GPS-RTK技术在公路勘测设计中的应用研究,潘.docxVIP

GPS-RTK技术在公路勘测设计中的应用研究绪论1.1 研究背景1.1.1 GPS系统的发展概况全球定位系统（GPS）作为新一代卫星导航与定位系统，以其全球性、全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，在我国大地测量、工程测量、水利、交通、资源勘探和航海等领域有着广泛的应用。1978年2月22日第一颗GPS试验卫星的入轨运行，开创了以导航卫星为动态已知点的无线电导航定位的新时代。GPS卫星所发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的空问信息资源。陆地、海洋和空问的广大用户，只要持有一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收机，就可以全天时、全天候和全球性地测量运动载体的七维状态参数和三维状态参数。其用途之广，影响之大，是任何其他无线电接收设备望尘莫及的。不仅如此，GPS卫星的入轨运行，还为大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学提供了一种高精度、全天时、全天候的测量新技术。80 年代的 GPS 测量是建立在载波相位差分定位技术上的静态相对定位。为了获得可靠的三维基线解向量，两台或若干台GPS接收机安置在待定点上，连续同步观测同一组卫星1～2h，或更长一些时间，通过观测数据的后处理，给出各待定点间的基线向量，在采用广播星历的条件下，静态定位不难取5mm+1PPm(双频)或10mm+2PPm(单频)基线解精度。80年代末期，建立在FARA(整周未知数快速逼近技术)基础上的快速静态定位为短基线测量作业闯出了一条新路，大大提高了 GPS 测量的劳动生产率。在10km以内的短边上，采用双频GPS测量系统，只需正常接收4～5颗卫星5min左右，即可获取 5～10mm+1ppm的基线精度，与1～2h甚至更长时间静态定位的结果不相上下。90年代初期，基于载波相位观测值静态初始化的实时动态定位技术（RTK）已开始问世，特别是90年代中期，随着AROF(Ambiguity Resulation on the Fly)技术的成熟，动态求解初始整周未知数的理论成果转化成为实用技术，从而摆脱了高精度GPS载波相位测量中必须进行静态初始化问题以及动态测量中必须始终保持4颗以上卫星信号连续锁定的难题。真正实现了实时GPS测量关键技术的商品化。RTK 作业模式能实时地给出厘米级精度的点位坐标，从而解决了许多常规方法无法解决的技术问题。如三维实时动态放样，可以使测绘人员逐步摆脱先控制后加密再测图及手工操作的落后局面，实现一步法自动化数字化成图，这将进一步缩短外业观测时间，显著地提高劳动生产率。 进入新世纪以来，美国政府已开始分阶段实施GPS卫星现代化计划，即计划用近20年时间，陆续发射改进型的GPSⅡR卫星和GPSⅡF卫星，并用GPSⅢ取代目前的GPSⅡ。这一计划除了军事方面继续加强GPS卫星信号的必威体育官网网址和安全性能外，在民用方面已经停止实行旨在降低定位精度的“SA”政策，并将在L2频道上增加C/A码信号和增加L5民用频率，从而可以大大提高民用实时定位和导航的精度。自1992年起，国际GPS大地测量和地球动力学服务IGS，已在全球建立了多个数据存储及处理中心，和百余个常年观测的台站。我国也于1995年开始分步建设北京、上海、武汉、拉萨、乌鲁木齐、西安、西宁、昆明、海口、哈尔滨等GPS永久性跟踪站，这些跟踪站的观测数据每天通过国际互联网传向美国的数据处理中心。用户可以免费从INTERNET网上取得IGS发布的观测数据和精密星历等产品。我国除了参加国际合作外，还独立提供优于5米精度的精密星历，优于50纳秒精度的卫星绝对钟差，优于1米精度的区域性电离层模型。公路勘测设计技术的发展状况按照公路设计过程划分,公路测设分为勘测(外业)和设计(内业)两大部分。勘测部分的技术发展主要是地形数据采集的自动化和高精度,这取决于各种新技术、先进设备的支持;设计部分主要取决于计算机硬、软件环境和CAD研究与应用水平的提高。目前,能直接为公路勘测设计提供技术支持的首推:全球定位系统(GPS)、航空摄影、遥感和计算机等高新技术及这些技术的集成。公路是位于自然界中的一种线性构造物，公路工程特别是高等级公路工程投资巨大、工程复杂、工程量大，需要进行大量的勘测设计工作，而测量工作则需要一直贯穿于公路建设的始终，具有极其重要的地位，其中涉及到控制网的布设、勘测选线、公路的初测、定测、施工放样以及投入使用后的变形监测。GPS测量的显著特点相对于经典测量来说，GPS测量主要有以下特点： (1)测站之间无需通视。测站间相互通视一直是经典测量无法逾越的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。 (2)定位精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为 5mm+1ppm，而测距仪标称精度为5mm+