航道測量工程中GPS定位技術(shù)的應用研究的論文
GPS技術(shù)可以快速測量地面點的三維坐標，在工程測量中的應用使得傳統(tǒng)的測量方法和理論產(chǎn)生了較大的變革，促進了科學技術(shù)的快速發(fā)展。
一、GPS測量技術(shù)概述
1.GPS定位系統(tǒng)的組成
GPS定位系統(tǒng)由三個部分組成，首先是空間星座部分，其次是地面監(jiān)控部分，最后是GPS信號接收機。其中空間星座部分由工作衛(wèi)星和備用衛(wèi)星組成，工作衛(wèi)星有24顆，備用衛(wèi)星有3顆。工作衛(wèi)星的分布位置是圓形的軌道，主要是平均分布的方式。衛(wèi)星軌道和地球赤道之間的傾角為50度，各個軌道之間都有一個升交點，每個升交點的赤經(jīng)相差60度。在地平線以上的地方，衛(wèi)星的數(shù)目隨著時間和地點的不同而發(fā)生變化，最小的衛(wèi)星數(shù)目有4顆，最多的有10顆。就衛(wèi)星的監(jiān)測情況而言，GPS是一個全球性的連續(xù)型定位系統(tǒng)。GPS地面監(jiān)控主要組成部分是全球的五個地面站，按照定位系統(tǒng)的功能可以將地面站分為三個部分，第一部分是主控站，主要是對所有的地面監(jiān)控系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)和管理。主控站的具體工作是根據(jù)所有的觀測資料編制衛(wèi)星星歷和具體需要的各種參數(shù)等，然后通過導航電文的形式將這些數(shù)據(jù)穿入到注入站。第二部分是注入站，主要是根據(jù)前面的監(jiān)控數(shù)據(jù)提供時間基準，然后對衛(wèi)星的狀態(tài)進行調(diào)整，適當?shù)那闆r下啟用備用衛(wèi)星。第三部分是監(jiān)測站。主要是對地面的具體情況進行觀測，然后對GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號進行接受，并對衛(wèi)星的工作情況進行檢測。監(jiān)測站將采集到的所有信息和當天觀測氣象所得的資料進行處理后再次傳送到主控站。信號接收機按照結(jié)構(gòu)可以分為天線單元和接收單元兩部分，按照衛(wèi)星高度選擇衛(wèi)星的信號，對衛(wèi)星運行情況進行跟蹤，將接收到的GPSX信號進行適當?shù)奶幚恚玫匕盐招l(wèi)星信號到接受線的傳播時間，將衛(wèi)星所發(fā)送的電文進行翻譯，然后準確地計算測量站的具體位置。
2.GPS定位系統(tǒng)的特點
GPS定位系統(tǒng)具有較多的特點，首先是在工程測量的過程中可以有效節(jié)省人力和財力，定位相對靈活。在定位的過程中可以達到較高的精度，通常情況下的定位可以達到厘米級別，避免了誤差的積累。工程測量人員在測量中使用這種技術(shù)的觀測時間較短，測量人員在觀測時只需幾秒的時間就可以對控制點進行有效把握。操作也相對簡便，可以為測量人員提供較為全面的采集信息。采用GPS技術(shù)進行觀測時，測量人員只需要安裝開關(guān)儀器，對儀器的高度進行側(cè)量，然后觀測儀器的工作狀態(tài)。除此之外，使用GPS技術(shù)進行測量的自動化程度相對較高，采集到的信息不用等待較長的時間，隨時都可以將準確的信息顯示在測量人員的采集表里面。進行GPS技術(shù)的測量不會受時間和季節(jié)變化的限制，可以全天候作業(yè)，在風雨天氣情況下也可以進行測量。
二、GPS定位技術(shù)在航道工程測量中的應用
1.工程基本概況
某航道的全程長25km，航寬600m，對航道的測量內(nèi)容主要包括平面控制測量、航道內(nèi)各要素測量和航道水深測量。測量比例尺是1∶2000。為了保證測量工作的順利進行，應該根據(jù)測量的實際特點，在測量的過程中使用較為先進的儀器設(shè)備，然后還需要投入足夠的技術(shù)力量。主要使用的設(shè)備有RTKGPS、數(shù)字測深儀、水準儀和測量過程中所需要的船只。
2.GPS靜態(tài)定位技術(shù)在航道測量中的應用
靜態(tài)GPS測量是一種符合性的導線測量技術(shù)，主要是建立航道控制網(wǎng)，然后利用其他的測量方法對控制網(wǎng)進行加密。建立航道控制網(wǎng)的步驟有六步，第一步是進行實地考察，選擇合適的GPS點，對測量地區(qū)的高等級GPS進行查看，方便對各個點進行聯(lián)測，對點精度實施校準。第二步驟是根據(jù)航道兩側(cè)的地形地勢布設(shè)控制網(wǎng)，根據(jù)各個因素的要求對衛(wèi)星的狀況和精度進行綜合性的設(shè)置。第三步是對定位系統(tǒng)的位置進行選點，選點的位置要考慮到船舶�？康陌缎�，采用位置要避免控制點遭受破壞，當使用這種側(cè)量方法不能有效進行測量時，可以采用其他的測量方法進行測量。第四步是當外業(yè)觀測完成之后，應該將GPS的觀測數(shù)據(jù)傳入計算機，采用計算機通訊軟件對數(shù)據(jù)進行適當?shù)奶幚怼５谖宀绞菍⑷緝x和符合導線的方法相結(jié)合，對控制網(wǎng)實施加密，確保符合導線的起始點和終止點都是GPS點。第六步是進行導線點坐標和平差的計算，在計算之前先將符合導線測量的數(shù)據(jù)傳入到計算機中進行計算，得到角度和距離平差，將最后得到的結(jié)果作為平面坐標和航道的高程。
3.GPS動態(tài)定位系統(tǒng)在航道測量中的應用
動態(tài)測量技術(shù)是在載波相位觀測值基礎(chǔ)上實施的定位系統(tǒng)，這種技術(shù)的主要優(yōu)勢是能夠在測量過程中快速獲得測量點定位坐標數(shù)值。在實施動態(tài)測量的模式下，在已知坐標的參考點上面架設(shè)基準站接收機可以對可視GPS衛(wèi)星信號進行連續(xù)接收。對流動站的接收機進行初始化，借助于無線數(shù)據(jù)鏈可以讓接收機接收基準站的載波觀測值和偽距觀測值，在接收這兩種數(shù)據(jù)的同時還能夠觀測到GPS衛(wèi)星載波的數(shù)據(jù)。一些載波內(nèi)還存在著模糊的數(shù)據(jù)，針對這些數(shù)據(jù)可以通過系統(tǒng)的內(nèi)差分進行處理，從而求出流動站的精度坐標。通常情況下，GPS采用的坐標系統(tǒng)是世界大地坐標，而在平常的普通測量過程中使用的測量系統(tǒng)是北京坐標系，所以在測量過程中應該對測量系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)換，應該根據(jù)工程測量的實際特點與情況進行參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。實時動態(tài)差分系統(tǒng)的組成部分有三個，首先是基準站接收機，其次是流動站接收機，最后是數(shù)據(jù)鏈。其中基準站接收機的設(shè)置位置是在具有已知坐標的參考點上面，可以對所有的可視GPS信號進行連續(xù)性的接收，也能夠測量到基準站的坐標。流動站接收機又稱作船站接收機，里面有支持PTK的軟件，可以接收GPS衛(wèi)星信號，還可以對信號進行跟蹤，同時能夠接收基準站的相關(guān)數(shù)據(jù)，對基準站的坐標能通過相對定位的模型有效取得。通過數(shù)據(jù)鏈可以發(fā)送觀測值等相應的數(shù)據(jù)。GPS定位技術(shù)中的實時動態(tài)測量技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)是OTF算法。使用這種技術(shù)的一般方法首先是對整周模糊度的搜索空間進行確定，要在坐標和協(xié)方差的基礎(chǔ)上對其進行確定，當搜索空間確定完之后，應該計算其模糊度，使用最小方差的計算方法選擇最為合適的解，對計算出來的最優(yōu)解和次優(yōu)解進行比較，然后確定具體的模糊解。
在對河道進行測量時，首先應該對河道流域的地形特點進行確定，在航道整治過程中對施工的具體定位、維護航道的需要和航標設(shè)計的情況進行控制網(wǎng)的布置。將D級的GPS網(wǎng)作為平面的首級控制網(wǎng)，需要滿足導線測量的需要和要求，在航道的兩岸布置D級點，將其作為航道導線的啟閉點，設(shè)置過程中應該對每個D級點之間的距離進行適當?shù)目刂�，最好將其控制�?公里左右。航道測量的區(qū)域主要組成部分是D級GPS網(wǎng)，這樣的網(wǎng)有三段，為了保證測量的質(zhì)量和準確度，應該在每段網(wǎng)的交接處進行邊界聯(lián)測。對于最高級別的導線測量應該使用級點作為導線的起算閉合點。應該按照之字形走向或是單岸走向進行導線的布置。航道測量分為兩部分進行，首先是水上測量，在這一測量過程中，先將GPS接收機安裝在適當?shù)奈恢�，以這個位置作為測量的基準站，測量范圍限制在基準站的控制區(qū)域內(nèi)，施工人員操作流動站，按照施工中設(shè)計的測量斷面對航道進行逐點測量，當測量的精度達到工程設(shè)計中預期確定的精度時，對測量的具體數(shù)據(jù)進行保存。為了加快施工中的測量進度，應將GPS技術(shù)和全站儀測量技術(shù)相結(jié)合進行具體數(shù)據(jù)的測量。水下測量是航道測量的重點工程，對水下航線測量的精準度關(guān)系到航船的安全和航行設(shè)備的安全。在測量中，將GPS定位系統(tǒng)和測深儀器相結(jié)合進行測量，在測量平面位置和水面的高程時應該使用GPS測量，對水深進行測量時使用測深儀器進行準確的測量。當所有的測量數(shù)據(jù)得出時，用水面的高程減去水的深度就可以得到河底的高程。
三、結(jié)語
GPS定位系統(tǒng)可以測量出關(guān)鍵河段的水下地形，準確獲取航道內(nèi)的三維坐標，有效地確保船舶航行安全。但是GPS定位系統(tǒng)也有一定的局限性，外部環(huán)境會對測量精度有所影響，在測量過程中應適當把握具體環(huán)境，避開障礙物進行測量，以提高信號追蹤的準確性。
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