公路測(cè)量畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、摘 要gps即全球定位系統(tǒng)是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元的美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，當(dāng)前，gps技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、資源勘查、地殼運(yùn)動(dòng)、地籍測(cè)量等領(lǐng)域，特別是在測(cè)量領(lǐng)域。本文介紹了gps的特點(diǎn)、發(fā)展及應(yīng)用、gps的組成及工作原理，gps公路控制測(cè)量、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)、gps數(shù)據(jù)處理、gps基線解算的基本原理等。根據(jù)gps測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)，論述了gps在307國(guó)道實(shí)際測(cè)量工作中的應(yīng)用。第一章 gps的發(fā)展第一節(jié) gps的簡(jiǎn)介一、 概念gps即全球定位系統(tǒng)（global positioning system）是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng),是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，

2、歷時(shí)20年，耗資200億美元，在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全球定位系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和用戶接收機(jī)三大部分組成。二、 gps系統(tǒng)的特點(diǎn)gps系統(tǒng)的特點(diǎn)：高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等。1、定位精度高應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，gps相對(duì)定位精度在50km以內(nèi)可達(dá)10-6，100-500km可達(dá)10-7，1000km可達(dá)10-9。在300-1500m-工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面位置誤差小于1mm，與me-5

3、000電磁波測(cè)距儀測(cè)定得邊長(zhǎng)比較，其邊長(zhǎng)較差最大為0.5mm,校差中誤差為0.3mm。2、觀測(cè)時(shí)間短隨著gps系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需1-2分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)只需幾秒鐘.3、測(cè)站間無(wú)須通視gps測(cè)量不要求測(cè)站之間互相通視，只需測(cè)站上空開(kāi)闊即可，因此可節(jié)省大量的造標(biāo)費(fèi)用。由于無(wú)需點(diǎn)間通視，點(diǎn)位位置可根據(jù)需要，可稀可密，使選點(diǎn)工作甚為靈活，也可省去經(jīng)典大地網(wǎng)中的傳算點(diǎn)、過(guò)渡點(diǎn)的測(cè)量工作。4、可提供三維坐標(biāo)經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法分別

4、施測(cè)。gps可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)。目前gps水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。5、操作簡(jiǎn)便隨著gps接收機(jī)不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，有的已達(dá)“傻瓜化”的程度；接收機(jī)的體積越來(lái)越小，重量越來(lái)越輕，極大地減輕測(cè)量工作者的工作緊張程度和勞動(dòng)強(qiáng)度。使野外工作變得輕松愉快。6、全天候作業(yè)目前gps觀測(cè)可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行,不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等氣候的影響。7、功能多、應(yīng)用廣gps系統(tǒng)不僅可用于測(cè)量、導(dǎo)航，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速的精度可達(dá)0.1m/s，測(cè)時(shí)的精度可達(dá)幾十毫微秒。其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。當(dāng)初，設(shè)計(jì)gps系統(tǒng)的主要目的是用于導(dǎo)航，收集情報(bào)等軍事目的。但是，后來(lái)的

5、應(yīng)用開(kāi)發(fā)表明，gps系統(tǒng)不僅能夠達(dá)到上述目的，而且用gps衛(wèi)星發(fā)來(lái)的導(dǎo)航定位信號(hào)能夠進(jìn)行厘米級(jí)甚至毫米級(jí)精度的靜態(tài)相對(duì)定位，米級(jí)至亞米級(jí)精度的動(dòng)態(tài)定位，亞米級(jí)至厘米級(jí)精度的速度測(cè)量和毫微秒級(jí)精度的時(shí)間測(cè)量。因此，gps系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應(yīng)用前景第二節(jié) gps定位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀如人們所說(shuō)：gps的應(yīng)用，僅受人們的想象力制約。gps問(wèn)世以來(lái)，已充分顯示了其在導(dǎo)航，定位領(lǐng)域的霸主地位。許多領(lǐng)域也由于gps的出現(xiàn)而產(chǎn)生革命性變化。目前，幾乎全世界所有需要導(dǎo)航，定位的用戶，都被gps的高精度，全天候，全球覆蓋，方便靈活和優(yōu)質(zhì)價(jià)廉所吸引。gps越來(lái)越被廣泛的使用，一、gps應(yīng)用于測(cè)量 gps技術(shù)給測(cè)繪界

6、帶來(lái)了一場(chǎng)革命。利用載波相位差分技術(shù)（rtk）,在實(shí)時(shí)處理兩個(gè)觀測(cè)站的載波相位的基礎(chǔ)上，可以達(dá)到厘米級(jí)的精度。與傳統(tǒng)的手工測(cè)量手段相比，gps技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢(shì)：測(cè)量精度高; 操作簡(jiǎn)便，儀器體積小，便于攜帶; 全天候操作;觀測(cè)點(diǎn)之間無(wú)須通視;測(cè)量結(jié)果統(tǒng)一在wgs-84坐標(biāo)下，信息自動(dòng)接收、存儲(chǔ)，減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)。當(dāng)前，gps技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量、資源勘查、地殼運(yùn)動(dòng)、地籍測(cè)量等領(lǐng)域。 2、gps應(yīng)用于交通3、gps應(yīng)用于救援 4、gps應(yīng)用于農(nóng)業(yè)5、gps應(yīng)用于娛樂(lè)消遣二、 我國(guó)的gps定位技術(shù)應(yīng)用情況2002年2月，國(guó)家計(jì)委提出“衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化專(zhuān)項(xiàng)”，其目標(biāo)是在“十五”末期，形成

7、一個(gè)市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)百億元的新產(chǎn)業(yè)。要在生產(chǎn)制造衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模和數(shù)量上進(jìn)入世界前列。接收機(jī)主板產(chǎn)量超過(guò)100萬(wàn)套，行業(yè)總產(chǎn)值超過(guò)100億元（約占世界市場(chǎng)份額的4%）。其中導(dǎo)航運(yùn)營(yíng)服務(wù)產(chǎn)值將超過(guò)20億元。在基礎(chǔ)產(chǎn)品上，芯片組與主機(jī)板等將從目前的全部依賴進(jìn)口變?yōu)樽灾鳟a(chǎn)品占60%以上。產(chǎn)品出口將占國(guó)產(chǎn)總量的10%，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的芯片組、嵌入式軟件及專(zhuān)用數(shù)據(jù)將批量投放市場(chǎng)。通過(guò)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用示范工程和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，推動(dòng)衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用設(shè)備及其擴(kuò)展系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)諸多部門(mén)和人們的日常生活中得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。三、 前景據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，今后幾年內(nèi)gps在通信、大氣探測(cè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)以

8、及環(huán)保等領(lǐng)域中也將得到廣泛的應(yīng)用，gps將進(jìn)入各行各業(yè)。還有專(zhuān)家預(yù)測(cè)，不久的將來(lái)人們將生產(chǎn)出電子手表式的gps接收機(jī)而價(jià)格將降至普通人都能接受的水平。到那時(shí)侯人們不僅能方便地獲得時(shí)間信息而且能方便地獲得三維位置和三維速度信息，從而深刻地改變?nèi)藗兊纳罘绞健Ｈ蚨ㄎ幌到y(tǒng)將作為20世紀(jì)最偉大的科學(xué)成就之一而載入史冊(cè)。 第二章 gps衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)第一節(jié) gps衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成gps全球定位系統(tǒng)由以下三個(gè)部分組成：空間部分（gps衛(wèi)星）、地面監(jiān)控部分和用戶部分。一、 空間部分1、gps衛(wèi)星gps衛(wèi)星的主體呈圓柱形，兩側(cè)有太陽(yáng)能帆板，能自動(dòng)對(duì)日定向。太陽(yáng)能電池為衛(wèi)星提供工作用電。每顆衛(wèi)星配備有4臺(tái)

9、原子鐘，可為衛(wèi)星提供高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。衛(wèi)星上帶有燃料和噴管，可在地面控制下調(diào)整自己的運(yùn)行軌道。gps衛(wèi)星的基本功能是：接收并存儲(chǔ)來(lái)自地面控制系統(tǒng)的導(dǎo)航電文；在原子鐘的控制下自動(dòng)生成測(cè)距碼（c/a碼和y碼）和載波；采用二進(jìn)制相位調(diào)制法將測(cè)距碼和導(dǎo)航電文調(diào)制在載波上播發(fā)給用戶。2、衛(wèi)星星座：發(fā)射入軌能正常工作的gps衛(wèi)星集合城gps衛(wèi)星星座。 最初的gps衛(wèi)星星座由24顆gps衛(wèi)星組成。這些衛(wèi)星分布在三個(gè)傾角為63幾乎為圓形的軌道上。相鄰軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)之差為120，每個(gè)軌道上將均勻地分布5顆衛(wèi)星。軌道的長(zhǎng)半徑為26560km，衛(wèi)星的運(yùn)行周期為12h（恒星時(shí)）。后因美國(guó)財(cái)政赤子過(guò)大而做了較大的變動(dòng)

10、。gps衛(wèi)星總數(shù)削減為18顆軌道傾角改為60，軌道增至6個(gè)，每個(gè)軌道上均勻分布3顆衛(wèi)星，相鄰軌道的升交點(diǎn)赤經(jīng)之差為60，其余參數(shù)不變。二、 gps地面監(jiān)控部分支持整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的地面設(shè)施稱(chēng)為地面監(jiān)控部分。它由一個(gè)主控站，三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)控站以及通信和輔助系統(tǒng)組成。主控站擁有以大型計(jì)算機(jī)為主體的數(shù)據(jù)收集、計(jì)算、傳輸、診斷等設(shè)備。它的主要功能是：收集各監(jiān)測(cè)站測(cè)得的距離和距離差、氣象要素、衛(wèi)星時(shí)鐘和工作狀況的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)站自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)等； 監(jiān)控站是為主控站編算導(dǎo)航電文提供觀測(cè)數(shù)據(jù)，每個(gè)監(jiān)測(cè)站均用gps信號(hào)接收機(jī)測(cè)量每顆可見(jiàn)衛(wèi)星的偽距和距離差，采集氣象要素等數(shù)據(jù)，并將它們發(fā)送給主控站。注入站是向g

11、ps衛(wèi)星輸入導(dǎo)航電文和其他命令的地面設(shè)施。3個(gè)注入站分別位于迭哥伽西亞、阿松森群島和卡瓦加蘭。注入站能將接收到的導(dǎo)航電文存儲(chǔ)在微機(jī)中，當(dāng)衛(wèi)星通過(guò)其上空時(shí)再用大口徑發(fā)射天線將這些導(dǎo)航電文和其他命令分別“注入”衛(wèi)星。通信和輔助系統(tǒng)是指地面監(jiān)控系統(tǒng)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸以及提供其他輔助服務(wù)的機(jī)構(gòu)和設(shè)施。全球定位系統(tǒng)的通信系統(tǒng)由通信線、海底電纜及衛(wèi)星通信等聯(lián)合組成。三、 用戶部分gps的用戶部分由gps接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，gps信號(hào)接收機(jī)，是gps導(dǎo)航衛(wèi)星的用戶設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)gps衛(wèi)星導(dǎo)航定位的終端儀器。它是一種能夠接收、跟蹤、變換和測(cè)量gps衛(wèi)星導(dǎo)航定位信號(hào)的無(wú)線電設(shè)

12、備，既具有常用無(wú)線電設(shè)備的共性，又具有捕獲、跟蹤和處理衛(wèi)星微弱信號(hào)的特性。在測(cè)量領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體積小、重量輕便于攜帶的gps定位裝置和高精度的技術(shù)指標(biāo)為工程測(cè)量帶來(lái)了極大的方便。例如：我們?cè)诳刂茰y(cè)量中使用了臺(tái)南方測(cè)繪儀器公司的ngs9600型靜態(tài)gps接收機(jī)，其技術(shù)指標(biāo)為：測(cè)量精度：5mm2106 mm靜態(tài)測(cè)量，20+1106mm（高程）。這些技術(shù)指標(biāo)充分地滿足了控制測(cè)量的精度要求。 以下是 gps信號(hào)接收機(jī)的類(lèi)型 1、 按工作原理分類(lèi)基于被動(dòng)式定位原理的gps衛(wèi)星測(cè)量技術(shù)，關(guān)鍵在于怎樣測(cè)得gps信號(hào)接收天線和gps衛(wèi)星之間的距離（簡(jiǎn)稱(chēng)站星距離）。1、按測(cè)量站星距離所用測(cè)距信號(hào)

13、之異，gps信號(hào)接收機(jī)可以分為下列幾種類(lèi)（1） 碼接收機(jī)：用偽噪聲碼和載波作測(cè)距信號(hào)；（2） 無(wú)碼接收機(jī)：僅用載波作測(cè)距信號(hào)；（3） 集成接收機(jī)：既用gps信號(hào)，又用glonass信號(hào)測(cè)量站星距離。2、 按用途分類(lèi)（1）測(cè)地型接收機(jī)：厘米級(jí)精度，測(cè)后數(shù)據(jù)處理；（2）導(dǎo)航型接收機(jī)：米級(jí)精度，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理；（3）定時(shí)型接收機(jī)：專(zhuān)用于時(shí)間測(cè)定和頻率控制。3、 按所用載波頻率多少分類(lèi)用于衛(wèi)星導(dǎo)航定位的載波是l1和l2，它們的頻率分別為：f1=15410.23mhz=1574.42mhz;f2=12010.23mhz=1227.60mhz.按所用載波頻率多少，gps信號(hào)接收機(jī)可以分成下列類(lèi)型：（1）單頻

14、接收機(jī)：僅使用第一載波（l1）及其調(diào)制波進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量；（2）雙頻接收機(jī)：同時(shí)使用多個(gè)載波及其調(diào)制波進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量。第二節(jié) gps衛(wèi)星定位原理一、 概述測(cè)量學(xué)中有測(cè)距交會(huì)確定點(diǎn)位的方法。與其相似，無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)、衛(wèi)星激光測(cè)距定位系統(tǒng)，其定位原理也是利用測(cè)距交會(huì)的原理確定點(diǎn)位。就無(wú)線電導(dǎo)航定位來(lái)說(shuō)，設(shè)想在地面上有三個(gè)無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)，其坐標(biāo)為已知，用戶接收機(jī)在某一時(shí)刻采用無(wú)線電測(cè)距的方法分別測(cè)得了接收機(jī)至三個(gè)發(fā)射臺(tái)的距離d1,d2,d3。只需以三個(gè)發(fā)射臺(tái)為球心，以d1,d2,d3為半徑作三個(gè)定位球面，即可交會(huì)出用戶接收機(jī)的空間位置。如果只有兩個(gè)無(wú)線電發(fā)射臺(tái)，則可根據(jù)用戶接收機(jī)的概略位置交

15、會(huì)出接收機(jī)的平面位置。這種無(wú)線電導(dǎo)航定位是迄今為止仍在使用的飛機(jī)、輪船的一種導(dǎo)航定位方法。近代衛(wèi)星大地測(cè)量中的衛(wèi)星激光測(cè)距定位也是應(yīng)用了測(cè)距交會(huì)定位的原理和方法。雖然用于激光測(cè)距的衛(wèi)星（表面上安裝有激光反射棱鏡）是在不停的運(yùn)動(dòng)中，但總可以利用固定于地面上三個(gè)已知點(diǎn)上的衛(wèi)星激光測(cè)距儀同時(shí)測(cè)定某一時(shí)刻至衛(wèi)星的空間距離，d1,d2,d3，應(yīng)用測(cè)距交會(huì)的原理變可確定該時(shí)刻衛(wèi)星的空間位置。如此，可以確定三顆以上衛(wèi)星的空間位置。如果在第四個(gè)地面點(diǎn)上（坐標(biāo)未知）也有一臺(tái)衛(wèi)星激光測(cè)距儀同時(shí)參與測(cè)定了該點(diǎn)至第三顆衛(wèi)星點(diǎn)的空間距離，則利用所測(cè)定的三個(gè)空間距離可以交會(huì)出該地面點(diǎn)的位置。將無(wú)線電信號(hào)發(fā)射臺(tái)從地面點(diǎn)搬到

16、衛(wèi)星上，組成一顆衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，應(yīng)用無(wú)線點(diǎn)測(cè)距交會(huì)的原理，便可由三個(gè)以上地面已知點(diǎn)（控制點(diǎn)）交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之利用三顆以上衛(wèi)星的已知空間位置又可交會(huì)出地面未知點(diǎn)（用戶接收機(jī)）的位置。這便是gps衛(wèi)星定位的基本原理。在gps定位中，gps衛(wèi)星是高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星，其坐標(biāo)值隨時(shí)間在快速變化著。需要實(shí)時(shí)地由gps衛(wèi)星信號(hào)測(cè)量出測(cè)站至衛(wèi)星之間的距離，實(shí)時(shí)地由衛(wèi)星的導(dǎo)航電文解算出衛(wèi)星的坐標(biāo)值，并進(jìn)行測(cè)站點(diǎn)的定位。依據(jù)測(cè)距的原理，其定位原理與計(jì)算方法主要有偽距法定位，載波相位測(cè)量定位以及差分gps定位等。對(duì)于待定點(diǎn)來(lái)說(shuō)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以將gps定位分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。靜態(tài)定位指的是對(duì)于固定不動(dòng)的待定

17、點(diǎn)，將gps接收機(jī)置于其上，觀測(cè)數(shù)分鐘乃至更長(zhǎng)的時(shí)間，以確定該點(diǎn)的三維坐標(biāo)，又叫絕對(duì)定位。若以兩臺(tái)gps接收機(jī)分別置于兩個(gè)固定不變的待定點(diǎn)上，則通過(guò)一定時(shí)間的觀測(cè)，可以確定兩個(gè)待定點(diǎn)間的相對(duì)位置，又叫相對(duì)定位。而動(dòng)態(tài)定位則至少有一臺(tái)接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測(cè)定的是各觀測(cè)時(shí)刻（觀測(cè)歷元）運(yùn)動(dòng)中的接收機(jī)的點(diǎn)位（絕對(duì)點(diǎn)位或相對(duì)點(diǎn)位）。利用接收到的衛(wèi)星信號(hào)（測(cè)距碼）或載波相位，均可進(jìn)行靜態(tài)定位。實(shí)際應(yīng)用中，為了減弱衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差的影響，常采用載波相位觀測(cè)值的各種線形組合（即差分值）作為觀測(cè)值，獲得兩點(diǎn)之間高精度的gps基線向量（即坐標(biāo)差）。二、 gps幾種

18、定位方式1、偽距測(cè)量定位偽距法定位是由gps接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出得到四顆以上gps衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星位置，采用距離交會(huì)的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。2、 載波相位測(cè)量定位利用測(cè)距碼進(jìn)行偽距測(cè)量是gps定位系統(tǒng)的基本測(cè)距方法。然而由于測(cè)距碼的碼元長(zhǎng)度較大，對(duì)于一些高精度應(yīng)用來(lái)講其測(cè)距精度還顯的過(guò)低無(wú)法滿足需要。如果觀測(cè)精度均取至測(cè)距碼波長(zhǎng)的百分之一，則偽距測(cè)量對(duì)p碼而言量測(cè)精度為30cm，對(duì)c/a碼而言為3m左右。而如果把載波作為量測(cè)信號(hào)，由于載波的波長(zhǎng)短19cm；24cm，所以就可達(dá)到很高的精度。3、差分gps定位該部分所講述的差分gps定位技術(shù)是將一臺(tái)接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀

19、測(cè)。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)地將這一改正數(shù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行g(shù)ps觀測(cè)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站的改正數(shù)，并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。gps定位中，存在著三部分誤差：一是多臺(tái)接收機(jī)公有的誤差，如：衛(wèi)星鐘誤差、星歷誤差；二是傳播延遲誤差，如：電離層誤差、對(duì)流層誤差；三是接收機(jī)固有的誤差，如：內(nèi)部噪聲、通道延遲、多路徑效應(yīng)。采用差分定位，可完全消除第一部分誤差，可大部分消除第二部分誤差（視基準(zhǔn)站至用戶的距離）。差分可分為單基準(zhǔn)站差分、具有多個(gè)基準(zhǔn)站的局部區(qū)域差分和廣域差分三種。第三章 gps在公路測(cè)量中的應(yīng)用第一節(jié) gps在公路控制測(cè)

20、量中的應(yīng)用一、 gps控制網(wǎng)的內(nèi)業(yè)設(shè)計(jì) 1.gps控制網(wǎng)設(shè)計(jì) gps控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)是進(jìn)行g(shù)ps測(cè)量的基礎(chǔ)。它應(yīng)根據(jù)用戶提交的任務(wù)書(shū)或測(cè)量合同所規(guī)定的測(cè)量任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其內(nèi)容包括測(cè)區(qū)范圍、測(cè)量精度、提交成果方式、完成時(shí)間等。設(shè)計(jì)的技術(shù)依據(jù)是國(guó)家測(cè)繪局頒發(fā)的全球定位系統(tǒng)(gps)測(cè)量規(guī)范及建設(shè)部頒發(fā)的全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程。（一）gps網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的一般原則(1)、充分考慮gps控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍 (2)、采用分級(jí)布網(wǎng)的方案（二）gps測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn)gps測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn)常用網(wǎng)中相鄰點(diǎn)之間的距離中誤差表示，其形式為 = a + bd 式中 距離中誤差，mma固定誤差，mmb比例誤差系數(shù)，10-6

21、d 相鄰點(diǎn)的距離，km表 gps的測(cè)量精度abcde固定誤差a/mm58101010比例誤差系數(shù)b/10-60.1151020相鄰點(diǎn)最小距離/km10015521相鄰點(diǎn)最大距離/km200025040150相鄰點(diǎn)平均距離/km3007015-1010-55-2（三）坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)gps采用的1984年世界大地坐標(biāo)系（world geodetic system，wgs84坐標(biāo)系）是一個(gè)協(xié)議坐標(biāo)系，其空間直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)是地球的質(zhì)心，z軸指向國(guó)際時(shí)間局（bih1984.0）定義的地極方向。而實(shí)用上需要得到的是參心坐標(biāo)系，在我國(guó)即1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系和1954年北京坐標(biāo)系（或地方獨(dú)立坐標(biāo)系）

22、的坐標(biāo)，“參心”意指參考橢球的中心。為此，在gps網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)中，必須有g(shù)ps網(wǎng)的成果所采用的坐標(biāo)系和起算數(shù)據(jù)，即gps網(wǎng)所采用的基準(zhǔn)，或稱(chēng)之為gps網(wǎng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。2. 影響gps測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)的因素gps外業(yè)涉及面很廣，因而外業(yè)階段的技術(shù)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)管理問(wèn)題，經(jīng)綜合大致有以下一些因素應(yīng)加以考慮：（1）、同測(cè)站有關(guān)的因素網(wǎng)點(diǎn)密度；布網(wǎng)方案；時(shí)段分配、重復(fù)設(shè)站和重合點(diǎn)的設(shè)計(jì)。（2）、同觀測(cè)衛(wèi)星有關(guān)的因素觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)；衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量；圖形強(qiáng)度因子；衛(wèi)星高度角；星歷來(lái)源。（3）、同儀器有關(guān)的因素接收機(jī)，用于精密相對(duì)定位時(shí)至少為兩臺(tái)；天線，若天線設(shè)計(jì)質(zhì)量和穩(wěn)定性欠佳，會(huì)帶來(lái)一系列的誤差；記錄設(shè)備，可

23、以是盒式數(shù)據(jù)磁帶或軟磁盤(pán)。（4）、后勤方面的因素動(dòng)用接收機(jī)臺(tái)數(shù)及其來(lái)源和使用期間；測(cè)區(qū)內(nèi)各時(shí)段，機(jī)組的調(diào)度；其他外業(yè)裝備，主要是效能工具和通訊設(shè)備。 3.gps控制網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)對(duì)于常規(guī)方法布設(shè)的三角網(wǎng)、三邊網(wǎng)或?qū)Ь€網(wǎng)，圖形設(shè)計(jì)是非常重要的一項(xiàng)工作。良好的圖形設(shè)計(jì)可以減少野外選點(diǎn)的工作量，節(jié)省造標(biāo)的經(jīng)費(fèi)，也為得到較高精度的成果打下基礎(chǔ)。由于gps的同步觀測(cè)不要求通視，因此，gps網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)也具有很大的靈活性。（1）所選點(diǎn)位要便于低等級(jí)常規(guī)測(cè)量的使用，每一個(gè)gps點(diǎn)應(yīng)與兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制點(diǎn)通視，困難情況下也至少保持與相鄰一個(gè)控制點(diǎn)通視，否則，需埋設(shè)方位樁，且用gps聯(lián)測(cè)。 （2）gps點(diǎn)間距離

24、應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)計(jì)，可考慮靈活變動(dòng)，以便于低等級(jí)控制點(diǎn)加密，小間中距相鄰點(diǎn)位應(yīng)進(jìn)行直接聯(lián)測(cè)。（3）gps網(wǎng)點(diǎn)中各同步邊應(yīng)盡可能構(gòu)成若干個(gè)閉合環(huán)，在完成各邊的平差后，可檢驗(yàn)閉合差是否滿足相應(yīng)等級(jí)要求。一等以上gps網(wǎng)中至少包含三個(gè)閉合環(huán)且彼此線性無(wú)關(guān)；二、三、四等也應(yīng)有兩個(gè)以上的閉合環(huán)；五等網(wǎng)也至少有一個(gè)閉合環(huán)。（4）考慮將測(cè)區(qū)內(nèi)原有的國(guó)家或地方測(cè)設(shè)的三角點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，有利于兩系統(tǒng)成果的變換，聯(lián)測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量均勻分布在整個(gè)測(cè)區(qū)的里面和外圍。為精確求定轉(zhuǎn)換參數(shù)，(gps網(wǎng)要盡可能多地聯(lián)測(cè)高等級(jí)的大地控制點(diǎn)，聯(lián)測(cè)點(diǎn)和重合點(diǎn)的個(gè)數(shù)不得少于3個(gè)，特殊情況下也不得少于2個(gè)。 4.技術(shù)指標(biāo)按照規(guī)范要求，其控制網(wǎng)的精

25、度符合如下規(guī)定。相臨點(diǎn)間的最小距離保持為平均距離的1213；相臨點(diǎn)間的最大距離保持為平均距離的23倍。其主要技術(shù)要求見(jiàn)下表：表 gps網(wǎng)的主要技術(shù)要求等級(jí)平均距離(km)邊長(zhǎng)中誤差(m)最弱邊相對(duì)中誤二等9101120000三等510180000四等210145000一級(jí)110120000二級(jí)1151/100002、 gps控制網(wǎng)的外業(yè)設(shè)計(jì)1. 選點(diǎn)要求點(diǎn)位的選擇應(yīng)符合下列要求。 （1）.點(diǎn)位周?chē)鷳?yīng)視野較開(kāi)闊。（2）. gps網(wǎng)點(diǎn)視場(chǎng)內(nèi)不應(yīng)有大于仰角15的成片障礙物。（3）. 選定能便于長(zhǎng)期保存，穩(wěn)定堅(jiān)固的地方設(shè)點(diǎn)。（4）. gps網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)高壓輸電線、變電站等設(shè)施。（5）. 交通便利點(diǎn)位離開(kāi)

26、附近可通輕便車(chē)的道路不應(yīng)超過(guò)500m，且在點(diǎn)位30m內(nèi)有足夠的空間安置接收機(jī)和方便操作進(jìn)行。（6）. gps網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)對(duì)電磁波接收有強(qiáng)烈吸收和反射影響的金屬和其他障礙物，2.埋石由于時(shí)間要求，埋石擬與選點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，采用埋預(yù)制標(biāo)石和現(xiàn)澆混凝土兩種形式。3.外業(yè)觀測(cè)確認(rèn)儀器性能良好。根據(jù)gps網(wǎng)形設(shè)計(jì)編制作業(yè)調(diào)度表，作好人員和交通工具的配備。觀測(cè)者應(yīng)根據(jù)gps作業(yè)調(diào)度表的安排進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)者填寫(xiě)測(cè)量手簿和外業(yè)觀測(cè)記錄，并應(yīng)隨時(shí)監(jiān)視儀器的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)不良反應(yīng)，及時(shí)報(bào)告或記錄案。觀測(cè)要求按照下表進(jìn)行測(cè)量。表 gps測(cè)量作業(yè)基本技術(shù)要求項(xiàng)目觀測(cè)方法技術(shù)要求衛(wèi)星高度角靜態(tài)15度有效衛(wèi)星數(shù)靜

27、態(tài)4顆平均重復(fù)測(cè)站數(shù)靜態(tài)1.6時(shí)段長(zhǎng)度靜態(tài)45分鐘歷元間隔靜態(tài)10秒圖形強(qiáng)度因子靜態(tài)6三、gps控制網(wǎng)的外業(yè)實(shí)施1.儀器準(zhǔn)備此次c級(jí)控制網(wǎng)的建立所采用的儀器是南方ngs9600型gps接收機(jī)，該接收機(jī)是以四臺(tái)套進(jìn)行工作。所以作業(yè)以前準(zhǔn)備四個(gè)三腳架，四臺(tái)接收機(jī)，四個(gè)盒尺。1 gps接收機(jī)的選用對(duì)于不同的gps網(wǎng)的類(lèi)級(jí)和控制等級(jí)，精度要求不一，此處提出選用接收機(jī)的基本要求，見(jiàn)下表表 接收機(jī)的選用級(jí)別abcd、e單頻/雙頻雙頻雙頻雙頻單頻雙頻單頻標(biāo)稱(chēng)精度a5mm，b0.5a5mm，b1a10mm，b2a10mm，b3觀測(cè)量載波相位或載波相位+p（y）碼偽距載波相位或載波相位+p（y）碼偽距載波相位或

28、載波相位+p（y）碼偽距載波相位或載波相位+p（y）碼偽距同步觀測(cè)接收機(jī)數(shù)4322南方9600型測(cè)量系統(tǒng)gps測(cè)量的工作程序如下圖：是gps網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)實(shí)地定點(diǎn)、埋石gps觀測(cè)計(jì)劃準(zhǔn)備基線向量解算數(shù)據(jù)傳輸野外定位觀測(cè)及記錄gps網(wǎng)平差成果輸出打印質(zhì)量合格否圖 2. 接收機(jī)及附屬設(shè)備的檢驗(yàn)與維護(hù)接收機(jī)、天線及其他設(shè)備是否完整齊全，可隨時(shí)出測(cè)。各設(shè)備及電纜外部有無(wú)損傷、銹蝕，能否確保安全連接。3.人員組織每臺(tái)接收機(jī)必須有一個(gè)人進(jìn)行操作，為了全面加強(qiáng)控制測(cè)量工作的領(lǐng)導(dǎo)，測(cè)量隊(duì)伍還成立了職員組和技術(shù)指導(dǎo)組。4.儀器安裝將準(zhǔn)備好的三腳架架到已經(jīng)選好的待測(cè)點(diǎn)上，將接收機(jī)安裝到三腳架上對(duì)中、整平。量取天線高

29、，開(kāi)機(jī)進(jìn)入工作階段。5. 野外觀測(cè) 野外觀測(cè)應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。 （1)、安置天線: (2)、安置gps接收機(jī):(3)、操作：按規(guī)定時(shí)間打開(kāi)gps接收機(jī)，輸入測(cè)站名，衛(wèi)星截止高度角，衛(wèi)星信號(hào)采樣間隔等。 (4)、檢查：一個(gè)時(shí)段測(cè)量結(jié)束后要查看儀器高和測(cè)站名是否輸入，確保無(wú)誤再關(guān)機(jī)、關(guān)電源、遷站。第二節(jié) gps rtk在公路測(cè)量中的應(yīng)用2 rtk技術(shù)2.1 rtk 技術(shù)簡(jiǎn)介。rtk技術(shù)是以載波相位測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的以載波相位測(cè)量為依據(jù)的實(shí)時(shí)差分gps 測(cè)量技術(shù)。是一種將gps與數(shù)傳技術(shù)相結(jié)合, 實(shí)時(shí)解算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 在12 秒的時(shí)間里得到高精度位置信息的技術(shù), 它是gps測(cè)量技

30、術(shù)發(fā)展的一個(gè)新突破, 在道路工程中有廣闊的應(yīng)用前景。2.2 gps技術(shù)的基本原理。建立無(wú)線數(shù)據(jù)通訊是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量的保證, rtk 技術(shù)的原理是取點(diǎn)位精度較高的首級(jí)控制點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn), 安置一臺(tái)接收機(jī)作為參考站對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè),流動(dòng)站上的接收機(jī)在接收衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí), 通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備接收基準(zhǔn)站上的觀測(cè)數(shù)據(jù), 隨機(jī)計(jì)算機(jī)根據(jù)相對(duì)定位的原理實(shí)時(shí)計(jì)算顯示出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)和測(cè)量精度。這樣用戶就可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)待測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)觀測(cè)質(zhì)量和基線解算結(jié)果的收斂情況, 根據(jù)待測(cè)點(diǎn)的精度指標(biāo), 確定觀測(cè)時(shí)間, 從而減少冗余觀測(cè), 提高工作效率4。2.3 rtk系統(tǒng)的組成。rtk 系統(tǒng)主要由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈及移動(dòng)接收

31、機(jī)三部分組成。它是利用2 臺(tái)以上gps接收機(jī)同時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào), 其中一臺(tái)安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站,另一臺(tái)用來(lái)測(cè)定未知點(diǎn)的坐標(biāo)( 移動(dòng)站) ?；鶞?zhǔn)站根據(jù)該點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)求出其他衛(wèi)星的距離改正數(shù)并將這一改正數(shù)發(fā)給移動(dòng)站, 移動(dòng)站根據(jù)這一改正數(shù)來(lái)改正其定位結(jié)果, 從而大大提高定位精度。它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果, 并達(dá)到厘米級(jí)精度。rtk技術(shù)根據(jù)差分方法的不同分為修正法和差分法。修正法是將基準(zhǔn)站的載波相位修正值發(fā)送給移動(dòng)站, 改正移動(dòng)站的接收載波相位, 再求解坐標(biāo); 差分法是將基準(zhǔn)站采集到的載波相位發(fā)送給移動(dòng)站, 進(jìn)行求差解算坐標(biāo)。2.4 rtk 技術(shù)的特點(diǎn)。rtk技術(shù)具有如

32、下優(yōu)點(diǎn)6:a.工作效率高。在一般的地形地勢(shì)下, 高質(zhì)量的rtk 設(shè)站一次即可測(cè)量完4km 半徑的測(cè)區(qū), 大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量所需的控制點(diǎn)數(shù)量和測(cè)量?jī)x器的設(shè)站次數(shù), 移動(dòng)站一人操作即可, 勞動(dòng)強(qiáng)度底, 作業(yè)速度快, 提高了工作效率。b.定位精度高。只要滿足rtk的基本工作條件, 在一定的作業(yè)半徑范圍內(nèi)( 一般為4km) , rtk 的平面精度和高程精度都能達(dá)到cm級(jí)。c.全天候作業(yè)。rtk 測(cè)量不要求基準(zhǔn)站、移動(dòng)站間光學(xué)通視, 只要求滿足“電磁波”通視, 因此和傳統(tǒng)測(cè)量相比,rtk 測(cè)量受通視條件、能見(jiàn)度、氣候、季節(jié)等因素的影響和限制小, 在傳統(tǒng)測(cè)量看來(lái)難于開(kāi)展作業(yè)的地區(qū), 只要能滿足rtk 的基

33、本工作條件, 它也能進(jìn)行快速高精度定位, 使測(cè)量工作變得更容易更輕松。d.rtk 測(cè)量自動(dòng)化、集成化程度高, 數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。rtk 可進(jìn)行多種測(cè)量?jī)?nèi)、外業(yè)工作。移動(dòng)站利用軟件控制系統(tǒng), 無(wú)需人工干預(yù)便可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種測(cè)繪功能, 減少了輔助測(cè)量工作和人為誤差, 保證了作業(yè)精度。3 rtk 在道路工程測(cè)量中的應(yīng)用3.1 繪制大比例地形圖。高等級(jí)公路選線多是在大比例尺( 通常是1: 2000 或1: 1000) 帶狀地形圖上進(jìn)行, 用傳統(tǒng)方法測(cè)圖, 先要建立控制網(wǎng), 然后進(jìn)行碎部測(cè)量, 繪制成大比例尺地形圖,其工作量大速度慢, 花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。用實(shí)時(shí)gps 動(dòng)態(tài)測(cè)量, 構(gòu)成碎部點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在室內(nèi)即可由繪圖

34、軟件成圖, 由于只需要采集碎部點(diǎn)的坐標(biāo)和輸入其屬性信息, 而且采集速度快, 大大降低了測(cè)圖的難度, 既省時(shí)又省力。3.2 控制測(cè)量。用gps 建立控制網(wǎng), 最精密的方法當(dāng)屬靜態(tài)測(cè)量。對(duì)大型建筑物, 如特大橋、隧道、互通式立交等進(jìn)行控制, 宜用靜態(tài)測(cè)量。而一般公路工程的控制測(cè)量, 則可采用gps 動(dòng)態(tài)測(cè)量。這種方法在測(cè)量過(guò)程中能實(shí)時(shí)獲得定位精度。當(dāng)達(dá)到要求的點(diǎn)位精度, 即可停止觀測(cè), 大大提高了作業(yè)效率。由于點(diǎn)與點(diǎn)之間不要求通視,使得測(cè)量更簡(jiǎn)便易行。3.3 線路勘測(cè)。在公路選線過(guò)程中, 我們往往要按照勘測(cè)設(shè)計(jì)規(guī)范, 本著盡量減少占用農(nóng)田、少拆遷房屋并盡量利用舊路路基這樣一個(gè)原則, 為了準(zhǔn)確設(shè)計(jì)好

35、道路中線路使其符合設(shè)計(jì)要求, 我們可以利用gps rtk 技術(shù), 用車(chē)載gps rtk接收機(jī)做流動(dòng)站, 沿原路中線按一定間隔采集數(shù)據(jù), 選擇另一已知點(diǎn)為參考站, 遇到重要地物, 準(zhǔn)確定位, 最后將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī), 利用autocad軟件可以方便在計(jì)算機(jī)上選線。設(shè)計(jì)人員在大比例尺帶狀地形圖上定線后, 需將公路中線在地面上標(biāo)定出來(lái), 并得到中樁點(diǎn)坐標(biāo)及坐標(biāo)文件。采用實(shí)時(shí)gps 測(cè)量, 只需將中樁點(diǎn)坐標(biāo)或坐標(biāo)文件輸入到gpd電子手簿中, 系統(tǒng)軟件就會(huì)自動(dòng)定出放樣點(diǎn)的點(diǎn)位由于每個(gè)點(diǎn)的測(cè)量都是獨(dú)立完成的, 所以不會(huì)產(chǎn)生累計(jì)誤差, 各點(diǎn)放樣精度趨于一致。3.4 道路的中線測(cè)設(shè)。設(shè)計(jì)人員在大比例尺帶狀地形圖

36、上定線后, 需將公路在地面標(biāo)定出來(lái)。采用動(dòng)態(tài)gpd測(cè)量, 只需將中線主點(diǎn)的坐標(biāo)輸入gps 接收機(jī)中, 系統(tǒng)就會(huì)定出放樣的點(diǎn)位。由于每個(gè)點(diǎn)位的測(cè)量都是獨(dú)立完成的, 不會(huì)產(chǎn)生累積誤差, 各點(diǎn)放樣精度趨于一致。3.5 公路縱、橫斷面放樣。公路中線確定后,利用中線樁點(diǎn)坐標(biāo), 通過(guò)繪圖軟件, 即可給出路線縱斷面和各樁點(diǎn)的橫斷面。由于所用數(shù)據(jù)都是測(cè)繪地形圖時(shí)采集來(lái)的, 因此不需要再到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行縱、橫斷面測(cè)量。從而大大減少了外業(yè)工作。如果需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)斷面測(cè)量時(shí), 也可采用動(dòng)態(tài)gps測(cè)量。與傳統(tǒng)方法相比, 在精度、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用各方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)。3.6 施工測(cè)量。動(dòng)態(tài)gps 系統(tǒng)既有良好的硬件, 也有極其豐富的

37、軟件可選擇。施工中對(duì)點(diǎn)、線、面以及坡度等放樣均很方便、快捷, 精度可達(dá)到厘米級(jí)。隨著動(dòng)態(tài)gps 測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展、完善, 將更加充分的顯示出這一技術(shù)的高精度和高效益, 它會(huì)為公路工程建設(shè)的發(fā)展和進(jìn)步發(fā)揮更大的作用。4 影響rtk成果精度的因素 一般來(lái)說(shuō), 影響rtk成果精度的因素主要是gps觀測(cè)其有誤差源, 除此之外, 還有受基線解算精度、基準(zhǔn)站點(diǎn)位精度、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換精度的影響, 但是在rtk 作業(yè)中, 基線解算精度可以達(dá)到10cm+1md; 基準(zhǔn)站點(diǎn)位精度平均在3cm 之內(nèi); 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換精度, 對(duì)于10km 基線亦在3cm以內(nèi), 動(dòng)態(tài)作業(yè)由于測(cè)距偏心, 天線高誤差等, 一般也在3cm 以內(nèi),

38、 至于正常高擬合與內(nèi)插精度取決于連測(cè)點(diǎn)數(shù)目與分布、擬合模型等, 一般在5cm10cm內(nèi)是能夠做到的。rtk技術(shù)是gps 定位技術(shù)的一個(gè)新的里程牌,它不僅具有g(shù)ps 技術(shù)的所有優(yōu)點(diǎn),而且可以實(shí)時(shí)獲得觀測(cè)結(jié)果及精度,大大提高了作業(yè)效率并開(kāi)拓了gps 新的應(yīng)用領(lǐng)域。由于載波相位測(cè)量,差分處理技術(shù)、整周未知數(shù)、快速求解技術(shù)以及移動(dòng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的融合,使rtk在精度、速度、實(shí)時(shí)性上達(dá)到了完滿的結(jié)合,并使得rtk定位技術(shù)大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍。第三節(jié) 數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理一、 數(shù)據(jù)傳輸觀測(cè)完畢即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸是內(nèi)業(yè)工作的基礎(chǔ)工作，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中必須嚴(yán)格按軟件的操作程序進(jìn)行操作，要認(rèn)真的對(duì)待這一過(guò)

39、程。本次觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，是將ngs9600型gps接收機(jī)與計(jì)算機(jī)連接，使用相應(yīng)的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和處理。（一）連接計(jì)算機(jī)和gps接收機(jī)前的準(zhǔn)備1、保證ngs9600型主機(jī)電源充足，打開(kāi)電源2、用通訊電纜連接好電腦的串口com1或串口2(com2)。3、要等待(約10秒鐘)9600主機(jī)進(jìn)入主界面后再進(jìn)行連接和傳輸(初始界面不能傳輸)。4、設(shè)置要存放野外觀測(cè)數(shù)據(jù)的文件夾，可以在數(shù)據(jù)通訊軟件中設(shè)置。（二）進(jìn)行通訊參數(shù)的設(shè)置1、選擇“通訊”菜單中的“通訊接口”功能，系統(tǒng)彈出圖4-3所示的通訊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框。2、在通訊參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中選擇通訊接口com1或com2，鼠標(biāo)單擊“確定”按鈕。圖4-2 通訊參數(shù)

40、設(shè)置對(duì)話框（三）連接計(jì)算機(jī)和gps接收機(jī)圖4-3 連接計(jì)算機(jī)和gps接收機(jī)后的程序菜單選擇“通訊”菜單中的“開(kāi)始連接”功能或直接在工具欄中選擇“連接”。如果在第二步中設(shè)置的通訊參數(shù)正確系統(tǒng)將連接計(jì)算機(jī)和gps接收機(jī)，在程序視窗的下半部分顯示gps接收機(jī)內(nèi)的野外觀測(cè)數(shù)據(jù)。見(jiàn)圖4-3。如果通訊參數(shù)設(shè)置不正確，請(qǐng)重復(fù)第二步的操作。（四）數(shù)據(jù)傳輸1、選擇“通訊”菜單中的“傳輸數(shù)據(jù)”功能，系統(tǒng)彈出圖4-4所示的對(duì)話框。2、在gps數(shù)據(jù)傳輸對(duì)話框中選擇野外的觀測(cè)數(shù)據(jù)文件，鼠標(biāo)單擊“開(kāi)始”。（五）斷開(kāi)連接選擇“通訊”菜單中的“斷開(kāi)連接”功能或直接在工具欄中選擇“斷開(kāi)”，即可斷開(kāi)計(jì)算機(jī)和gps接收機(jī)的連接。例

41、如要將數(shù)據(jù)保存在e盤(pán)根目錄下jt文件夾中，則可以進(jìn)行如下操作：1、打開(kāi)e盤(pán)根目錄下jt文件夾；2、選定欲傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（如2113點(diǎn)數(shù)據(jù)）如圖4-4。3、在圖4-4的對(duì)話框中可更改點(diǎn)名、儀器天線高、時(shí)段號(hào)。4、然后鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊“開(kāi)始”，該點(diǎn)上采集的數(shù)據(jù)“2113”將傳輸?shù)侥阒付ǖ膃盤(pán)根目錄下jt文件夾。5、斷開(kāi)連接。圖4-4 gps數(shù)據(jù)傳輸對(duì)話框二、 數(shù)據(jù)處理gps導(dǎo)線數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個(gè)階段，數(shù)據(jù)處理采用gps數(shù)據(jù)處理軟件。經(jīng)濟(jì)基線解算、質(zhì)量檢核、網(wǎng)平差后，得到gps控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。（一）處理過(guò)程符合下列技術(shù)要求同一時(shí)段觀測(cè)值基線處理中，二、三等數(shù)據(jù)采用率都不宜低于80%，同步環(huán)的

42、相對(duì)閉合差和全長(zhǎng)相對(duì)閉合差應(yīng)符合下表3-5規(guī)定：表4-5 同步環(huán)坐標(biāo)分量及環(huán)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差的規(guī)定（ppm）等級(jí)限差類(lèi)型二等三等四等一級(jí)二級(jí)相對(duì)閉和差2.03.06.09.09.0全長(zhǎng)相對(duì)閉合差3.05.010.015.015.0（二）觀測(cè)成果檢驗(yàn) 1、每個(gè)時(shí)段同步環(huán)檢驗(yàn):同一時(shí)段多臺(tái)儀器組成的閉合環(huán)，坐標(biāo)增量閉合差應(yīng)為零。由于儀器開(kāi)機(jī)時(shí)間不完全一致，會(huì)有誤差。在檢核中應(yīng)檢查一切可能的環(huán)閉合差。其閉合差分量要求不超過(guò)限差。 2、同步邊檢驗(yàn)：一條基線在不同時(shí)段觀測(cè)多次，有多個(gè)獨(dú)立基線值，這些邊稱(chēng)為重復(fù)邊。任意兩個(gè)時(shí)段所得基線差應(yīng)小于相應(yīng)等級(jí)規(guī)定精度的2 2倍。3、異步環(huán)檢驗(yàn) 在構(gòu)成多邊形環(huán)路的基

43、線向量中，只要有非同步觀測(cè)基線，則該多邊形環(huán)路稱(chēng)為異步環(huán)。異步環(huán)檢驗(yàn)應(yīng)選擇一組完全獨(dú)立的基線構(gòu)成環(huán)進(jìn)行檢驗(yàn)，應(yīng)符合限差要求。 （三）補(bǔ)測(cè)與重測(cè)為了滿足成果的精度和統(tǒng)一年性當(dāng)一個(gè)控制點(diǎn)不能與兩條合格獨(dú)立基線相連接時(shí)，則必須在該點(diǎn)上補(bǔ)測(cè)或重測(cè)不少于一條獨(dú)立基線。（四）gps網(wǎng)平差處理當(dāng)各項(xiàng)質(zhì)量檢核符合要求時(shí)，應(yīng)以所有獨(dú)立基線組成閉合圖形，進(jìn)行控制網(wǎng)平差，平差時(shí)應(yīng)遵循以下規(guī)定：1、各觀測(cè)時(shí)段均首先進(jìn)行一個(gè)起算點(diǎn)的三維無(wú)約束平差，基線向量的改正數(shù)（vx、vy、vz）的絕對(duì)值均42mm。2、在三維無(wú)約束平差確定的有效觀測(cè)量基礎(chǔ)上，應(yīng)在陽(yáng)泉市礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)下進(jìn)行約束平差。在基線向量的改正數(shù)與剔除粗差后的無(wú)約

44、束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)的較差（d vx、dy、dz）均28mm。約束點(diǎn)的已知點(diǎn)坐標(biāo)，已知距離，已知方位可作為強(qiáng)制約束的固定值，平差結(jié)果應(yīng)輸出陽(yáng)泉市礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)。同時(shí)應(yīng)輸出基線向量改正數(shù)，基線邊長(zhǎng)，及成果的精度信息。（五） gps高程擬合方法高程擬合采用附加地形改正的曲面擬合法。本項(xiàng)目導(dǎo)線網(wǎng)聯(lián)測(cè)四等精度以上水準(zhǔn)點(diǎn)4座，且分布均勻，通過(guò)4個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)正常高與三維平差得到的同名點(diǎn)大地高做比較，來(lái)檢核高程異常值變化。確保高程成果的精度滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)的要求。由于本測(cè)區(qū)地形多為山地，高程起伏大，又由于gps高程擬合受地形變化的影響大，擬合精度存在不穩(wěn)定因素，對(duì)全網(wǎng)的高程精度會(huì)有所影響，在時(shí)

45、間和其它條件具備的情況下，可以考慮對(duì)部分控制點(diǎn)采用直接水準(zhǔn)方法，以提高全網(wǎng)的高程成果精度，滿足后期施工的要求。第四節(jié) 基線解算原理一、 基線解算基線解一般采用差分觀測(cè)值，gps載波相位測(cè)量值可以在衛(wèi)星間或接收機(jī)間求差 ，也可以在不同歷元間求差 。在衛(wèi)星間求一次差 、在接收機(jī)間求一次差以及在不同歷元間求一次差是常見(jiàn)的三種求一次差的方法 。對(duì)載渡相位測(cè)量的一次差還可以繼續(xù)求差 ，稱(chēng)為求二次差 。常見(jiàn)的求二次差的方法也有三種 ，即在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差 、在接收機(jī)和歷元間求二次差以及在衛(wèi)星和歷元間求二次差 。二次差還可以繼續(xù)求差 ，稱(chēng)為求三次差 。求三次差的方法只有一種 即在接收機(jī) 、衛(wèi)星和歷元間

46、求三次差?？紤]到gps定位的誤差源 ，實(shí)際上經(jīng)常采用的求差法只有三種 ，即在接收機(jī)間求一次差 、在接收機(jī)和衛(wèi)星間求二次差以及在接收機(jī) 、衛(wèi)星和歷元間求三次差 (圖5- 1)。 圖 5-1 求 一次 差 、二 次 差 、三 次 差示 意 圖較為常用的差分觀測(cè)值為雙差觀測(cè)值 ，即由兩個(gè)測(cè)站(接收機(jī) )的原始觀測(cè)值分別在測(cè)站和衛(wèi)星間求二次差后得到的觀測(cè)值 (圖5- 1)。雙差觀測(cè)值可以表示成下面的形式式 中：為在接收機(jī)j和 i至衛(wèi)星 p和q之間的二次差虛擬觀測(cè)值 ；為衛(wèi)星p和q至接收機(jī)j和 i之間的距離二次差 ；為在接收機(jī) j和 i至衛(wèi)星 q和 p之間的電離層延遲之二次差 ；為在接收機(jī) j和 i至衛(wèi)

47、星 q和 p之間的對(duì)流層延遲之二次差 ； 為在接收機(jī) j和 i至衛(wèi)星 q和 p之間的整周未知數(shù)之二次差 ； 、 分別為接收機(jī) i、j的鐘差 ； , 分別為第p、q顆衛(wèi)星信號(hào)傳到接收機(jī)i所用的時(shí)間 ； 、 分別為第 p、q顆衛(wèi)星信號(hào)傳到接收機(jī)j所用的時(shí)間 。 若在某一歷元中，對(duì)4顆衛(wèi)星進(jìn)行了同步觀測(cè)，則每個(gè)歷元在兩個(gè)測(cè) 站上共有 8個(gè)載波相位觀測(cè)值，可以組成 4個(gè)一次差觀測(cè)值和3個(gè)二次差觀測(cè)值 。在進(jìn)行基線解算時(shí) ，電離層延遲和對(duì)流層延遲一般并不作為未知參數(shù) ，而是通過(guò)模型改正或雙頻改正將它們消除。因此，基線解算時(shí)一般只有兩類(lèi)參數(shù)：一類(lèi)是測(cè)站的坐標(biāo)參數(shù)，數(shù)量為 3(基線解算時(shí)將一個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)作為

48、已知值固定 )；另一類(lèi)是 整周未知數(shù) ，數(shù)量為 n-1( 為同步觀測(cè)衛(wèi)星總數(shù) )。二、 gps基線解算的分類(lèi)基線解算一般分為單基線解和多基線解算 。 1、單基線解 所謂單基線解算 ，就是不顧及同步觀測(cè)基線間的誤差相關(guān)性 ，對(duì)每一條基線單獨(dú)進(jìn)行解算 由于其基線解算結(jié)果無(wú)法反映同步基線間誤差的相關(guān)性 ，所以不利于gps網(wǎng)平差處理 。2、多基線解 多基線解的解算是在顧及了同步觀測(cè)基線間誤差相關(guān)性的情況下。對(duì)同步觀測(cè)的所有基線一并計(jì)算。由于多基線解在解算時(shí)考慮了同步觀測(cè)基線間的誤差相關(guān)性，所以在理論上是嚴(yán)密的，有利于gps網(wǎng)平差計(jì)算 。三、 gps基線解算的過(guò)程目前，我國(guó)使用的絕大部分軟件是接收機(jī)廠家

49、配備的處理軟件 ，國(guó)內(nèi)也于2o世紀(jì)9o年代初開(kāi)發(fā)研制出gps數(shù)據(jù)處理軟件 。上述軟件的使用方法雖具有不同的特點(diǎn) ，但gps基線解算過(guò)程是基本相同的 。 1、觀測(cè)數(shù)據(jù)的讀入 在gps外業(yè)觀測(cè)中，每天必須把原始觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中 。在進(jìn)行基線解算時(shí)。需首先讀取這些 gps原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。接收廠家配備的gps數(shù)據(jù)處理軟件，能讀取本廠生產(chǎn)的gps接收機(jī)的原始觀測(cè)數(shù)據(jù) ，而不能直接讀取其他廠家生產(chǎn)的 gps接收機(jī)的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)；如果要處理這些原始觀測(cè)數(shù)據(jù)，首先需要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。目前最常用的格式轉(zhuǎn)換軟件是rinex 格式 。 2、輸入數(shù)據(jù)的檢查 在把原始觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中后，就需要對(duì)野外手工輸入的原

50、始觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，檢查的內(nèi)容有測(cè)站名、測(cè)站坐標(biāo)、天線高(包括斜高以及天線高固定偏差)等，如有錯(cuò)誤立刻進(jìn)行修改。 3、設(shè)置基線解算的參數(shù) 設(shè)置基線解算的參數(shù)是基線解算的一個(gè)重要環(huán)節(jié) ?；€解算的參數(shù)包括單基線解與多基線解算、衛(wèi)星截止高度角、電離層與對(duì)流層改正模型、l1與 l2頻率選擇、解算模糊度的基線長(zhǎng)度、單位權(quán)中誤差(rms)、整周模糊度檢驗(yàn)值 (ratio)、衛(wèi)星選擇、時(shí)段選擇等。通過(guò)設(shè)定基線解算的控制參數(shù)，用以確定基線處理方法和基線的精化處理。 4、基線解算 gps接收機(jī)采集的數(shù)據(jù)是接收機(jī)天線至衛(wèi)星的距離和衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)，而不是常規(guī)測(cè)量所測(cè)的地面點(diǎn)間的邊長(zhǎng)、角度和高差等。因此，接收機(jī)采集

51、的gps數(shù)據(jù)還需要通過(guò)一系列的處理，才能得到定位成果。 第四章 公路控制測(cè)量實(shí)例陽(yáng)泉市307國(guó)道復(fù)線坡頭至水峪項(xiàng)目一， 項(xiàng)目概述： 受陽(yáng)泉市交通局委托，山西國(guó)辰建設(shè)工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，陽(yáng)泉市測(cè)繪處承擔(dān)了陽(yáng)泉市307國(guó)道復(fù)線坡頭至水峪工程的gps導(dǎo)線控制測(cè)量任務(wù)。測(cè)區(qū)從礦區(qū)馬家坡橋經(jīng)陽(yáng)煤集團(tuán)一礦，大村，黃砂堰村，三泉村，白泉村直至水峪村。全長(zhǎng)約30公里。地形多為山地溝壑，較為復(fù)雜，交通多為山間小道，給操作人員的工作和物資設(shè)備的運(yùn)輸增加了很多困難。二， 項(xiàng)目?jī)?nèi)業(yè)設(shè)計(jì)：1，坐標(biāo)系統(tǒng)本項(xiàng)目平面采用陽(yáng)泉市礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系，中央子午線經(jīng)度為113.332703。高程采用1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)。2，作業(yè)依據(jù)

52、項(xiàng)目嚴(yán)格按照1997年中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程cjj73-97，1999年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城市測(cè)量規(guī)范cjj8-99的要求設(shè)計(jì)。按照項(xiàng)目設(shè)計(jì)書(shū)要求，項(xiàng)目控制網(wǎng)的等級(jí)為gps一級(jí)導(dǎo)線，全線共擬布設(shè)一級(jí)導(dǎo)線點(diǎn)38個(gè)點(diǎn)。為了保證要求和成果的精度，并為gps高程擬合計(jì)算提供高程起算數(shù)據(jù)，全線設(shè)計(jì)聯(lián)測(cè)二等三角點(diǎn)一個(gè)，三等三角點(diǎn)一個(gè)，四等三角點(diǎn)八個(gè)，四等水準(zhǔn)點(diǎn)五個(gè)。由于測(cè)區(qū)大部位于煤礦開(kāi)采區(qū)，存在沉降位移等因素，因此須聯(lián)測(cè)所有已知點(diǎn)，檢驗(yàn)其內(nèi)部符合精度，如果平差后不能滿足需要，則還須聯(lián)測(cè)其他高等級(jí)控制點(diǎn)。3，技術(shù)指標(biāo)，按照規(guī)范要求，項(xiàng)目精度應(yīng)符合如下規(guī)定。相臨點(diǎn)間的最小距離應(yīng)

53、為平均距離的1/21/3；相臨點(diǎn)間的最大距離應(yīng)為平均距離的23倍。gps網(wǎng)的主要技術(shù)要求等級(jí)平均距離（km）邊長(zhǎng)中誤差(mm)最弱邊相對(duì)中誤差二等9101120000三等510180000四等210145000一級(jí)110120000二級(jí)15度有效衛(wèi)星數(shù)靜態(tài)4顆平均重復(fù)測(cè)站數(shù)靜態(tài)1.6時(shí)段長(zhǎng)度靜態(tài)45分鐘歷元間隔靜態(tài)10秒圖形強(qiáng)度因子靜態(tài)6四、 數(shù)據(jù)處理及精度分析 gps導(dǎo)線數(shù)據(jù)處理分為基線解算和網(wǎng)平差兩個(gè)階段，數(shù)據(jù)處理采用南方測(cè)繪公司的南方gps數(shù)據(jù)處理軟件。經(jīng)基線解算、質(zhì)量檢核、網(wǎng)平差后，得到gps控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)。處理過(guò)程符合下列技術(shù)要求：基線解算:采用雙差相位觀測(cè)值，其數(shù)學(xué)處理模型采用雙差固定解；基線解算的質(zhì)量檢驗(yàn)要求：同一時(shí)段觀測(cè)值基線處理中，二，三等數(shù)據(jù)采用率都不宜低于80%，同步環(huán)的相對(duì)閉合差和全長(zhǎng)相對(duì)閉合差應(yīng)符合下表規(guī)定。同步環(huán)坐標(biāo)分量及環(huán)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差的規(guī)定(ppm)等級(jí)限差類(lèi)型二等三等四等一級(jí)二級(jí)相對(duì)閉合差2.03.06.09.09.0全長(zhǎng)相對(duì)閉合差3.05.010.015.015.03,補(bǔ)測(cè)和重測(cè)為了滿足成果的精度和統(tǒng)一性當(dāng)一個(gè)控制點(diǎn)不能與兩條合格獨(dú)立基線相連接時(shí),則必須在該點(diǎn)上補(bǔ)測(cè)或重測(cè)不少于一條獨(dú)立基線。五、 技術(shù)總結(jié)與成果資料提交 gps測(cè)量的全部工作結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)寫(xiě)出技術(shù)總結(jié)報(bào)告，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)及時(shí)向甲方提供測(cè)量成