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一、gps定位原理
GPS系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統。在需要的位置p點架設GPS接收機,在某一時刻ti同時接收了三顆(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衛星的距離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)。從而用距離交會的方法求得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測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測量中常用地固坐標系統。有利于表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果,因此在測量中被廣泛的應用。
二、GPS測量的技術特點
2.1測站之間無需通視測站間相互通視一直是測量學的難題。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測量精度與紅外儀相當,但隨著距離的增長,GPS測量優越性愈加突出。大量實驗證明,在小于50公里的基線上,其相對定位精度可達12×10-6,而在100~500公里的基線上可達10-6~10-7.
2.3觀測時間短采用GPS布設控制網時,每個測站上的觀測時間一般在30~40min左右,采用快速靜態定位方法,觀測時間更短。例如使用接收機的rtk法可在5s以內求得測點坐標。
2.4提供三維坐標GPS測量在精確測定觀測站平面位置的同時,可以精確測定觀測站的大地高程。
2.5操作簡便GPS測量的自動化程度很高。目前GPS接收機已趨小型化和操作傻瓜化,觀測人員只需將天線對中、整平,量取天線高打開電源即可進行自動觀測,利用數據處理軟件對數據進行處理即求得測點三維坐標。而其它觀測工作如衛星的捕獲,跟蹤觀測等均由儀器自動完成。
三、GPS衛星定位系統在工程測量中的應用
3.1GPS測量的技術設計①設計依據。GPS測量的技術設計主要依據1999年建設部的行業標準《城市測量規范》、1997年建設部的行業標準《全球定位系統城市測量技術規程》及工程測量合同有關要求制定的。②設計精度。根據工程需要和測區情況,選擇城市或工程二級GPS網作為測區首級控制網。要求平均邊長小于1km,最弱邊相對誤差小于1/10000,GPS接收機標稱精度的固定誤差a≤15mm,比例誤差系數b≤20×10-6.③設計基準和網形。控制網共12個點,其中聯測已知平面控制點2個,高程控制點5個。采用3臺GPS接收機觀測,網形布設成邊連式。④觀測計劃。根據GPS衛星的可見預報圖和幾何圖形強度(空間位置因子PDOP),選擇最佳觀測時段(衛星多于4顆,且分布均勻,PDOP值小于6),并編排作業調度表。
3.2GPS測量的外業實施①選點。GPS測量測站點之間不要求一定通視,圖形結構也比較靈活,因此,點位選擇比較方便。但考慮GPS測量的特殊性,并顧及后續測量,選點時應著重考慮:a.每點最好與某一點通視,以便后續測量工作的使用;b.點周圍高度角15°以上不要有障礙物,以免信號被遮擋或吸收;c.點位要遠離大功率無線電發射源、高壓電線等,以免電磁場對信號的干擾;d.點位應選在視野開闊、交通方便、有利擴展、易于保存的地方,以便觀測和日后使用;e.選點結束后,按要求埋設標石,并填寫點之記。②觀測。根據GPS作業調度表的安排進行觀測,采取靜態相對定位,衛星高度角15°,時段長度45min,采樣間隔10s.在三個點上同時安置三臺接收機天線(對中、整平、定向),量取天線高,測量氣象數據,開機觀察,當各項指標達到要求時,按接收機的提示輸入相關數據,則接收機自動記錄,觀測者填寫測量手簿。
通過以上分析,GPS系統在工程測量上將有很大的發展空間,為工程施工質量提供了有利的保障。