摘要：《GPS測量技術》可作為高職高專院校工程測量技術專業及相關專業教材，也可作為成人教育GPS培訓教材和從事GPS測量工作的技術人員學習GPS測量技術、提高GPS測量工作能力的參考書。文章發表在《中國醫學計算機成像雜志雜志》上，是中級電子職稱論文范文，供同行參考。
關鍵詞：GPS,農村公路,測量,誤差
GPS的前身是美國軍方研制的一種子午儀衛星定位系統(Transit)，1958年研制，1964年正式投入使用。該系統用5到6顆衛星組成的星網工作，每天最多繞過地球13次，并且無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。
然而，子午儀系統使得研發部門對衛星定位取得了初步的經驗，并驗證了由衛星系統進行定位的可行性，為GPS的研制埋下了鋪墊。由于衛星定位顯示出在導航方面的巨大優越性及子午儀系統存在對潛艇和艦船導航方面的巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛星導航系統。
隨著科學技術的不斷發展,測量技術從傳統的經緯儀+水準儀到全站儀+水準儀,再到 GPS測量技術,經歷了一個不斷更新的過程。GPS全球定位系統是美國研制并在1994年投入使用的壘球衛星導航與定位系統。近年來,GPS系統因具有全球性、全天侯、連續性、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、速度和時間等優點。
其技術的應用已遍及我國國民經濟的各個領域,特別是在公路測量的應用上已經較為普遍。GPS系統在應有方面主要分為單點導航定位與相對測地定位,而對于常規測量而言,相對測地定位是主要的應用方式。在此,本文將重點談談GPS測量技術在農村公路的應用。
1GPS測量技術的工作原理
相對測地定位是利用L1和L2載波相位觀測值實現高精度測量,其原理是采用載波相位測量局域差分法:在接收機之間求一次差,在接收機和衛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,根據算法模型,設計了靜態、快速靜態以及RTK等作業模式。而RTK技術代表著GPS相對測地定位應用的主流。
2GPS測量的特點
GPS系統是目前在導航定位領域應用最為廣泛的系統,其可為各類用戶連續提供動態目標的三維位置、三維速度及時間信息。GPS測量主要特點如下:
2.1功能多、用途廣
GPS系統不僅可以用于測量、導航,還可用于測速、測時。測速的精度可達0.1 m/s,測時的速度可達幾十毫微秒。其應用領域不斷擴大。
2.2定位精度高
一般雙頻 GPS接收機基線解精度為 5 mm + 1 ppm,而紅外儀標稱精度為 5 mm+5 ppm,GPS測量精度與紅外儀相當,但隨距離的增長,GPS測量優越性愈加突出。大量試驗證明,在小于50 km的基線上,其相對定位精度可達12×10-6,而在100 km～500 km的基線上可達10-6～10-7。
2.3實時定位
利用全球定位系統進行導航,即可實時確定運動目標的三維位置和速度,可實時保障運動載體沿預定航線運行,亦可選擇最佳路線。特別是對軍事上動態目標的導航,具有十分重要的意義。
3GPS測量技術在農村公路中的應用
3.1農村公路調查內容
農村公路調查對象主要是縣鄉道路以及復合標準的村道,另外,還要對每個建制村道路的通達情況作相關的調查。在外業數據采集中主要采集的數據有各條道路的長度、路基路面寬、路面類型、所經過的村委以及村小學等標志性建筑的地理坐標、各起終點的坐標、名稱以及各分段點的信息等。
3.2GPS外業數據采集流程
3.2.1準備工作
GPS在農村公路測量中應用時,可采用“邊采集、邊錄入”的現場數據采集模式,一般情況下,一個測量小組由1人負責 GPS 接收機的開關以及掌上電腦的錄入工作、1人負責相關數據和出現特殊情況時的記錄工作、一名鄉鎮向導和一名司機共4人組成。
在采集工作出發之前,應先做好采集計劃,如安排好采集行程;提前準備好已有的周邊路線圖作為采集底圖,并打印一份供采集時參考;對需要采集的路線以及附屬設施提前準備好相關已有的資料(如路線編號,起點名稱,起點路基寬度及路面寬度,道路等級,路面性質,穿越了幾個鄉鎮、建制村,沿線共有幾座橋梁、大概在什么位置等),做到心中有數,提高采集效率。
在采集前,應先將GPS接收機與掌上電腦正確連接,然后通過藍牙連接將 GPS接收到的信號反映在掌上電腦上,并確保GPS連接和信息輸出正常。
3.2.2主要操作
GPS外業采集功能主要是實現公路路線、橋梁、隧道、渡口、鄉鎮、建制村等圖形和屬性一體化采集,具體包括采集新路線、路線分段、停止采集路線、繼續采集路線、點采集(如橋梁、隧道、渡口、鄉鎮、建制村等位置和屬性信息)等功能。在進行外業采集之前,在GPS采集子系統中主要操作有:
(1)打開GPS:GPS接收機與計算機連接正常并輸出有效的GPS數據后,通過“打開GPS”功能,建立與GPS接收機的通信連接。
(2)關閉GPS:在e-Road系統中斷開與GPS接收機的通信連接,只有在打開了GPS后才能關閉。
(3)查看GPS狀態:當打開GPS后,可查看GPS當前的狀態,是否正常接收衛星信號,以及GPS輸出的數據是否有效等信息。
(8)點采集:實現公路沿線附屬設施點(如橋梁、隧道、渡口等)以及鄉鎮、建制村、村小學等點的地理位置和屬性信息一體化采集。
通過上述功能操作,基本可以實現GPS+PC操作完美結合,在采集過程中,若因操作或人為走錯路線等原因還可以進行對象屬性編輯,現場及時修改或刪除所采集數據信息。
3.2.3采集完畢
當天采集完畢后,首先要做好數據備份工作,建立以天為備份數據文件,同時備份到移動存儲器中,以防計算機出現重大故障而使數據文件損壞,并及時將采集的數據進行必要的內業處理,防止因間隔時間過長,記錄不準確,導致內業無法編輯等狀況。
3.2.4經驗總結
(1)GPS接收器本身時鐘也存在誤差和噪聲,這些都影響定位的精確度。當出現比較明顯的漂移時,測量人員應該叫司機先停下來,等指示箭頭回歸原點時再開始進行測量。
(2)當正在進行路線采集時,如果較長時間在某個地方停頓或需要離開正在采集的路線去采集其他路線、沿線鄉鎮、建制村時,應先使用“停止采集路線”功能暫停正在采集的路線,再采集其他路線、沿線鄉鎮、建制村等,然后回到暫停的位置處使用“繼續采集路線”功能按原采集方向繼續采集被停止采集的路線。
(3)在采集過程中,應時刻關注GPS的信號,如果連續出現“GPS無法定位”的提示時,應立即停止采集路線,以免丟失相關數據,甚至出現把數據導入 PC機后出現亂碼的情況。且測量人員應立即檢查GPS的電池是否沒電或是GPS與計算機是否已斷開連接等,待設備都已完好后,為確保數據的有效性,測量人員應進行返工。
(4)采集過程中,GPS接收機和計算機不能離得太遠(一般是 10 m以上),以避免計算機無法接收GPS傳過來的信號以致數據丟失。
綜上所述,由于GPS設備功能齊全,攜帶方便,易于掌握,能夠徹底改變以往公路調查陳舊的工作模式,從根本上提高公路測量效率,減輕職工勞動強度。盡管GPS測量技術仍存在一些問題,但只要運用得當,其自身的缺陷仍可以克服。GPS技術的普遍應用必將促進交通工作向著精確、高效、現代化的方向發展,是今后交通工作中必不可少的工具,如廣泛使用一定會取得巨大的經濟和社會效益?？梢哉f,GPS在公路領域的應用前景是無限的。
計算機職稱論文發表推薦：《中國醫學計算機成像雜志雜志》為專業性刊物，主要介紹計算機應用于科學技術各領域所用的數學模型與計算方法以及軟件在科技、工程計算方面的應用成果。創刊于1980年，本刊為季刊，主編：石鐘慈。國內統一刊號：CN11-2124/TP，國際刊號：ISSN1000-3266。
參考文獻
1 王敬貴、李廷選.GPS測量的誤差來源及處理技巧[J].河南測繪,2006(4)
2 張躍雷.GPS在工程測量中的應用[J].應用技術,2007(5)
