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GPS应用实例简介

发布时间:2020-08-08 
 

  环球定位体系(GlobalPositioningSystem,简称GPS)是美邦从20世纪70年代早先研制的用于军事部分的新一代卫星导航与定位体系,历时20年,耗资200众亿美元,分三阶段研制,连续进入利用,并于 1994年全数修成。GPS是以卫星为根本的无线电卫星导航定位体系,它具有万能性、环球性、全天候、连气儿性和及时性的严紧三维导航与定位成效,况且具有精良的抗骚扰性和保密性。所以,GPS本事率先正在大地衡量、工程衡量、航空拍照衡量、海洋衡量、都会衡量等测绘范围获得了操纵[1],并正在军事、交通、通讯、资源、管束等范围张开了琢磨并获得普通操纵。本文先容GPS正在山区工程衡量中的操纵,并提出几点融会。

  (1)GPS空间卫星星座由21颗职业卫星和3颗正在轨备用卫星构成。24颗卫星匀称漫衍正在6个轨道平面内,轨道平面的倾角为55,卫星的均匀高度为20200km,运转周期为11h58min。卫星用L波段的两个无线电载波向壮阔用户接二连三地发送导航定位信号,导航定位信号中含有卫星的场所讯息,使卫星成为一个动态的已知点。正在地球的任何处所、任何时候,正在高度角15以上,均匀可同时观测到6颗卫星,最众可抵达9颗。

  (3)GPS衡量的数据传输和管束采用随机软件杀青,只须担保接纳卫星信号的质料和已知数据的数目、精度,即可便利地求出合适精度恳求的限定点三维坐标。但因为联测已知高程点较少(仅联测5个),以致的限定点高程精度较低。所以,要担保限定点高程的精度,必需联测足够的已知高程点。

  (2)GPS地面监控站重要由漫衍正在环球的一个主控站、三个注入站和五个监测站构成。主控站遵循各监测站对GPS卫星的观测数据,盘算各卫星的轨道参数、钟差参数等,并将这些数据编制成导航电文,传送到注入站,再由注入站将主控站发来的导航电文注入到相应卫星的存储器中。

  (3)计划基准和网形如图2所示,限定网共12个点,此中联测已知平面限定点2个(I12,I13),高程限定点5个(I12,I13,105,109,110,其高程由四等水准测得)。采用3台GPS接纳机观测,网形布设成边连式。

  (2)观测遵循GPS功课更改外的打算举行观测,采用静态相对定位,卫星高度角15,时段长度45min,采样间隔10s。正在3个点上同时铺排3台接纳机天线(对中、整平、定向),量取天线高,衡量气候数据,开机窥探,当各项目标抵达恳求时,按接纳机的提示输入合联数据,则接纳机自愿记实,观测者填写衡量手簿。

  (2)计划精度遵循工程必要和测区处境,采用都会或工程二级GPS网行动测区首级限定网。恳求均匀边长小于1km,最弱边相对中差错小于1/10000,GPS接纳机标称精度的固定差错a15mm,比例差错系数b20×10-6。

  GPS定位是遵循衡量中的隔断交会定点道理实行的[2]。如图1所示,正在待测点Q扶植GPS接纳机,正在某暂时刻tk同时接纳到3颗(或3颗以上)卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据管束和盘算,可求得该时候接纳机天线中央(测站点)至卫星的隔断1、2、3。遵循卫星星历可查到该时候3颗卫星的三维坐标(Xj,Yj,Zj),j=1,2,3,从而由下式解算出Q点的三维坐标(X,Y,Z):

  GPS网数据管束分为基线解算和网平差两个阶段,采用随机软件杀青。经基线解算、质料检核、外业重测和网平差后,获得GPS限定点的三维坐标(睹外1),其各项精度目标合适本事计划恳求。

  (4)观测布置遵循GPS卫星的可睹预告图和几何图形强度(空间场所因子PDOP),采用最佳观测时段(卫星众于4颗,且漫衍匀称,PDOP值小于6),并编排功课更改外。

  (1)GPS限定网选点圆活,布网便利,基础不受通视、网形的节制,特殊是正在地形庞大、通视难题的测区,更显其良好性。但因为测区要求较差,边长较短(均匀边长不到300m),基线相对精度较低,局部边长相对精度大于1/10000。所以,当精度恳求较高时,应避免短边,无法避免时,要拘束观测。

  相看待向例衡量来说,GPS衡量重要有以下特征:①衡量精度高。GPS观测的精度显明高于通常向例衡量,正在小于50km的基线上,其相对定位精度可达1×10-6,正在大于1000km的基线。②测站间无需通视。GPS衡量不必要测站间互相通视,可遵循现实必要确定点位,使得选点职业越发圆活便利。③观测时光短。跟着GPS衡量本事的不时完备,软件的不时更新,正在举行GPS衡量时,静态相对定位每站仅需20min支配,动态相对定位仅需几秒钟。④仪器操作轻便。目前GPS接纳机自愿化水准越来越高,操作智能化,观测职员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数,接纳机即可举行自愿观测和记实。⑤全天候功课。GPS卫星数目众,且漫衍匀称,可担保正在任何时光、任何处所连气儿举行观测,通常不受天色境况的影响。⑥供应三维坐标。GPS衡量可同时无误测定测站点的三维坐标,其高程精度已可餍足四等水准衡量的恳求。

  (1)计划按照GPS衡量的本事计划重要按照1999年修造部宣布的行业程序《都会衡量典范》、1997年修造部宣布的行业程序《环球定位体系都会衡量本事规程》[3]及工程衡量合同相合恳求制订的。

  (2)GPS接纳机观测基础实行了自愿化、智能化,且观测时光正在不时裁汰,大大低落了功课强度,观测质料重要受观测时卫星的空间漫衍和卫星信号的质料影响。但因为各异点的选定受地形要求节制,变成树木遮挡,影响对卫星的观测及信号的质料,经重测后通过。所以,应端庄按相合恳求选点,择最佳时段观测,并预防手机、步话机等修立的利用。

  (1)选点GPS衡量测站点之间不恳求必然通视,图形组织也比力圆活,所以,点位采用比力便利。但研讨GPS衡量的异常性,并顾及后续衡量,选点时应着重研讨:①每点最好与某一点通视,以便后续衡量职业的利用;②点周遭高度角15以上不要有贫困物,免得信号被遮挡或汲取;③点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等,免得电磁场对信号的骚扰;④点位应选正在视野广大、交通便利、有利扩展、易于存储的地方,以便观测和日后利用;⑤选点遣散后,按恳求埋设标石,并填写点之记。

  本文涉及的工程由某集团公司投资修制,是一个集息闲、文娱、旅逛、渡假等成效于一体的归纳项目。工程位于城郊,占地66.7hm2众,属两山夹一沟地形,山地面积约占三分之二。最高处约90m。山上树木兴旺,地形庞大,通视难题,行走未便。为了该工程的计划和施工,需作战首级限定网。研讨到工程庞大,工期较紧,测区通视难题,地形流动大等身分,决心采用GPS衡量。

  (3)GPS用户修立由GPS接纳机、数据管束软件及其终端修立(如盘算机)等构成。GPS接纳机可逮捕到按必然卫星高度截止角所采用的待测卫星的信号,跟踪卫星的运转,并对信号举行交流、放大和管束,再通过盘算机和相应软件,经基线解算、网平差,求出GPS接纳机中央(测站点)的三维坐标。

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