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航道测量工程中GPS定位技术的应用研究的论文
GPS技术可以快速测量地面点的三维坐标，在工程测量中的应用使得传统的测量方法和理论产生了较大的变革，促进了科学技术的快速发展。
一、GPS测量技术概述
1.GPS定位系统的组成
GPS定位系统由三个部分组成，首先是空间星座部分，其次是地面监控部分，最后是GPS信号接收机。其中空间星座部分由工作卫星和备用卫星组成，工作卫星有24颗，备用卫星有3颗。工作卫星的分布位置是圆形的轨道，主要是平均分布的方式。卫星轨道和地球赤道之间的倾角为50度，各个轨道之间都有一个升交点，每个升交点的赤经相差60度。在地平线以上的地方，卫星的数目随着时间和地点的不同而发生变化，最小的卫星数目有4颗，最多的有10颗。就卫星的监测情况而言，GPS是一个全球性的连续型定位系统。GPS地面监控主要组成部分是全球的五个地面站，按照定位系统的功能可以将地面站分为三个部分，第一部分是主控站，主要是对所有的地面监控系统进行协调和管理。主控站的具体工作是根据所有的观测资料编制卫星星历和具体需要的各种参数等，然后通过导航电文的形式将这些数据穿入到注入站。第二部分是注入站，主要是根据前面的监控数据提供时间基准，然后对卫星的状态进行调整，适当的情况下启用备用卫星。第三部分是监测站。主要是对地面的具体情况进行观测，然后对GPS卫星发出的信号进行接受，并对卫星的工作情况进行检测。监测站将采集到的所有信息和当天观测气象所得的资料进行处理后再次传送到主控站。信号接收机按照结构可以分为天线单元和接收单元两部分，按照卫星高度选择卫星的信号，对卫星运行情况进行跟踪，将接收到的GPSX信号进行适当的处理，更好地把握卫星信号到接受线的传播时间，将卫星所发送的电文进行翻译，然后准确地计算测量站的具体位置。
2.GPS定位系统的特点
GPS定位系统具有较多的特点，首先是在工程测量的过程中可以有效节省人力和财力，定位相对灵活。在定位的过程中可以达到较高的精度，通常情况下的定位可以达到厘米级别，避免了误差的积累。工程测量人员在测量中使用这种技术的观测时间较短，测量人员在观测时只需几秒的时间就可以对控制点进行有效把握。操作也相对简便，可以为测量人员提供较为全面的采集信息。采用GPS技术进行观测时，测量人员只需要安装开关仪器，对仪器的高度进行侧量，然后观测仪器的工作状态。除此之外，使用GPS技术进行测量的自动化程度相对较高，采集到的信息不用等待较长的时间，随时都可以将准确的信息显示在测量人员的采集表里面。进行GPS技术的测量不会受时间和季节变化的限制，可以全天候作业，在风雨天气情况下也可以进行测量。
二、GPS定位技术在航道工程测量中的应用
1.工程基本概况
某航道的全程长25km，航宽600m，对航道的测量内容主要包括平面控制测量、航道内各要素测量和航道水深测量。测量比例尺是1∶2000。为了保证测量工作的顺利进行，应该根据测量的实际特点，在测量的过程中使用较为先进的仪器设备，然后还需要投入足够的技术力量。主要使用的设备有RTKGPS、数字测深仪、水准仪和测量过程中所需要的船只。
2.GPS静态定位技术在航道测量中的应用
静态GPS测量是一种符合性的导线测量技术，主要是建立航道控制网，然后利用其他的测量方法对控制网进行加密。建立航道控制网的步骤有六步，第一步是进行实地考察，选择合适的GPS点，对测量地区的高等级GPS进行查看，方便对各个点进行联测，对点精度实施校准。第二步骤是根据航道两侧的地形地势布设控制网，根据各个因素的要求对卫星的状况和精度进行综合性的设置。第三步是对定位系统的位置进行选点，选点的位置要考虑到船舶停靠的岸形，采用位置要避免控制点遭受破坏，当使用这种侧量方法不能有效进行测量时，可以采用其他的测量方法进行测量。第四步是当外业观测完成之后，应该将GPS的观测数据传入计算机，采用计算机通讯软件对数据进行适当的处理。第五步是将全站仪和符合导线的方法相结合，对控制网实施加密，确保符合导线的起始点和终止点都是GPS点。第六步是进行导线点坐标和平差的计算，在计算之前先将符合导线测量的数据传入到计算机中进行计算，得到角度和距离平差，将最后得到的结果作为平面坐标和航道的高程。
3.GPS动态定位系统在航道测量中的应用
动态测量技术是在载波相位观测值基础上实施的定位系统，这种技术的主要优势是能够在测量过程中快速获得测量点定位坐标数值。在实施动态测量的模式下，在已知坐标的参考点上面架设基准站接收机可以对可视GPS卫星信号进行连续接收。对流动站的接收机进行初始化，借助于无线数据链可以让接收机接收基准站的载波观测值和伪距观测值，在接收这两种数据的同时还能够观测到GPS卫星载波的数据。一些载波内还存在着模糊的数据，针对这些数据可以通过系统的内差分进行处理，从而求出流动站的精度坐标。通常情况下，GPS采用的坐标系统是世界大地坐标，而在平常的普通测量过程中使用的测量系统是北京坐标系，所以在测量过程中应该对测量系统进行转换，应该根据工程测量的实际特点与情况进行参数之间的转换。实时动态差分系统的组成部分有三个，首先是基准站接收机，其次是流动站接收机，最后是数据链。其中基准站接收机的设置位置是在具有已知坐标的参考点上面，可以对所有的可视GPS信号进行连续性的接收，也能够测量到基准站的坐标。流动站接收机又称作船站接收机，里面有支持PTK的软件，可以接收GPS卫星信号，还可以对信号进行跟踪，同时能够接收基准站的相关数据，对基准站的坐标能通过相对定位的模型有效取得。通过数据链可以发送观测值等相应的数据。GPS定位技术中的实时动态测量技术的关键技术是OTF算法。使用这种技术的一般方法首先是对整周模糊度的搜索空间进行确定，要在坐标和协方差的基础上对其进行确定，当搜索空间确定完之后，应该计算其模糊度，使用最小方差的计算方法选择最为合适的解，对计算出来的最优解和次优解进行比较，然后确定具体的模糊解。
在对河道进行测量时，首先应该对河道流域的地形特点进行确定，在航道整治过程中对施工的具体定位、维护航道的需要和航标设计的情况进行控制网的布置。将D级的GPS网作为平面的首级控制网，需要满足导线测量的需要和要求，在航道的两岸布置D级点，将其作为航道导线的启闭点，设置过程中应该对每个D级点之间的距离进行适当的控制，最好将其控制在1公里左右。航道测量的区域主要组成部分是D级GPS网，这样的网有三段，为了保证测量的质量和准确度，应该在每段网的交接处进行边界联测。对于最高级别的导线测量应该使用级点作为导线的起算闭合点。应该按照之字形走向或是单岸走向进行导线的布置。航道测量分为两部分进行，首先是水上测量，在这一测量过程中，先将GPS接收机安装在适当的位置，以这个位置作为测量的基准站，测量范围限制在基准站的控制区域内，施工人员操作流动站，按照施工中设计的测量断面对航道进行逐点测量，当测量的精度达到工程设计中预期确定的精度时，对测量的具体数据进行保存。为了加快施工中的测量进度，应将GPS技术和全站仪测量技术相结合进行具体数据的测量。水下测量是航道测量的重点工程，对水下航线测量的精准度关系到航船的安全和航行设备的安全。在测量中，将GPS定位系统和测深仪器相结合进行测量，在测量平面位置和水面的高程时应该使用GPS测量，对水深进行测量时使用测深仪器进行准确的测量。当所有的测量数据得出时，用水面的高程减去水的深度就可以得到河底的高程。
三、结语
GPS定位系统可以测量出关键河段的水下地形，准确获取航道内的三维坐标，有效地确保船舶航行安全。但是GPS定位系统也有一定的局限性，外部环境会对测量精度有所影响，在测量过程中应适当把握具体环境，避开障碍物进行测量，以提高信号追踪的准确性。
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