¿Aplicación de la tecnología GPS en la topografía de ingeniería de carreteras?
1. Introducción al sistema de posicionamiento global
El GPS, el sistema de posicionamiento global por satélite, fue desarrollado por el ejército estadounidense a principios de la década de 1970 basándose en la tecnología de posicionamiento y navegación por satélite de meridianos. Sistema global de navegación, posicionamiento, cronometraje y medición de velocidad para todo tipo de clima (terrestre, oceánico, aéreo y aeroespacial). Como método de medición avanzado y nueva productividad, la tecnología GPS se ha integrado en diversos campos de aplicación de la construcción económica nacional, la construcción de defensa nacional y el desarrollo social con sus características de medición automatizadas, de alta precisión y para todo clima.
El sistema GPS consta de tres subsistemas: sistema de satélite espacial, sistema de monitorización terrestre y sistema de recepción de usuarios.
(1) Sistema de satélites espaciales. El grupo de satélites espaciales GPS consta de 24 satélites GPS con una altitud de unos 200.000 kilómetros, distribuidos uniformemente en 6 planos orbitales. El ángulo entre los planos es de 60 grados y la inclinación entre la órbita y el ecuador de la Tierra es de 55 grados. El período de operación en órbita del satélite es de 11 horas y 58 minutos, lo que garantiza la recepción de 4 satélites en cualquier momento y en cualquier lugar sobre el horizonte.
(2) Sistema de control en tierra. El sistema de control terrestre GPS incluye una estación de control principal, tres estaciones de inyección y cinco estaciones de monitoreo. La función de la estación de control principal es calcular las efemérides del satélite y los parámetros de corrección del reloj del satélite en función de los datos de observación GPS de cada estación de monitoreo, e inyectar estos datos en el satélite a través de la estación de inyección, también controla el satélite y emite instrucciones para; el satélite y programa el satélite de respaldo. La función de la estación de monitoreo es recibir señales de satélite y monitorear el estado de funcionamiento del satélite. La función de la estación de inyección es inyectar los datos calculados por la estación de control principal en el satélite. Los sistemas de control terrestre GPS están establecidos principalmente en el Océano Atlántico, el Océano Índico, el Océano Pacífico y los Estados Unidos.
(3) La parte de usuario del GPS consta del receptor GPS, el software de procesamiento de datos y el equipo de usuario correspondiente, como computadoras, instrumentos meteorológicos, etc. Su función es recibir señales enviadas por satélites GPS y utilizar estas señales para navegación y posicionamiento.
2. Características de la medición GPS
1. Alta precisión de posicionamiento
La precisión de la resolución básica de los receptores GPS de doble frecuencia es generalmente de 5 mm + 1 ppm, mientras que los infrarrojos. La precisión del cálculo de referencia del instrumento es de 5 mm+5 ppm. La precisión de la medición GPS es equivalente a la de los instrumentos infrarrojos, pero a medida que aumenta la distancia, las ventajas de la medición GPS se vuelven cada vez más destacadas. Una gran cantidad de experimentos han demostrado que su precisión de posicionamiento relativo puede alcanzar 12 × 10-6 en una línea base de menos de 50 km y 10-6 ~ 65438 en una línea base de 100 km ~ 500 km.
2. No hay necesidad de comunicación visual entre estaciones.
La visibilidad entre estaciones siempre ha sido un problema importante en la topografía, especialmente en áreas con terreno complejo, donde es particularmente difícil para los técnicos topográficos encontrar puntos de vista. La aparición del GPS se caracteriza por el hecho de que no requiere una línea de visión directa entre las estaciones, lo que hace que la selección de puntos sea más flexible y conveniente. Sin embargo, la proximidad de la estación debe ser amplia para que la señal recibida sea mejor.
3. Funcionamiento sencillo
La medición GPS tiene un alto grado de automatización. En la actualidad, los receptores GPS tienden a miniaturizarse y simplificar el funcionamiento inteligente. No requiere un alto nivel técnico. El observador solo necesita centrar y nivelar la antena, medir la altura de la antena, encenderla y utilizar un software de procesamiento de datos para procesar los datos y obtener las coordenadas tridimensionales de la antena. punto de medición. Otros trabajos de observación, como la captura por satélite, el seguimiento y la observación, etc., se completan automáticamente en conjunto.
3. Análisis de la aplicación de la tecnología GPS en el campo de la ingeniería de la construcción
En los últimos años, los sistemas de transporte y edificación han introducido receptores GPS, lo que ha impulsado el desarrollo de la tecnología GPS. en nuestro país y formuló los “Estándares Globales como “Especificaciones Técnicas para la Medición Urbana del Sistema de Posicionamiento” CJJ73-79, “Especificaciones Técnicas para la Medición del Sistema de Posicionamiento Global (GPS)” CH2001-92. La aplicación de la tecnología GPS en el campo de la ingeniería de la construcción se refleja principalmente en la medición y control de posicionamiento de carreteras, puentes y túneles.
1. Disposición de la red de control de medición de carreteras
En la actualidad, existen básicamente dos soluciones de medición para las redes GPS de rutas de carreteras: una es que todos los puntos de control a lo largo de la ruta se miden mediante GPS. , es decir, a lo largo de la ruta, se organiza un punto GPS cada 500 m ~ 1000 m, y los puntos GPS adyacentes son visibles entre sí, el otro es para organizar un par de puntos GPS (uno es un punto de control y el otro es un punto de control); el otro es un punto de dirección) cada 5 km ~ 10 km a lo largo de la dirección longitudinal de la ruta.
2. Trazar los tramos horizontales y verticales de la carretera y calcular el volumen de movimiento de tierras.
Al replantear una sección longitudinal, primero ingrese los datos necesarios para el replanteo en el manual electrónico (como el número de estación de cada punto de pendiente, los valores de pendiente positivos y negativos de la línea recta, y el radio de la curva vertical) para generar el replanteo de la construcción. Haga clic en el archivo y guárdelo para el replanteo listo en el campo.
Al trazar una sección transversal, primero determine la forma de la sección transversal (relleno, excavación, medio llenado y media excavación) y luego ingrese los datos de diseño de la sección transversal en el sistema electrónico. cuaderno (como pendiente, ancho de arcén, ancho de carretera, altura de superestructura, ensanchamiento, altura de diseño), genere archivos de puntos de replanteo de construcción, guárdelos y vaya al sitio para replantear en cualquier momento.
Al mismo tiempo, el software puede conectarse automáticamente a la línea de tierra para realizar trabajos de "tapado" y utilizar el "método de sección" para calcular la cantidad de movimiento de tierras. A través del software de dibujo, se pueden dibujar secciones longitudinales a lo largo de la línea y vistas en sección transversal en cada punto.
3. Replanteo de la estructura del puente
Para puentes de luces largas construidos sobre ríos, es difícil localizarlos con instrumentos ópticos tradicionales y estaciones totales porque los ríos son demasiado anchos y hay niebla. , y fácil de localizar causando errores de lectura del instrumento. Además, las condiciones climáticas son cambiantes y la posición de la boya de observación fluctúa, lo que afecta la precisión del posicionamiento. El GPS utiliza el principio de intersección a distancia de tres puntos en el espacio para localizar y no se ve interferido por las condiciones externas del río. No requiere visibilidad entre puntos, lo que mejora enormemente la eficiencia del trabajo. Su precisión de posicionamiento de coordenadas planas es de aproximadamente 5,5 mm 1 ppm y su longitud de línea de base varía desde varios metros hasta decenas de kilómetros, lo que cumple con los requisitos de precisión de la red de control de puentes.
4. El posicionamiento dinámico en tiempo real (RTK) tiene dos modos de medición: posicionamiento estático rápido y posicionamiento dinámico. La combinación de los dos modos de posicionamiento puede cubrir el estudio de carreteras, el replanteo de la construcción, la supervisión y la recopilación de datos iniciales del SIG (Sistema de Información Geográfica).
4.1 Modo posicionamiento estático rápido. Se requieren receptores GPS para la observación estática en cada estación móvil. Durante la observación, recibe datos de observación sincrónicos de la estación de referencia y del satélite al mismo tiempo, y calcula el número desconocido completo y las coordenadas tridimensionales de la estación de usuario en tiempo real. Si los cambios en los resultados del cálculo se estabilizan y la precisión cumple con los requisitos de diseño, se puede finalizar la observación en tiempo real. Generalmente se utiliza para mediciones de control, como el cifrado de redes de control; si se utilizan métodos de medición convencionales (como la medición de estación total), se ven muy afectados por factores objetivos y son difíciles de implementar en áreas con condiciones naturales adversas. el doble de resultado con la mitad de esfuerzo. El posicionamiento de un solo punto solo toma de 5 a 10 minutos (con el desarrollo continuo de la tecnología, el tiempo de posicionamiento se acortará), que es menos de una quinta parte del tiempo requerido para la medición estática. En el levantamiento de carreteras, puede reemplazar la estación total para completar el cifrado de puntos de control, como el levantamiento de cables.
4.2 Antes de la medición del posicionamiento dinámico, es necesario observar en un punto de control durante varios minutos (algunos instrumentos solo necesitan 2 ~ 10 s) para la inicialización, luego el móvil puede observar automáticamente de acuerdo con el intervalo de muestreo predeterminado. y comunicarse con la estación de referencia Junto con los datos de observación sincrónica, la posición espacial del punto de muestreo se determina en tiempo real. En la actualidad, su precisión de posicionamiento puede alcanzar el nivel de centímetros.
El modo de posicionamiento dinámico tiene amplias perspectivas de aplicación en la etapa de estudio de carreteras y puede completar el estudio del terreno, la medición de pilotes centrales, la medición de secciones transversales, la medición de la línea de tierra de la sección longitudinal, etc. Después de medir durante 2 a 4 segundos, la precisión puede alcanzar de 1 a 3 cm. Todo el proceso de medición no requiere inspección visual, lo que tiene ventajas que los instrumentos de medición convencionales (como las estaciones totales) no pueden igualar.
Sugerencias promocionales del verbo (abreviatura del verbo)
5.1 La combinación de la tecnología de posicionamiento estático GPS y la tecnología de posicionamiento dinámico puede completar de manera eficiente y precisa las mediciones de control del plano de la carretera.
5.2.En el proceso de producción, utilizar un proceso de producción que combine métodos convencionales con tecnología GPS puede mejorar enormemente la eficiencia de la producción.
5.3. Con el desarrollo de la tecnología GPS caracterizada por la tecnología RTK, varios fabricantes han lanzado sucesivamente instrumentos con tecnologías patentadas independientes, que tienen un tiempo de inicialización más corto, capacidades de seguimiento más fuertes, mayor precisión y confiabilidad. por dinero. Las unidades de levantamiento y diseño tienden a reemplazar a las estaciones totales, por lo que este factor debe considerarse al actualizar el equipo de la unidad.
5.4.La aplicación de la tecnología GPS en la topografía de carreteras es una innovación tecnológica revolucionaria en la topografía de carreteras y actualizará el concepto operativo tradicional.
Conclusión del verbo intransitivo
El Sistema de Posicionamiento Global GPS (GlobalpositioningSys-tem, denominado tem) es un sistema global, multipropósito y apto para todo clima, desarrollado y construido por el ejército de los EE. UU. Sistemas de navegación, posicionamiento, cronometraje y medición de velocidad. En la actualidad, el GPS se ha utilizado ampliamente en muchos campos, como la construcción de ingeniería, y su aplicación en la topografía de ingeniería de carreteras en mi país apenas ha comenzado. Se cree que con el desarrollo de la economía de mi país y la profundización gradual de la investigación sobre la aplicación de la tecnología GPS, el GPS desempeñará un papel más importante en la construcción de carreteras modernas.
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