GPS在航道測(cè)量中的運(yùn)用探討

董正全

摘 要：GPS被廣泛的應(yīng)用在現(xiàn)實(shí)生活中的各行各業(yè)，為人們帶來(lái)了絕對(duì)的方便快捷，加快了社會(huì)前進(jìn)的腳步。本文介紹了GPS技術(shù)及其應(yīng)用，并應(yīng)用進(jìn)入到航道測(cè)量中的具體探討，水深、測(cè)深等等都可以利用這項(xiàng)技術(shù)在計(jì)算機(jī)得到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，提高調(diào)查的效率。兩者的結(jié)合運(yùn)用，使得我國(guó)能在航道測(cè)量中進(jìn)一步的完善，取得科技經(jīng)濟(jì)上高效益。

關(guān)鍵詞：GPS技術(shù) 航道測(cè)量 運(yùn)用分析

航道測(cè)量中會(huì)受到自然天氣、人為測(cè)量的影響，采用一般原始的方式容易造成測(cè)量的數(shù)據(jù)不完整，數(shù)值不符合實(shí)際情況。采用GPS技術(shù)，可以利用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)技術(shù)得到更加精度的數(shù)據(jù)值，為后續(xù)的工程提供有益的準(zhǔn)備工作，未來(lái)GPS在航道測(cè)量中的運(yùn)用前景將具有很良好發(fā)展態(tài)勢(shì)。

1.GPS在航道測(cè)量中的運(yùn)作基礎(chǔ)

GPS技術(shù)由GPS衛(wèi)星、GPS用戶設(shè)備，地面支持系統(tǒng)三個(gè)模塊組成，它們個(gè)體之間相互作用成一個(gè)整體，各個(gè)部分相互獨(dú)立組成一個(gè)可以運(yùn)作的系統(tǒng)。

GPS衛(wèi)星一共由24顆構(gòu)成，任何一個(gè)軌道平面上都有4顆，各個(gè)運(yùn)行軌道的平面上與赤道之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)為60°的夾角，為了滿足作用到整個(gè)地球上空，在不同平面上的各個(gè)衛(wèi)星要具備40°的夾角。衛(wèi)星運(yùn)行的高度為2.02×1000km，每一次運(yùn)轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為11時(shí)58分鐘。為了達(dá)到每一時(shí)刻的每一個(gè)地區(qū)能有衛(wèi)星運(yùn)行定位，在此地區(qū)上空一般會(huì)出現(xiàn)4顆多衛(wèi)星，而這些衛(wèi)星它們所具備的功能一致。

地面支持是由三大塊組成，監(jiān)控、主控、注入三大站臺(tái)。負(fù)責(zé)接受衛(wèi)星的數(shù)值，通過(guò)一系列的計(jì)算后，會(huì)輸入到主控臺(tái)，經(jīng)過(guò)了運(yùn)算分析會(huì)得出需要的信息，之后這些信息便會(huì)注入到衛(wèi)星內(nèi)，則衛(wèi)星會(huì)具有這些信息并且存儲(chǔ)起來(lái)。用戶設(shè)備負(fù)責(zé)追隨接受衛(wèi)星信號(hào)，會(huì)自行進(jìn)行后期的處理。用戶設(shè)備內(nèi)有天線、有電池、處理器、存儲(chǔ)器、顯示屏等部件可以在接受衛(wèi)星的信息后進(jìn)行處理，以具體位置呈現(xiàn)出來(lái)，就是設(shè)備所在的地點(diǎn)的經(jīng)緯度、海拔。

2.GPS在航道測(cè)量中的原理

GPS是在以實(shí)時(shí)變化的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，能夠隨時(shí)取得被觀測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。它在測(cè)量航道上的運(yùn)作原理是：天空中的衛(wèi)星運(yùn)作定位時(shí)，接受的機(jī)器能夠獲取到，在空中特定位置時(shí)具有特定的夾角的衛(wèi)星，可以持續(xù)不斷的觀測(cè)到衛(wèi)星的運(yùn)作；從衛(wèi)星傳來(lái)的信息，地面具有分析處理的性能，通過(guò)這些信息可以得到作用接受的時(shí)間長(zhǎng)度，還可以知曉衛(wèi)星傳來(lái)信息的具體內(nèi)容，通過(guò)以上的信息，通過(guò)運(yùn)算可以得出需要測(cè)量的點(diǎn)的具體的坐標(biāo)，運(yùn)行的空間距離和運(yùn)行的時(shí)間。

GPS在航道測(cè)量中的原理是通過(guò)使用測(cè)量距離交會(huì)的方法找到具體位置。衛(wèi)星會(huì)發(fā)出的帶有測(cè)量距離和指導(dǎo)航向的信息，其中衛(wèi)星發(fā)出的信息也會(huì)包含著衛(wèi)星本身的具體坐標(biāo)，使用者通過(guò)接收信號(hào)的機(jī)器，會(huì)在同一時(shí)間接受到來(lái)自衛(wèi)星發(fā)出的信息，一般衛(wèi)星數(shù)量都會(huì)大于等于3顆。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析這些從衛(wèi)星上發(fā)來(lái)的信息，包括計(jì)算得到的它們的坐標(biāo)，測(cè)得接收信號(hào)的機(jī)器與各個(gè)衛(wèi)星之間的長(zhǎng)度，具備以上數(shù)據(jù)后，就可以通過(guò)使用測(cè)量距離交會(huì)的方法找到具體位置。依靠測(cè)量距離的方法，GPS確定位置的主要方式有三種，在GPS在航道測(cè)量中使用衛(wèi)星定位瞬間確認(rèn)河道上需要測(cè)量的點(diǎn)的經(jīng)緯度，相應(yīng)的使用測(cè)量深度的儀器測(cè)量出測(cè)量點(diǎn)的深度，經(jīng)過(guò)這些測(cè)量，便可以得到測(cè)量的數(shù)據(jù)經(jīng)緯度和深度。

3.GPS在航道測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析

3. 1工程概述

以京杭運(yùn)河徐揚(yáng)段大王廟-藺家壩船閘疏浚工程為例，本工程施工設(shè)計(jì)起點(diǎn)位于劉山船閘下游1.7km，終點(diǎn)位于劉山船閘下游與中運(yùn)河交匯處，航道等級(jí)為二級(jí)，護(hù)岸結(jié)構(gòu)（含新建駁岸）按3級(jí)水工建筑物設(shè)計(jì)，航道里程為69.836km，實(shí)際疏浚長(zhǎng)度為65.443km。航道標(biāo)準(zhǔn)：駁岸段航道最小口寬為110m，底寬為60m，航寬為74m，設(shè)計(jì)水深4.0m，最小彎曲半徑540m。本次航道整治范圍為0K+000～69K+836；主要工程包括水上方93.17萬(wàn)方、水下方375.13萬(wàn)方、新建護(hù)岸長(zhǎng)10294米、修復(fù)護(hù)岸長(zhǎng)82761米。

3.2應(yīng)用方法分析

3.2.1設(shè)施準(zhǔn)備

基于航道測(cè)量需求，選擇用GPS技術(shù)時(shí)，所需準(zhǔn)備設(shè)施主要包括硬、軟件兩個(gè)組成部分，如GPS衛(wèi)星接收器、探測(cè)航道的儀器、計(jì)算機(jī)、探測(cè)專用的軟件。另外，若要得知一個(gè)航道的深度，還必須要提前準(zhǔn)備本航道地圖、固定儀器以及收放儀器的捆綁繩。在測(cè)量前需要駕駛員將儀器固定在船的一頭，GPS接受線設(shè)置在測(cè)量深度儀器桿上方，并將所有儀器與計(jì)算機(jī)相連接，進(jìn)行預(yù)備測(cè)試。

3.2.2測(cè)量要求

（1）到需進(jìn)行測(cè)量的任務(wù)區(qū)域進(jìn)行實(shí)地勘察，選擇適當(dāng)?shù)腉PS點(diǎn)，同時(shí)對(duì)附近的高等級(jí)GPS點(diǎn)進(jìn)行勘測(cè)，以便在測(cè)量過(guò)程中實(shí)現(xiàn)聯(lián)測(cè)，提升測(cè)量精度。對(duì)于GPS選點(diǎn)，首先要考慮便于船舶?？康牡胤?，或者可以避免控制點(diǎn)易遭到破壞的地點(diǎn)。

（2）對(duì)于GPS控制網(wǎng)的布置，要充分考慮航道兩岸的地形及物體，同時(shí)針對(duì)作業(yè)時(shí)的衛(wèi)星狀況及測(cè)量精度進(jìn)行設(shè)計(jì)處理。

（3）對(duì)于GPS觀測(cè)所得數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳入到計(jì)算機(jī)中，可以采用相關(guān)的轉(zhuǎn)換軟件處理數(shù)據(jù)，同時(shí)及時(shí)整理數(shù)據(jù)信息，保證觀測(cè)數(shù)據(jù)搜集的質(zhì)量。

（4）對(duì)GPS點(diǎn)坐標(biāo)及平差進(jìn)行計(jì)算，并將測(cè)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，得出最后的角度及距離平差，計(jì)算出平面坐標(biāo)和高程。

結(jié)合本航道工程施工特點(diǎn)來(lái)看，航道整治里程較長(zhǎng)，并且地形差異較大，這樣在應(yīng)用GPS進(jìn)行測(cè)量時(shí)，就需要針對(duì)不同路段地形特點(diǎn)來(lái)進(jìn)進(jìn)行管理。要求駕駛員駕駛船在預(yù)設(shè)好的航道斷面線前進(jìn)，保持在小于或等于每時(shí)10千米的勻速行駛速度，記錄需要保持在20m或者30m設(shè)置一個(gè)斷面，每個(gè)斷面2m設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，然后進(jìn)行計(jì)算機(jī)錄取數(shù)值，包括點(diǎn)的坐標(biāo)和水的深度數(shù)值。利用軟件進(jìn)行分析，即可得出需要計(jì)算的航道寬和深。大大減少了工作的時(shí)間，勞動(dòng)效率得到了提升。

3.2.3應(yīng)用結(jié)果endprint

以碎部測(cè)量來(lái)說(shuō)，對(duì)全站儀和GPS測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行比較，這兩樣之間的差值區(qū)間基本上在2厘米到3厘米之間，最多不可能多余5厘米。但是GPS測(cè)量方法計(jì)算分析只需要很少的控制點(diǎn)，一個(gè)基準(zhǔn)站可以覆蓋二十多里，位置比較固定，實(shí)際應(yīng)用效率更高。并且，GPS參與分析的人員比較少，基本情況下需要1個(gè)人或者兩個(gè)人，在測(cè)量河道深度時(shí)，具備的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，相比較全站儀而言，需要的人員要多出2人到4人。在進(jìn)行測(cè)量河道深度和地貌時(shí)，選擇GPS，能增大作用效果，控制成本，取得優(yōu)質(zhì)的測(cè)量數(shù)值。

3.2.4GPS在航道測(cè)量中的應(yīng)用優(yōu)劣分析

GPS在航道測(cè)量中的應(yīng)用，充分表現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)，如觀測(cè)站之間不需要通視，對(duì)于觀測(cè)目標(biāo)的定位精準(zhǔn)度高，觀測(cè)所需時(shí)間較短，操作簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候作業(yè)等，由此大大提升了航道測(cè)量的精準(zhǔn)度，減少了人力、財(cái)力、物力的損耗。從效益上考慮，GPS可以完全的把地球覆蓋起來(lái)，使它作用的地理面積就是地球本身的面積，任何一個(gè)使用者都可以被覆蓋到，進(jìn)行彈道或者完全的軌道測(cè)；衛(wèi)星的精確度很高。由于所花費(fèi)的金錢(qián)成本較高，雖然它的效率好，但是由于它的價(jià)格昂貴，在價(jià)格方面還是值得考慮。在市場(chǎng)上，2臺(tái)GPS設(shè)備要花費(fèi)三十萬(wàn)以上，而全站儀則需要十萬(wàn)以上即可入手，若長(zhǎng)年累月在戶外進(jìn)行測(cè)量，若選擇全站儀，返修率比較低，功能良好；若選擇GPS，經(jīng)過(guò)風(fēng)吹日曬極其容易損壞，而它的返修價(jià)格也很高。綜上，對(duì)于航道測(cè)量中是否選用GPS，應(yīng)當(dāng)充分考慮航道測(cè)量工程的應(yīng)用可行性，如果應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，應(yīng)當(dāng)做好后期的維護(hù)工作，避免設(shè)備出現(xiàn)損壞，以實(shí)現(xiàn)航道測(cè)量效率及質(zhì)量的提升。

4.結(jié)語(yǔ)

GPS定位技術(shù)在新的世紀(jì)發(fā)揮著愈來(lái)愈重要的作用，提高了測(cè)量的速度。在對(duì)航道測(cè)量智能化的測(cè)量完全的取代以往古老的測(cè)量方式。使用航道測(cè)量時(shí)，可以完完整整的反應(yīng)出航道內(nèi)的深度和河道內(nèi)的地貌圖，由于它的功能性良好，符合現(xiàn)代的航道的取值測(cè)量。全站的儀器是一項(xiàng)發(fā)展良好的器械，會(huì)在未來(lái)起到主要的作用。在戶外的檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，綜合利用GPS技術(shù)和全站儀，對(duì)于現(xiàn)實(shí)的情況，得到了貼合實(shí)際的結(jié)果。

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