2022年定位导航作业 .pdf
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1、G P S 技术在土木工程施工领域的应用现状与展望邢桓滋南京理工大学理学院1111250152 摘要:论述GP S 技术在土木工程施工领域的应用现状及意义 , 并结合实际问题展望其应用前景。关键词:测量技术 ; 卫星定位 ; GP S 技术; 土木工程 ; 施工引言:目前, G PS 技术在土木工程勘察、设计、 施工等方面的应用已开始起步, 特别是在土木工程施工领域的应用已越来越多。可以预见 , 随着 G P S 技术基础理论及其设备的进一步完善, 其广泛应用于土木工程这一传统产业已为时不远。1 . G PS卫星定位原理GPS 系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统, 具有全能性 ( 陆地、海
2、洋、航空和航天 ) 、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能 , 能提供精密的三维坐标、速度和时间参数。 GPS卫星的基本参数是 : 卫星数 2 1+ 3, 卫星轨道面数6,卫星高度20200k m, 轨道倾角55 , 卫星运行周期为11h58min ( 恒 星 时 12h ) , 载波频率为 157 5G Hz 和 1227G Hz。卫星通过天顶时, 可见时间为 5h 。 在地球表面上任何地点、 任何时刻 , 在高度角15 以上, 平均可同时观测到6 颗卫星 , 最多可达9 颗卫星。 G PS 卫星通过 12 根螺旋形天线组成的阵列天线发射张角大约为30 的电磁波束 , 覆盖
3、卫星可见地面。 卫星姿态的调整采用三轴稳定方式, 由 4 个斜装惯性轮和喷气控制装置构成三轴稳定系统 , 致使螺旋天线阵列所辐射的波速对准卫星可见地面, 从而达到实时定位的目的。2 .G PS 技术的特点GP S 技术具有如下特点 : ! 观测站之间无需通视GP S 测量不要求观测站之间相互通视 , 只需保持观测站上空开阔即可。因此可大量节省造标费用( 造标费约占总费用的30% 5 0% ) , 点位位置可根据需要灵活布设, 也可省去经典大地网中的传算点、 过渡点的测量工作 ; ?定位精度高的相对定位精度在 50 km 以内 可 达 10- 6, 100 5 00km 可达 10- 7, 10
4、00k m 以 上可达 10- 9。在 3 00 1 500m 工程精密定位中 , 1h 以上观测的解其平均平面误差小于1 mm。GP S 的基准传递任何高度绝对位置平面精度为5 mm, 高程精度为# 8 mm; ?观测时间短目前,20k m 以内相对静态定位 , 仅需 15 20min; 快速静态相对定位测量时 , 当每个流动站与基准站相距15 km 以内时 , 流动站观测时间只需1 2min; 动态相对定位测量时 , 流动站出发时观测时间只需1 2 mi n , 然后随即定位 , 每站观测时间仅需几秒钟; % 提供三维坐标经典大地测名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -
5、- - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 5 页 - - - - - - - - - 量将平面和高程采用不同的方法分别施测。而GP S 测量在精确测定观测站平面位置时 , 还可以精确测定观测站的大地高程; & 操作简便G P S 测量的自动化程度非常高 , 有的已达到 ?傻瓜化 ( 的程度 , 操作员只需安装并开关仪器、量取仪器高度和监视仪器工作状态, 其它工作则由G PS 自动完成 ; ) 全天候作业G PS 观测可在任何时间任何地点连续进行, 且不受天气状况的影响; 功能多, 应用广系统不仅可用于测距、导航, 还可用于
6、测速、测时。测速的精度可达0 s, 测时的精度可达几十毫微秒。其应用领域正不断扩大。3 . G PS 技术在土木工程施工领域的应用现状近年来 , 工业、 交通、 能源和建筑系统等部门都引进了G PS 接收机 , 促进了GP S 技术在 我国的 发展, 制 定 了+ 全 球 定 位 系 统 城 市测 量 技 术规 程,CJJ73 79 和+ 全 球定 位系 统 ( G PS ) 测 量 技术 规 范,CH2001 92 等标准。G P S 技术在土木工程施工领域的应用主要表现在建筑、大坝、 桥梁、 隧道、 公路等的测量及定位控制。3.1 大坝变形监测隔河岩水库位于湖北省长阳县境内, 是清江中游的
7、一个水利水电工程。其大坝为三圆心变截面重力拱坝 , 坝长 6 53m, 坝高 151 m。隔河岩大坝G PS 变形监测系统于 1998 年 3 月投入使用 , 整个系统包括数据采集、数据传输、数据处理等三大部分。该系统在1 998 年 8 月的特大洪水期间的监测运行表明 ,GP S 系 统安 全可 靠, 抗干 扰能 力强, 监测精度高 ,1hG PS 观测资料解算的监测点位水平精度优于1mm, 垂直度精度优于1. 5 mm; 6hG PS 观测资料解算的监测点位水平精度优于0. 5 mm, 垂直度精度优于 1mm。数据处理分析及时 , 反应时间小于15mi n , 能够快速反映大坝在超高蓄水下
8、的3D 变形, 既确保了大坝安全, 又成功地实现了洪水错峰 , 为防洪减灾起到了关键性的作用。3.2 机场轴线的 GP S定位机场跑道中心轴线方位的精度, 因机场等级而异 , 最高应优于# 1 -, 最低也应优于 # 6 -。在施测时主要应注意 : 在方位精度要求为# 1 -时, 应采用 G PS基线解算精密软件 ; 提供大地方位角时 , 要考虑平面子午线收敛角和方向改变的影响;提供天文方位角时 , 还要考虑垂直偏差的影响。 自 1 992 年开始 , 国内各城市新建的机场 , 其跑道的定位都采用GP S 来施测 , 如南京禄口国际机场、 武汉天河国际机场、济南机场、贵阳机场等。3.3 桥梁施
9、工的 GP S测量桥梁施工GP S 测量的主要工作是建立控制网( 包括 水平控 制网和 高程控制) 和进 行施 工放样。GP S 定位获得的成果属于WG S 84 坐标系 , 由 WG 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 5 页 - - - - - - - - - S 84 坐标系变换为桥梁的独立坐标系 , 转换模型为 :X T = ( 1+ m ) X S + X D + RXS 。这个多参数模型限制了G PS 在施工测量中的应用。西南交通大学教师提出的高斯
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