【论文摘要】:全球定位系统(GPS),特别是车载GPS设备在我国应用广泛、发展迅速。但是我国车载GPS设备仍然存在诸多制约因素。通过对这些因素的了解,才能更好的促进车载GPS技术的进一步发展。
GPS是全球定位系统(globalpositioningsystem)的英文缩写,它是随着现代化科学技术的发展而建立的新一代精密卫星定位系统。随着我国经济的发展,汽车正在逐渐走进每一个中国家庭。经过多年的发展和培育,GPS系统市场也已进入规模发展时期。据相关市场调研报告显示,日本的GPS系统车载使用率高达59%,欧美约为25%。截止2007年底,我国汽车保有量达到2300万辆,但是配备GPS导航设备的汽车不足60万辆,GPS系统车载率不到3%,远远低于国外的平均水平。这也说明了中国的GPS行业的潜在市场十分庞大。数据显示,到2008年,中国安装GPS系统的汽车至少将增加1倍,产值至少超过250亿元人民币。一汽、二汽、上海大众、通用等都已经在豪华轿车或普通轿车上将GPS导航系统作为标准配置。
1.中国车载GPS市场发展现状
1.1我国GPS车载市场尚处于初级阶段
我国从20世纪80年代开始研发GPS技术,车载GPS装置从系统的技术水平与产品的质量和成熟程度来说,我国GPS车载市场的发展还处在初级阶段。与车辆跟踪系统市场相比,车载导航系统更加不成熟,例如:实时交通信息和完善的导航电子地图的提供与更新机制,均缺乏高效实用的解决方案和途径。
1.2GPS车载系统以后装市场为主
市场上GPS车载系统的安装可分为前装和后装两种方式。前装系统是在车辆出厂前就组装在车辆上的配套产品之中。后装系统则是在车辆使用过程中安装到车辆上的。目前我国车载系统市场尚处于开发启动阶段,如将导航终端作为标配,则汽车的成本会有所提高,而用户对GPS设备的需求并不确定,汽车厂商要冒比较大的风险。所以采用后装形式给汽车用户提供一种灵活的选择无疑是更明智的策略。
我国目前的轿车拥有量大约为2300万辆,这部分车辆都是后装导航终端的潜在市场,因此后装市场在今后几年内仍将是市场的主流。相对于后装设备而言,车载前装设备可以将导航系统与车内系统完整地统一起来,在出厂前都经过严格的测试,其稳定性远高于后装设备。随着消费市场的不断成熟,后装市场所占比重将逐渐下降,更多的汽车生产厂商将会把GPS车载系统作为标配提供给消费者。
2.制约车载GPS消费市场的四大因素
到目前为止,车载GPS系统市场并没有像人们预计一样发展迅猛,整个市场仍处于初级阶段。究其原因,主要有四方面的因素制约了其发展。
2.1消费需求不强烈
在出行习惯方面,我国汽车使用者与发达国家有明显不同。在美国、日本,人们日常开车出行半径都在数百公里,而中国大多数车主的日常出行半径里程仅为其1/10,而且大多数是往返在至居住地固定的道路上。由于我国的汽车使用者对于路况更加了解,这就决定了在产品使用上,我国没有GPS导航产品市场发达的国家那样强烈的市场需求。
2.2缺乏行业标准
标准化问题是GPS车辆跟踪系统产业化的核心问题。目前,不同公司的GPS产品及运营系统不能通用、兼容、联网。市场上主要的GPS行业标准有:《公路全球定位系统(GPS)测量规范/JTJ中华人民共和国行业标准》、《赛格导航全国统一的GPS服务标准》以及浙江等省份制定的标准。客户很难在市场中选择最新最优的产品,以及将技术进行更新换代。此外,涉足该领域企业的实力和信誉参差不齐,服务质量有待完善。这些问题妨碍了该产品的推广应用。
2.3产品价格过高
价格昂贵使GPS类产品不可能在中国市场迅速普及的原因之一,开发出中国大多数消费可以接受的价位的导航产品是当前各大GPS厂商的主要任务。目前,市场中主流的GPS系统高端市场单体接收机价格大约为8000元,中端市场价格为5000元左右,低端单体接收机价格为2000元左右。即使是简单车载系统平均价格也为2500~4000元,这样的价格让很大一部分潜在消费者望而却步。
2.4地图有待开放
在GPS导航系统中,最重要的就是该产品所提供的电子地图了。可是在中国出于国家安全的考虑,政府对地图数据进行严格控制。
3.车载GPS技术层面的发展趋势
第一个大趋势就是频率分集技术(frequencydiversity),实际上已经正在第二代GPS系统替换老化卫星过程中进行。完成以后,现代化的卫星星座将为民用用户提供三种新的定位信号。此外,欧洲联盟在2002年3月启动的“伽里略”计划也采取了此种技术。
第二个大趋势就是克服射频干扰(RFI)。GPS广播的功率特别低,一般为10到16瓦,很容易就会被周围的射频信号所干扰,而不能正常工作。GPS接收器将通过把接收到的测距码与储存在本地的复制码的相位进行匹配来穿透噪声。当相位一致时,接收器就能够以定时信号作为精确的参考,因此就可以准确的定位。
第三个大趋势就是安装保证定位误差小于某一个特定值的综合机械系统。采用微分GPS技术,系统将获得来自地球同步轨道通信卫星的最新误差校正信息,修正数据来自于地面参考接收器。过去GPS的误差为2米,现在将更小。
参考文献
[1]BrookfieldEngineeringLaboratories,Inc:Moresolutionstostickyproblems,aguidetogettingmorefromyourBrookfieldviscometer.(U.S.A.).1994.
[2]杨天军,杨晓光.GPS/GIS车辆实时监控调度系统研究.城市交通.2004年第一期.
随着科学技术发展，各行各业的技术进步已是日新月异，测量技术也取得了长足的进步，如今，全站仪、测量机器人、电子水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等在工程测量中已广泛应用，不仅大幅降低了工程测量的工作强度，更为工程测量向自动化、数字化方面的发展提供了坚实的基础。同时，新装备的应用，也改变了工程测量的技术手段和作业流程，如改变了传统的工程控制网布网、地形测量、施工测量、变形监测等的作业方法，GPS测量控制网、测距导线网成为控制网布设的首选，GPS高程测定、光电测距三角高程导线已可以代替三、四等水准测量，具有连续定位功能的全站仪或RTK用于施工放样测量和碎部测量，免棱镜测距仪减轻了工程测量的工作强度，具有自动跟踪测量功能的测量机器人为碎部测量提供了理想的仪器；另外，测量数据处理的手段也发生了根本的改变，数据采集甚至实现了自动化，手工绘图已成为历史，数据计算已经全面电子化。
2、GPS定位技术在工程测量中发挥的作用
GPS技术的出现和广泛应用，是测量技术的重大变革，它改变了许多工程测量的方法和手段，大大减轻了工程测量的难度、工作量和工作强度。GPS技术具有全天候、海陆空均可进行三维定位的能力，利用GPS定位技术，在工程测量时可以方便快捷地测定高精度的三维坐标，具有高速度、高精度、操作简单、方便灵活的特点。当前，GPS定位技术已经应用到各行各业，在工程测量中，无论是各等级控制网的建立与改造，还是在单点定位、地形图测绘、线路施工、变形监测、地球板块监测、海岛海礁测量等，都具有得天独厚的优势和便利性。随着我国各地大范围、高密度CORS基准网的全面建设完成，利用GPS差分定位技术和RTK实时差分定位，单点定位技术和精度不断提高，GPS技术在工程测量中控制网布设、碎部点测绘、施工放样、变形监测、高程测定等方面已经全面应用于实际工作中。同时，利用GPS定位技术连续、实时、自动测量的特点，加上自动化处理技术，工程测量中自动测量、实时处理、连续监测的应用将有很大的发展空间。
3、RS技术已是地形图测绘的重要手段之一
RS（遥感）技术在测量中的应用有着悠久的历史，并发挥着巨大的作用。RS技术的特点是不需要接触观测目标、直接通过遥感信息对其各项特征信息进行解译处理，提取有用信息。利用RS技术获取的信息（如遥感影像等），通过纠正定位，可以获取准确的地理空间信息，因此广泛应用到工程测量中。当前，随着高质量、高精度、高效率、低成本的遥感测量仪器的不断推出，结合计算机技术中的应用，RS技术已经能够提供完全、实时、大范围的三维空间地理信息，特别是广泛应用于地形图测绘中。RS技术的广泛应用，降低了测量成本，减少了外业工作量，缩短了测量周期，具有测量高效、高精度，成果品种多、直观性强等特点。在地形测绘、线路勘选、变形监测、文物保护等工作中起到了巨大的作用。如今，全数字摄影测量系统、集群式数字摄影工作站等新技术已经全面应用，为RS技术应用提供了更为高效的技术手段和方法，也使得RS技术在工程测量中发挥了极其重要的作用。
4、数字化技术成为工程测量中的主流
大比例尺地形图测绘是工程测量的重要内容，以往常规的模拟成图方法靠模拟采集、现场手工绘制、事后整理整饰，是一项脑力劳动和体力劳动结合的艰苦的野外工作，而且手工描绘成图周期长，产品形式单一，专题成果制作困难，成果应用不能实现多样化，难以适应现代化工程建设对地形图多样化的需要。随着全站仪、RTK等数字化测量仪器的广泛应用和数字化专业成图系统的出现，工程测量从模拟时代进入到数字化时代，它把野外数据采集、计算机数据处理、数字制图、成果分类分层存放等优势有机结合起来，形成了内外业一体化的数字化成图系统。况且数字化测绘技术产品成果多样，能够轻松制作不同用途的专题产品，能够轻松应对各类工程测量中的多样化需求，同时还能有效提高工作效率，成果存储、管理应用、转移等方便易行。如今，数字化测绘技术在工程测量领域已是广泛应用，大比例尺测图技术及其产品已经实现了数字化、信息化、多样化。随着专业数字化成图系统的不断发展，一些工程图纸（如纵横断面图、宗地图等）实现了自动绘制，有效提高了工程测量的工作效率。数字化的专业成图系统不仅可直接提供纸图，还可以建立专业数据库，为基础地理信息的多样化应用和服务自动化、网络化、社会化打下良好的基础。
5、GIS技术在工程测量成果应用服务中渐成主流
随着数字化技术在工程测量中全面普及，测量数据采集与处理已实现数字化，工程测量进入了全数字化时代。然而，大量测量成果如何更好地服务于社会发展和工程建设，是必须解决的问题。面对海量的地理信息成果数据，怎样管理和应用工程测量成果，目前最好、最有效的方法就是利用数据库技术和GIS技术。具体地说，就是将测量成果进行标准化、规范化的处理，通过建立地理信息数据库及其应用管理的信息系统，有效管理、存储和处理测量成果；利用GIS的统计和分析更能，提供针对性强、满足专题应用的图件和统计结果，更好的应用测量成果；同时利用网络技术，实现测量成果服务应用和定向分发的网络化和自动化，更好地应用到科学管理和科学决策中。GIS管理应用系统建设是一项复杂、庞大的系统工程，不仅需要较大的资金投入，也需要网络等基础设施的支撑，更需要技术人才的培养，才能发挥其巨大的作用。如今，GIS技术已经得到政府部门的高度重视，在专业部门得到推广应用，并已成为信息产业的重要组成部分，地理信息产业的发展，也迎来了良好的发展局面。
6、InSar技术逐渐被重视
合成孔径雷达干涉测量（InSAR）是近期才发展起来的一项新的对地测量技术，它是以合成孔径雷达复影像数据中提取的相位信息作为数据源，通过整合处理和运算，获取地表三维信息和及其变化信息，精度高、范围广，且InSAR技术具有全天候、全天时和一定的透视性的优势和特点，这种技术已经引起了世界各国的广泛关注和深入研究。目前，这种技术的应用已经十分的广泛，比如：在监测地震变形中的有着重要的应用，在大范围检测监测厘米级或更微小量级的地球表面形变中也起着越来越重要的作用，在形变灾害监测领域和滑坡形变监测中也有着不可替代的优势和作用，等。正因如此，InSar技术在工程测量中也逐渐得到重视，应用前景和发展前景十分广泛。
7、结语
1GPS测量技术在建设工程测绘中所体现出来的长处
(1)GPS技术在测量方面提供了较高的精确率，使效率以及质量得到很大的提高。GPS在测量方面的技术不仅仅能够给工程建设带来更方便快捷的操作，而且在时间上也能大量节省时间，在三维坐标以及速度上，也得到了很大的帮助，不仅对于导航时候能够起到作用，而且在测试时间以及速度测试之间也得到了很方便的操作。目前随着社会的发展，科技的不断进步，GPS的技术已经越来越发展完善，对于各方面行业，特别是在测量行业上，更是显示出GPS的优势，技术上的优势已经不仅仅只限制于建设工程，而且还能广泛运用到海洋上、航空摄影上、以及地面测量上等各行业的测量上。(2)GPS测量技术的定位精准。GPS在测量方面的技术不仅仅能够给建设工程施工过程带来更方便快捷的操作，而且还能在测量过程中运用定位技术，在50千米下的基线当中，就能到1×10–6到2×10–6的准确定位，当基线在100千米到500千米之间，定位依然能够准确的达到10－6到10－7，由于社会不断发展带动着科学发展，即使在1000千米以上的基线，GPS的定位技术依然能够维持在10－8左右，GPS在测量方面的技术所表现出来的精准度能够达到几乎完美，没有出现错误，对于建设工程所需要的要求更是很好的达到。(3)GPS在自动化以及智能化方面的操作性能特点。GPS测量方面操作在建设工程实际运用当中，不仅仅能够带来高精准度的测量，而且还能实现一定程度的自动化操作，给建设工程带来更便利的操作，使用人员根据气象采集数据，并且安装好开关的仪器，以及进行监测工作就可以做到一定程度的自动化操作，运用起来也是非常简单便利。例如在建设工程当中采用观测以及卫星捕捉系统等工作实现自动化，观测结束之后使用人员只需要把电源关闭，就很完好无损的把收集的数据进行接受并且保存。不仅仅能够给操作员带来非常便利的操作，而且在操作上GPS能够给建设工程的施工带来更高的工作效率，精准度也随着提高，对于建设工程中GPS的自动化操作是有着一个举足轻重的作用的。
2在实际操作过程中，工程测绘对于GPS测量技术的需求
在码头以及海港的建设工程施工过程当中，缺少不了水下地形图。并且在进行建设工程测绘当中，不仅要给测量的位置进行一个三维定位，而且还需要进行一个水深的测试。水深测试的主要使用的仪器是采用测深仪，并且在测量的过程当中要根据超声波的工作原理来进行测量具体水深。在水深测量的过程当中，不仅要同步进行着使用潮位仪进行测量，这样才能得到更为精准的数据进行测量，最后得出较为精准的水下地形深度的数据。传统手段是根据位置所需的要求进行采样测量，经过经纬仪以及应答器等设备进行测量，这些设备操作要求不仅高，而且极其复杂，在使用过程中会出现很多没必要的错误。但是随着GPS的出现，其实时的三维定位技术解决了位置测量方面的大量问题，能够更大比例的进行水下测量，而且效率以及质量方面也得到了很大的提高，并且通过测深仪以及一系列测量设备的共同测量之下，建立起了一个相对更为精准的一个测量系统。
3GPS操作上所需注意并且了解的问题
对于GPS的实际使用过程中，或多或少在操作上会存在一些问题需要我们去了解注意，所以在操作过程当中需要使用员工仔细的检查一下作业，确确实实的了解好每一道工序，并且将失误的可能性降到最低。并且在建设工程施工当中也会对员工有一定的要求，要求的员工也是必须要有责任心以及上进心，不仅仅要对公司负责，更重要的是对自己工作负责。所以在新员工上岗之前必须要进行一系列的培训教育，让整个建设工程尽量的按照预期的发展而进行下去。因为GPS所测量出来的数据以及测绘技术准确率要求是非常高的，如果当中有一丝丝的差错可能会导致整个建设工程会出现极大的麻烦。所以必须要让员工了解每一个操作的步骤，而且经过反复练习，在每一个工序中都要经过细心的检查，做到尽量减少差错的出现。并且公司也应该为员工的安全负责任，必须为员工买一份安全保险，并且进行科学性的管理，进行科学性的工作以及休息，让建设工程施工的员工得到一定的调节，发挥出更好的工作效率以及更大的质量，让建设工程跟预期一样完美的完成。
4结语
关键词：高动态GPSDSP
GPS是美国建立的高精度全球卫星定位导航系统，在陆地、海洋、航空和航天等领域有着广泛的应用。而高动态GPS接收机则可应用于导弹、卫星、飞机导航等许多场合，但由于高动态GPS接收机涉及军工等敏感领域，故国外的相关技术或产品对我国是封锁的，有关高动态的核心解决技术在各种文献中也见之甚少，相关技术必须自主开发。
GPS接收机的实时动态性能、定位精度以及功能的丰富性与其所选用的CPU性能有很大关系。具有较大动态范围的接收机的实时运算量大、刷新速度高，对微处理器提出了更高的要求，即接收机应具有较高的数字信号处理能力。DSP芯片具有适合于数字信号处理的软件和硬件资源，它运算速度快、接口方便、编程方便、稳定性好、精度高、集成方便，可用于复杂的数字信号处理算法。因此笔者的GPS接收机使用DSP芯片作为中央处理器。在此基础上，采用一系列的算法，如利用接收机原始的伪距和伪距变化率进行GPS／INS组合算法和抗多径算法及设计新的载波跟踪环路等，提高接收机的抗干扰和动态性能及定位精度。
1接收机的结构设计
采用相关接收技术的GPS接收机一般可以分为三个功能模块：射频前端模块，信号处理模块和应用处理模块，如图1所示。高动态GPS接收机组成与其类似，关键在于信号处理模块具有快速捕获功能和较大的捕获、跟踪带宽。
信号处理模块的主要功能是对信号进行捕获、跟踪、解扩、解调等，提取观测量和导航电文数据。GPS扩频信号的解扩一般通过相关接收技术完成，信号处理模块的核心就是相关器。多通道接收机一般采用多通道相关器实时地跟踪4颗或4颗以上的卫星信号。
以GP2010、GP2021芯片组作为接收前端和相关器，GP2021由时基产生电路、地址译码器、状态寄存器及12通道独立跟踪模块等组成。其中每一独立跟踪模块包含载波DCO、码DCO、相关器和相应的载波整周计数器、码相位和历元计数器等。相关器还提供了一个5．714MHz时钟给GP2010，对GP2010的4．309MHz信号进行欠采样，得到1．405MHz的中频数字信号。GP2010输出中心频率为1．405MHz的中频信号给GP2021。GPS接收机前端和相关器如图2所示。
根据DSP芯片运算速度、价格、软硬件资源、运算精度、开发工具、功耗等因素，以TI公司的32位DSP芯片TMS320VC33作为中央处理器进行GPS信号处理和定位求解。其运算速度为75MIPS，单指令周期为13ns，内置1．1MbitRAM，由0．18μmCMOS工艺制造。
DSP功能包括信号收集处理、GP2021硬件控制、相位跟踪和导航数据解调环路、GPS导航电文提取、电文推算、导航定位求解等[1](见图3)。
信号收集处理主要完成从相关器输入正交、同相超前和滞后通道的相关积分值，根据这些积分值实现码环、载波环捕获和跟踪过程中的判决和滤波等功能[2]。
GP2021硬件控制主要完成码环、载波环路的闭合控制过程。根据相位跟踪环路和码环、载波环路输出的控制量动态地调节GP2021的码DCO和载波DCO中的值，实现数据解调。
相位跟踪和导航数据解调环路是载波跟踪环路的最后一个环节，由它实现载波相位的抽取和数据解调。
接收机充分利用DSP处理器的功能，将以上软件都集中在一片DSP处理器中运行。DSP芯片的高速运算性能使得部分硬件功能软化，大大缩小了接收机的体积，同时增强了系统的灵活性。
在码和载波跟踪环路中，许多地方使用了数字滤波器。由于TMS320VC33计算精度很高，可以实现幅频特性很陡直的滤波器，完成带宽很窄的滤波。另外，DSP在进行数字信号处理过程中，仅受量化误差和有限字长影响，在处理过程中不引入其他噪声影响，有较高的信噪比。而这些正是笔者跟踪环路、跟踪频率斜升信号所必须的。同时，用DSP软件编程实现数字滤波，只需修改编程过程中的几个设计参数，就能灵活方便地实现不同性能的滤波器，从而改变跟踪环路的环路特性，为环路的调试带来极大的便利和灵活性。
2动态GPS接收机关键技术研究
(1)实时有效的GPS星的历书的推算：为快速捕获信号，快速地定位，缩短冷启动时间，必须保证实时有效的GPS星的历书的存在。卫星的最新历书直接由用户根据较早的星历导出，通过外推得到冷捕搜星时刻的有效数据。现在，经过对间隔一个月的星历进行推算，GPS星轨道长半径α、偏心率e、轨道面倾角i、轨道准经度Ω0、轨道近地点角矩ω、平近点角M、星钟参数af0、af1都可达到相当的精度，其中a、e、i的值变化不大，同时设6个摄动修正参数为零。这样，就可得间隔一个月后的历书。
t1时刻
af0=：0．596651807427D-04af1=0．579802872380D—11
t1+30天时刻
af0=0．724918209016D-04af1=0．477484718431D-11
t1+30天时刻的推算结果
afo=0．7237169739D-04af1=0．4706628D-11
t1时刻t1+30天时刻
Ωt1=-2．09716567564Ω0t2=-2.72117917258
ωt1=-1．71643691820ωt2=-1．67529031669
Mot1=3．08373107049Mot2=-2．08799859062
由toe1，时刻的星历可推算出toe2时刻的星历
计算得出Ω1ot2=-2．720653，ωt2=-1．666083，
Mlot2=-2．085210
(2)时钟特性对高动态接收机的动态性能影响的研究：时钟特性(频率飘移和老化率)对高动态接收机的动态性能有较大的影响，在高动态接收机中必须予以考虑并尽量消除之。其中，频率飘移的消除大约可以使冷启动时间缩短60s。
(3)高加速度下的载波跟踪环路的研究：为检测高动态GPS信号，需要设计码环及载波环的捕获与跟踪数字系统。当使用对信号同时进行时域(码相位)和频域(多普勒频移)的二维搜索从而对载波多普勒频移逐次逼近扫描的串行搜索法时，在高动态下，由于码的捕获是分频段进行的，载波跟踪环路对码跟踪环路提供速度辅助，且由于码的跟踪是在频率误差范围500Hz以内进行的，一定范围内的高加速度引起的频率变化率对码的捕获和跟踪影响不大，环路失锁首先从载波跟踪环路开始。同时，一定范围内的高速度只影响频率捕获所涉及到的频段数而对频率跟踪影响不大。因此，在高动态下，在CPS信号的码跟踪和载波捕获与跟踪问题中解决在高加速度下的载波跟踪问题具有十分重要的意义。需设计出具有较大动态范围的载波跟踪相关算法。该算法应同时兼顾在高加速度和高加速度环境下的环路工作特性。
现在，笔者已设计出具有较大动态范围的载波跟踪环路，并使用在接收机中，但环路的各项具体指标正在测试中。接收机载波跟踪模块工作流程图如图4所示。
(4)对原低动态接收机的相位跟踪环路的改进。四项鉴频器和叉积鉴频器实现精确的频率跟踪，相位跟踪和导航数据解调环路是载波跟踪环路的最后一个环节，由它来实现载波相位的抽取和数据解调。到叉积鉴频器时只能实现码锁定、载波锁定。位同步和帧同步状态只有在相位跟踪和导航数据解调环路正确工作后才可实现。而只有当帧同步(即数据可以正确解调下来并实现帧同步)后，接收机才可得到正确的伪距。此后建立导航定位方程组并准确定位。故而，如相位跟踪和导航数据解调环路不能正常工作，接收机将不能定位。适当扩大载波跟踪环路等效噪声带宽BLF，跟踪精度降低，载波跟踪环路产生的各项误差会反应到相位跟踪环路，但捕获时间缩短且锁相环的动态范围会得到改善；同时，对于相位跟踪环路，由于它的线性牵引有效范围有限，如果可以扩大这个范围，则可补偿由于变宽而对相位跟踪环路造成的影响，同时增加相位跟踪环路对载波跟踪环路补偿作用的范围，从而改善在高加速度下载波跟踪性能。
(5)辅助跟踪环路的设计：信号一旦非正常失锁如何快速重新捕获，还必须结合GPS星历进行辅助跟踪环路的设计。
(6)冷启动算法的设计：当接收机无历书存储或由于长时间未开机造成历书无效时接收机开机即处于盲捕状态。而历书预报误差较大时，接收机将花费较长时间进行GPS星的捕获和星历下传后才可准确定位。而准确的轨道参数和星钟参数推算并辅之以合理的冷启动搜星算法则可使接收机快速定位。对接收机接收到的GPS信号的载波多普勒频移进行了分析并给出其各组成部分的计算公式，同时根据实验结果对各组成部分对接收机星捕获占用时间的影响进行了分析，提出了通过消除接收机时钟频率漂移并辅之以有效历书推算的新的冷启动算法，大大缩短了高动态GPS接收机冷启动的时间。在静止的接收机中预先输入接收机本地概略地址和时间的情况下，冷启动时间缩短至25s以内。
3实验
时间：2003．9．5～9．27
接收机状态：静止，接收机预先输入接收机本地概略地址和时间，有历书推算：
星号15262129
接收机测得的多普勒频移值7320257941202381
推算得到的多普勒频移值7201256643562210
程序设置的多普勒频移值7201256643562210
4颗星达到载波跟踪状态所需时间：21s
关键词:GPS;农村公路;测量;误差
随着科学技术的不断发展,测量技术从传统的经纬仪+水准仪到全站仪+水准仪,再到GPS测量技术,经历了一个不断更新的过程。GPS全球定位系统(GlobalPositioningSystem)是美国研制并在1994年投入使用的垒球卫星导航与定位系统。近年来,GPS系统因具有全球性、全天侯、连续性、实时性导航定位和定时功能,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间等优点,其技术的应用已遍及我国国民经济的各个领域,特别是在公路测量的应用上已经较为普遍。GPS系统在应有方面主要分为单点导航定位与相对测地定位,而对于常规测量而言,相对测地定位是主要的应用方式。在此,本文将重点谈谈GPS测量技术在农村公路的应用。
1GPS测量技术的工作原理
相对测地定位是利用L1和L2载波相位观测值实现高精度测量,其原理是采用载波相位测量局域差分法:在接收机之间求一次差,在接收机和卫星观测历元之间求二次差,通过两次差分计算解算出待定基线的长度;求解整周模糊度是其关键技术,根据算法模型,设计了静态、快速静态以及RTK等作业模式。而RTK技术代表着GPS相对测地定位应用的主流。
2GPS测量的特点
GPS系统是目前在导航定位领域应用最为广泛的系统,其可为各类用户连续提供动态目标的三维位置、三维速度及时间信息。GPS测量主要特点如下:
2.1功能多、用途广
GPS系统不仅可以用于测量、导航,还可用于测速、测时。测速的精度可达0.1m/s,测时的速度可达几十毫微秒。其应用领域不断扩大。
2.2定位精度高
一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm,而红外仪标称精度为5mm+5ppm,GPS测量精度与红外仪相当,但随距离的增长,GPS测量优越性愈加突出。大量试验证明,在小于50km的基线上,其相对定位精度可达12×10-6,而在100km～500km的基线上可达10-6～10-7。
2.3实时定位
利用全球定位系统进行导航,即可实时确定运动目标的三维位置和速度,可实时保障运动载体沿预定航线运行,亦可选择最佳路线。特别是对军事上动态目标的导航,具有十分重要的意义。
2.4观测时间短
采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30min～40min左右,采用快速静态定位方法,观测时间更短。例如,使用Timble4800GPS接收机的RTK法可在5s以内求得测点坐标。
2.5测站之间无需通视
这是GPS技术区别于常规测量的最大优点。常规测量技术需要保持良好的通视条件,又要保障测量控制网的良好图形结构。而GPS测量只要求测站15°以上的空间视野开阔,与卫星保持通视即可。其这一优点,使得在布设长大线路施工控制网时,可省去大量的传算点、过渡点的测量,大大减少测量作业时间和费用,同时也使选点布网变得非常灵活。
2.6操作简便
GPS测量的自动化程度很高。目前,GPS接收机已趋小型化和自动化,在观测中测量员只需打开GPS接收机、量取天线高、采集环境的气象数据、监视仪器的工作状态,而其他工作,如卫星的捕获、跟踪观测和记录等均由仪器自动完成,然后利用数据处理软件对数据进行处理,即求得测点三维坐标。观测结束时,仅需关闭电源,收好接机,便完成野外数据采集任务。
2.7可提供全球统一的三维地心坐标
经典大地测量将平面和高程采用不同方法分别施测。在GPS测量中,在精确测定观测站平面位置的同时,可以精确测量观测站的大地高程。其这一特点,不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径,同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用,提供了重要的高程数据。
2.8全天候作业
GPS卫星较多,且分布均匀,保证了全球地面被连续覆盖,使得在地球上任何地点、任何时候进行项观测工作,通常情况下,除雷雨天气不宜观测外,一般不受天气状况的影响。
3GPS测量技术在农村公路中的应用
3.1农村公路调查内容
农村公路调查对象主要是县乡道路以及复合标准的村道,另外,还要对每个建制村道路的通达情况作相关的调查。在外业数据采集中主要采集的数据有各条道路的长度、路基路面宽、路面类型、所经过的村委以及村小学等标志性建筑的地理坐标、各起终点的坐标、名称以及各分段点的信息等。
3.2GPS外业数据采集流程
3.2.1准备工作
GPS在农村公路测量中应用时,可采用“边采集、边录入”的现场数据采集模式,一般情况下,一个测量小组由1人负责GPS接收机的开关以及掌上电脑的录入工作、1人负责相关数据和出现特殊情况时的记录工作、一名乡镇向导和一名司机共4人组成。
在采集工作出发之前,应先做好采集计划,如安排好采集行程;提前准备好已有的周边路线图作为采集底图,并打印一份供采集时参考;对需要采集的路线以及附属设施提前准备好相关已有的资料(如路线编号,起点名称,起点路基宽度及路面宽度,道路等级,路面性质,穿越了几个乡镇、建制村,沿线共有几座桥梁、大概在什么位置等),做到心中有数,提高采集效率。
在采集前,应先将GPS接收机与掌上电脑正确连接,然后通过蓝牙连接将GPS接收到的信号反映在掌上电脑上,并确保GPS连接和信息输出正常。
3.2.2主要操作
GPS外业采集功能主要是实现公路路线、桥梁、隧道、渡口、乡镇、建制村等图形和属性一体化采集,具体包括采集新路线、路线分段、停止采集路线、继续采集路线、点采集(如桥梁、隧道、渡口、乡镇、建制村等位置和属性信息)等功能。在进行外业采集之前,在GPS采集子系统中主要操作有:
(1)打开GPS:GPS接收机与计算机连接正常并输出有效的GPS数据后,通过“打开GPS”功能,建立与GPS接收机的通信连接。
(2)关闭GPS:在e-Road系统中断开与GPS接收机的通信连接,只有在打开了GPS后才能关闭。
(3)查看GPS状态:当打开GPS后,可查看GPS当前的状态,是否正常接收卫星信号,以及GPS输出的数据是否有效等信息。
(4)采集新路线:开始采集一条路线,记录该条路线的线形、线位和调查指标信息,如果GPS已经打开并且定位后,就可以进行路线的采集。
(5)路线分段:当路线的调查指标发生变化且符合路线分段原则时,需要添加一个路段,在采集路线的过程中,在路线分界点叫司机停下,并点击计算机平面上点击“分段”按钮,并输入分段原因:路面情况发生改变。同时还要输入分段点的相关信息。当然在其他路况发生改变时也要分段,比如路面宽度发生了明显改变,有分叉路的情况等。系统就会自动对路线进行分段。
(6)停止采集路线:在调查中还要标出各村村委以及村小学的地理坐标,在测量时只需在路线迄点处停止采集当前正在采集的路线,生成最后一个路段的讫点位置信息,并输入相关信息即可。
(7)继续采集路线:在路线采集的暂停位置继续采集路线的线形,如果在地图中存在没有采集完的路线,可以通过“继续采集路线”的功能,继续采集未采集完的路线。
(8)点采集:实现公路沿线附属设施点(如桥梁、隧道、渡口等)以及乡镇、建制村、村小学等点的地理位置和属性信息一体化采集。
通过上述功能操作,基本可以实现GPS+PC操作完美结合,在采集过程中,若因操作或人为走错路线等原因还可以进行对象属性编辑,现场及时修改或删除所采集数据信息。
3.2.3采集完毕
当天采集完毕后,首先要做好数据备份工作,建立以天为备份数据文件,同时备份到移动存储器中,以防计算机出现重大故障而使数据文件损坏,并及时将采集的数据进行必要的内业处理,防止因间隔时间过长,记录不准确,导致内业无法编辑等状况。
3.2.4经验总结
(1)GPS接收器本身时钟也存在误差和噪声,这些都影响定位的精确度。当出现比较明显的漂移时,测量人员应该叫司机先停下来,等指示箭头回归原点时再开始进行测量。
(2)当正在进行路线采集时,如果较长时间在某个地方停顿或需要离开正在采集的路线去采集其他路线、沿线乡镇、建制村时,应先使用“停止采集路线”功能暂停正在采集的路线,再采集其他路线、沿线乡镇、建制村等,然后回到暂停的位置处使用“继续采集路线”功能按原采集方向继续采集被停止采集的路线。
(3)在采集过程中,应时刻关注GPS的信号,如果连续出现“GPS无法定位”的提示时,应立即停止采集路线,以免丢失相关数据,甚至出现把数据导入PC机后出现乱码的情况。且测量人员应立即检查GPS的电池是否没电或是GPS与计算机是否已断开连接等,待设备都已完好后,为确保数据的有效性,测量人员应进行返工。
(4)采集过程中,GPS接收机和计算机不能离得太远(一般是10m以上),以避免计算机无法接收GPS传过来的信号以致数据丢失。
(5)采集过程中,如测量人员下车去测标识物后,司机不能将车开动,以免出现当测量人员回来后重新测量时原点发生了改变,从而出现相应的误差的情况。
(6)采集过程中,车速不能太快,一般控制在40km/h～60km/h,尽量靠着路的中间行驶,尽量避免紧急刹车。
综上所述,由于GPS设备功能齐全,携带方便,易于掌握,能够彻底改变以往公路调查陈旧的工作模式,从根本上提高公路测量效率,减轻职工劳动强度。尽管GPS测量技术仍存在一些问题,但只要运用得当,其自身的缺陷仍可以克服。GPS技术的普遍应用必将促进交通工作向着精确、高效、现代化的方向发展,是今后交通工作中必不可少的工具,如广泛使用一定会取得巨大的经济和社会效益。可以说,GPS在公路领域的应用前景是无限的。
参考文献
随着当代科学技术的革新，GPS测量技术也逐渐得到了完善，具有高精度等特点，有效的推进测绘行业的发展。与普通的测量技术不同，GPS测量技术能够全天作业，在进行数据监测的过程中，运用GPS不仅能够有效的实现同一位置的连续观测以及不同位置的同步观测，还能够进行全天候监测。在监测的过程中，通过系统的三维定位，就能够实现任意地点以及任意时间的监测，无论是从技术操作方面看还是从时间监测方面看，都具有不可比拟的优势。
2GPS定位测量技术的优势
GPS定位技术起源于美国，从研发到投入使用，经历了20年的改进，最终成功的为世界的发展做出了贡献。GPS定位技术在我国各个领域内都得到了应用，效果较好。GPS定位测量技术具有精度高且全天候等特点。工程测绘工作通常要求较高，具有专业化与技术性等特点，随着科技的进步，如今也逐渐向信息化与数字化等方向发展，需要运用先进的测量技术来提高工作效率。
2．1测量精度较高
在工程测绘中，运用GPS定位测量技术，就能够通过全球定位系统进行定位，如此便能够保证运动载体实现最佳的路线运行。对于工程测绘工作来说，定位非常重要，按照实际的测绘需求，假如基线没有超过50km，就应当采用载波相位观测量，以此保证静态相对定位。在工程测绘工作中运用GPS定位系统中的测技术，就能够实现1×10－6以及2×10－6的精度，假如基线达到了100km－500km，相对定位的精确标准就能够达到10－6以及10－7的范围内。随着GPS定位测量技术的不断革新，测量的精度也会不断的提升。
2．2操作简便且节省时间
在工程测绘工作中运用GPS定位测量技术，操作简便，且能够节省时间。例如在工程测量中运用经典的静态相对定位模式实现测量时，假如测量的基线在20km内，单频接受的观测时间大约为1小时，而双频接受的观测时间则为15－20分钟，假如采用实时动态定位，初始的观测时间则为1－5分钟，其他不同位置的观测时间为几秒，因此在工程测绘中运用GPS定位测量技术，就能够有效的缩短观测的时间，有效的提升工作效率。目前，GPS定位系统已经分为高度自动化与智能化的系统技术，在工程测绘中运用GPS定位测量技术，就能够通过智能型接收机进行观测，工作人员只需安装一些开关仪器，就能够通过仪器进行实时监控。由于GPS定位测量技术的自动化程度较高，工程的测量与卫星捕捉都能够通过GPS定位测量仪器来实现，操作较为简便。此外，GPS用户接收机体积较小，方便携带，在日常工作中能够节约人力和物力，能够有效的节约工作成本。
2．3应用范围广
GPS定位系统的应用范围一般可从两方面来看，首先是运用于与各个行业中，人们最为熟悉的是车载导航，目前GPS导航系统目前已经成了汽车的基本配置。此外，GPS技术还广泛的应用于地质与矿产等行业中。其次，GPS定位系统还能够运用于环境条件中，GPS定位是借用卫星系统实现定位，一般不会受到天气与温度的影响，在对于工程测绘来说属于一大优势，因为工程测绘通常都是在野外工作，运用GPS定位系统能够克服恶劣的环境条件造成的影响，保证定位的精度。
3GPS定位测量技术在工程测绘中的运用
3．1测量工程变形情况
通常工程建设涉及的范围较广，经常会遇到一些人为因素或是地质运动造成的建筑物变形以及位移，假如出现此种情况，会直接影响工程测绘工作，使经济效益与社会效益受到影响。经过研究发现，造成工程变形的主要类别有大坝变形与建筑物沉降等，假如能够及时的对工程变形进行测量，就能够有效的减少工程变形对于工程测绘工作的影响。目前GPS定位测量技术已经开始广泛的应用与工程变形的监测工作中，例如运用高精度的三维定位技术，就能够对工程建筑出现的微小变化进行分析，提早做好防范准备，减少损失。
3．2大地测量控制网点
在大地测量网点工作中，通常需要花费大量的资源，且精度较低，无法适应当代社会的需求。为了解决这一问题，我国在1991年开始建设大地控制网，目前这一工程已经结束，并且已经开始运用。大地控制网能够测量数千里或者数万里，而城市控制网测量的距离较近，一般在十公里左右，但城市控制网的使用频率更高，对于城市建设来说具有非常重要的作用，因此需要借助GPS定位测量技术进行大范围的测量，为城市的发展做贡献。
3．3测量水下工程
在水下作业一般难度较大，需要考虑到水下压强以及流体力学等方面的问题，但随着资源的开发，这些资源对于国民经济的影响逐渐增加，进行水下工程测绘目前已经是测绘领域中必不可少的环节。GPS定位测量技术包括了三维测量技术，能够从纵向或者横向两个角度进行水下测量，同时还能够将测量的结果通过计算机分析软件与制图软件等直接呈现出来。例如在进行水下作业时，进行横线测量时应当选择差分GPS技术，如此便可有效的减少对于环境的影响，简化操作流程。而进行纵向测量时则应当选用探测仪，运用超声测量的方式得出具体的深度。
3．4测量矿井工程
目前我国已经将GPS定位测量技术运用于矿井工程的测量中，并通过GPS技术进行了测量演练，及时的对测量中存在的问题进行了分析。常规形式的测绘工作通常是由工作人员自行操作，人为操作较容易出现误差影响测绘工作的精准度，此外，在地质条件复杂的地段进行测绘工作，较容易出现安全事故，因此需要在矿井工程中运用GPS定位测量技术。采用GPS定位测量技术就能够高效的实现工程测绘中交互定位，且能够显示出最精确的测绘结果，同时还能够了解工程测绘工作的流程。为了保证测量技术在工程测绘中达到最佳效果，可在测量前运用计算机技术对于需要测定的位置进行分析，及时发现测量中可能会出现的问题，并做好防治措施，以此保证测量人员的安全，提高测量的精确度。
4结束语
由以上工作原理我们可以看出，GPS-RTK技术的出现完全改变了传统的测量方法，仅仅需要几秒钟就可以进行厘米级的定位，因此在地质勘查工作中具有广阔的应用前景。
1）地质工程放样。在地质勘查工作中经常需要进行钻探、槽探等工程，但是由于矿区地势陡峭，复杂，给测量带来严重的不便，因此，运用GPS-RTK技术不仅解决了因为地形原因带来的测量不便问题，还能够提高测量的工作效率，事半功倍的完成地质工程的放样。
2）图根控制测量。通常来讲，运用GPS-RTK技术所得到的坐标数据能够满足图根控制点的精度要求，因此经常运用于矿区的图根控制点布设。这种方法不仅快捷简便，而且具有较高的精确度。
3）地形测量。一般情况下，用传统方法进行地形测量时需要1：1000、1：2000、1：5000的比例，所以往往精度差距较大。而采用GPS-RTK技术不仅能够解决这个问题，数字化的测图还能从很大程度上提高测量地形的工作效率。
4）剖面测量。运用GPS-RTK技术对剖面进行测量时，集测、放、检、算于一体，并且还能够完成土石方的相关计算，简便有效。
5）其他相关应用。虽然全站仪在工程测量中仍发挥着重要的作用，但是由于其测量方法受到通视和距离等条件的限制，而造成产生设置测站多、劳动强度大、作业效率低下等问题，已经不能够适应较大范围内的地质勘查工作，因此，这种情况下就需要采用GPS-RTK技术，不仅具有智能化和多样化的特点，还能够进行记录、通讯、导航、计算等工作，为地质勘查工作提供了较大的便利性。
2GPS-RTK技术在地质勘查中的优缺点及相对应对措施
1）GPS-RTK技术在地质勘查中的优点。综上所述中，GPS-RTK技术在地质勘查中具有广泛的应用，主要是因为其具有诸多优点，如下：①GPS-RTK技术需要较少的控制点数量和仪器搬站数量，从而使作业速度快、劳动强度低，工作效率高。②GPS-RTK技术实现了厘米级的三维坐标，具有较高的精度，且得到的数据安全可靠。③与传统的地质勘查工作相比，GPS-RTK技术对于环境条件要求低，只要接收卫星信号和电讯数据传输正常，就能够实现快速的定位。④GPS-RTK技术具有强大的测量功能，其自动化和集成化程度高，无需人工干预便能够完成多种测量功能，这样就减少了人为误差，确保了工作精度。⑤GPS-RTK技术操作简单，具有极强的数据处理能力，在工作过程中，只要在设站时进行简单的仪器操作，便能够实现测量结果和工程放样。
2）GPS-RTK技术在地质勘查中的缺点和相对应对措施。虽然GPS-RTK技术具有许多优点，能够广泛应用于多种地质勘查工作中，但是毋庸置疑的是它也具有一些缺陷，其工作过程也会受到各种问题的限制。接下来，本文将根据GPS-RTK技术在地质勘查中的缺点相应的提出一些应对措施。①GPS-RTK技术受到卫星图形的限制。由于受到卫星图形的限制，所以在一段时间内被卫星覆盖时容易产生假植。解决这种问题的办法主要是通过重测比较法来进行弥补，即在作业前先对1到2个已测的地点进行检核，确定是否产生假值。②GPS-RTK技术在地质勘查中会受到天空环境的影响。一般在中午时，RTK技术容易受到电离层的折射干扰，因此出现初始化时间长等问题，甚至无法进行初始化而无法进行测量。因此，通常情况下放弃在上午11点到下午2点之间进行作业。③RTK技术的数据链在传输时容易受到高频信号的干扰，这种情况主要出现在地形起伏较高的山区或是城镇楼房密集的地方。解决这种问题主要是通过将基准站设置在有效半径控制范围内的中央最高点，使其远离磁场较强的地方。④在测量时GPS-RTK技术进行高程转化容易产生异常。我国有些山区的高程异常图存在较大的误差，因而使得GPS在进行高程转换时相当困难，精度也不准确，因此对于这种情况，应该在作业时尽量多地测量精度可靠地高程，并适当的缩小作业面积，确保高程测量本身的观测质量。
3结束语
