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    中级电子工程师职称论文范文—探讨GPS技术的应用

    2014-9-15 16:25:03      点击:
    中级电子工程师职称论文范文—探讨GPS技术的应用分析值得关注,随着现代科学技术的发展,体积小、重量轻便于携带的GPS定位装置和高精度的技术指标为T程测量带来了极大的方便。

      关键词:GPS,工程测量

      概述

      GPS是美国从20世纪70年代开始研制,历时20年,于1994年全面建成,具有海、陆、空全方位实施三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS接收机的改进,广域差分技术、载波相位差分技术的发展,加之美国SA技术的解除,使得GPS技术在导航、运载工具实时监控、城市规划、工程测量等领域有了更为广泛的应用。

      (RTK(Real Time Kinematics,实时动态)技术是在GPS基础上发展起来的、能够实时提供流动站在指定坐标系中的三维定位结果,并在一定范围内达到厘米级精度的一种新的GPS定位测量方式,是GPS应用的重大里程碑。RTK测量是将l台GPS接收机安装在已知点上对GPS卫星进行观测,将采集的载波相位观测量调制到基准站电台的载波上,再通过基准站电台发射出去;流动站在对GPS卫星进行观测并采集载波相位观测量的同时,也接收由基准站电台发射的信号,经解调得到基准站的载波相位观测量;流动站的GPS接收机再利用0TF(运动中求解整周模糊度)技术由基准站的载波相位观测量和流动站的载波相位观测量来求解整周模糊度,最后求出厘米级精度流动站的位置。RTK测量可以不布设各级控制点,仅依据一定数量的基准控制点,便可以高精度、快速地测定图根控制点、界址点、地形点、地物点的坐标,利用测图软件可以在野外一次生成电子地图。同时,也可以根据已有的数据成果快速的进行施工放样。因此,RTK被广泛应用于图根控制测量,地籍、房地产测绘、数字化测图及施工放样等各种工作中。

      1 GPS测量模式

      随着GPS技术的进步和接收机的迅速发展,GPS在测量定位领域已得到了较为广泛的应用。但是,针对不同的领域和用户的不同要求,需要采用的具体测量方法是不一样的。一般来说,GPS测量模式可分为静态测量和动态测量两种模式,而静态测量模式又分常规静态测量模式和快速静态测量模式,动态测量模式分准动态测量模式(后处理动态,走走停停)和实时动态测量模式,实时动态测量模式分DGPS和RTK方式。下面分别介绍如下:

      1.1常规静态测量

      这种模式采用两台(或两台以上)GPS接收机,分别安置在一条或数条基线的两端,同步观测4颗以上卫星,每时段根据基线长度和测量等级观测45分钟以上的时间。这种模式一般可以达到5mm十1ppm的相对定位精度。 常规静态测量常用于建立全球性或国家级大地控制网,建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。

      1.2快速静态测量

      这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站,连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机依次到各待测测站,每测站观测数分钟。这种模式常用于控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测;流动点与基准点相距应不超过20km。

      1.3准动态测量

      这种模式是在一个已知测站上安置一台GPS接收机作为基准站,连续跟踪所有可见卫星。移动站接收机在进行初始化后依次到各待测测站,每测站观测几个历元数据。这种方法不同于快速静态,除了观测时间不一样外,它要求移动站在搬站过程中不能失锁,并且需要先在已知点或用其它方式进行初始化(采用有OTF功能的软件处理时例外)。这种模式可用于开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量等。需要注意的是这种方法要求在观测时段内确保有5颗以上卫星可供观测;流动点与基准点相距应不超过20km。

      另外,有一种连续动态测量,也属于这种模式。这种测量是在一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星。流动接收机在初始化后开始连续运动,并按指定的时间间隔自动记录数据。这种方法常用于精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。

      2 GPS在工程测量中的应用

      2.1GPS测量的技术设计

      (1)设计依据 GPS测量的技术设计主要依据1999年建设部发布的行业标准《城市测量规范》、1997年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》[3]及工程测量合同有关要求制定的。

      (2)设计精度 根据工程需要和测区情况,选择城市或工程二级GPS网作为测区首级控制网。要求平均边长小于1 km,最弱边相对中误差小于1/10 000,GPS接收机标称精度的固定误差a≤15 mm,比例误差系数b≤20×10-6。

      (3)设计基准和网形 如图2所示,控制网共12个点,其中联测已知平面控制点2个(I12,I13),高程控制点5个(I12,I13,105,109,110,其高程由四等水准测得)。采用3台GPS接收机观测,网形布设成边连式。

      (4)观测计划 根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度(空间位置因子PDOP),选择最佳观测时段(卫星多于4颗,且分布均匀,PDOP值小于6),并编排作业调度表。

      2.1GPS测量的外业实施

      (1)选点 GPS测量测站点之间不要求一定通视,图形结构也比较灵活,因此,点位选择比较方便。但考虑GPS测量的特殊性,并顾及后续测量,选点时应着重考虑:①每点最好与某一点通视,以便后续测量工作的使用;②点周围高度角15°以上不要有障碍物,以免信号被遮挡或吸收;③点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等,以免电磁场对信号的干扰;④点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保存的地方,以便观测和日后使用;⑤选点结束后,按要求埋设标石,并填写点之记。

      (2)观测 根据GPS作业调度表的安排进行观测,采取静态相对定位,卫星高度角15°,时段长度45min,采样间隔10 s。在3个点上同时安置3台接收机天线(对中、整平、定向),量取天线高,测量气象数据,开机观察,当各项指标达到要求时,按接收机的提示输入相关数据,则接收机自动记录,观测者填写测量手簿。

      2.3GPS测量的数据处理

      GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段,采用随机软件完成。经基线解算、质量检核、外业重测和网平差后,得到GPS控制点的三维坐标,其各项精度指标符合技术设计要求。

      3 GPS在测量中的应用体会

      3.1测量精度高

      GPS观测的精度明显高于一般常规测量,在小于50 km的基线上,其相对定位精度可达1×10-6,在大于1 000 km的基线上可达1×10-8。

      3.2观测时间短。GPS接收机观测基本实现了自动化、智能化,且观测时间在不断减少,大大降低了作业强度,观测质量主要受观测时卫星的空间分布和卫星信号的质量影响。但由于各别点的选定受地形条件限制,造成树木遮挡,影响对卫星的观测及信号的质量,经重测后通过。因此,应严格按有关要求选点,择最佳时段观测,并注意手机、步话机等设备的使用。随着GPS测量技术的不断完善,软件的不断更新,在进行GPS测量时,静态相对定位每站仅需20 min左右,动态相对定位仅需几秒钟。

      3.3仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高,操作智能化,观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接收机即可进行自动观测和记录。GPS卫星数目多,且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况的影响。

      3.4GPS控制网选点灵活,布网方便,基本不受通视、网形的限制,特别是在地形复杂、通视困难的测区,更显其优越性。但由于测区条件较差,边长较短(平均边长不到300 m),基线相对精度较低,个别边长相对精度大于1/10 000。因此,当精度要求较高时,应避免短边,无法避免时,要谨慎观测。

      3.5GPS测量的数据传输和处理采用随机软件完成,只要保证接收卫星信号的质量和已知数据的数量、精度,即可方便地求出符合精度要求的控制点三维坐标。但由于联测已知高程点较少(仅联测5个),致使的控制点高程精度较低。因此,要保证控制点高程的精度,必须联测足够的已知高程点。

      4结束语

      伴随着测绘新技术的不断进步,现代工程测量必将朝着测量内外作业一体化、数据获取及处理自动化、测量过程控制和系统行为智能化、测量成果和产品数字化、测量信息管理可视化、信息共享和传播网络化的趋势发展。