科技論文1500字

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　　科技論文1500字篇一

　　GPS的應用探究

　　摘要：全球定位系統(Global Positioning System，簡稱GPS)是美國從20世紀70年代開始研制的用于軍事部門的新一代衛星導航與定位系統，歷時20年，耗資200多億美元，分三階段研制，陸續投入使用，并于1994年全面建成。GPS是以衛星為基礎的無線電衛星導航定位系統，它具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的精密三維導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS技術率先在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領域得到了應用.

　　關鍵詞:GPS定位系統;公路工程;控制測量

　　一、引言

　　目前，GPS精密定位技術已廣泛的滲透到經濟建設和科學技術的許多領域，尤其在我國公路的應用上發揮的了積極的作用。我們先了解一下GPS系統的組成，工作原理以及在測量領域的應用特點。

　　1.1GPS系統的組成

　　GPS全球定位系統由空間衛星群和地面監控系統兩大部分組成，除此之外，測量用戶當然還應有衛星接收設備。

　　1.1.1 空間衛星群 GPS的空間衛星群由24顆高約20萬公里的GPS衛星群組成，并均勻分布在6個軌道面上，各平面之間交角為60o，軌道和地球赤道的傾角為55o，衛星的軌道運行周期為11小時58分，這樣可以保證在任何時間和任何地點地平線以上可以接收4到11顆GPS衛星發送出的信號。

　　1.1.2 GPS的地面控制系統 GPS的地面控制系統包括一個主控站、三個注入站和五個監測站，主控站的作用是根據各監控站對 GPS的觀測數據計算衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等并將這些數據通過注入站注入到衛星中去;同時還對衛星進行控制，向衛星發布指令，調度備用衛星等。監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星工作狀態。注入站的作用是將主控站計算的數據注入到衛星中去。GPS地面控制系統主要設立在大西洋、印度洋、太平洋和美國本土。

　　1.1.3 GPS的用戶部分由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶設備如計算機、氣象

　　儀器等組成，其作用是接收GPS衛星發出的信號，利用信號進行導航定位等。在測量領域，隨著現代的科學技術的發展，體積小、重量輕便于攜帶的GPS定位裝置和高精度的技術指標為工程測量帶來了極大的方便。

　　1.2GPS的工作原理

　　GPS系統是一種采用距離交會法的衛星導航定位系統。如圖 l示：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3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( x , y, z)，其數學式為：

　　SAP2 = ( X-XA )2+(Y-YA) 2+(Z-ZA) 2

　　SBP2 = (X-XB)2+(Y-YB) 2+ (Z-ZB) 2

　　SCP2 = ( X-XC)2+(Y-YC) 2+(Z-ZC) 2

　　式中(XA，YA，ZA), (XB，YB，ZB), (XC，YC，ZC)分別為衛星A，B，C 在時刻踢的空間直角坐標。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。(如： WGS-84世界大地坐標系和1980年西安大地坐標系。)在實際使用中需要根據坐標系統間的轉換參數進行坐標系統的變換，來求出所使用的坐標系統的坐標。這樣更有利于表達地面控制點的位置和處理GPS觀測成果，因此在測量中被得到了廣泛的應用。

　　二. GPS測量的技術特點

　　相對于常規的測量方法來講，GPS測量有以下特點：

　　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。 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Timble4800GPS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。

　　2.6 全天候作業。GPS觀測可在任何地點，任何時間連續地進行，一般不受天氣狀況的影響。

　　三、實時GPS測量在公路建設中的應用

　　GPS測量具有高精度、高效率的優點，在控制測量領域得到了廣泛的應用。隨著GPS接收機性能和數據處理技術逐漸完善，GPS應用領域也不斷拓寬。實時GPS測量在公路工程中可完成多種工作。

　　3.1 繪制大比例尺地形圖

　　高等級公路選線多是在大比例尺(通常是1：2000或1：1000)帶狀地形圖上進行，用傳統方法測圖，先要建立控制網，然后進行碎部測量，繪制大比例尺地形圖。其工作量大速度慢，花費時間長。用實時GPS動態測量，構成碎部點的數據。在室內即可由繪圖軟件成圖，由于只需要采集碎部點的坐標和輸入其屬性信息，而且采集速度快，大大降低了測圖的難度，既省時又省力。

　　3.2 工程控制測量

　　用GPS建立控制網，最精密的方法應屬靜態測量。對于大型建筑物，如特大橋、隧道、互通式立交等進行控制。宜用靜態測量。而一般工程的控制測量，則可采用實時GPS動態測量。利用這種方法在測量達到要求的點位精度，即可停止觀測，大大提高了作業效率。由于點與點之間不要求必須通視，使得測量更簡便易行。

　　3.3 公路中線測設

　　設計人員在大比例尺帶狀地圖上定線后，需將公路在地面標定出來。采用實時GPS測量，只需將中線樁點的坐標輸入GPS接收機中，系統就會定出放樣的點位。由于每個點位的測量都是獨立完成的，不會產生累積誤差，各點放樣精度趨于一致。

　　3.4 公路縱、橫斷面測量

　　公路中線確定后，利用中線樁點坐標，通過繪圖軟件，即可繪出路線縱斷面和各樁點的橫斷面。由于所用數據都是測繪地形圖時采集來的，因此不需要再到現場進行縱、橫斷面測量。從而大大減少了外業工作。如果需要進行現場斷面測量時，也可采用實時GPS測量。與傳統方法相比，在精度、經濟、實用各方面都有明顯的優勢。

　　3.5 施工測量

　　實時GPS系統既有良好的硬件，也有極豐富的軟件可選擇。施工中對點、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷。精度可達到厘米級。

　　小結：

　　GPS在公路勘測中的應用，對高等級公路的勘測手段和作業方法產生了革命性的變革，極大地提高了勘測精度和勘測效率，特別是實時動態(RTK)定位技術將在公路勘測、施工和后期養護、管理方面有著廣闊的應用前景。

　　參考文獻:

　　[1] 徐紹栓，張華海，楊志強，王澤民編著《GPS測量原理及應用》武漢測繪科技大學出版社，1998.

　　[2] 陳明德，劉立山.GPS技術在公路路橋測量中的應用[J].中華建設，2008.

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