Ứng dụng định vị toàn cầu GPS trong xây dựng đường sắt tốc độ cao bắc nam

Tài liệu "Ứng dụng định vị toàn cầu GPS trong xây dựng đường sắt tốc độ cao bắc nam" trình bày các nội dung chính như đặt vấn đề; ưu điểm của công nghệ định vị toàn cầu GPS; nguyên lý đo trong định vị toàn cầu GPS; dụng cụ đo trong định vị toàn cầu GPS; máy định vị toàn cầu GPS;...Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng định vị toàn cầu GPS trong xây dựng đường sắt tốc độ cao bắc nam(112) ỨNG DỤNG ĐỊNH VỊ TOÀN CẦU GPS TRONG XÂY DỰNG ĐƯỜNG SẮT TỐC ĐỘ CAO BẮC NAM PGS.TS Phạm Văn Chuyên Trường Đại học Xây dựng Hà Nội.1.Đặt vấn đề. Đừơng sắt tốc độ cao bắc nam là một công trình hiện đại ,qui mô lớn, dài 1541 km, điểm đầutại ga Ngọc hồi (Hà nội) , điểm cuối ga Thủ thiêm (thành phố Hồ chí Minh), đi qua 20 tỉnh thành ,có 23 gakhách , 5 ga hàng , đường sắt đôi, khổ 1435 mm, điện khí hoá, tảỉ trọng 22,5 tấn/trục,tốc độ thiết kế350 km/giờ, chạy trên ray, có khoảng 60 % là cầu cạn ,10 % là hầm , 30 % là nền đất. Để xác định vị trí ,hình dạng , kích thước công trình này cần phải ứng dụng kỹ thuật đo đạc trắc địa tiên tiến của thế kỷ 21là công nghệ định vị toàn cầu GPS.2, Ưu điểm của công nghệ định vị toàn cầu GPS. Định vị toàn cầu GPS là đặt máy tại một điểm trên mặt đất đo ngắm đến các vệ tinh bay trên bầutrời để xác định ra tọa độ không gian của điểm đang đặt máy đó . Định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) là công nghệ đo đạc trắc địa hiện đại và tiêntiến của thế kỷ 21,có những ưu điểmvượt trội sau: 1/Cho phép định vị điểm thống nhất trong toàn cầu. 2/Cho phép định vị điểm tại bất kỳ nơi nào trên Trái đất. 3/Cho phép định vị điểm vào bất kỳ lúc nào trong suốt 24h của ngày đêm. 4/Cho phép định vị điểm trong mọi thời tiết (nắng, mưa, gió, bão…). 5/Cho phép định vị điểm mục tiêu tĩnh và điểm mục tiêu di động(đặt trên các phương tiện giaothông như ô tô, tàu thủy, máy bay…). 6/Giữa các điểm đo không cần thông hướng như trong đo đạc trắc địa truyền thống. 7/Độ chính xác định vị cao. 8/Ứng dụng nhiều công nghệ điện tử và công nghệ thông tin làm cho việc đo đạc đạt trình độ tựđộng hóa cao,tạo ra năng suất lao động cao. 9/Không đắt tiền. 1 10/Kỹ thuật định vị toàn cầu GPS được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau: trắcđịa, bản đồ, xây dựng, giao thông vận tải, quốc phòng, an ninh tình báo, địa chất, địa lý, hải dương học,thám hiểm không gian, quản trị thông tin, lâm nghiệp, nông nghiệp, du lịch,… 11/Định vị toàn cầu GPS cho phép xác định tọa độ các điểm thuộc Trái đất rất thuận tiện và chínhxác cao , đáp ứng mọi yêu cầu đòi hỏi của thực tiễn .Bởi vậy , trong ngành xây dựng định vị toàn cầu GPSđược ứng dụng rất nhiều trong tất cả các giai đoan khảo sát , thiết kế , thi công và sử dụng công trình .3. Nguyên lý đo trong định vị toàn cầu GPS. Để định vị một vật đang vận động trong vũ trụ cần phải có bốn yếu tố về không gian và thời gian(X,Y,Z,T). Do đó, nguyên tắc đo GPS là ở mỗi địa điểm và vào một thời điểm nhất định phải đo ngắmđược đến bốn vệ tinh,để xác định được bốn khoảng cách từ máy thu GPS đến bốn vệ tinhtương ứng ,từ đólập được bốn mô hình toán học,suy ra bốn phương trình, giải ra bốn ẩn số (X,Y,Z,T).4. Dụng cụ đo trong định vị toàn cầu GPS. Dụng cụ đo trong định vị toàn cầu GPS gồm có hai bộ phận: 1/Bộ phận thứ nhấtlà các máy đo GPS gồm có phần cứng và phần mềm. 2/ Bộ phận thứ hai là các vệ tinh nhân tạo bay trên bầu trời quanh Trái đất, chúng hoạt độngtheo sự chỉ huy của con người thông qua các trạm điều khiển tại mặt đất. Ở đây máy đo GPS đóng vai trò như máy toàn đạc (chủ thể đo thứ nhất ), còn vệ tinh nhân tạo baytrên bầu trời đóng vai trò như mia (chủ thể đo thứ hai ) trong đo đạc trắc địa truyền thống.5. Máy định vị toàn cầu GPS. Máy định vị toàn cầu GPS (hình 1) gồm có hai phần là phần cứng và phần mềm. 1) Phần cứng: Gồm có ăngten và bộ tiến khuếch đại, nguồn tần số vô tuyến (RF), bộ vi xử lý, đầu thu, bộ điềukhiển, màn hiển thị, thiết bị ghi, nguồn năng lượng. 2 Hình 1. 2) Phần mềm: Gồm có những chương trình tính dùng để xử lý dữ liệu cụ thể, chuyển đổi những kết quả đo thànhnhững thông tin định vị hoặc dẫn đường đi cho các phương tiện chuyển động. Các máy đo GPS (máy thu GPS) sẽ thu và theo dõi các mã hoặc pha của các sóng mang (hoặc cảhai), đồng thời tiếp nhận các thông điệp phát tín. Bằng cách so hàng tín hiệu đến từ vệ tinh với bản sao củamã phát được ghi trong máy thu, người ta có thể xác định được cự ly đến vệ tinh (khoảng cách từ máy đoGPS đến vệ tinh). Nếu các cự ly đến bốn vệ tinh được liên kết với các thông số quỹ đạo thì máy thu có thểxác định được ba giá trị tọa độ địa tâm của điểm (XA, YA, ZA). Cự ly thứ tư để tính toán hiệu chỉnh đồng hồtrên máy thu (T).6. Hệ thống định vị toàn cầu GPS của Mỹ. Hệ thống định vị toàn cầu GPScủa Mỹ gồm có hai phần là phần vũ trụ và phần điều khiển. 1) Phần vũ trụ: Có 30 vệ tinh làm việc và dự phòng. Chúng được xếp trên 6 mặt phẳng quỹ đạo nghiêng 55 so vớimặt phẳng xích đạo (hình2). Mỗi quỹ đạo của vệ tinh là một vòng tròn với độ cao Hình 2danh nghĩa là 20183km. Khoảng thời gian cần thiết để vệ tinh bay quanh một quỹ đạo là 12 giờ hằng tinh(bằng một nửa thời gian tự quay quanh mình của Trái đất). Các vệ tinh được sắp xếp đảm bảo sao cho vàomột thời điểm bất kỳ, tại một trạm đo nào đó cũng quan sát được bốn vệ tinh một cách thuận tiện. Mỗi vệtinh phát ra hai tần số vô tuyến phục vụ mục đích định vị là L1trên tần số 1575,42MHz và L2 trên tần số1227,6MHz. Các tần số sóng mang và công việc điều biến được được điều khiển bởi những đồng hồ nguyêntử đặt trên vệ tinh. 2) Phần điều khiển: Đặt trên mặt đất sẽ hiển thị sự hoạt động của các vệ tinh, xác định quỹ đạo của chúng, xử lý cácđồng hồ nguyên tử, truyền mệnh lệnh lên các vệ tinh.7. Chọn điểm mốc GPS .Chọn điểm mốc GPS phải: ...