮器、精密振荡器、电源六大部分组成,其主要功能是接收卫星播发的信号并利用本身的伪随机噪声码取得观测量以及内含卫星位置和钟差改正信息的导航电文,然后计算出接收机的三维坐标和运动速度。随着GPS技术日趋成熟,GPS产品的不断升级,GPS测量已经更加实用化和自动化。在道路勘测设计中,运用GPS技术已使传统的道路勘测方法发生了根本的变革,尤其是作为道路地理信息系统(GIS)中获取空间三维坐标数据的先进手段,对实现道路勘测设计的自动化和数字化具有重要意义。一、gps在道路工程中的应用(一)采用gcps技术建立线路前控制网GPS在道路初测阶段的主要任务是根据路线的基本走向布设控制点,进行平面控制测量和高程控制测量,作为测绘路线地形图、定线测设和施工放样的重要基础。利用GPS卫星定位技术可以代替传统的导线法进行路线控制测量,并具有布网灵活、外业观测速度快、全天候作业、定位精度高等优点,经内业处理要在统一坐标系下提供控制点的三维数据信息。目前,国内已基本采用GPS技术建立线路高精度首级控制网,如沪宁、宁杭高速公路的全线就是利用CPS建立了首级控制网,然后用常规方法布设导线加密。实践证明,在几十公里范围内的点位误差只有2cm左右,达到了常规方法难以实现的精度,同时也大大缩短了工期。广东省地质测绘院利用win200GPS接收机的快速静态定位功能已建立了数百公里的高精度GPS道路控制网,取得了良好的效果。(二)相对定位的应用利用GPSRTK技术进行实时动态测量,是GPS测量技术发展中的一个新突破。期限基本原理是,在基准站上安置1台GPS接收机,对所有可见卫星进行连续观测,并将其观测数据通过发射台实时地发送给流动观测站。在流动观测站上,GPS接收机在接收卫星信号的同时通过接收电台接收基准确性站传送的数据,然后利用电子手簿根据相对定位的原理,实时地求解出厘米级的流动站的动态位置(X、Y、Z)。在道路勘测中,应用RTK技术进行定线测量可同时一次完成传统测量方法中的放线、中桩、中平等工作,大大提高作业效率。基本作业方法如下。(1)在路线控制点上架设一台GPS接收机作为基准确性站,流动站测设路线点上架设一台GPS接收机作为基准流动站测设路线点位燕打桩作业。(1)根据所设计的路线参数(圆曲线半径、缓和曲线要素、交点坐标、起始方位角等),利用路线计算程序计算路线中桩的设计坐标(注:也可将路线计算程序计算路线中桩的设计坐标集成于GPS接收机所配套的电子手簿中,在现场输人桩号,随时计算坐标)。(3)将路线中桩的设计坐标从微机中传输到电子手簿。(4)在流动站的测设操作下,只要输人要测设的参考点号,然后按解算键,显示屏可用时显示当前杆位于和到设计桩位的方向与距离,移动杆位,当屏幕显示杆位与设计点位重合时,在杆位处打桩写号即可。这样逐桩进行,可快速在地面上敷设中桩并获取高程。(5)在每个桩位按控制器的记录键,将每个桩位高程记录于电子手薄的存储器,实现无纸化记录。二、gps引导道路工程的综合测量(一)道路测绘工作的领域,包括需要施工、与网络等具有实时测量功能的CPS系统,其精度、速度和可靠性得到了充分的保障。首先,扩大实时GPS测量技术的应用领域,它承担道路勘测作业的绝大部分项目,除各级控制、施工放样之外,将包括数字化带状地形图测绘,线路土石方、桥涵工程施工测量,路面铺装施工作业,里程桩标定和道路竣工验收测量。另一方面,将控制测量、坐标与高程系统的转换、带状地形图测量、选线设计、中线、边线放样作业,到各个桩位的填挖工作量计算通过一塔外业测量过程予以全部完成。(二)u3000测量成果的输出利用4-5台GPS实时测量系统,在具体作业中分工如下:将两台分别架设在施测沿线相距15～20公里左右,有利于卫星信号接收和无线电信号发送的开阔高地上,作为参考站A与B(不必考虑它们是否已知点),提前两三分钟开机,通过实时CPS测量方法将A站的WGS84地心坐标准传递给B站随后即可同时开始招待参考站的任务另外两台在两个参考站有效控制距离长达30～50公里带状区域内充当流动台按设计的带宽测量地形图,并按一定的间距布测概略中线与边线木桩,实时得到它们相对于两个参考站的三维坐标如果彼此互差在±3cm(或±5cm由用户自己设定)限差以内,取中数为平差值;如果还有第5台GPS可供使用的话,让它专门从事沿线用两侧5～10公里范围内国家三角点或地方局部近控制网已知点的联测。如果只有4台接收机可供使用的话,这种联测只能由分担流动点测理任务的两台接收机在施测过程中就近顺便完成。在完成一段作业任务后,A站向线路的延伸方向迁站到C点,并保持B点不动。B、C相距15～20公里左右。同样C点坐标由B点通实时传递获得。重复第五段工作方式,完成第二段野外作业。依此类推,完成全线测量任务。由于每个点都有两个不同已知点的实时检核平差成果,各项精度指标均在预先设定的范围之内,加上参考站坐标传递如果存在问题,那么在成批算流动点位的坐标差中必然会暴露出来。因此,整个测区所有点位的WGS84测量成果是一个精度均匀、绝对可靠的、无需进行任何内业后处理,只要根据同平面用高程的已知点位匹配情况进行会标转换与高程拟合,输出测区的点位成果表,根据转换后的坐标与高程系统输出相应的数字化地形图,用于输出修正后的线路模型,并推算出工程的土石方工作量。下一步就可以进入GPS引导下的线路施工、里程桩测设和竣工验收。毫无疑问,按新的生产工艺流程将大大缩短道路勘测设计与施工的周期,降低作业人员的劳动强度,并有效地降低生产成本。三、提高道路测量水平