首頁 > 檢測加固 > 正文
GPS技術在公路丈量中的應用
2012-01-30 來源:中國百科網(wǎng)
GPS技術應用于公路丈量是公路外業(yè)勘測的一項重大技術革命,其應用及開發(fā)的遠景十分廣闊。尤其是實時動態(tài)(RTK)定位技術在公路丈量中蘊含著巨大的技術潛力,本文主要先容了GPS中的RTK技術在公路丈量中的應用及其對公路勘測的巨大推進作用。

    1、GPS技術發(fā)展現(xiàn)狀

     全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositioningSystem)是美國陸??杖娐?lián)合研制的衛(wèi)星導航系統(tǒng),具有全球性、全天侯、連續(xù)性、實時性導航定位和定時功能,能為各類用戶提供精密的三維坐標、速度和時間。單點導航定位與相對測地定位是GPS應用的兩個方面;對常規(guī)丈量而言相對測地定位是主要的應用方式。

     相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實現(xiàn)高精度丈量,其原理是采用載波相位丈量局域差分法:在接收機之間求一次差,在接收機和衛(wèi)星觀測歷元之間求二次差,通過兩次差分計算解算出待定基線的長度;求解整周模糊度是其關鍵技術,根據(jù)算法模型,設計了靜態(tài)、快速靜態(tài)以及RTK等作業(yè)模式。靜態(tài)作業(yè)模式主要用于地殼變形觀測、國家大地丈量、大壩變形觀測等高精度丈量;快速靜態(tài)丈量以其高效的作業(yè)效率與厘米級精度廣泛應用于一般的工程丈量;而RTK丈量以其快速實時,厘米級精度等特點廣泛應用于數(shù)據(jù)采集(如碎部丈量)與工程放樣中。RTK技術代表著GPS相對測地定位應用的主流。

     GPS測地型接收設備是實現(xiàn)測地定位的基本條件,接收機有單頻與雙頻之分,雙頻性能以L2觀測值修正電離層折射影響,最適宜于中、長基線(大于20km)丈量,具有快速靜態(tài)丈量的功能,可升級為RTK功能;單頻機適宜于小于20km的短基線丈量,對于一般工程丈量具有良好的性能價格比。RTK系統(tǒng)由GPS接收設備、無線電通訊設備、電子手薄及配套設備組成,整套設備在輕量化、操縱簡便性、實時可靠性、厘米級精度等方面的特點,完全可以滿足數(shù)據(jù)采集和工程放樣的要求。鑒于GPS系統(tǒng)在軌衛(wèi)星數(shù)有限,在對空通視受遮擋的條件下,不能保證正常解算,影響定位的精度和可靠性。實踐表明,單頻GPS系統(tǒng)由于多環(huán)境的制約,存在著很大的局限性。隨著俄羅斯的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(CLONASS)的不斷完善,利用GLONASS來改善GPS性能的雙星座系統(tǒng)(GLONASS+GPS)已由美國Ashtech公司研制成功,這種全天候、全地域、高精度的系統(tǒng)為用戶提供了更為完善的接收設備,雙星座系統(tǒng)的接收設備GPS接收設備的新水平。

    2、GPS技術在公路丈量中的應用遠景

     隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長的西部大開發(fā)的實施,我省的高等級公路建設迎來前所末有的發(fā)展機遇,這就對勘測設計提出了更高的要求,隨著公路設計行業(yè)軟件技術和硬件設備的發(fā)展,公路設計已實現(xiàn)CAD化,有些軟件本身還要求提供地面數(shù)字化測繪產(chǎn)品的支持;建立勘測、設計、施工、后期治理一體化的數(shù)據(jù)鏈,減少數(shù)據(jù)轉抄、輸進等中間環(huán)節(jié),是公路勘測設計“內(nèi)外業(yè)一體化”的要求,也是影響高等級公路設計技術發(fā)展的“瓶頸”所在。目前公路勘測中雖已采用電子全站儀等先進儀器設備,但常規(guī)丈量方法受橫向通視和作業(yè)條件的限制,作業(yè)強度大,且效率低,大大延長了設計周期??睖y技術的進步在于設備引進和技術改造,在目前的技術條件下引進GPS技術應當是首選。當前,用GPS靜態(tài)或快速靜態(tài)方法建立沿線總體控制測理,為勘測階段測繪帶狀地形圖,路線平面、縱面丈量提供依據(jù);在施工階段為橋梁,隧道建立施工控制網(wǎng),這僅僅是GPS在公路丈量中應用的低級階段,實在,公路丈量的技術潛力蘊于RTK(實時動態(tài)定位)技術的應用之中,RTK技術在公路工程中的應用,有著非常廣闊的遠景。下面就RTK技術在公路勘測中的應用作簡單的先容。

     3、RTK技術在公路丈量中的應用

     3.1 實時動態(tài)(RTK)定位技術簡介

     實時動態(tài)(RTK)定位技術是以載波相位觀測值為根據(jù)的實時差分GPS(RTDGPS)技術,它是GPS丈量技術發(fā)展的一個新突破,在公路工程中有廣闊的應用遠景。眾所周知,無論靜態(tài)定位,還是準動態(tài)定位等定位模式,由于數(shù)據(jù)處理滯后,所以無法實時解算出定位結果,而且也無法對觀測數(shù)據(jù)進行檢核,這就難以保證觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量,在實際工作中經(jīng)常需要返工來重測由于粗差造成的分歧格觀測成果。解決這一題目的主要方法就是延長觀測時間來保證丈量數(shù)據(jù)的可靠性,這樣一來就降低了GPS丈量的工作效率。

     實時動態(tài)定位(RTK)系統(tǒng)由基準站和活動站組成,建立無線數(shù)據(jù)通訊是實時動態(tài)丈量的保證,其原理是取點位精度較高的首領控制點作為基準點,安置一臺接收機作為參考站,對衛(wèi)星進行連續(xù)觀測,活動站上的接收機在接收衛(wèi)星信號的同時,通過無線電傳輸設備接收基準站上的觀測數(shù)據(jù),隨機計算機根據(jù)相對定位的原理實時計算顯示出活動站的三維坐標和丈量精度。這樣用戶就可以實時監(jiān)測待測點的數(shù)據(jù)觀測質(zhì)量和基線解算結果的收斂情況,根據(jù)待測點的精度指標,確定觀測時間,從而減少冗余觀測,進步工作效率。

    3.2 應用

     實時動態(tài)(RTK)定位有快速靜態(tài)定位和動態(tài)定位兩種丈量模式,兩種定位模式相結合,在公路工程中的應用可以覆蓋公路勘測、施工放樣、監(jiān)理和GIS(地理信息系統(tǒng))前端數(shù)據(jù)采集。

    3.2.1 快速靜態(tài)定位模式。

     要求GPS接收機在每一活動站上,靜止的進行觀測。在觀測過程中,同時接收基準站和衛(wèi)星的同步觀測數(shù)據(jù),實時解算整周未知數(shù)和用戶站的三維坐標,假如解算結果的變化趨于穩(wěn)定,且其精度已滿足設計要求,便可以結束實時觀測。一般應用在控制丈量中,如控制網(wǎng)加密;若采用常規(guī)丈量方法(如全站儀丈量),受客觀因素影響較大,在自然條件比較惡劣的地區(qū)實施比較困難,而采用RTK快速靜態(tài)丈量,可起到事半功倍的效果。單點定位只需要5-10min(隨著技術的不斷發(fā)展,定位時間還會縮短),不及靜態(tài)丈量所需時間的五分之一,在公路丈量中可以代替全站儀完成導線丈量等控制點加密工作。

    3.2.2 動態(tài)定位

     丈量前需要在一控制點上靜止觀測數(shù)分鐘(有的儀器只需2~10s)進行初始化工作,之后活動站就可以按預定的采樣間隔自動進行觀測,并連同基準站的同步觀測數(shù)據(jù),實時確定采樣點的空間位置。目前,其定位精度可以達到厘米級。

     動態(tài)定位模式在公路勘測階段有著廣闊的應用遠景,可以完成地形圖測繪、中樁丈量、橫斷面丈量、縱斷面地面線丈量等工作。丈量2~4S,精度就可以達到1~3cm,且整個丈量過程不需通視,有著常規(guī)丈量儀器(如全站儀)不可相比的優(yōu)點。

    3.3 RTK技術的優(yōu)點

    3.3.1 實時動態(tài)顯示經(jīng)可靠性檢驗的厘米級精度的丈量成果(包括高程)。

    3.3.2 徹底擺脫了由于粗差造成的返工,進步了GPS作業(yè)效率。

    3.3.3 作業(yè)效率高,每個放樣點只需要停留1~2s,活動站小組作業(yè),每小組(3~4人)可完成中線丈量5~10km。若用其進行地形丈量,每小組天天可以完成0.8~1.5km3的地形圖測繪,其精度和效率是常規(guī)丈量所無法相比的。

    3.3.4 在中線放樣的同時完成中樁抄平工作。

    3.3.5 應用范圍廣—可以涵蓋公路丈量(包括平、縱、橫),施工放樣,監(jiān)理,竣工丈量,養(yǎng)護丈量,GIS前端數(shù)據(jù)采集諸多方面。

    3.3.6 如輔助相應的軟件,RTK可與全站儀聯(lián)合作業(yè),充分發(fā)揮RTK與全站儀各自的上風。

    3.4 推廣建議

    3.4.1 GPS靜態(tài)定位技術和動態(tài)定位技術相結合的方法可以高效、高精度地完成公路平面控制丈量。

    3.4.2 生產(chǎn)過程中采用常規(guī)方法和GPS技術相結合生產(chǎn)流程可以極大地進步生產(chǎn)效率。

    3.4.3 隨著GPS技術特點是RTK技術的發(fā)展,各個廠家相繼推出了具有自主專利技術的儀器,其初始化時間越來越短,跟蹤能力也越來越強,精度越來越高,可靠性越來越強,有著良好的性價比,在勘察設計單位具有代替全站儀的趨勢,單位設備更新時應考慮這一因素。

    3.4.4 GPS技術在公路丈量中的應用,是公路丈量的一項革命性的技術革新,它將對傳統(tǒng)的作業(yè)理念予以更新。

    4、結語

     GPS在公路勘測中的應用,對高等級公路的勘測手段和作業(yè)方法產(chǎn)生了革命性的變革,極大地進步了勘測精度和勘測效率,特別是實時動態(tài)(RTK)定位技術將在公路勘測、施工和后期養(yǎng)護、治理方面有著廣闊的應用遠景。
Copyright © 2007-2022 cnbridge.cn All Rights Reserved
服務熱線:010-64708566 法律顧問:北京君致律師所 陳棟強
ICP經(jīng)營許可證100299號 京ICP備10020099號  京公網(wǎng)安備 11010802020311號