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  淺析GPS系統(tǒng)多功能中的坐標定位與三維導航功能的應用
  [2010/8/5] [點擊：5086次]
 
  GPS系統(tǒng)是利用導航衛(wèi)星進行測時和測距以構(gòu)成具有全球性、全能性（陸地、海洋、航空與航天）全天候優(yōu)勢的導航定位、定時測速系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導航與測速，還能夠進行高精度的時間傳遞與高精度的坐標定位,這些功能在供水行業(yè)地下管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)的建設(shè)中顯得尤為重要。GPS系統(tǒng)在供水行業(yè)中的作用主要體現(xiàn)兩方面：1 幫助水司將地下管網(wǎng)科學地搬上電腦生成電子地圖，便于保存與管理；2 為水司的管網(wǎng)設(shè)計、施工、維修改造現(xiàn)場定位提供重要依據(jù)。 在這里宜春水司就結(jié)合在工作中遇到的實際問題，對該系統(tǒng)諸多功能中的坐標定位與三維導航功能作一簡單論述。 一 GPS系統(tǒng)的坐標定位法的優(yōu)越性 宜春水司從1975年開始投產(chǎn)，當初日產(chǎn)水量只有幾千噸，主管線才幾公里長。經(jīng)過三十多年的發(fā)展，城區(qū)面積不斷拓展，常住人口迅猛增加。管網(wǎng)長度不斷延伸，供水范圍成幾何倍數(shù)增長。時至今日， DN100以上主管已經(jīng)由幾十公里變成了幾百公里，日供水量由幾千噸增至十多萬噸。公司發(fā)展壯大了，但是問題也來了：城市建設(shè)發(fā)展到哪里，供水管道就跟著鋪到哪里，而規(guī)范的管網(wǎng)圖的制作卻跟不上趟。因此宜春水司至今都跟大多數(shù)水司一樣，沒有一套規(guī)范、完整的管網(wǎng)圖。而沒有管網(wǎng)圖的弊端卻隨著技術(shù)人員年齡的逐漸老化而日益顯現(xiàn)出來：安裝設(shè)計人員找不到管道，管道漏水了不知從哪里開挖，老舊管網(wǎng)的漏損日益增加等等。 GPS系統(tǒng)恰好可以幫助解決這個難題。因為它能將管網(wǎng)中的彎頭、閥門等節(jié)點的永久坐標一次性標定，利用配套的軟件將采集到的管網(wǎng)的材質(zhì)、口徑及埋深等外業(yè)數(shù)據(jù)標上電子地圖永久保存，日后新增加的管網(wǎng)也可以很方便地以同樣的方式添加到電子地圖上。這樣的信息系統(tǒng)比畫在紙上、記在心里的“活地圖”不知要強多少倍，而且隨用隨調(diào)，方便實用。 二、三角平面穩(wěn)定法與偏移定位法對GPS系統(tǒng)的完善起到積極的輔助作用 在GPS系統(tǒng)定位的實測工作中，常常會因為云層過厚或高層建筑的阻擋造成信號太弱而無法完成節(jié)點的定位工作。遇到這種情況就得從其他途徑尋求解決辦法，一般首選信號偏移法，解決不了再用三角平面穩(wěn)定定位法。 1 信號偏移法 A 供水管網(wǎng)的實測節(jié)點因建筑或云層阻擋造成衛(wèi)星信號太弱而無法采集到準確數(shù)據(jù)時使用信號偏移法 在這種情況下可以在遠離該實測點處找一個信號較好的點測定一個坐標數(shù)據(jù)作為基準點，然后在PDA（掌上電腦）上創(chuàng)建需要測定但是無正常信號的節(jié)點的節(jié)點號文件，設(shè)定數(shù)據(jù)偏移功能，建立 PDA（掌上電腦）與激光測距儀的數(shù)據(jù)鏈接，最后用激光測距儀從該點向?qū)崪y節(jié)點發(fā)射激光，激光測距儀將自動計算出兩點間的準確距離、該實測節(jié)點方位角以及坐標數(shù)據(jù)，并通過已經(jīng)建立的藍牙數(shù)據(jù)鏈接將有效數(shù)據(jù)實時傳送至PDA（掌上電腦）保存。同時用手工將該實測節(jié)點的詳細信息標注在外業(yè)數(shù)據(jù)登記表上，包括節(jié)點名稱、材質(zhì)、埋深、詳細地址等，并繪出該實測節(jié)點簡易平面圖，作為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)錄入的依據(jù)。 在高樓林立的市區(qū)環(huán)境下，象這樣的情況非常普遍，比如在宜春市高士北路。2009年12月21號上午，宜春水司GPS數(shù)據(jù)采集小組按計劃對４４區(qū)高士北路路段西側(cè)管網(wǎng)節(jié)點進行實測。架好天線和主機，打開網(wǎng)絡(luò)鏈接，打開衛(wèi)星信號鏈接，打開主機和手機間的藍牙鏈接，搜索到衛(wèi)星信號正常，網(wǎng)絡(luò)信號正常，一切就緒后即刻展開數(shù)據(jù)采集工作。 　　氣溫很低，但天氣不錯，信號也很好。撬井蓋，測埋深，畫簡圖，數(shù)據(jù)采集工作在井井有條中進行。當宜春水司采集小組一行來到“金碧輝煌”北側(cè)小巷中的ＤＮ２００閥門井邊時，衛(wèi)星信號驟然減弱，開始搜索到正常工作的七八顆衛(wèi)星一下子丟掉了五六顆。由于維持GPS系統(tǒng)正常工作并精確定位至少需要五顆有效衛(wèi)星和流暢的網(wǎng)絡(luò)信號，因此只有兩個衛(wèi)星信號的主機報警蜂鳴器“嘀嘀嘀”地響個不停。按照慣例采集小組立刻將GPS系統(tǒng)移出到巷口路邊較為寬敞的地方進行衛(wèi)星信號搜索，希望在這邊定下來再用激光槍作一個數(shù)據(jù)偏移。半小時過去了，衛(wèi)星仍然只有兩三顆，采集小組又冒險站在馬路中間繼續(xù)搜索，但還是沒有理想的結(jié)果。在這種情況下宜春水司采集小組只有考慮暫時放棄采集，繼續(xù)往前走。因為衛(wèi)星是在不停地運動中，上午搜不到就下午再來。但意想不到的是下午的情形比上午好不了多少，忙碌半天還是因為有效衛(wèi)星數(shù)量不夠沒能定下來。好在第二天中午再來的時候終于在馬路中間搜到了足夠的衛(wèi)星，用偏移法采集到了幾個彌足珍貴的節(jié)點數(shù)據(jù)。 B 還有一種情況就是衛(wèi)星信號很好但網(wǎng)絡(luò)信號不行而無法采集到準確數(shù)據(jù)時使用信號偏移法 這種情況一般出現(xiàn)在空曠但比較偏僻的區(qū)域，比較典型的如宜春市馬王塘工業(yè)園區(qū)。馬王塘工業(yè)園地處城郊結(jié)合部，移動基站少，而且都建在320國道的西側(cè)，因此該區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)信號明顯地呈現(xiàn)出西北強東南弱的態(tài)勢。所以沿國道測主管道時的信號非常好，包括最西部的四號安置地。而一旦離開國道往東南方向走的話，信號的衰減就非常的明顯。 3月22日，采集小組從工業(yè)二路西段路口一路往東，開始信號不錯，衛(wèi)星十多顆，網(wǎng)絡(luò)信號也強。穿過立交橋后，第一個閥門井的數(shù)據(jù)采集順利，但網(wǎng)絡(luò)信號明顯減弱，數(shù)據(jù)流量偏小。此時距景觀大道還有大概800米。繼續(xù)往東南走到第二個閥門井位置，距景觀大道約500米，衛(wèi)星十多顆，但網(wǎng)絡(luò)信號幾乎沒有，流量只有幾個KB，還時斷時續(xù)。等了半個小時都穩(wěn)定不了，唯一的辦法就是以前一個點為基點，用激光槍作信號偏移——一路打過去。 2 三角平面穩(wěn)定法 當實測節(jié)點所處的環(huán)境太過惡劣，確實采集不到數(shù)據(jù)時，通常采用三角平面穩(wěn)定定位法，具體操作辦法是：找三個點，即除該實測節(jié)點外另從兩個永久性建筑上找兩個點，三點呈三角形，量出三條邊的準確長度，標明各自的方位及代碼，注明在外業(yè)數(shù)據(jù)登記表上，包括兩個永久性建筑的名稱及方位，作為內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)錄入的依據(jù)。 象這種情況一般出現(xiàn)在小街小巷，如宜春市中山路周邊。地理環(huán)境復雜，建筑間距小，人流量大，干擾因素多，管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜。象這種環(huán)境，整條街都可能找不到一個有效基點。別說直接采集數(shù)據(jù)，想用偏移法都沒地方下手。所以只有采取三角平面穩(wěn)定法，在節(jié)點附近找兩個點，記下各自的方位和距離，以及參照物的名稱和特征，詳細標注在圖紙上，以備日后查找或參考。 有了這樣兩種輔助定位方法作補充，GPS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集也就有了保障，一個完善的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)也就成功了一大半。 三 GPS系統(tǒng)的導航功能為水司的管網(wǎng)設(shè)計、施工、維修改造提供重要依據(jù) 當一個完整的管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)擺在你面前時，無論要找管件還是管線，無論要為新鋪設(shè)的管道做水源碰頭設(shè)計還是進行舊管網(wǎng)改造，你只需打開電腦，輸入某區(qū)編號，點擊打開，該區(qū)所有的管線圖以及節(jié)點立刻呈現(xiàn)在你的面前；又或者某區(qū)出現(xiàn)爆管意外，需要關(guān)閘止水，你只需打開該區(qū)電子地圖，輸入爆管處節(jié)點號，需關(guān)閥門的管材、口徑、埋深等數(shù)據(jù)一目了然。假如要具體到查找某個實地節(jié)點，你只需調(diào)出該節(jié)點坐標數(shù)據(jù)，拿上GPS，打開導航功能，輸入該節(jié)點坐標數(shù)據(jù)，不管該節(jié)點所處的地形地貌發(fā)生何種變化，GPS系統(tǒng)都能帶著你準確無誤地找到節(jié)點所在。 建立一個完善的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)確實不簡單，它會耗費我們大量的人力、物力和財力。但一個完善的供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)一旦建成，它的作用可是不容小視——它在幫助我們在提高生產(chǎn)效率的同時保存珍貴的管網(wǎng)資料，為水司的日后發(fā)展、管網(wǎng)設(shè)計、施工、維修改造及壓力控制提供重要依據(jù)，并且節(jié)約大量的人力、物力、時間乃至是資金。最為重要的是，在不遠的將來，它能幫助水司將管線管理水平提升到一個全新的高度，為水司的下一個跨越式發(fā)展奠定堅實的信息基礎(chǔ)！ 莫 紹 林
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