GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用研究1

第頁(yè)武漢大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用研究專(zhuān)業(yè)：地理信息及地圖制圖學(xué)院：武漢大學(xué)資源及環(huán)境學(xué)院學(xué)號(hào)：2姓名：何子菇論文指導(dǎo)教師：石玉婷摘要GPS技術(shù)是當(dāng)今信息社會(huì)發(fā)展最快的技術(shù)之一，GPS定位技術(shù)以其速度快、精度高、全天候，不受通視條件限制、費(fèi)用少、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于大地控制測(cè)量中。時(shí)至今日，可以說(shuō)GPS定位技術(shù)已完全取代了用常規(guī)測(cè)角、測(cè)距手段建立大地控制網(wǎng)。應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫GPS網(wǎng),GPS網(wǎng)可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是全球或全國(guó)性的高精度GPS網(wǎng)，其主要任務(wù)是作為全球高精度坐標(biāo)框架過(guò)全國(guó)高精度坐標(biāo)框架，為全球性地球動(dòng)力學(xué)和空間科學(xué)方面的科學(xué)研究工作服務(wù)，或用以研究地區(qū)性的板塊運(yùn)動(dòng)，或地殼變形規(guī)律問(wèn)題。另一類(lèi)是區(qū)域性的GPS網(wǎng)，包括城市霍礦區(qū)GPS網(wǎng)，GPS工程網(wǎng)等，這類(lèi)網(wǎng)的相鄰點(diǎn)間的距離為幾公里至幾十公里，起主要任務(wù)是直接為國(guó)民建設(shè)服務(wù)。本文通過(guò)GPS建筑工程測(cè)量應(yīng)用，總結(jié)GPS在工程測(cè)量中的特點(diǎn)及測(cè)量經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵字：GPS；GPS網(wǎng)的布設(shè)；坐標(biāo)系

目錄\摘要 II目錄 III第一章緒論 11.1研究背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用 21.3研究目的及內(nèi)容 3第二章GPS測(cè)量原理 52.1GPS的應(yīng)用及發(fā)展 52.2GPS的結(jié)成 62.2.1空間星座部分 62.2.2地面控制部分 62.2.3用戶部分 72.3GPS定位原理及分類(lèi) 72.4高程測(cè)量原理 92.5坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 102.5.1坐標(biāo)系統(tǒng) 102.5.2坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 12第三章GPSRTK測(cè)量基本原理 133.1RTK的基本介紹 133.2RTK的基本工作原理 133.3RTK作業(yè)流程 143.4RTK誤差來(lái)源 14第四章GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方法 154.1GPS網(wǎng)的布設(shè)方法 154.2GPS網(wǎng)的多路徑效應(yīng) 16第五章GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析 17第六章結(jié)論 20參考文獻(xiàn) 21致謝 22專(zhuān)業(yè)：地理信息及地圖制圖 I學(xué)院：武漢大學(xué)資源及環(huán)境學(xué)院 I學(xué)號(hào)：2 I姓名：何子菇 I論文指導(dǎo)教師：石玉婷 I摘要 II目錄 III第一章緒論 11.1研究背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用 21.3研究目的及內(nèi)容 3第二章GPS測(cè)量原理 52.1GPS的應(yīng)用及發(fā)展 52.2GPS的結(jié)成 62.2.1空間星座部分 62.2.2地面控制部分 62.2.3用戶部分 72.3GPS定位原理及分類(lèi) 72.4高程測(cè)量原理 92.5坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 102.5.1坐標(biāo)系統(tǒng) 102.5.2坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 12第三章GPSRTK測(cè)量基本原理 133.1RTK的基本介紹 133.2RTK的基本工作原理 133.3RTK作業(yè)流程 143.4RTK誤差來(lái)源 14第四章GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方法 154.1GPS網(wǎng)的布設(shè)方法 154.2GPS網(wǎng)的多路徑效應(yīng) 16第五章GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析 17第六章結(jié)論 20致謝 22第一章緒論1.1研究背景及意義全球定位系統(tǒng)(GPS)是英文GlobalPositioningSystem的字頭縮寫(xiě)詞的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是利用衛(wèi)星導(dǎo)航實(shí)時(shí)測(cè)距和測(cè)時(shí)構(gòu)成全球定位系統(tǒng)。它是1973年12月，由美國(guó)國(guó)防部以及海、路、空三軍聯(lián)合研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，主要用于情報(bào)收集、核暴監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的。GPS是以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無(wú)線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),它具有全能性、全球性、全天候、連續(xù)性和實(shí)時(shí)性的精密三維導(dǎo)航及定位功能,而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此,GPS技術(shù)率先在大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、海洋測(cè)量、城市測(cè)量等測(cè)繪領(lǐng)域得到了應(yīng)用,并在軍事、交通、通信、資源、管理等領(lǐng)域展開(kāi)了研究并得到廣泛應(yīng)用。在測(cè)量領(lǐng)域最早應(yīng)用于地形、高程、等級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)的測(cè)量，現(xiàn)在仍然應(yīng)該于這些重要領(lǐng)域，在其它測(cè)繪領(lǐng)域也硬功頻繁。比如：用于各類(lèi)型的工程施工放樣、測(cè)圖、變形監(jiān)測(cè)、航空攝影測(cè)量、海測(cè)和地理信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集工作。在國(guó)家各種類(lèi)型、各種等級(jí)的控制網(wǎng)的布設(shè)中以基本取代了傳統(tǒng)的測(cè)量方式，成為主要的技術(shù)手段。國(guó)家GPSA級(jí)控制網(wǎng)于1992年由國(guó)家測(cè)繪局、中國(guó)地震局等單位開(kāi)始布測(cè)，全網(wǎng)27個(gè)點(diǎn)，平均邊長(zhǎng)約800km。1996年國(guó)家測(cè)繪局進(jìn)行了A級(jí)網(wǎng)的復(fù)測(cè)，經(jīng)全網(wǎng)整體平差后，地心坐標(biāo)精度優(yōu)于0.1m，點(diǎn)間水平方向的相對(duì)精度優(yōu)于2×，垂直分量相對(duì)精度7×10-8。布設(shè)A級(jí)網(wǎng)的目的就是在全國(guó)范圍內(nèi)確定精確的地心坐標(biāo)，建立起我國(guó)新一代地心參考框架及其及國(guó)家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù),作為高精度衛(wèi)星大地網(wǎng)的骨架，并奠定地殼運(yùn)動(dòng)及地球動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)。作為我國(guó)高精度坐標(biāo)框架的補(bǔ)充以及為滿足國(guó)家建設(shè)的需要，在國(guó)家人級(jí)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建立了國(guó)家B級(jí)網(wǎng)。新布設(shè)的A、B級(jí)GPS控制網(wǎng)成為現(xiàn)代化大地測(cè)量和基礎(chǔ)測(cè)繪的基礎(chǔ)框架。GPS技術(shù)作為現(xiàn)代化測(cè)量中最主要的測(cè)量手段，它具有不需要通視、不受天氣影響、能夠直接或得三維坐標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)外，還可以節(jié)省大量的時(shí)間和人力，所以GPS技術(shù)成為大地測(cè)量最重要的測(cè)量手段。GPS（全球定位系統(tǒng)）在車(chē)輛導(dǎo)航、變形監(jiān)測(cè)、航空航天等方面得到了廣泛的應(yīng)用。由于其的獨(dú)特性，GPS測(cè)量技術(shù)在水利水電測(cè)量中也有廣闊的應(yīng)用。由于GPS測(cè)量?jī)x在水利水電工程中的應(yīng)用，測(cè)量不再受到地形地勢(shì)等條件的影響，通過(guò)控制測(cè)量的觀測(cè)方法和布局類(lèi)型，大大減少了傳統(tǒng)測(cè)量中的傳算點(diǎn)和過(guò)度點(diǎn)的測(cè)量工作，使控制選點(diǎn)變的較為靈活。并且控制測(cè)量也可以不受到時(shí)間、天氣等自然條件的影響了?，F(xiàn)在，GPS定位技術(shù)除了廣泛應(yīng)用于飛機(jī)和水面船只的導(dǎo)航定位外，在陸地道路導(dǎo)航定位系統(tǒng)中也或得了越來(lái)越廣的應(yīng)用。隨著我國(guó)道路建設(shè)和汽車(chē)工業(yè)的飛速發(fā)展，便攜式的道路實(shí)時(shí)導(dǎo)航和監(jiān)控越來(lái)越受到人們的普遍關(guān)注。如何使GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)變得更加輕便、更加精確和可靠已成為人們?cè)絹?lái)越強(qiáng)烈的需求。GPS定位技術(shù)離不開(kāi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，如果要實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能則需要更加強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。采用更高級(jí)的微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)——嵌入式系統(tǒng)，就可以很好的解決超便攜和高性能的矛盾。目前，市場(chǎng)上幾乎所有的便攜式GPS定位系統(tǒng)、導(dǎo)航設(shè)備都采用嵌入式系統(tǒng)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用今年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的汽車(chē)工業(yè)和城市化進(jìn)程進(jìn)入了一個(gè)高速前進(jìn)的階段，GPS定位系統(tǒng)的市場(chǎng)迅速發(fā)展壯大。以GPS為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今國(guó)際公認(rèn)的八大無(wú)線產(chǎn)業(yè)之一。在近十多年，隨著全球定位系統(tǒng)的軟件和硬件的不斷發(fā)展和完善，該系統(tǒng)已廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域，并逐漸深入到人們的日常生活中，及此同時(shí)，人們對(duì)于GPS的需求也越來(lái)越強(qiáng)烈。隨著技術(shù)的進(jìn)步、應(yīng)用需求的增加，GPS獨(dú)具的定位導(dǎo)航、授時(shí)校頻、精密測(cè)量等多方面的強(qiáng)大功能，已涉足眾多應(yīng)用領(lǐng)域，使GPS成為繼蜂窩移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)之后的全球第三個(gè)IT經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)。GPS對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的影響極大，應(yīng)用價(jià)值極高。它可以從根本上解決人類(lèi)在地球上的導(dǎo)航和定位問(wèn)題，可以滿足各種不同用戶的需要。雖然最初GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)是為軍事目的而設(shè)計(jì)，單其精密的全球定位、簡(jiǎn)便的觀測(cè)、優(yōu)異的實(shí)時(shí)性、良好的抗干擾性能等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。GPS應(yīng)用主要分為兩種類(lèi)型，一種為單機(jī)應(yīng)用，即采用獨(dú)立的接收機(jī)做單點(diǎn)靜態(tài)多動(dòng)態(tài)定位或單點(diǎn)高精度定位策略。另一種則以GPS接收機(jī)配合中心控制站，輔以無(wú)線數(shù)據(jù)通信設(shè)備，實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成GPS應(yīng)用系統(tǒng)。對(duì)艦船而言，它能在海上協(xié)同作戰(zhàn)、石油勘探、海洋捕魚(yú)、管道鋪設(shè)、暗礁定位。為海港領(lǐng)域等方面作出貢獻(xiàn)。對(duì)飛機(jī)而言，它可在飛機(jī)起飛，中途導(dǎo)航，著陸，空中回合、武器投擲、空中交通管制等方面進(jìn)行服務(wù)。在陸地上可用于各種車(chē)輛、坦克、陸軍部隊(duì)等定位，還可用于大地測(cè)量、野外考察、勘探定位。GPS已經(jīng)深入到每個(gè)人的生活之中，GPS車(chē)輛調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于銀行、公安、交通管制、消防等部門(mén)。GPS引發(fā)了測(cè)繪行業(yè)的一場(chǎng)技術(shù)革命，提供了一場(chǎng)嶄新的觀測(cè)手段，并能進(jìn)行快速的大地定位和布設(shè)大地網(wǎng)。GPS也為打造其研究和氣象觀測(cè)提供了重要手段，利用GPS所測(cè)定的電離層延遲和多普勒頻移延遲，可用來(lái)研究電離層的電子積分濃度、折射系數(shù)、電子濃度隨高度分布。國(guó)內(nèi)GPS市場(chǎng)呈現(xiàn)出兩個(gè)重點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)。(1)以車(chē)載導(dǎo)航為核心的移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控、管理及服務(wù)系統(tǒng)。在GPS應(yīng)用領(lǐng)域，車(chē)輛應(yīng)用所占的比例較大。最初GPS車(chē)輛應(yīng)用一般分為車(chē)輛跟蹤和車(chē)輛導(dǎo)航兩大系統(tǒng)。但當(dāng)摩托羅拉公司推出集車(chē)輛導(dǎo)航及跟蹤于一體的車(chē)輛信息系統(tǒng)后它就成了發(fā)展的方向。GPS車(chē)輛定位監(jiān)控系統(tǒng)主要有自導(dǎo)航應(yīng)用和中心監(jiān)控兩種方式。車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)是集GPS技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)于一體的綜合車(chē)輛管理系統(tǒng)。一般行業(yè)用戶的車(chē)船隊(duì)監(jiān)控都采用中心監(jiān)控方式，系統(tǒng)由監(jiān)控中心、位于監(jiān)控中心的主站和安裝在移動(dòng)車(chē)輛上的子站等3部分構(gòu)成。系統(tǒng)的工作原理是安裝在車(chē)輛上的GPS接收機(jī)根據(jù)收到的衛(wèi)星信息計(jì)算出車(chē)輛的當(dāng)前位置，通信控制器從GPS接收機(jī)輸出的信號(hào)中提取所需要的位置、速度和時(shí)間信息，結(jié)合車(chē)輛身份等信息形成數(shù)據(jù)包，然后通過(guò)無(wú)線信道發(fā)往控制中心?？刂浦行牡闹髡窘邮兆诱景l(fā)送的數(shù)據(jù)，并從中提取出定位信息，根據(jù)各車(chē)輛的車(chē)號(hào)和組號(hào)等，在監(jiān)控中心的電子地圖上顯示出來(lái)。同時(shí)，控制中心的系統(tǒng)管理員可以查詢各車(chē)輛的運(yùn)行狀況，根據(jù)車(chē)流量合理調(diào)度車(chē)輛。以車(chē)輛防盜為例，一般分為靜態(tài)車(chē)輛防盜及動(dòng)態(tài)車(chē)輛追蹤兩種。前者是指車(chē)主離開(kāi)汽車(chē)、停泊的車(chē)輛遭遇偷盜、毀壞和移動(dòng)時(shí)、車(chē)輛通過(guò)自身的監(jiān)控系統(tǒng)向GPS監(jiān)控中心發(fā)出警報(bào)、并自動(dòng)及車(chē)主手機(jī)聯(lián)系、電話報(bào)警等。后者則可對(duì)行駛中的被盜車(chē)輛進(jìn)行定位跟蹤、車(chē)況監(jiān)聽(tīng)、車(chē)跡記錄、甚至控制車(chē)輛斷電和斷油等。(2)面向個(gè)人消費(fèi)者的GPS終端產(chǎn)品。芯片的小型化技術(shù)、生產(chǎn)成本的降低、體積及耗電量的減小等有利因素使GPS產(chǎn)品走下神壇、深入到人們的日常生活中。目前面向個(gè)人消費(fèi)者的產(chǎn)品主要有車(chē)載自主導(dǎo)航系統(tǒng)、移動(dòng)監(jiān)控終端以及消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品。移動(dòng)監(jiān)控終端是移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。有用于集裝箱等貨物、車(chē)輛的跟蹤等領(lǐng)域的隱蔽式安裝產(chǎn)品、也有多功能的綜合車(chē)載平臺(tái)。但隨著產(chǎn)品成本的降低及體積的微型化，市場(chǎng)上已出現(xiàn)供兒童、老人、病人甚至寵物等特殊群體使用的手表類(lèi)、尋人儀和兒童玩具型GPS產(chǎn)品。它們可佩帶在身上、嵌入老人的拐棍中、甚至植入體內(nèi)。及上述產(chǎn)品相比，各種個(gè)人消費(fèi)類(lèi)GPS電子產(chǎn)品則更加接近人們的生活。有集成了GPS芯片和地理信息系統(tǒng)數(shù)字地圖的移動(dòng)通信手機(jī)、GPS手持機(jī)、GPS手表甚至GPS相機(jī)等，也有基于掌上電腦和筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備的插卡(CF卡式GPS接收機(jī))式、外接(GPS接收機(jī))式等集成產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上多見(jiàn)的是高明公司、麥哲倫公司、Navman等外國(guó)公司品牌的GPS手持機(jī)和汽車(chē)導(dǎo)航儀等。1.3研究目的及內(nèi)容GPSRTK技術(shù)作為測(cè)繪領(lǐng)域內(nèi)的高科技技術(shù)，已經(jīng)為測(cè)繪提供了有力的測(cè)量定位手段，特別是GPSRTK測(cè)量技術(shù)的發(fā)展和推廣，使得GPS測(cè)量技術(shù)真正開(kāi)始走上了取代全站儀進(jìn)行各種地面測(cè)量和數(shù)據(jù)采集工作的新階段。擴(kuò)大了GPS測(cè)量的應(yīng)用領(lǐng)域。本題探討了GPS技術(shù)和GPSRTK技術(shù)的組成、應(yīng)用及特點(diǎn)。載波相位差分技術(shù)即RTK技術(shù)，它是建立在全球定位系統(tǒng)（GPS）基礎(chǔ)之上的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，常規(guī)的GPS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量、都需要事后進(jìn)行結(jié)算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為各種控制測(cè)量、地形測(cè)圖、工程放樣及海洋、地籍測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。本題探討了GPS在建筑工程規(guī)劃到實(shí)地建設(shè)后的變形監(jiān)測(cè)，運(yùn)用常規(guī)的測(cè)量手段和GPSRTK技術(shù)對(duì)其位置進(jìn)行檢驗(yàn)，然后對(duì)兩次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較，從而得出運(yùn)用GPSRKT技術(shù)測(cè)量得出的結(jié)果，比全站儀常規(guī)測(cè)量手段得出的結(jié)果較原建筑設(shè)計(jì)坐標(biāo)接近；從而也可以看出GPS技術(shù)比常規(guī)的測(cè)量手段精度高、省時(shí)間。

第二章GPS測(cè)量原理2.1GPS的應(yīng)用及發(fā)展GPS定位技術(shù)以其精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)良特征被廣泛應(yīng)用于大地控制測(cè)量中。時(shí)至今日，可以說(shuō)GPS定位技術(shù)已完全取代了用常規(guī)測(cè)角、測(cè)距手段建立大地控制網(wǎng)。我們一般將應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫GPS網(wǎng)。歸納起來(lái)大致可以將GPS網(wǎng)分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是全球或全國(guó)性的高精度GPS網(wǎng)，這類(lèi)GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)的距離在數(shù)千公里至上萬(wàn)公里，其主要任務(wù)是作為全球高精度坐標(biāo)框架或全國(guó)高精度坐標(biāo)框架，為全球性地球動(dòng)力學(xué)和空間學(xué)的科學(xué)研究工作服務(wù)，或用以研究地區(qū)性的板塊運(yùn)動(dòng)或地殼形變規(guī)律等問(wèn)題。另一類(lèi)是區(qū)域性的GPS網(wǎng)，包括城市或地區(qū)性的板塊運(yùn)動(dòng)或地殼形變規(guī)律點(diǎn)間的距離為幾公里至幾十公里，其主要任務(wù)是直接為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。這一定位技術(shù)己普遍應(yīng)用在大地測(cè)量、工程測(cè)量、工程和地殼變形測(cè)量、地籍測(cè)量、航空攝影和海洋測(cè)繪、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、監(jiān)測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等諸多測(cè)量領(lǐng)域?？梢哉J(rèn)為，GPS定位技術(shù)已經(jīng)使經(jīng)典的測(cè)量枯術(shù)經(jīng)歷了一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)的變革，從而進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。精密工程測(cè)量和變形監(jiān)測(cè)，是以毫米級(jí)乃至亞毫米級(jí)為目的的工程測(cè)量工作。隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，其軟件性能也隨之不斷改進(jìn)。在大地測(cè)量方面，利用GPS技術(shù)開(kāi)展國(guó)際聯(lián)測(cè)，建立全球性大地控制網(wǎng)，提供高精度的地心坐標(biāo)，測(cè)定和精化大地水準(zhǔn)面。1992年全國(guó)GPS大會(huì)戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，GPS網(wǎng)點(diǎn)地心坐標(biāo)精度優(yōu)于0.2m，點(diǎn)間位置精度優(yōu)于10-8。在我國(guó)建成了平均邊長(zhǎng)約100km的GPSA級(jí)網(wǎng)，提供了亞米級(jí)精度地心坐標(biāo)基準(zhǔn)。在工程測(cè)量方面，應(yīng)用GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)，布設(shè)精密工程控制網(wǎng)，用于城市和礦區(qū)油田地面沉降監(jiān)測(cè)、大壩變形監(jiān)測(cè)、高層建筑變形監(jiān)測(cè)、隧道貫通測(cè)量等精密工程。加密測(cè)圖控制點(diǎn)，應(yīng)用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)RTK）測(cè)繪各種比例尺地形圖和用于工程建設(shè)中的施工放樣。在航空攝影測(cè)量方面，我國(guó)測(cè)繪工作者也應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行航測(cè)外業(yè)控制測(cè)量、航攝飛行導(dǎo)航、記載GPS航測(cè)等航測(cè)成圖的各個(gè)階段。在地球動(dòng)力學(xué)方面，GPS技術(shù)用于全球板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和區(qū)域板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。我國(guó)已開(kāi)始用GPS技術(shù)監(jiān)測(cè)南極洲板塊、青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)、四川鮮水河地殼斷裂遠(yuǎn)動(dòng)，建立了中國(guó)地殼形變觀測(cè)網(wǎng)、三峽庫(kù)區(qū)形變觀測(cè)網(wǎng)、首都圈GPS形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)等。GPS技術(shù)還用于海洋測(cè)量、水下地形測(cè)繪。此外，在軍事國(guó)防只能交通、郵電通信，地礦、煤礦、石油、建筑以及農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、金融、公安等部門(mén)和行業(yè)，在航空航天、測(cè)時(shí)授時(shí)、物理探礦、姿態(tài)測(cè)定等領(lǐng)域，也都開(kāi)展了GPS技術(shù)的研究和應(yīng)用。2.2GPS的結(jié)成GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分（GPS衛(wèi)星星座）；地面控制部分（地面監(jiān)控系統(tǒng)）；用戶設(shè)備部分（GPS信號(hào)衛(wèi)星接收機(jī)）。2.2.1空間星座部分(1)GPS衛(wèi)星星座全球定位系統(tǒng)的空間星座部分，由24顆衛(wèi)星組成，其中包括3顆可隨時(shí)啟用的備用衛(wèi)星。工作衛(wèi)星分布在6個(gè)近圓形軌道面內(nèi)，每個(gè)軌道面上有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道面相對(duì)地球赤道面的傾角為55°，各軌道平面升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60°，同一軌道上兩衛(wèi)星之間的升交角距相差90°，軌道平均高度為20200km，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時(shí)58分。同時(shí)在地平線以上的衛(wèi)星數(shù)目隨時(shí)間和地點(diǎn)而異，最少為4顆，最多時(shí)達(dá)11顆。上述GPS衛(wèi)星的空間分布，保障了在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻均至少可同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，加之衛(wèi)星信號(hào)的傳播和接收不受天氣的影響，因此GPS是一種全球性、全天候的連續(xù)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。(2)GPS衛(wèi)星及功能GPS衛(wèi)星的主體呈圓柱形，直徑約為1.5m，重約774kg，兩側(cè)設(shè)有兩塊雙葉太陽(yáng)能板，能自動(dòng)對(duì)日定向，以保證衛(wèi)星正常供電。每顆衛(wèi)星配置有4臺(tái)高精度原子鐘（2臺(tái)銣鐘和2臺(tái)艷鐘），這是衛(wèi)星的核心設(shè)備。它將發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)，為GPS定位提供高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。全球定位系統(tǒng)中，GPS只要任務(wù)是：向廣大用戶連續(xù)不斷地發(fā)送導(dǎo)航定位信號(hào)；接收、儲(chǔ)存由地面注入站發(fā)送到衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和其他有關(guān)信息；接收地面主控站通過(guò)注入站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度命令，適時(shí)地調(diào)整衛(wèi)星的姿態(tài)，改正衛(wèi)星運(yùn)行軌道偏差，啟用備有衛(wèi)星。2.2.2地面控制部分GPS工作衛(wèi)星的地面控制系統(tǒng)包括1個(gè)主控站、3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站。主控站設(shè)在美國(guó)本土科羅拉多。主控站的任務(wù)是收集、處理本站和監(jiān)測(cè)站收到的全部資料，編算出每顆衛(wèi)星的星歷和GPS時(shí)間系統(tǒng)，將預(yù)測(cè)的衛(wèi)星星歷、鐘差、狀態(tài)數(shù)據(jù)以及大氣傳播正編制成導(dǎo)航電文傳送到注入站。主控站還負(fù)責(zé)糾正衛(wèi)星的軌道偏差，必須是調(diào)度衛(wèi)星，讓備用衛(wèi)星取代失效的工作衛(wèi)星。注入站的作用是將主控站計(jì)算的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等信息注入到衛(wèi)星中去。注入站現(xiàn)在又3個(gè)，分別設(shè)在印度洋的迭哥加西亞、南大西洋阿松森群島和南太平洋的卡瓦加蘭。現(xiàn)有5個(gè)地面站均具有監(jiān)測(cè)站的功能除了主控站外，其他4個(gè)分別位于夏威夷、阿松森群島、迭哥加西亞、卡瓦加蘭。監(jiān)測(cè)站是在主控站控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心，所以觀測(cè)資料由計(jì)算機(jī)進(jìn)行初步處理，并儲(chǔ)存盒傳送到主控站，用以確定衛(wèi)星的軌道。整個(gè)GPS的地面監(jiān)控部分，除主控站外均無(wú)人值守。各站間用現(xiàn)代化的通訊網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，在原子鐘和計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)和精確控制下，各項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。2.2.3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)備所組成。GPS接收機(jī)硬件，一般包括主機(jī)、天線、控制器和電源，主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測(cè)衛(wèi)星的信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測(cè)量。用戶設(shè)備一般為計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、氣象儀器等，主要功能是對(duì)所接收到的GPS信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處理，以便測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測(cè)站的三維位置，甚至三維速度和時(shí)間，并經(jīng)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位。數(shù)據(jù)處理軟件是指各種后處理軟件包，其主要作用是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精加工，以便獲得精密定位結(jié)果。2.3GPS定位原理及分類(lèi)GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。如圖2.1所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式：圖2.1圖名上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)x、y、z和Vto為未知參數(shù)，其中di=c△ti(i=1、2、3、4)。di(i=1、2、3、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離?！鱰i(i=1、2、3、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。c為GPS信號(hào)的傳播速度(即光速)。四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下：x、y、z為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。Vti(i=1、2、3、4)分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。Vto為接收機(jī)的鐘差。由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z和接收機(jī)的鐘差Vto。利用GPS進(jìn)行定位的方法有很多種。若按照參考點(diǎn)的位置不同，則定位方法可分為絕對(duì)定位和相對(duì)定位。絕對(duì)定位：即在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，利用一臺(tái)接收機(jī)來(lái)測(cè)定該點(diǎn)相對(duì)于協(xié)議地球質(zhì)心的位置，也叫單點(diǎn)定位。這里可認(rèn)為參考點(diǎn)及協(xié)議地球質(zhì)心想重合。GPS定位所采用的協(xié)議地球坐標(biāo)系為WGS-84坐標(biāo)系。因此絕對(duì)定位的坐標(biāo)最初成果為WGS-84坐標(biāo)。相對(duì)定位：即在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，利用兩臺(tái)以上的接收機(jī)測(cè)定觀測(cè)點(diǎn)至某一地面參考點(diǎn)（已知點(diǎn)）之間的相對(duì)位置。也就是測(cè)定地面參考點(diǎn)到未知點(diǎn)的坐標(biāo)增量。由于星歷誤差和大氣折射誤差有相關(guān)性，所以通過(guò)觀測(cè)量求差可消除這些誤差，因此相對(duì)定位的精度遠(yuǎn)高于絕對(duì)定位的精度。按用戶接收機(jī)在作業(yè)中的遠(yuǎn)動(dòng)狀態(tài)不同，則定位方法可分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。靜態(tài)定位：即在定位過(guò)程中，將接收機(jī)安置在測(cè)站點(diǎn)上并固定不動(dòng)。嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，這種靜止?fàn)顟B(tài)只是相對(duì)的，通常指接收機(jī)相對(duì)于其周?chē)c(diǎn)位沒(méi)有發(fā)生變化。動(dòng)態(tài)定位：即在定位過(guò)程中，接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。GPS絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，有都包含靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。即動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位、靜態(tài)絕對(duì)定位、動(dòng)態(tài)相對(duì)定位和靜態(tài)相對(duì)定位。2.4高程測(cè)量原理常規(guī)的三角高程測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量的點(diǎn)位高程是在一個(gè)起伏的封閉的大地水準(zhǔn)面上得到的，通過(guò)常規(guī)水準(zhǔn)測(cè)量得到的海拔高是正高。GPS測(cè)量的點(diǎn)位海拔高是在橢球體表面上得到的，它是一個(gè)平滑的表面，GPS測(cè)得的高程是大地高。大地高和正高及大地水準(zhǔn)面高有一種近似的關(guān)系，大地水準(zhǔn)面高是兩個(gè)參考表面間的距離，在水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行GPS觀測(cè)能得到大地水準(zhǔn)面高，因?yàn)樵谶@個(gè)點(diǎn)的大地高和正高通過(guò)測(cè)量可以得到。GPS水準(zhǔn)網(wǎng)測(cè)量、重力測(cè)量結(jié)合海拔高模型能構(gòu)成大地水準(zhǔn)面模型，在本區(qū)域的其它點(diǎn)的大地水準(zhǔn)面高就能推算出。這些點(diǎn)的水準(zhǔn)面高的精度由各種測(cè)量精度和構(gòu)造模型來(lái)決定。這個(gè)高程等式ｈ＝H＋N只是一個(gè)近似等式，因?yàn)檎叩臏y(cè)量是沿著鉛垂線到大地水準(zhǔn)面，而大地高和大地水準(zhǔn)面高的測(cè)量是沿著法線到橢球體表面。在陸地測(cè)量應(yīng)用中，這個(gè)高程等式的近似誤差小于1厘米。CPS測(cè)量的大地高受測(cè)量誤差、大氣傳播誤差、多路徑誤差的影響。正高受水準(zhǔn)測(cè)量誤差、重力改正誤差的影響，而大地水準(zhǔn)面受重力測(cè)量、地形高模型誤差以及GPS水準(zhǔn)誤差的影響。由于這些誤差特別是大地水準(zhǔn)面高誤差的影響，使得上面高程等式導(dǎo)出的正高誤差較大，可能達(dá)到亞米級(jí)或更大。但是，影響正高、大地高和大地水準(zhǔn)面高的一些誤差源是空間相關(guān)的，即對(duì)附近的點(diǎn)一般是共同的。因此，附近點(diǎn)間的高差的不確定性比每一點(diǎn)的絕對(duì)高程的不確定性要小得多。實(shí)踐證明，對(duì)于短基線(小于10公里)上的橢球高差，目前可以確定到2cm。大地水準(zhǔn)面高差的精度取決于重力網(wǎng)的密度、觀測(cè)和內(nèi)插的重力異常的不確定性。以美國(guó)大地水準(zhǔn)面為例，其高差的不確定性，對(duì)于20公里以內(nèi)的距離一般小于1厘米，對(duì)于20－50公里的距離一般小于2－3厘米。由GPS導(dǎo)出的正高精度和大地高精度基本一樣，二者的精度微小差異一般是由于大地水準(zhǔn)面模型和用來(lái)計(jì)算高程系統(tǒng)之差的正高的誤差引起的。2.5坐標(biāo)系統(tǒng)及坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換2.5.1坐標(biāo)系統(tǒng)大地坐標(biāo)系是大地測(cè)量中以參考橢球面為基準(zhǔn)面建立起來(lái)的坐標(biāo)系。地面點(diǎn)的位置用大地經(jīng)度、大地緯度和大地高度表示。大地坐標(biāo)系的確立包括選擇一個(gè)橢球、對(duì)橢球進(jìn)行定位和確定大地起算數(shù)據(jù)。一個(gè)形狀、大小和定位、定向都已確定的地球橢球叫參考橢球。參考橢球一旦確定，則標(biāo)志著大地坐標(biāo)系已經(jīng)建立。大地坐標(biāo)系亦稱(chēng)為地理坐標(biāo)系。大地坐標(biāo)系為右手系。是以地球橢球赤道面和大地起始子午面為起算面并依地球橢球面為參考面而建立的地球橢球面坐標(biāo)系。它是大地測(cè)量的基本坐標(biāo)系，其大地經(jīng)度L、大地緯度B和大地高H為此坐標(biāo)系的3個(gè)坐標(biāo)分量。它包括地心大地坐標(biāo)系和參心大地坐標(biāo)系。（1）WGS-84大地坐標(biāo)系WGS-84坐標(biāo)系的幾何定義是:原點(diǎn)位于地球質(zhì)心，Z軸指向BHI1984.0定義的協(xié)議地球極(CTP)方向，X軸指向BIH1984.0的零子午面和CIP赤道的交點(diǎn)，Y軸及Z、X軸成右手坐標(biāo)系。對(duì)應(yīng)于WGS-84大地坐標(biāo)系有一個(gè)WGS-84橢球。WGS84橢球及有關(guān)參數(shù)采用國(guó)際大地測(cè)量和地球物理聯(lián)合會(huì)第17屆大會(huì)大地測(cè)量常數(shù)的推薦值，四個(gè)基本參數(shù)是:長(zhǎng)半軸：a=6378137±2m地心引力常數(shù)(含大氣層):正常化二階諧系數(shù)(不用J2而用是為了保持及WGS-84的地球重力場(chǎng)模型系數(shù)一致)；地球自轉(zhuǎn)角速度:橢球常數(shù)為：WGS-84大地水準(zhǔn)面高N等于由GPS定位測(cè)定的點(diǎn)的大地高減該點(diǎn)的正高。N值可以利用地球重力場(chǎng)模型系數(shù)計(jì)算得出，也可以用特殊的數(shù)學(xué)方法精確計(jì)算局部大地水準(zhǔn)面高N。大地水準(zhǔn)面高N確定之后，便可利用計(jì)算GPS點(diǎn)的正高。（2）國(guó)家大地坐標(biāo)系我過(guò)目前常用的兩個(gè)國(guó)家大地坐標(biāo)系是1954年北京坐標(biāo)系和1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系。1954年北京坐標(biāo)系20世紀(jì)50年代，在我國(guó)天文大地網(wǎng)建立初期，鑒于當(dāng)時(shí)的歷史條件，采用了克拉索夫基橢球元素（ａ＝6378245m，ｆ=1/298.3），并及前蘇聯(lián)1942年普爾科沃坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測(cè)，通過(guò)計(jì)算建立了我國(guó)大地坐標(biāo)系，定名為1954年北京坐標(biāo)系。幾十年來(lái)，我國(guó)按1954年北京坐標(biāo)系完成了大量的測(cè)繪工作，在該坐標(biāo)系上，實(shí)施了天文大地網(wǎng)局部平差，通過(guò)高斯-克呂格投影，得到點(diǎn)的平面坐標(biāo)，測(cè)制了各種比例尺地形圖。這一坐標(biāo)系在國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮了巨大的作用。=2\*GB3②1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系為了進(jìn)行全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差，采用了新的橢球元素和進(jìn)行了新的定位及定向，1978年以后，建立了1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系。1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系的大地原點(diǎn)設(shè)在我國(guó)中部——陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)。1980年西安大地坐標(biāo)系所采用的地球橢球參數(shù)的四個(gè)幾何和物理參數(shù)采I-UGG1975年的推薦值，它們是:橢球長(zhǎng)半徑a=6378140m地球引力常數(shù)重力場(chǎng)二階帶諧系數(shù)地球自轉(zhuǎn)角速度橢球的短軸Z軸平行于地球質(zhì)心指向1968.0JYD地極原點(diǎn)方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面；X軸在大地起始于子午面內(nèi)魚(yú)Z軸垂直指向經(jīng)度零方向；Y軸及Z,X軸成為右手坐標(biāo)系。=3\*GB3③2000國(guó)家大地坐標(biāo)系我國(guó)目前使用的1954年北京坐標(biāo)系和1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（有稱(chēng)1980西安坐標(biāo)系），都是采用常規(guī)的大地測(cè)量技術(shù)建立的二維參心坐標(biāo)系。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，尤其是空間技術(shù)的發(fā)展，迫切需要建立三維地心坐標(biāo)系，而2000國(guó)家大地坐標(biāo)系是由2000國(guó)家GPS大地控制網(wǎng)、2000國(guó)家重力基本網(wǎng)及用常規(guī)大地測(cè)量技術(shù)建立的國(guó)家天文大地網(wǎng)聯(lián)合平差獲得的三維地心坐標(biāo)系。2000國(guó)家大地坐標(biāo)系采用的地球橢球參數(shù)如下：長(zhǎng)半軸a＝6378137m扁率f＝1/298.257222101地心引力常數(shù)GM＝3.986004418×1014m3s-2自轉(zhuǎn)角速度ω＝7.292l15×10-5rads-1正常橢球及參考橢球一致。2000國(guó)家大地坐標(biāo)系將是全國(guó)統(tǒng)一采用的大地基準(zhǔn)。2.5.2坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換同一坐標(biāo)系統(tǒng)下坐標(biāo)有多種不同的表現(xiàn)形式，一種形式實(shí)際上就是一種坐標(biāo)系。如空間直角坐標(biāo)系（X，Y，Z）、大地坐標(biāo)系（B，L）、平面直角坐標(biāo)（x,y）等。通過(guò)坐標(biāo)統(tǒng)的轉(zhuǎn)換我們得到了BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)下的空間直角坐標(biāo)，我們還須在BJ54坐標(biāo)系統(tǒng)下再進(jìn)行各種坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，直至得到工程所需的坐標(biāo)。將空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成大地坐標(biāo)系，得到大地坐標(biāo)(B,L)：L=arctan(Y/X)B=arctan{(Z+Ne2sinB)/(X2+Y2)0.5}H=(X2+Y2)0.5sinB-N用上式采用迭代法求出大地坐標(biāo)（B，L）2．將大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成高斯坐標(biāo)系，得到高斯坐標(biāo)（x,y）按高斯投影的方法求得高斯坐標(biāo)，x=F1(B,L),y=F2(B,L)3．將高斯坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成任意獨(dú)立坐標(biāo)系，得到獨(dú)立坐標(biāo)（x’,y’）在小范圍內(nèi)測(cè)量，我們可以將地面當(dāng)作平面，用簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)、平移便可將高斯坐標(biāo)換成工程中所采用坐標(biāo)系的坐標(biāo)(x’,y’)，x’=xcosα+ysinαy’=ycosα-xsinα

第三章GPSRTK測(cè)量基本原理3.1RTK的基本介紹常規(guī)的GPS測(cè)量方法，如靜態(tài)、快速靜態(tài)、動(dòng)態(tài)測(cè)量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級(jí)的精度，而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級(jí)定位精度的測(cè)量方法，它采用了載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分（Real-timekinematic）方法，是GPS應(yīng)用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測(cè)圖，各種控制測(cè)量帶來(lái)了新曙光，極大地提高了外業(yè)作業(yè)效率。高精度的GPS測(cè)量必須采用載波相位觀測(cè)值，RTK定位技術(shù)就是基于載波相位觀測(cè)值的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)，它能夠?qū)崟r(shí)地提供測(cè)站點(diǎn)在指定坐標(biāo)系中的三維定位結(jié)果，并達(dá)到厘米級(jí)精度。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過(guò)數(shù)據(jù)鏈將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過(guò)數(shù)據(jù)鏈接收來(lái)自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，同時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果，歷時(shí)不足一秒鐘。流動(dòng)站可處于靜止?fàn)顟B(tài)，也可處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；可在固定點(diǎn)上先進(jìn)行初始化后再進(jìn)入動(dòng)態(tài)作業(yè)，也可在動(dòng)態(tài)條件下直接開(kāi)機(jī)，并在動(dòng)態(tài)環(huán)境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周未知數(shù)解固定后，即可進(jìn)行每個(gè)歷元的實(shí)時(shí)處理，只要能保持四顆以上衛(wèi)星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。3.2RTK的基本工作原理RTK（RealTimeKinematic）實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，是以載波相位觀測(cè)為根據(jù)的實(shí)時(shí)差分GPS（RTDGPS）技術(shù)，它是測(cè)量技術(shù)發(fā)展里程中的一個(gè)突破，它由基準(zhǔn)站接收機(jī)、數(shù)據(jù)鏈、流動(dòng)站接收機(jī)三部分組成。RTK基本工作原理：在已知高等級(jí)點(diǎn)上（基準(zhǔn)站）安置1臺(tái)接收機(jī)為參考站，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將其觀測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)站信息，通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)地發(fā)送給流動(dòng)站，流動(dòng)站GPS接收機(jī)在接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的同時(shí)，通過(guò)無(wú)線接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，實(shí)時(shí)解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)及其精度（即基準(zhǔn)站和流動(dòng)站坐標(biāo)差△X、△Y、△H，加上基準(zhǔn)坐標(biāo)得到的每個(gè)點(diǎn)的WGS－84坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)得出流動(dòng)站每個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)X、Y和海拔高H）。3.3RTK作業(yè)流程1、收集資料首先收集測(cè)區(qū)的控制點(diǎn)資料，包括坐標(biāo)系及控制點(diǎn)；外業(yè)踏勘，視其控制點(diǎn)是否能作為基準(zhǔn)點(diǎn)。2、求定測(cè)區(qū)轉(zhuǎn)換參數(shù)GPS（RTK）測(cè)量是在WGS-84坐標(biāo)系中進(jìn)行的，而各種工程測(cè)量和定位是在地方或北京54坐標(biāo)系中進(jìn)行的，他們之間存在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換是在事后處理時(shí)進(jìn)行的，而GPS（RTK）是用于實(shí)時(shí)測(cè)量，要求及時(shí)給出地方坐標(biāo)或北京54坐標(biāo)，因此，首先必須求出測(cè)區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)。計(jì)算測(cè)區(qū)的轉(zhuǎn)換參數(shù)，需已知點(diǎn)至少3個(gè)以上，且分別是WGS-84地心坐標(biāo)、北京54坐標(biāo)或地方坐標(biāo)。該點(diǎn)最好選在測(cè)區(qū)四周及中心,均勻分布,能有效地控制測(cè)區(qū)。為了檢驗(yàn)轉(zhuǎn)換參數(shù)的精度和可靠性，最好利用最小二乘法選三個(gè)以上的點(diǎn)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)。3、外業(yè)數(shù)據(jù)采集1）控制測(cè)量：在進(jìn)行碎部測(cè)量之前需要進(jìn)行控制點(diǎn)的布設(shè)和測(cè)量?？刂泣c(diǎn)的主要任務(wù)是用做GPSRTK測(cè)量的基準(zhǔn)站。2）利用GPSRTK及全站儀組合測(cè)量碎部：在單位采用“RTK+全站儀”模式進(jìn)行碎部測(cè)量。這種作業(yè)模式分為兩個(gè)步驟：首先利用RTK測(cè)量圖根控制點(diǎn)；然后利用全站儀測(cè)量碎部點(diǎn)。利用RTK進(jìn)行圖根控制測(cè)量時(shí)，可以采用“1個(gè)基準(zhǔn)站+多個(gè)流動(dòng)站”的作業(yè)模式。3）利用GPSRTK測(cè)量碎部點(diǎn)：在地勢(shì)上空開(kāi)闊的地區(qū)，完全可以用RTK或CORS系統(tǒng)的RTK作業(yè)模式測(cè)量碎部點(diǎn)，其測(cè)量速度比全站儀更快。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，1個(gè)GPS流動(dòng)站的作業(yè)速度是1臺(tái)全站儀作業(yè)速度的2－4倍。4、內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理主要包括GPS數(shù)據(jù)處理和利用成圖軟件進(jìn)行數(shù)字化成圖兩項(xiàng)內(nèi)容。前者所需時(shí)間較短，而后者工作比較煩瑣，所需時(shí)間較長(zhǎng)。3.4RTK誤差來(lái)源(1)同儀器和GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差:包括天線軌道誤差、鐘誤差、觀測(cè)誤差等;(2)同信號(hào)傳播有關(guān)的誤差:包括電離層誤差、對(duì)流層誤差、多路徑效應(yīng)、信號(hào)干擾等。對(duì)固定基準(zhǔn)站而言，同儀器和GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差可通過(guò)各種校正方法予以削弱，同信號(hào)傳播有關(guān)的誤差將隨移動(dòng)站至基準(zhǔn)站的距離的增加而加大，所以RTK的有效作業(yè)半徑是有限的(一般為5km內(nèi))。

第四章GPS控制網(wǎng)的布設(shè)方法4.1GPS網(wǎng)的布設(shè)方法GPS網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有以下幾種：（1）跟蹤站式（2）會(huì)戰(zhàn)式（3）多基準(zhǔn)站式（樞紐點(diǎn)式）（4）同步圖形擴(kuò)展式（5）單基準(zhǔn)站式1．跟蹤站式（1）布網(wǎng)形式若干臺(tái)接收機(jī)長(zhǎng)期固定安放在測(cè)站上，進(jìn)行常年、不間斷的觀測(cè)，即一年觀測(cè)365天，一天觀測(cè)24小時(shí)，這種觀測(cè)方式很象是跟蹤站，因此，這種布網(wǎng)形式被稱(chēng)為跟蹤站式。（2）特點(diǎn)接收機(jī)在各個(gè)測(cè)站上進(jìn)行了不間斷的連續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量大，而且在處理采用這種方式所采集的數(shù)據(jù)時(shí)，一般采用精密星歷，因此，采用此種形式布設(shè)的GPS網(wǎng)具有很高的精度和框架基準(zhǔn)特性。每個(gè)跟蹤站為保證連續(xù)觀測(cè)，一般需要建立專(zhuān)門(mén)的永久性建筑即跟蹤站，用以安置儀器設(shè)備，這使得這種布網(wǎng)形式的觀測(cè)成本很高。此種布網(wǎng)形式一般用于建立GPS跟蹤站（AA級(jí)網(wǎng)），對(duì)于普通用途的GPS網(wǎng)，由于此種布網(wǎng)形式觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、成本高，故一般不被采用。2．會(huì)戰(zhàn)式（1）布網(wǎng)形式在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，一次組織多臺(tái)GPS接收機(jī)，集中在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，共同作業(yè)。在作業(yè)時(shí)，所有接收機(jī)在若干天的時(shí)間里分別在同一批點(diǎn)上進(jìn)行多天、長(zhǎng)時(shí)段的同步觀測(cè)，在完成一批點(diǎn)的測(cè)量后，所有接收機(jī)又都遷移到另外一批點(diǎn)上進(jìn)行相同方式的觀測(cè)，直至所有的點(diǎn)觀測(cè)完畢，這就是所謂的會(huì)戰(zhàn)式的布網(wǎng)。（2）特點(diǎn)所布設(shè)的GPS網(wǎng)，因?yàn)楦骰€均進(jìn)行過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間、多時(shí)段的觀測(cè)，因而具有特高的尺度精度。此種布網(wǎng)方式一般用于布設(shè)A、B級(jí)網(wǎng)。3．多基準(zhǔn)站式（1）布網(wǎng)形式若干臺(tái)接收機(jī)在一段時(shí)間里長(zhǎng)期固定在某幾個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，這些測(cè)站稱(chēng)為基準(zhǔn)站，在基準(zhǔn)站進(jìn)行觀測(cè)的同時(shí)，另外一些接收機(jī)則在這些基準(zhǔn)站周?chē)嗷ブg進(jìn)行同步觀測(cè)。（2）特點(diǎn)所布設(shè)的GPS網(wǎng)，由于在各個(gè)基準(zhǔn)站之間進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，因此，可以獲得較高精度的定位結(jié)果，這些高精度的基線向量可以作為整個(gè)GPS網(wǎng)的骨架，具較強(qiáng)的圖形結(jié)構(gòu)。4．同步圖形擴(kuò)展式（1）布網(wǎng)形式多臺(tái)接收機(jī)在不同測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)，在完成一個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)后，又遷移到其它的測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)，每次同步觀測(cè)都可以形成一個(gè)同步圖形，在測(cè)量過(guò)程中，不同的同步圖形間一般有若干個(gè)公共點(diǎn)相連，整個(gè)GPS網(wǎng)由這些同步圖形構(gòu)成。（2）特點(diǎn)具有擴(kuò)展速度快，圖形強(qiáng)度較高，且作業(yè)方法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。同步圖形擴(kuò)展式是布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)最常用的一種布網(wǎng)形式。5．單基準(zhǔn)站式（1）布網(wǎng)形式又稱(chēng)作星形網(wǎng)方式，它是以一臺(tái)接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，在某個(gè)測(cè)站上連續(xù)開(kāi)機(jī)觀測(cè)，其余的接收機(jī)在此基準(zhǔn)站觀測(cè)期間，在其周?chē)鲃?dòng)，每到一點(diǎn)就進(jìn)行觀測(cè)，流動(dòng)的接收機(jī)之間一般不要求同步，這樣，流動(dòng)的接收機(jī)每觀測(cè)一個(gè)時(shí)段，就及基準(zhǔn)站間測(cè)得一條同步觀測(cè)基線，所有這樣測(cè)得的同步基線就形成了一個(gè)以基準(zhǔn)站為中心的星形。流動(dòng)的接收機(jī)有時(shí)也稱(chēng)為流動(dòng)站。（2）特點(diǎn)單基準(zhǔn)站式的布網(wǎng)方式的效率很高，但是由于各流動(dòng)站一般只及基準(zhǔn)站之間有同步觀測(cè)基線，故圖形強(qiáng)度很弱，為提高圖形強(qiáng)度，一般需要每個(gè)測(cè)站至少進(jìn)行兩次觀測(cè)。4.2GPS網(wǎng)的多路徑效應(yīng)GPS衛(wèi)星信號(hào)從高空向地面發(fā)射，若接收機(jī)天線周?chē)懈叽蠼ㄖ锘蛩鏁r(shí)，建筑物和水面對(duì)電磁波具有強(qiáng)反射作用，天線接收的信號(hào)不但有直接從衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)(直接波)，還有從反射體反射的電磁波信號(hào)(反射波)，這兩種信號(hào)產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真實(shí)值，GPS定位產(chǎn)生誤差，該誤差稱(chēng)為多路徑效應(yīng)。多路徑效應(yīng)誤差會(huì)嚴(yán)重影響CPS測(cè)量的精度，甚至還會(huì)引起信號(hào)的失鎖。在實(shí)際測(cè)量中接收到的信號(hào)是直接波和反射波產(chǎn)生干涉后的疊加信號(hào)。反射體相對(duì)于接收天線的位置而言有垂直面、水平面和斜面三種情況，反射體的物質(zhì)屬性可以是水面、地面(包括山坡)和測(cè)站周?chē)慕ㄖ锏取?lái)自衛(wèi)星的直接信號(hào)和經(jīng)反射體反射后的信號(hào)所經(jīng)過(guò)的路程長(zhǎng)度是不一樣的，兩種路程長(zhǎng)度的差值稱(chēng)為程差或沖離延遲量。

第五章GPS在工程測(cè)量中的應(yīng)用實(shí)例分析測(cè)量工作主要應(yīng)用了GPS兩大功能：靜態(tài)功能和動(dòng)態(tài)功能。靜態(tài)功能是通過(guò)接收到的衛(wèi)星信息，確定地面某點(diǎn)的三維坐標(biāo)；動(dòng)態(tài)功能是通過(guò)衛(wèi)星系統(tǒng)，把已知的三維坐標(biāo)點(diǎn)位，實(shí)地放樣地面上。建筑工程測(cè)量中推廣使用了靜態(tài)功能這一技術(shù)。經(jīng)過(guò)多次的復(fù)測(cè)驗(yàn)證，GPS技術(shù)定線測(cè)量的精度可以完全滿足公路勘察設(shè)計(jì)和公路建設(shè)的精度要求。GPS靜態(tài)測(cè)量法就是根據(jù)制定的觀測(cè)方案，將三臺(tái)GPS接收機(jī)安置在待定點(diǎn)上同事接收衛(wèi)星信號(hào)，直至將所有環(huán)路觀測(cè)完畢。觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)平差計(jì)算得到該點(diǎn)的坐標(biāo)。大地測(cè)量法主要采用大地測(cè)量?jī)x器如經(jīng)緯儀、全站儀、測(cè)距儀等。國(guó)道高速連接線控制網(wǎng)采用側(cè)邊網(wǎng)，高程采用測(cè)距三角高程，按照觀測(cè)技術(shù)要求進(jìn)行施測(cè)。外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)處理并進(jìn)行平差計(jì)算。某建筑小區(qū)內(nèi)的三座樓由于城市規(guī)劃的需要，要求進(jìn)行實(shí)地的放樣和變形監(jiān)測(cè)，以下表5.1是建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)地放樣工作是嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)完成。變形監(jiān)測(cè)部分是其建筑建至地上一層是完成。通過(guò)在各個(gè)樓角上架設(shè)GPSRTK進(jìn)行10分的靜態(tài)觀測(cè)，得出了新的觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得出了表5.2的測(cè)量數(shù)據(jù)。運(yùn)用全站儀常規(guī)測(cè)量方法，在D1已知控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀，然后以D2為后視點(diǎn)，通過(guò)對(duì)每個(gè)樓角的進(jìn)行觀測(cè)得出坐標(biāo)數(shù)據(jù)；然后在D2點(diǎn)上架設(shè)全站儀，以D3點(diǎn)位后視點(diǎn)進(jìn)行其他觀測(cè)角的觀測(cè)；最后在D3點(diǎn)上架設(shè)全站儀，以D1為后視點(diǎn)，進(jìn)行最后觀測(cè)；由于三個(gè)已知控制點(diǎn)本身存在的誤差及人員觀測(cè)的誤差，獲得了表5.4的坐標(biāo)數(shù)據(jù)。表5.1是某建筑小區(qū)內(nèi)某三座樓的測(cè)量數(shù)據(jù)。表5.1某建筑設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào)縱坐標(biāo)X（m）橫坐標(biāo)Y（m）A117783.03058598.550A217783.03058579.450A317847.43058579.450A417847.43058598.550A517867.04058598.250A617867.04058561.920A717921.44058579.150A817921.44058598.250A917857.02058561.920A1017857.02058536.800A1117921.74058536.800A1217921.74058533.580A1317930.51058533.580A1417930.51058561.920A1517921.74058561.920表5.2某建筑拓普康GPSRTK測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)號(hào)縱坐標(biāo)X（m）橫坐標(biāo)Y（m）A117783.03458598.548A217783.03858579.453A317847.42458579.451A417847.43258598.547A517867.03558598.248A617867.04158561.926A717921.43358579.156A817921.44658598.250A917857.02058561.917A1017857.02458