1、GPS 技术用于特长隧道控制网建立的应用探讨 摘要：GPS(全球定位系统)是信息产业技术时代的新兴科技产物。 它具备精度高、 测量准确、 速度快， 效率高等实用性特点， 并被广泛应用在诸多产业化研究领域， 如国防军事、工程测绘，大地测量，隧道工程等。基于 GPS 测量法建立的施工测 量控制网具有精度高、布网方便等优点, 总的来说，GPS 系统应用在隧道测量作 业中,它的优势发挥彰显无遗。并且随着国家各领域科研事业的技术成果的不断 完善，诸如一些高等级、高程长大隧道也就越多，用传统常规的测量方法已经很 难满足其测量需求了，而 GPS 自由的优势及测量特点的发挥，已经使得它广泛受 用在公路、铁路等
2、交通事业领域中问。而像一些国家重点隧道工程显然早已应用 了 GPS 系统，如秦岭隧道、军都山隧道、云台山隧道等工程中都运用了 GPS 系统 中的强大测量技术，为国家与社会带来了巨大社会效益与投资价值。 由于隧道工 程一般处在山区， 山上树木较多、 地形相对复杂、 无论是通视还是行走都不方便。 隧道口的控制点至少两点通视的要求很难实现， 所以需要制定出解决控制点间通 视的方案。 关键词：GPS 全球定位系统 特长隧道 控制测量 1 GPS 的组成部分及原理 GPS 是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的 成功经验。和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用
3、户 接收机三大部分组成。 1.1 空间部分 空间部分使用 24 颗高度约 2.02 万千米的卫星组成卫星星座。21+3 颗卫星 均为近圆形轨道，运行周期约为 11 小时 58 分，分布在六个轨道面上（每轨道面 四颗） ，轨道倾角为 55 度。在地球上的任何地面位置、任何时间都可观测到四颗 以上的卫星。 1.2 地面监控部分 地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有 GPS 用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计 算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控 站对地面监控部实行全面控制， 主要任务是收集各监控站对 G
4、PS 卫星的全部观测 GPS 技术用于特长隧道控制网建立的应用探讨 2 数据，利用这些数据计算每颗 GPS 卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站的主 要任务是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。 这种注入对每颗 GPS 卫星每天进行一次， 并在卫星离开注入站作用范围之前进行 最后的注入。 1.3 地面用户 GPS 信号接收设备 GPS 卫星所发送的信号，可供无限多用户共享，用户只需要接收、跟踪、变 换和测量 GPS 信号的接收设备（即 GPS 信号接收机） ，就可以全天候用 GPS 信号 进行导航定位测量，GPS 信号接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的 待测
5、卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的 GPS 信号进行变换、放 大和处理，以便测量出 GPS 信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出 GPS 卫星所发送的导航电文，实时地计算出运动（或静态）载体的位置、速度、高度、 运动方向、时间等三维参数。 1.4 GPS 定位原理 GPS 定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如图 l.1 所示,在待测 点 Q 设置 GPS 接收机。 在某一时刻同时接收到 3 颗(或 3 颗以上)卫星 S1,S2,S3 所发出的信号。通过数据处理和计算, 可求得该时刻接收机天线中心(测站点)Q 点的三维坐标。 【7】 图 1.1 定位原理图 2 GPS 控
6、制测量的优点 相对于常规测量来说GPS 测量主要有以下特点:一是测量精度高,在小于 GPS 技术用于特长隧道控制网建立的应用探讨 3 50km 的基线上,其相对定位精度可达 10 -6m,在大于 l 000 km 的基线上可达 10-8; 二是测站间无需通视,GPS 测量不需要测站间相互通视,可根据实际需要确定点 位,使得选点工作更加灵活方便;三是观测时间短,在进行 GPS 测量时,静态相对 定位每站仅需 20min 左右,动态相对定位仅需几秒钟;四是仪器操作简便,目前 GPS 接收机自动化程度越来越高, 观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机 后设定参数, 接收机即可进行自动观测和记录;五是全天候作业,GPS 卫星数目 多,且分布均匀,可保证在任何时间、任何地点连续进行观测,一般不受天气状况 的影响; 六是提供三维坐标,GPS 测量可同时精确测定测站点的三维坐标,其高 程精度已可满足四等水准测量的要求。 【7】 3 特长隧道控制点布设原则 隧道工程的山上树木较多、地形相对复杂、无论是通视还是行走都不方便。 为了此工程的前期设计以及后期的施工方便首先需要建立出首级的控制网。在 前
