GPS在公路测量中应用.docVIP

前 言 在中国，交通的重要已经不言而喻，交通对经济的重要作用更是家喻户晓。交通运输已成为现代文明的象征，尤其是公路运输，由于其灵活机动、快捷和经济，在综合运输体系和国民经济以及人民生活中发挥着越来越重要的作用。据测算，公路投资每增加1亿元，能直接拉动的社会总产值约3亿元，并使GDP增加0.4亿元。现在，公路建设已经成为衡量一个地区经济状况和发展潜力的重要指标。 大批的现代化高等级公路建设项目陆续上马，无疑给公路的勘测设计和施工建设提出了更高的要求。就高等级公路勘测而言，一般均需要进行控制测量、地形测绘、初测定测、施工放样，然后才能施工。80年代以来，控制测量大多采用导线测量方法，地形测绘与施工放样大多采用极坐标方法。受联测和通视双重困难的影响，一直是外业工作繁重，精度难以保证。GPS定位技术的应用，可以使公路勘测摆脱繁重的外业工作，加快作业进度，提高测量精度，是公路勘测的现代化手段之一。如何运用好GPS这一高新测量技术和高精度的测量仪器，是摆在公路建设者面前的一项重要课题。 一、GPS发展的历史及现状 （一） GPS发展的历史 全球定位系统(GPS)是美国国防部主要为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。该系统从本世纪70年代初开始设计、研制。GPS具有全天候提供高精度的连续实时三维导航、定位能力。 1957年，人类历史上第一颗人造卫星发射成功。1958年底，美国海军武器试验室利用卫星技术着手建立为舰艇导航服务的卫星系统，即“海军导航卫星系统”(NaVyNavigationSatelliteSystem)，也称之为“子午卫星系统”。1964年该系统建成，随即美国军方启用，并逐步推广到民间应用。该系统具有不受气候条件的影响、自动化程度较高、良好的定位精度等特点，展现出极其广泛的应用前景。由于“海军导航卫星系统”卫星数目少、运行高度低、地面观测站至轨道卫星之间信号传播时间间隔较长，不能满足高频率动态目标以及高精度的定位要求。为了实现全天候、全球性和高精度的连续导航定位，1973年，美国国防部提出了新一代卫星导航系统“授时与测距导航系统/全球定位系统”我们通常简称为“全球定位系统”(GPS)。 （二）GPS现状及未来 1978年，第一颗GPS实验卫星的成功发射，标志着工程研制阶段的开始。1989年，第一颗GPS工作卫星成功发射，GPS系统宣告进入生产作业阶段。美国最终将发射24颗GPS工作卫星，卫星基本参数如下表： 表1—1 卫星数（颗） 21+3 轨道数（个） 6 卫星高度（公里） 202000 运行周期（分钟） 720 载波频率（兆频） 1575/1227 GPS卫星系统的改进 1998年1月，在“导航2000年”学术大会上，美国政府 (即GPS联合计划办公室)的官员曾声称，到1998年秋天，美国政府将提出一个完整的GPS系统改进的计划，其系统的改进主要包括下面几个方面： （1）GPS卫星系统的更新 目前在天空中运行的GPS卫星都是11型卫星中的第一代，即n和nA型卫星。1997年，第二代GPS卫星研制成功，同年7月22日，第一颗nR型卫星发射升空。今后，nR型卫星将逐渐取代正在运行的n和nA型卫星。第二代卫星比第一代卫星具有以下优点：一是它备有新的铆原子钟，其频率稳定性能比第一代卫星的原子钟高一个数量级，用户所能收到的Ll、LZ信号的功率也比第一代卫星大;二是能够通过卫星在轨道运行的UHF无线发送和接收其它卫星的导航资料，以便具备卫星间相互定位的能力，从而减少卫星信号传输的时间延迟。目前，美国正在计划发射第三代卫星，即nF型卫星。nF型卫星系统总共33颗，第一颗llF型卫星于2001年交货并计划2002年3月发射，llF卫星最主要的性能改善是增加了卫星的有效负载，增大了太阳能电池板，因而能够支持更多的功能和完成更多的任务。 （2）GPS卫星系统的“精度改进倡议”(An)计划 美国政府提出“精度改进倡议“计划，对GPS卫星和地面监控系统作了一系列的改进。如把广播星历的跟踪站由原来美国空军的五个站增加了美国国家影像与制图局的十个跟踪站，其中还包括北京房山国家测绘局与NIMA合作建立的跟踪站。地面跟踪站的增加，提高了GPS卫星广播星历的精度，对于用户等效距离误差(URE)，由原来的4.3m降低到1.9m。GPS工作卫星的择用性(selectiveAvailability)，即SA政策取消后，民间用户也将从这一改进中获得好处，并且，第二代民用C/A码信号使用后，用户可以获得大约2.5m误差的改进；同时，GPS卫星地面控制系统也正处在全面更新之中，系统更新后，将更大地改善GPS卫星运行中心(SO