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gps在公路工程控制丈量中的應用
【摘要】gps（global positioning system)全球定位系統是美國研制并在1994年投進使用的衛星導航與定位系統。其應用技術已遍及國民經濟的各個領域。在丈量領域，gps系統已廣泛用于大地丈量、工程丈量、航空攝影丈量以及地形丈量等各個方面。本文將以開封市的省公路路網項目為例，概略敘述gps系統在公路工程控制丈量中的應用。關鍵詞： gps定位系統 公路工程 控制丈量 應用一、概述
gps全球定位系統（global positioning system)在公路工程丈量中的應用，在最近的兩年得到了迅速推廣，這主要依靠于gps系統可以向全球任何用戶全天候地連續提供高精度的三維坐標、三維速度和時間信息等技術參數。我們先了解一下gps系統的組成，工作原理以及在丈量領域的應用特點。
1.1gps系統的組成
gps全球定位系統由空間衛星群和地面監控系統兩大部分組成，除此之外，丈量用戶當然還應有衛星接收設備。
1.1.1 空間衛星群 gps的空間衛星群由24顆高約20萬公里的gps衛星群組成，并均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為60o，軌道和地球赤道的傾角為55o，衛星的軌道運行周期為11小時58分，這樣可以保證在任何時間和任何地點地平線以上可以接收4到11顆gps衛星發送出的信號。
1.1.2 gps的地面控制系統 gps的地面控制系統包括一個主控站、三個注進站和五個監測站，主控站的作用是根據各監控站對 gps的觀測數據計算衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等并將這些數據通過注進站注進到衛星中往；同時還對衛星進行控制，向衛星發布指令，調度備用衛星等。監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態。注進站的作用是將主控站計算的數據注進到衛星中往。gps地面控制系統主要設立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。
1.1.3 gps的用戶部分由gps接收機、數據處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象儀器等組成，其作用是接收gps衛星發出的信號，利用信號進行導航定位等。在丈量領域，隨著現代的科學技術的發展，體積小、重量輕便于攜帶的gps定位裝置和高精度的技術指標為工程丈量帶來了極大的方便。例如：我們在控制丈量中使用的天寶（trimble）4800gps測地型接收機其技術指標為：
??雙頻主機、天線，rtk電臺一體化；
??獨特的電池設計、無需接線，使用4h以上；
??5次/秒的快速位置更新，可靠的衛星"超跟蹤"技術；
新型于薄式控制器，4m或10m的pcmcia數據存儲卡;
?丈量精度：靜態丈量?5mm lppm
? rtk丈量 10mm十1ppm（平面）
??20mm十1ppm(高程）
這些技術指標充分的滿足了控制丈量的精度要求。
1.2gps的工作原理
gps系統是一種采用間隔交會法的衛星導航定位系統。如圖 l示：在需要的位置p點架設gps接收機，在某一時刻ti同時接收了3顆(a、b、c)以上的gps衛星所發出的導航電文，通過一系列數據處理和計算可求得該時刻gps接收機至gps衛星的間隔sap、sbp、scp，同樣通過接收衛星星歷可獲得該時刻這些衛星在空間的位置(三維坐標)。從而用間隔交會的方法求得 p點的維坐標(xp,yp，zp)，其數學式為：
sap2=[( xp-xa)2 (yp-ya) 2 (zp za) 2]
sbp2=[( xp-xb)2 (yp-yb) 2 (zp zb) 2]
scp2=[( xp-xc)2 (yp-yc) 2 (zp zc) 2]
式中(xa，ya，za), (xb，yb，zb), (xc，yc，zc)分別為衛星a，b，c 在時刻ti的空間直角坐標。在gps丈量中通常采用兩類坐標系統，一類是在空間固定的坐標系統，另一類是與地球體相固聯的坐標系統，稱地固坐標系統，我們在公路工程控制丈量中常用地固坐標系統。（如： wgs-84世界大地坐標系和1980年西安大地坐標系。）在實際使用中需要根據坐標系統間的轉換參數進行坐標系統的變換，來求出所使用的坐標系統的坐標。這樣更有利于表達地面控制點的位置和處理gps觀測成果，因此在丈量中被得到了廣泛的應用。二 gps丈量的技術特點
相對于常規的丈量方法來講，gps丈量有以下特點：
2.1 測站之間無需通視。測站間相互通視一直是丈量學的困難。gps這一特點，使得選點更加靈活方便。但測站上空必須開闊，以使接收gps衛星信號不受干擾。
2.2 定位精度高。一般雙頻gps接收機基線解精度為5mm 1ppm，而紅外儀標稱精度為5mm 5ppm，gps丈量精度與紅外儀相當，但隨著間隔的增長，gps丈量優越性愈加突出。大量實驗證實，在小于50公里的基線上，其相對定位精度可達12
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