全球定位系統(tǒng)簡介

4.2.1GPS的組成4.2全球定位系統(tǒng)簡介12/23/20231青海大學生物科學系牛海林GPS（GlobalPositioningSystem）即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個衛(wèi)星導航

定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導航定位和測速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠進行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位。

GPS計劃始于1973年，已于1994年進入完全運行狀態(tài)。GPS的整個系由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成：12/23/20232青海大學生物科學系牛海林GPS系統(tǒng)的組成空間部分：提供星歷和時間信息發(fā)射偽距和載表信號提供其它輔助信息地面控制部分：

中心控制系統(tǒng)實現(xiàn)時間同步跟蹤衛(wèi)星進行定軌用戶部分：

接收并測衛(wèi)星信號記錄處理數(shù)據(jù)提供導航定位信息12/23/20233青海大學生物科學系牛海林空間部分24顆衛(wèi)星（21+3）6個軌道平面55o軌道傾角20200km軌道高度（地面高度）12小時（恒星時）軌道周期5個多小時出現(xiàn)在地平線以上（每顆星）12/23/20234青海大學生物科學系牛海林地面控制部分一個主控站：科羅拉多?斯必靈司三個注入站：阿松森（Ascencion)

迭哥?伽西亞(DiegoGarcia)

卡瓦加蘭(kwajalein)五個監(jiān)測站=1個主控站+3個注入站+夏威夷（Hawaii)55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings12/23/20235青海大學生物科學系牛海林

用戶部分

通用接收機（定位型）：導航型接收機一般情況下無數(shù)據(jù)輸出的記錄存儲設備天線前置放大器電源部分射電部分微處理器數(shù)據(jù)存器顯示控制器供電信號信息命令數(shù)據(jù)供電，控制供電數(shù)據(jù)控制12/23/20236青海大學生物科學系牛海林4.2.2GPS信號12/23/20237青海大學生物科學系牛海林

GPS衛(wèi)星信號

衛(wèi)星信號結(jié)構(gòu)每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無線電信號（基準頻率?

）

兩種載波（L1和L2）

兩種碼信號（C/A碼和P碼）一組導航電文（信息碼，D碼）基準頻率10.23MHZ

L11575.42MHZ

C/A碼

1.023MHZP?碼

10.23MHZL21227.60MHZ

154

12050比特/S衛(wèi)星信息電文（D碼）12/23/20238青海大學生物科學系牛海林4.2.3定位原理12/23/20239青海大學生物科學系牛海林接收機對跟蹤的每一顆衛(wèi)星進行測距地心SiPijPj

riRjRj

=ri

+Pij有關各觀測量及已知數(shù)據(jù)如下：r—為已知的衛(wèi)地矢量P—為觀測量（偽距）R—為未知的測站點位矢量對衛(wèi)星進行測距12/23/202310青海大學生物科學系牛海林距離觀測值的計算接收機至衛(wèi)星的距離借助于衛(wèi)星發(fā)射的碼信號量測并計算得到的接收機本身按同一公式復制碼信號比較本機碼信號及到達的碼信號確定傳播延遲的時間

t傳播延遲時間乘以光速就是距離觀測值

=C?t衛(wèi)星鐘調(diào)制的碼信號接收機時鐘復制的碼信號

t

t12/23/202311青海大學生物科學系牛海林單點定位結(jié)果的獲取單點定位解可以理解為一個后方交會問題衛(wèi)星充當軌道上運動的控制點，觀測值為測站至衛(wèi)星的偽距（由時延值推算得到）由于接收機時鐘與衛(wèi)星鐘存在同步誤差所以要同步觀測4顆衛(wèi)星，解算四個未知參數(shù)：精度

,經(jīng)度

,高程h,鐘差

t12/23/202312青海大學生物科學系牛海林采用載波相位觀測值發(fā)自衛(wèi)星的電磁波信號：信號量測精度優(yōu)于波長的1/100載波波長（

L1=19cm,L2=24cm)比C/A碼波長(C/A=293m)短得多所以，GPS測量采用載波相位觀測值可以獲得比偽距（C/A碼或P碼）定位高得多的成果精度L1載波L2載波C/A碼P-碼

p=29.3

m

L2=24

cm

L1=19c

m

C/A=293

m12/23/202313青海大學生物科學系牛海林

組成星際站際兩次差分觀測值可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差可以消去接收機時鐘的誤差PikPljPijPjPlkPkSlSi可以消去軌道（星歷）誤差的影響可以削弱大氣折射對觀測值的影響12/23/202314青海大學生物科學系牛海林解算出初始整周未知數(shù)測站對某一衛(wèi)星的載波相位觀測值由三部分組成（1）初始整周未知數(shù)n；（2）t0至ti時刻的整周記數(shù)Ci；（3）相位尾數(shù)

i

如果信號沒有失鎖，則每一個觀測值包含同一個初始整周未知數(shù)n

為了利用載波相位進行定位，必須先解算出初始整周未知數(shù)，取得總觀

測值n+Ci+

iTime(0)AmbiguityTime(i)AmbiguityCountedCyclesPhaseMeasurement12/23/202315青海大學生物科學系牛海林弄清楚初始整周未知數(shù)的確定與定位精度的關系

如果無法準確解出初始整周未知數(shù)，則定位精度難以優(yōu)于±1m隨著初始整周未知數(shù)解算精度的提高，定位精度也相應提高一旦初始整周未知數(shù)精確獲得，定位精度不再隨時間延長而提高經(jīng)典靜態(tài)定位需要30-80分鐘觀測才能求定初始整周未知數(shù)快速靜態(tài)定位將這個過程縮短到2-5分鐘m精度1.000.100.01整周未知數(shù)確定后整周未知數(shù)確定前00308025時間（分）經(jīng)典靜態(tài)定位快速靜態(tài)定位12/23/202316青海大學生物科學系牛海林SPS和PPSGPS系統(tǒng)針對不同用戶提供兩種不同類型的服務。一種是標準定位服務(SPS–StandardPositioningService)，另一種是精密定位服務(PPS–PrecisionPositioningService)。SPS主要面向全世界的民用用戶。PPS主要面向美國及其盟國的軍事部門以及民用的特許用戶。12/23/202317青海大學生物科學系牛海林

GPS定位的誤差源

1.與GPS衛(wèi)星有關的因素

SA

美國政府從其國家利益出發(fā)，通過降低廣播星歷精度（技術）、在GPS基準信號中加入高頻抖動（技術）等方法，人為降低普通用戶利用GPS進行導航定位時的精度。衛(wèi)星星歷誤差在進行GPS定位時，計算在某時刻GPS衛(wèi)星位置所需的衛(wèi)星軌道參數(shù)是通過各種類型的星歷[7]提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計算出的衛(wèi)星位置都會與其真實位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。衛(wèi)星鐘差衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GPS標準時間之間的誤差。衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上信號發(fā)射天線的標稱相位中心與其真實相位中心之間的差異。12/23/202318青海大學生物科學系牛海林電離層延遲由于地球周圍的電離層對電磁波的折射效應，使得GPS信號的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為電離層延遲。電磁波所受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電子總含量有關。對流層延遲由于地球周圍的對流層對電磁波的折射效應，使得GPS信號的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為對流層延遲。電磁波所受對流層折射的影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關。多路徑效應由于接收機周圍環(huán)境的影響，使得接收機所接收到的衛(wèi)星信號中還包含有各種反射和折射信號的影響，這就是所謂的多路徑效應。2.與傳播途徑有關的因素12/23/202319青海大學生物科學系牛海林

接收機鐘差接收機鐘差是GPS接收機所使用的鐘的鐘面時與GPS標準時之間的差異。

接收機天線相位中心偏差接收機天線相位中心偏差是GPS接收機天線的標稱相位中心與其真實的相位中心之間的差異。

接收機軟件和硬件造成的誤差在進行GPS定位時，定位結(jié)果還會受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。3.與接收機有關的因素12/23/202320青海大學生物科學系牛海林4.其它

GPS控制部分人為或計算機造成的影響由于GPS控制部分的問題或用戶在進行數(shù)據(jù)處理時引入的誤差等。數(shù)據(jù)處理軟件的影響數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對定位結(jié)果的影響。12/23/202321青海大學生物科學系牛海林坐標系、基準和坐標系統(tǒng)測量的基本任務就是確定物體在空間中的位置、姿態(tài)及其運動軌跡。而對這些特征的描述都是建立在某一個特定的空間框架和時間框架之上的。所謂空間框架就是我們常說的坐標系統(tǒng)，而時間框架就是我們常說的時間系統(tǒng)。12/23/202322青海大學生物科學系牛海林坐標系統(tǒng)

一個完整的坐標系統(tǒng)是由坐標系和基準兩方面要素所構(gòu)成的。坐標系指的是描述空間位置的表達形式，而基準指的是為描述空間位置而定義的一系列點、線、面。在大地測量中的基準一般是指為確定點在空間中的位置，而采用的地球橢球或參考橢球的幾何參數(shù)和物理參數(shù)，及其在空間的定位、定向方式，以及在描述空間位置時所采用的單位長度的定義。12/23/202323青海大學生物科學系牛海林坐標系的分類正如前面所提及的，所謂坐標系指的是描述空間位置的表達形式，即采用什么方法來表示空間位置。人們?yōu)榱嗣枋隹臻g位置，采用了多種方法，從而也產(chǎn)生了不同的坐標系，如直角坐標系、極坐標系等。在測量中，常用的坐標系有以下幾種：12/23/202324青海大學生物科學系牛海林空間直角坐標系空間直角坐標系的坐標系原點位于參考橢球的中心，Z軸指向參考橢球的北極，X軸指向起始子午面與赤道的交點，Y軸位于赤道面上，且按右手系與X軸呈90°夾角。某點在空間中的坐標可用該點在此坐標系的各個坐標軸上的投影來表示。12/23/202325青海大學生物科學系牛海林空間大地坐標系空間大地坐標系是采用大地經(jīng)、緯度和大地高來描述空間位置的。緯度是空間的點與參考橢球面的法線與赤道面的夾角，經(jīng)度是空間中的點與參考橢球的自轉(zhuǎn)軸所在的面與參考橢球的起始子午面的夾角，大地高是空間點沿參考橢球的法線方向到參考橢球面的距離。12/23/202326青海大學生物科學系牛海林平面直角坐標系平面直角坐標系是利用投影變換，將空間坐標（空間直角坐標或空間大地坐標）通過某種數(shù)學變換映射到平面上，這種變換又稱為投影變換。投影變換的方法有很，如UTM投影、Lambuda

投影等，在我國采用的是高斯-克呂格投影，也稱為高斯投影。12/23/202327青海大學生物科學系牛海林基準所謂基準是指為描述空間位置而定義的點、線、面，在大地測量中，在大地測量中，基準是指用以描述地球形狀的參考橢球的參數(shù)，如參考橢球的長短半軸，以及參考橢球在空間中的定位及定向，還有在描述這些位置時所采用的單位長度的定義。12/23/202328青海大學生物科學系牛海林GPS測量中常用的坐標系統(tǒng)

WGS-84坐標系是目前GPS所采用的坐標系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標系統(tǒng)的。WGS-84坐標系的坐標原點位于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點，Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。12/23/202329青海大學生物科學系牛海林1954年北京坐標系

1954年北京坐標系是我國目前廣泛采用的大地測量坐標系,采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，遺憾的是，該橢球并未依據(jù)當時我國的天文觀測資料進行重新定位，而是由前蘇聯(lián)西伯利亞地區(qū)的一等鎖，經(jīng)我國的東北地區(qū)傳算過來的，該坐標系的高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準面重新平差的結(jié)果為起算值，按我國天文水準路線推算出來的，而高程又是以1956年青島驗潮站的黃海平均海水面為基準。12/23/202330青海大學生物科學系牛海林克拉索夫斯基橢球參數(shù)同現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)的差異較大，并且不包含表示地球物理特性的參數(shù)，因而給理論和實際工作帶來了許多不便。

橢球定向不十分明確，橢球的短半軸既不指向國際通用的CIO極，也不指向目前我國使用的JYD極。參考橢球面與我國大地水準面呈西高東低的系統(tǒng)性傾斜，東部高程異常達60余米，最大達67米。

該坐標系統(tǒng)的大地點坐標是經(jīng)過局部分區(qū)平差得到的，因此，全國的天文大地控制點實際上不能形成一個整體，區(qū)與區(qū)之間有較大的隙距，如在有的接合部中，同一點在不同區(qū)的坐標值相差1-2米，不同分區(qū)的尺度差異也很大，而且坐標傳遞是從東北到西北和西南，后一區(qū)是以前一區(qū)的最弱部作為坐標起算點，因而一等鎖具有明顯的坐標積累誤差。1954年北京坐標系存在著很多缺點

12/23/202331青海大學生物科學系牛海林1980年西安大地坐標系

1978年，我國決定重新對全國天文大地網(wǎng)施行整體平差，并且建立新的國家大地坐標系統(tǒng)，整體平差在新大地坐標系統(tǒng)中進行，這個坐標系統(tǒng)就是1980年西安大地坐標系統(tǒng)。1980年西安大地坐標系統(tǒng)所采用的地球橢球參數(shù)的四個幾何和物理參數(shù)采用了IAG1975年的推薦值，橢球的短軸平行于地球的自轉(zhuǎn)軸（由地球質(zhì)心指向1968.0JYD地極原點方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，橢球面同似大地水準面在我國境內(nèi)符合最好，高程系統(tǒng)以1956年黃海平均海水面為高程起算基準。12/23/202332青海大學生物科學系牛海林GPS靜態(tài)定位在測量中的應用

GPS靜態(tài)定位在測量中主要用于測定各種用途的控制點。其中，較為常見的方面是利用GPS建立各種類型和等級的控制網(wǎng)，在這些方面，GPS技術已基本上取代了常規(guī)的測量方法，成為了主要手段。較之于常規(guī)方法，GPS在布設控制網(wǎng)方面具有以下一些特點：12/23/202333青海大學生物科學系牛海林測量精度高：GPS觀測的精度要明顯高于一般的常規(guī)測量手段，GPS基線向量的相對精度一般在10-5~10-9之間，這是普通測量方法很難達到的。選點靈活、不需要造標、費用低：GPS測量不要求測站間相互通視，不需要建造覘標，作業(yè)成本低，大大降低了布網(wǎng)費用。全天侯作業(yè)：在任何時間、任何氣候條件下，均可以進行GPS觀測，大大方便了測量作業(yè)，有利于按時、高效地完成控制網(wǎng)的布設。觀測時間短：采用GPS布設一般等級的控制網(wǎng)時，在每個測站上的觀測時間一般在1~2個小時左右，采用快速靜態(tài)定位的方法，觀測時間更短。觀測、處理自動化采用GPS布設控制網(wǎng)，觀測工程和數(shù)據(jù)處理過程均是高度自動化的。12/23/202334青海大學生物科學系牛海林4.2.4布設GPS網(wǎng)的工作步驟

12/23/202335青海大學生物科學系牛海林測前工作項目的提出：一項GPS測量工程項目，往往是由工程發(fā)包方、上級主管部門或其他單位或部門提出，由GPS測量隊伍具體實施。對于一項GPS測量工程項目，一般有如下一些要求：測區(qū)位置及其范圍：測區(qū)的地理位置、范圍，控制網(wǎng)的控制面積。用途和精度等級：控制網(wǎng)將用于何種目的，其精度要求是多少，要求達到何種等級。點位分布及點的數(shù)量：控制網(wǎng)的點位分布、點的數(shù)量及密度要求，是否有對點位分布有特殊要求的區(qū)域。提交成果的內(nèi)容：用戶需要提交哪些成果，所提交的坐標成果分別屬于哪些坐標系，所提交的高程成果分別屬于哪些高程系統(tǒng)，除了提交最終的結(jié)果外，是否還需要提交原始數(shù)據(jù)或中間數(shù)據(jù)等。12/23/202336青海大學生物科學系牛海林時限要求：對提交成果的時限要求，即何時是提交成果的最后期限。投資經(jīng)費：對工程的經(jīng)費投入數(shù)量。技術設計：負責GPS測量的單位在獲得了測量任務后，需要根據(jù)項目要求和相關技術規(guī)范進行測量工程的技術設計。關于技術設計的具體內(nèi)容將在第四章中作詳細介紹。測繪資料的搜集與整理：在開始進行外業(yè)測量之前，現(xiàn)有測繪資料的搜集與整理也是一項極其重要的工作。需要收集整理的資料主要包括測區(qū)及周邊地區(qū)可利用的已知點的相關資料（點志記、坐標等）和測區(qū)的地形圖等。儀器的檢驗：對將用于測量的各種儀器包括GPS接收機及相關設備、氣象儀器等進行檢驗，以確保它們能夠正常工作。踏勘、選點埋石：在完成技術設計和測繪資料的搜集與整理后，需要根據(jù)技術設計的要求對測區(qū)進行踏勘，并進行選點埋石工作。12/23/202337青海大學生物科學系牛海林測量實施實地了解測區(qū)情況：由于在很多情況下，選點埋石和測量是分別由兩個不同的隊伍或兩批不同的人員完成的，因此，當負責GPS測量作業(yè)的隊伍到達測區(qū)后，需要先對測區(qū)的情況作一個詳細的了解。主要需要了解的內(nèi)容包括點位情況（點的位置、上點的難度等）、測區(qū)內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展狀況、民風民俗、交通狀況、測量人員生活安排等。這些對于今后測量工作的開展是非常重要的。衛(wèi)星狀況預：報根據(jù)測區(qū)的地理位置，以及最新的衛(wèi)星星歷，對衛(wèi)星狀況進行預報，作為選擇合適的觀測時間段的依據(jù)。所需預報的衛(wèi)星狀況有衛(wèi)星的可見性、可供觀測的衛(wèi)星星座、隨時間變化的PDOP值、隨時間變化的RDOP值等。對于個別有較多或較大障礙物的測站，需要評估障礙物對GPS觀測可能產(chǎn)生的不良影響。確定作業(yè)方案：根據(jù)衛(wèi)星狀況、測量作業(yè)的進展情況、以及測區(qū)的實際情況，確定出具體的作業(yè)方案，以作業(yè)指令的形式下達給各個作業(yè)小組，根據(jù)情況，作業(yè)指令可逐天下達，也可一次下達多天的指令。作業(yè)方案的內(nèi)容包括作業(yè)小組的分組情況，GPS觀測的時間段以及測站等。12/23/202338青海大學生物科學系牛海林外業(yè)觀測：各GPS觀測小組在得到作業(yè)指揮員所下達的作業(yè)指令后，應嚴格按照作業(yè)指令的要求進行外業(yè)觀測。在進行外業(yè)觀測時，外業(yè)觀測人員除了嚴格按照作業(yè)規(guī)范、作業(yè)指令進行操作外，還要根據(jù)一些特殊情況，靈活地采取應對措施。在外業(yè)中常見的情況有不能按時開機、儀器故障和電源故障等。數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)儲：在一段外業(yè)觀測結(jié)束后，應及時地將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中，并根據(jù)要求進行備份，在數(shù)據(jù)傳輸時需要對照外業(yè)觀測記錄手簿，檢查所輸入的記錄是否正確。數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)儲應根據(jù)條件，及時進行。基線處理與質(zhì)量評估：對所獲得的外業(yè)數(shù)據(jù)及時地進行處理，解算出基線向量，并對解算結(jié)果進行質(zhì)量評估。作業(yè)指揮員需要根據(jù)基線解算情況作下一步GPS觀測作業(yè)的安排。重復確定作業(yè)方案、外業(yè)觀測、數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)儲與基線處理與質(zhì)量評估四步，直至完成所有GPS觀測工作。12/23/202339青海大學生物科學系牛海林測后工作結(jié)果分析（網(wǎng)平差處理與質(zhì)量評估）：,對外業(yè)觀測所得到的基線向量進行質(zhì)量檢驗，并對由合格的基線向量所構(gòu)建成的GPS基線向量網(wǎng)進行平差解算，得出網(wǎng)中各點的坐標成果。如果需要利用GPS測定網(wǎng)中各點的正高或正常高，還需要進行高程擬合。技術總結(jié)：根據(jù)整個GPS網(wǎng)的布設及數(shù)據(jù)處理情況，進行全面的技術總結(jié)。成果驗收12/23/202340青海大學生物科學系牛海林技術設計在布設GPS網(wǎng)時，技術設計是非常重要的。這是因為技術設計提供了布設GPS網(wǎng)的技術準則，在布設GPS網(wǎng)時所遇到的所有技術問題，都需要從技術設計中尋找答案。因此，在進行每一項GPS工程時，都必須首先進行技術設計。12/23/202341青海大學生物科學系牛海林技術設計的內(nèi)容項目來源：介紹項目的來源、性質(zhì)。測區(qū)概況：介紹測區(qū)的地理位置、氣候、人文、經(jīng)濟發(fā)展狀況、交通條件、通訊條件等。工程概況：介紹工程的目的、作用、要求、GPS網(wǎng)等級（精度）、完成時間等。技術依據(jù)：介紹作業(yè)所依據(jù)的測量規(guī)范、工程規(guī)范、行業(yè)標準等。12/23/202342青海大學生物科學系牛海林施測方案：介紹測量所采用的儀器、采取的布網(wǎng)方法等。作業(yè)要求：介紹外業(yè)觀測時的具體操作規(guī)程、技術要求等，包括儀器參數(shù)的設置（如采樣率、截止高度角等）、對中精度、整平精度、天線高的量測方法及精度要求等。觀測質(zhì)量控制：介紹外業(yè)觀測的質(zhì)量要求，包括質(zhì)量控制方法及各項限差要求等。數(shù)據(jù)處理方案：詳細的數(shù)據(jù)處理方案，包括基線解算和網(wǎng)平差處理所采用的軟件和處理方法等內(nèi)容。12/23/202343青海大學生物科學系牛海林布網(wǎng)方法國家測繪局1992年制訂的我國第一部“GPS測量規(guī)范”將GPS的精度分為A—E五級（見下表）。其中A、B兩級一般是國家GPS控制網(wǎng)。C、D、E三級是針對局部性GPS網(wǎng)規(guī)定的。12/23/202344青海大學生物科學系牛海林

應通過獨立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。應盡量與原有地面控制網(wǎng)相重合，重合點一般不少于3個，且分布均勻。應考慮與水準點相重合，或在網(wǎng)中布設一定密度的水準聯(lián)測點。點應設在視野開闊和容易到達的地方聯(lián)測方向。可在網(wǎng)點附近布設一通視良好的方位點，以建立聯(lián)測方向。根據(jù)GPS測量的不同用途，GPS網(wǎng)的獨立觀測邊均應構(gòu)成一定的幾何圖形，基本形式有：設計的一般原則12/23/202345青海大學生物科學系牛海林三角形網(wǎng)優(yōu)點：圖形幾何結(jié)構(gòu)強，具有良好的自檢能力，經(jīng)平差后網(wǎng)中相鄰點間基線向量的精度均勻。缺點：觀測工作量大。只有在網(wǎng)的精度和可靠性要求比較高時，才單獨采用這種圖形。12/23/202346青海大學生物科學系牛海林環(huán)形網(wǎng)優(yōu)點：觀測工作量較小，且具有較好的自檢性和可靠性。缺點：非直接觀測基線邊（或間接邊）精度較直接觀測邊低，相鄰點間的基線精度分布不均勻。是大地測量和精密工程測量中普遍采用的圖形。通常采用上述兩種圖形的混合圖形。12/23/202347青海大學生物科學系牛海林星形網(wǎng)優(yōu)點：觀測中只需要兩臺GPS接收機，作業(yè)簡單。缺點：幾何圖形簡單，檢驗和發(fā)現(xiàn)粗差能力差,廣泛用于工程測量、邊界測量、地籍測量和碎部測量等。12/23/202348青海大學生物科學系牛海林GPS快速定位圖形布設兩臺儀器作業(yè)的基本圖形：多邊形環(huán)狀網(wǎng)。兩接收機同步作業(yè)，交替遷站n-1次，得到首尾相接的n邊形閉合環(huán)，每個新點均與兩條獨立基線相連。單基準形狀網(wǎng)。兩接收機同步作業(yè)，1臺固定不動，1臺快速流動遷站n-1次，得到n條獨立基線，每個新點只與1條獨立基線相連。因此每個點上必須進行第二次設站。1234512345612/23/202349青海大學生物科學系牛海林1單基準星狀網(wǎng)。1臺固定不動，2臺各快速流動遷站n-1次，得到2n條獨立基線，每個新點只與1條獨立基線相連。因此每個點上必須進行第二次設站。2雙基準菱狀網(wǎng)。2臺固定不動，1臺快速流動遷站n-1次，得到2n條獨立快速定位基線。如果兩基準站采用靜態(tài)定位方式，可得到2n+1條獨立基線向量。如果采用在流動站遷站期間兩基準站多次快速定位得到多組快速定位基線向量的方法，最多可得到3n-1條獨立基線向量。12345652341三臺接收機作業(yè)的基本圖形：12/23/202350青海大學生物科學系牛海林GPS基線解算

基線解算的過程實際上主要是一個平差的過程，平差所采用的觀測值主要是雙差觀測值。在基線解算時，平差要分三個階段進行，第一階段進行初始平差，解算出整周未知數(shù)參數(shù)

的和基線向量的實數(shù)解（浮動解）；在第二階段，將整周未知數(shù)固定成整數(shù)；在第三階段，將確定了的整周未知數(shù)作為已知值，僅將待定的測站坐標作為未知參數(shù)，再次進行平差解算，解求出基線向量的最終解-整數(shù)解（固定解）12/23/202351青海大學生物科學系牛海林GPS基線解算的過程

1.原始觀測數(shù)據(jù)的讀入在進行基線解算時，首先需要讀取原始的GPS觀測值數(shù)據(jù)。一般說來，各接收機廠商隨接收機一起提供的數(shù)據(jù)處理軟件都可以直接處理從接收機中傳輸出來的GPS原始觀測值數(shù)據(jù)，而由第三方所開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件則不一定能對各接收機的原始觀測數(shù)據(jù)進行處理，要處理這些數(shù)據(jù)，首先需要進行格式轉(zhuǎn)換目前，最常用的格式是RINEX格式，對于按此種格式存儲的數(shù)據(jù)，大部分的數(shù)據(jù)處理軟件都能直接處理。2.外業(yè)輸入數(shù)據(jù)的檢查與修改在讀入了GPS觀測值數(shù)據(jù)后，就需要對觀測數(shù)據(jù)進行必要的檢查，檢查的項目包括：測站名、點號、測站坐標、天線高等。對這些項目進行檢查的目的，是為了避免外業(yè)操作時的誤操作。12/23/202352青海大學生物科學系牛海林3.設定基線解算的控制參數(shù)基線解算的控制參數(shù)用以確定數(shù)據(jù)處理軟件采用何種處理方法來進行基線解算，設定基線解算的控制參數(shù)是基線解算時的一個非常重要的環(huán)節(jié)，通過控制參數(shù)的設定，可以實現(xiàn)基線的精化處理。4.基線解算基線解算的過程一般是自動進行的，無需過多的人工干預。12/23/202353青海大學生物科學系牛海林5.基線質(zhì)量的檢驗基線解算完畢后，基線結(jié)果并不能馬上用于后續(xù)的處理，還必須對基線的質(zhì)量進行檢驗，只有質(zhì)量合格的基線才能用于后續(xù)的處理，如果不合格，則需要對基線進行重新解算或重新測量?；€的質(zhì)量檢驗需要通過RATIO、RDOP、RMS、同步環(huán)閉和差、異步環(huán)閉和差和重復基線較差來進行。6.結(jié)束12/23/202354青海大學生物科學系牛海林GPS基線向量網(wǎng)平差GPS基線解算就是利用GPS觀測值，通過數(shù)據(jù)處理，得到測站的坐標或測站間的基線向量值。我們在采用GPS觀測完整個GPS網(wǎng)后，經(jīng)過基線解算可以獲得具有同步觀測數(shù)據(jù)的測站間的基線向量，為了確定GPS網(wǎng)中各個點在某一坐標系統(tǒng)下的絕對坐標，需要提供位置基準、方位基準和尺度基準，而GPS基線向量只含有在WGS-84下的方位基準和尺度基準，而我們布設GPS網(wǎng)的主要目的是確定網(wǎng)中各個點在某一特定局部坐標系下的坐標，這就需要通過在平差時引入該坐標系下的起算數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。當然，GPS基線向量網(wǎng)的平差，還可以消除GPS基線向量觀測值和地面觀測中由于各種類型的誤差而引起的矛盾。根據(jù)平差所進行的坐標空間，可將GPS網(wǎng)平差分為三維平差和二維平差，根據(jù)平差時所采用的觀測值和起算數(shù)據(jù)的數(shù)量和類型，可將平差分為無約束平差、約束平差和聯(lián)合平差等。12/23/202355青海大學生物科學系牛海林高程擬合法所謂高程擬合法就是利用在范圍不大的區(qū)域中，高程異常具有一定的幾何相關性這一原理，采用數(shù)學方法，求解正高、正常高或高程異常。12/23/202356青海大學生物科學系牛海林技術總結(jié)的內(nèi)容項目來源：介紹項目的來源、性質(zhì)。測區(qū)概況：介紹測區(qū)的地理位置、氣候、人文、經(jīng)濟發(fā)展狀況、交通條件、通訊條件等。工程概況：介紹工程目的、作用、要求、等級、完成時間等。技術依據(jù)：介紹作業(yè)依據(jù)的測量規(guī)范、工程規(guī)范、行業(yè)標準等。施測方案：介紹測量所采用的儀器、采取的布網(wǎng)方法等。作業(yè)要求：介紹外業(yè)觀測時的具體操作規(guī)程、技術要求等，包括儀器參數(shù)的設置（如采樣率、截止高度角等）、對中精度、整平精度、天線高的量測方法及精度要求等。觀測質(zhì)量：控制介紹外業(yè)觀測的質(zhì)量要求，包括質(zhì)量控制方法及各項限差要求等。數(shù)據(jù)處理方案：說明詳細的數(shù)據(jù)處理方案，包括基線解算方法、網(wǎng)平差處理方法等。結(jié)論：對整個工程的質(zhì)量及成果作出結(jié)論。12/23/202357青海大學生物科學系牛海林12/23/202358青海大學生物科學系牛海林五、GPS定位測量特點及前景一、GPS特點：

1、定位精度高應用實踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50KM以內(nèi)可達10-6，100-500KM可達10-7，1000KM可達10-9。在300-1500m工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm。

2、觀測時間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15KM以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。

3、測站間無須通視

4、可提供三維坐標經(jīng)典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測。GPS可同時精確測定測站點的三維坐標。目前GPS水準可滿足四等水準測量的精度。12/23/202359青海大學生物科學系牛海林5、操作簡便隨著GPS接收機不斷改進，自動化程度越來越高，有的已達“傻瓜化”的程度；接收機的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動強度。使野外工作變得輕松愉快。6、全天候作業(yè)目前GPS觀測可在一天24小時內(nèi)的任何時間進行,不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等氣候的影響。7、功能多、應用廣

GPS系統(tǒng)不僅可用于測量、導航，還可用于測速、測時。測速的精度可達0。1M/S，測時的精度可達幾十毫微秒。其應用領域不斷擴大。12/23/202360青海大學生物科學系牛海林二、應用前景

1、GPS系統(tǒng)用途廣泛

2、多元化空間資源環(huán)境的出現(xiàn)（GPS/GLONASS/GNSS）3、發(fā)展GPS產(chǎn)業(yè)

4、GPS的應用將進入人們的日常生活

有人說過，只有我們想不到的，沒有GPS做不到的。GPS信號接收機在人們生活中的應用，是一個難以用數(shù)字預測的廣闊天地，手表式的GPS接收機，將成為旅游者的忠實導游。盡管目前大多數(shù)人還不知道什麼是GPS，但有人預言，GPS將改變我們的生活方式。今后，所有運載器，都將依賴于GPS。GPS就象移動電話、傳真機、計算機互聯(lián)網(wǎng)對我們生活的影響一樣，人們?nèi)粘Ｉ顚㈦x不開它。

12/23/202361青海大學生物科學系牛海林六、GPS技術應用一、GPS在大地控制測量中的應用時至今日，可以說GPS定位技術已完全取代了用常規(guī)測角、測距手段建立大地控制網(wǎng)。我們一般將應用GPS衛(wèi)星定位技術建立的控制網(wǎng)叫GPS網(wǎng)。歸納起來大致可以將GPS網(wǎng)分為兩大類：一類是全球或全國性的高精度GPS網(wǎng)，這類GPS網(wǎng)中相鄰點的距離在數(shù)千公里至上萬公里，其主要任務是做為全球高精度坐標框架或全國高精度坐標框架，為全球性地球動力學和空間科學方面的科學研究工作服務，或用以研究地區(qū)性的板塊運動或地殼形變規(guī)律等問題。另一類是區(qū)域性的GPS網(wǎng)，包括城市或礦區(qū)GPS網(wǎng)，GPS工程網(wǎng)等，這類網(wǎng)中的相鄰點間的距離為幾公里至幾十公里，其主要任務是直接為國民經(jīng)濟建設服務。12/23/202362青海大學生物科學系牛海林用常規(guī)的測圖方法（如用經(jīng)緯儀、測距儀等）通常是先布設控制網(wǎng)點，這種控制網(wǎng)一般是在國家高等級控制網(wǎng)點的基礎上加密次級控制網(wǎng)點。最后依據(jù)加密的控制點和圖根控制點，測定地物點和地形點在圖上的位置并按照一定的規(guī)律和符號繪制成平面圖。

GPS新技術的出現(xiàn)，可以高精度并快速地測定各級控制點的坐標。特別是應用RTK新技術，甚至可以不布設各級控制點，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準控制點，便可以高精度并快速地測定界址點、地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件可以在野外一次測繪成電子地圖，然后通過計算機和繪圖儀、打印機輸出各種比例尺的圖件。應用RTK技術進行定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)（如偽距或相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)（如基準站點坐標）實時傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到四顆衛(wèi)星后，可以實時地求解出厘米級的流動站動態(tài)位置。這比GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)定位需要事后進行處理來說，其定位效率會大大提高。故RTK技術一出現(xiàn)，其在測量中的應用立刻受到人們的重視和青睞。二、GPS在地形、地籍及房地產(chǎn)測量中的應用12/23/202363青海大學生物科學系牛海林七、GPS在其他領域中的應用軍事領域12/23/202364青海大學生物科學系牛海林七、GPS在其他領域中的應用陸地運輸導航12/23/202365青海大學生物科學系牛海林七、GPS在其他領域中的應用陸地運輸導航12/23/202366青海大學生物科學系牛海林4.2.5GPS基本操作12/23/202367靜態(tài)GPS接收機(南方9600北極星)12/23/202368青海大學生物科學系牛海林系統(tǒng)組成9600型GPS接收機包括硬件、軟件兩個部分：硬件：

a.9600接收機（內(nèi)置天線及抑制多路徑板）；

b.9600單片機內(nèi)置采集器（內(nèi)置采集軟件）；

c.可充電電池及充電器；

d.鋁或木三腳架；

e.數(shù)據(jù)傳輸電纜。軟件：包括數(shù)據(jù)傳輸軟件、GPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（包含基線向量處理、閉合差自動搜索、網(wǎng)平差、高程擬合以及圖形輸出等功能）。12/23/202369青海大學生物科學系牛海林9600型GPS測量系統(tǒng)采用靜態(tài)相對定位模式。此時外業(yè)部分需兩臺或兩臺以上GPS接收機。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理可方便的進入CAD進行圖形編輯，數(shù)據(jù)成果可導入Mapinfo等GIS系統(tǒng)。應用：土地管理部門、測量部門、海洋調(diào)查、水利水土保持、森林詳情普查、地質(zhì)調(diào)查、林業(yè)資源勘查、石油、地礦勘探等行業(yè)。12/23/202370青海大學生物科學系牛海林主要技術參數(shù)一、9600接收機：12個并行的獨立通道、可同時接收12顆衛(wèi)星L1載波相位、C／A碼偽距，1575.42MHz扁平有源天線帶內(nèi)裝式抑徑板根據(jù)衛(wèi)星高度及衛(wèi)星運行的健康狀況自動選擇衛(wèi)星flash閃存內(nèi)存16M，可存儲連續(xù)約20天數(shù)據(jù)量240

160液晶顯示屏兩塊高性能鋰電池連續(xù)工作時間長達16小時之久二、靜態(tài)相對定位精度：靜態(tài)基線：±（5mm+1ppm）高程：±（10mm＋2ppm）三、同步觀測時間：45分鐘左右12/23/202371青海大學生物科學系牛海林9600型GPS測量系統(tǒng)文件及操作一、開機初始界面：使用PWR鍵開機

初始界面中模式的選擇指示燈含義F1F2F3F4PWR12/23/202372青海大學生物科學系牛海林二、系統(tǒng)界面選手動或智能模式后進入主界面F1F2F3F4PWR主界面分三大部分：衛(wèi)星分布圖、系統(tǒng)提示框、功能項12/23/202373青海大學生物科學系牛海林1、“文件”功能操作按F1鍵進入“文件”功能的操作F1F2F3F4PWRPWR鍵返回主界面12/23/202374青海大學生物科學系牛海林按F2鍵進入“設置”功能的操作2、“設置”功能操作F1F2F3F4PWR注意：同時工作的幾臺9600主機高度截止角、采集間隔最好保證一致，即同樣的設置值。PWR鍵“取消”:返回主界面。12/23/202375青海大學生物科學系牛海林按F3鍵進入“測量”功能的操作3、“測量”功能操作F1F2F3F4PWR有狀態(tài)、衛(wèi)星、點名（采集）、返回、記錄圖標五個子項12/23/202376青海大學生物科學系牛海林F1鍵“狀態(tài)”:F1F2F3F4PWR顯示單點定位的經(jīng)緯度坐標、高程和精度因子PDOP值、定位狀態(tài)、鎖定衛(wèi)星數(shù)目、可視衛(wèi)星數(shù)12/23/202377青海大學生物科學系牛海林F2鍵“衛(wèi)星”：F1F2F3F4PWR12/23/202378青海大學生物科學系牛海林F3鍵“點名”：

F1F2F3F4PWR智能模式下顯示點名。在人工模式下顯示采集，此時用戶可以輸入測站的相關信息，如：測站點名、測站采集的時段號、測站天線高。12/23/202379青海大學生物科學系牛海林按F4鍵進入“系統(tǒng)”功能的操作4、“系統(tǒng)”功能的操作F1F2F3F4PWR長按PWR鍵關機12/23/202380青海大學生物科學系牛海林三.9600型文件系統(tǒng)野外數(shù)據(jù)采集打開主機電源后，初始界面有三種采集工作方式選擇,用戶可根據(jù)實際情況和方便性來選擇不同的工作方式來采集數(shù)據(jù)，若不選擇，則延時10秒后自動進入默認采集方式“智能模式”。注意：每一次只能用一種工作方式來采集數(shù)據(jù)。12/23/202381青海大學生物科學系牛海林1、智能模式采集（1）

數(shù)據(jù)的采集在初始界面下選F1鍵進入“智能模式”F1F2F3F4PWR12/23/202382青海大學生物科學系牛海林（2）

給記錄的數(shù)據(jù)取一個文件名按F3鍵“測量”進入測量功能界面(可看到接收機狀態(tài)，單點經(jīng)緯度坐標，定位狀態(tài)、精度因子)F1F2F3F4PWR12/23/202383青海大學生物科學系牛海林按F3鍵“點名”進入點名輸入功能界面，給正在記錄的數(shù)據(jù)起一個文件名、輸入時段號及輸入測站天線高。

F1F2F3F4PWR12/23/202384青海大學生物科學系牛海林（3）

退出數(shù)據(jù)記錄退回到主界面，然后長按PWR鍵關機。在任何界面下同時按下F1+F4快捷鍵關機，即可退出采集，且不會丟失數(shù)據(jù)。注意:“智能模式”和“人工模式”的區(qū)別：人工模式先取文件名再記錄采集數(shù)據(jù)；智能模式先已自動記錄采集數(shù)據(jù)再取文件名。12/23/202385青海大學生物科學系牛海林（1）

數(shù)據(jù)的采集在9600主機電源打開后，在初始界面下選F2鍵進入“人工模式”2、

人工模式采集F1F2F3F4PWR12/23/202386青海大學生物科學系牛海林（2）

給記錄的數(shù)據(jù)取一個文件名當滿足條件時，請按下F3鍵“采集”進入文件名輸入界面，輸入完文件名、時段號、天線高后，按F4鍵“確定”，接收機就開始記錄數(shù)據(jù)。

F1F2F3F4PWR4.2.3退出數(shù)據(jù)記錄：操作同“智能模式”。12/23/202387青海大學生物科學系牛海林本方式操作最簡單實用，完全“傻瓜式”操作，進入該方式后，你就可以去一邊休息，等采集時間足夠時就可收機搬站。（1）

數(shù)據(jù)的采集在9600主機電源打開后，在初始界面下選F3鍵進入“節(jié)電模式”。節(jié)電模式一進入之后就自動關閉液晶顯示屏，僅靠指示燈來顯示衛(wèi)星狀態(tài)和采集狀態(tài)。3、節(jié)電模式采集12/23/202388青海大學生物科學系牛海林電源燈衛(wèi)星燈信息燈A電池為綠燈B電池為黃燈A、B均不足，為紅燈衛(wèi)星燈和信息燈的工作情況：1.未進入3D狀態(tài)時,信息燈每閃N次紅燈，則衛(wèi)星閃爍1次紅燈

可視的衛(wèi)星數(shù)2.進入3D狀態(tài)時,信息燈每閃M次綠燈，則衛(wèi)星閃爍1次綠燈

采集間隔12/23/202389青海大學生物科學系牛海林（2）退出數(shù)據(jù)記錄在任何界面下同時按下F1+F4快捷鍵關機，即可退出采集。