GPS控制測量及地形圖測繪新技術(shù)培訓(xùn).

1、GPS控制測量及地形圖測繪新技術(shù)培訓(xùn)第一部分GPS測量、GNSS的概念說起衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，人們就會想到 GPS，但是現(xiàn)在，伴隨著眾多衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的興起，全球衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有了一個全新的 稱呼：GNSS 系統(tǒng)GNSS 是 Global Navigation Satellite System （全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）的縮寫。目前GNSS系統(tǒng)分為全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)和區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1. GNSS系統(tǒng)介紹主要功能：1.導(dǎo)航2.定位測量3.授時特點：全球地面覆蓋，無須通視；實時，全天候；成果精度高；勞動強(qiáng)度低，自動化程度高；真三維坐標(biāo) 美國的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning Sy

2、stem）是第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是在原子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（第一代）的基礎(chǔ)上發(fā)展 的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗。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。全球定位系統(tǒng)的空間部分使用24顆高度約2.02萬公里的衛(wèi)星組成。21+3顆衛(wèi)星均為近圓形軌道，運行周期約為 11 小時58分，分布在六個軌道面上（每軌道面四顆），軌道傾角為55度。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，任何時間都可觀測到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定 位解算精度的幾何圖形（DOP ）。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?俄羅斯的格洛納斯全球衛(wèi)星系統(tǒng)格洛納斯GLONASS是俄語中 全球衛(wèi)星導(dǎo)

3、航系統(tǒng)GLOBALNAVIGATION SATELLITE SYSTE 的縮寫。作用類似于美國的 GPS、歐洲的伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)。最早開發(fā)于蘇聯(lián)時期，后由俄羅斯繼續(xù)該計劃。俄羅斯1993年開始獨自建立本國的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。按計劃，該系統(tǒng)將于2007年年底之前開始運營，屆時只開放俄羅斯境內(nèi)衛(wèi)星定位及導(dǎo)航服務(wù)。到2009年年底前，其服務(wù)范圍將拓展到全球。該系統(tǒng)主要服務(wù)內(nèi)容包括確定陸地、海上及空中目標(biāo)的 坐標(biāo)及運動速度信息等。GLONASS的工作衛(wèi)星有21顆，分布在3個軌道平面上，同時有三顆備份星。這三個軌道平面兩兩相隔120度，同一平面內(nèi)的衛(wèi)星之間相隔 45度。每顆衛(wèi) 星都在高19100公里、

4、64.8度傾角的軌道上運行。衛(wèi)星運行周期 11小時15分鐘。地面控制部分全部都位于前蘇聯(lián)領(lǐng)土境內(nèi)，地面控制中心和時間標(biāo)準(zhǔn)位于莫斯科，遙測和跟蹤站位于圣彼得堡、Ternopol、Eni seisk和共青城。 歐洲的伽利略定位系統(tǒng)”（Galileo）:Galileo系統(tǒng)是歐洲計劃建設(shè)的新一代民用全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，預(yù)計2008年系統(tǒng)建成并投入運營。星座由30顆衛(wèi)星組成。采用中等地球軌道，均勻分布在高度 約為2.3萬公里的3個軌道面上，包括27顆工作星和3顆備份衛(wèi)星。位于3個傾 角為56度的軌道平面內(nèi)。系統(tǒng)的典型功能是信號中繼，即向用戶接收機(jī)的數(shù)據(jù)傳 輸可以通過一種特殊的聯(lián)系方式或其他系統(tǒng)的中繼來實現(xiàn)

5、，例如通過移動通信網(wǎng)來 實現(xiàn)。伽利略”接收機(jī)不僅可以接受本系統(tǒng)信號，而且可以接受GPS、格洛納斯”這兩大系統(tǒng)的信號，并且具有導(dǎo)航功能與移動電話功能相結(jié)合、與其他導(dǎo)航系 統(tǒng)相結(jié)合的優(yōu)越性能。該系統(tǒng)除了 30顆中高度圓軌道衛(wèi)星外，還有2個地面控制 中心。 伽利略”系統(tǒng)將為歐盟成員國和中國的公路、鐵路、空中和海洋運輸甚至徒步旅行者有保障地提供精度為1米的定位導(dǎo)航服務(wù)，從而也將打破美國 獨霸全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的格局。 中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou （COMPASS Navigation Satellite System衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗一號是一個已投入使用的區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，北斗二號則是 一個

6、正在建設(shè)中的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗二號”將由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，提供兩種服務(wù)方式，即開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)，預(yù)計將于2020年前建成由30多顆衛(wèi)星組成的、覆蓋全球的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 區(qū)域性衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有印度的（IRNSS ）以及日本的GPS增強(qiáng)系統(tǒng)。 只為本國提供服務(wù)。3. GPS定位原理是根據(jù)高速運動衛(wèi)星的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 的方法，確定待測點的位置。GPS定位是根據(jù)測量中的距離交會定點原理實現(xiàn) 的。如圖所示，在待 測點設(shè)置GPS接收機(jī)，在某一時刻tk同時接收到3顆以上衛(wèi) 星S1、S2、S3、S4所發(fā)出的信號。通過數(shù)據(jù)處理和計算，可求得

7、該時刻接收機(jī)天 線中心(測站點)至衛(wèi)星的距離 p1 p 2 p 3 p4根據(jù)衛(wèi)星星歷可查到該時刻 4 顆衛(wèi)星的三維坐標(biāo)(Xj，Yj，Zj )，j = 1, 2, 3,從而由下式解算出待測點的三維坐 標(biāo)(X，丫，Z )(第四式用于檢核：p 12=( XX 1 2+( 丫-丫 1 2+( Z-Z 1 2p 22=( XX 2 2+( 丫-丫 2 2+( Z-Z 2 2p 32=( XX 3 2+( 丫-丫 3 2+( Z-Z 3 2p 42=( XX 4 2+( 丫-丫 4 2+( Z-Z 3 24. GPS的定位模式 相對定位：相對定位是目前 GPS測量中精度最高的一種定位方法，它廣泛用于高精度

8、測量工作中。由于 GPS測量結(jié)果中不可避免地存在著種種誤差；但這些誤差對觀測量的影響具有一定的相關(guān)性，所以利用這些觀測量的不同線性組合進(jìn) 行相對定位，便可能有效地消除或減弱上述誤差的影響，提高GPS定位的精度，同時消除了相關(guān)的多余參數(shù)，也大大方便了GPS的整體平差工作。如果用平均誤差量與兩點間的長度相比的相對精度來衡量，GPS相位相對定位的方法的相對定位精度一般可以達(dá)10-6( 1ppm )，最高可接近10-9。靜態(tài)相對定位的最基本情況是用兩臺 GPS接收機(jī)分別安置在基線的兩端，固 定不動；同步觀測相同的 GPS衛(wèi)星，以確定基線端點在 WGS 84坐標(biāo)系中的相 對位置或基線向量，由于在測量過程

9、中，通過重復(fù)觀測取得了充分的多余觀測數(shù) 據(jù)，從而改善了 GPS定位的精度。 單點定位：SPP( Single Point Positioning )，其優(yōu)點是只需用一臺接收機(jī)即 可獨立確定待求點的絕對坐標(biāo)；且觀測方便，速度快，數(shù)據(jù)處理也較簡單。主要缺點是精度較低，一般來說，只能達(dá)到米級的定位精 度，目前的手持GPS接收機(jī)大多采用的該技術(shù)。 精密單點定位：PPP(Precise Poi nt Positio ning利用載波相位觀測值以及由IGS等組織提供的高精度的衛(wèi)星鐘差來進(jìn)行高精度單點定位的方法。目前，根據(jù)一 天的觀測值所求得的點位平面位置精度可達(dá)2-3cm,高程精度可達(dá)34cm,實時定位的

10、精度可達(dá)分米級。但該定位方式所需顧及方面較多，如精密星歷、天線相位中 心偏差改正、地球固體潮改正、海潮負(fù)荷改正、引力延遲改正、天體軌道攝動改正 等，所以精密單點定位目前還處于研究、發(fā)展階段，有些問題還有待深入研究解 決。由于該定位方式只需一臺 GPS接收機(jī)，作業(yè)方式簡便自由，所以 PPP已成為 當(dāng)前GPS領(lǐng)域一個研究熱點。根據(jù)定位模式：絕對定位、相對定位、差分定位單點定位定位方法觀測值衛(wèi)星星用觀測時間精度單點能位測碼偽距廣播雖歷單歷元20 -斗0 m數(shù)小時米級找波相位單歷元分米級厘米級羞分OPS測碼偽即廣播星歷單歷尤D 15km分米級、亞米級15 kmD5. GPS系統(tǒng)的組成（以美國的全球定位

11、系統(tǒng)（GPS ）為例）全球定位系統(tǒng)（Global Positioning SystemGPS）是美國從本世紀(jì) 70年代開始研制，歷時20年，耗資300億美元，于1994年全面建成。它是一種定時和測 距的空間交會定點的導(dǎo)航系統(tǒng)，可以向全球用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維位 置、三維速度和時間信息，為海、陸、空三軍提供精密導(dǎo)航，向特殊用戶進(jìn)行授 時，還可以用于情報收集、核爆監(jiān)測、應(yīng)急通訊和衛(wèi)星定位等一些軍事目的。？系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)包括三大部分：地面控制部分；空間部分；用戶部分。下圖顯示了GPS定位系統(tǒng)的三個組成部分及其相互關(guān)系: 地面控制部分GPS的地面控制部分由分布在全球的由若干個跟蹤站組成的

12、監(jiān)控系統(tǒng)所構(gòu)成。根據(jù)其作用的不同，跟蹤站分為主控站、監(jiān)控站和注入站。主控站有一個，位于美國科羅拉多（Colorado ）的法爾孔（Falcon ）空軍基地。它的作用是根據(jù)各監(jiān)控站對GPS的觀測數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星時鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)通過注入站注入到衛(wèi)星中去； 同時，它還對衛(wèi)星進(jìn)行控制，向衛(wèi)星發(fā)布指令；當(dāng)工作衛(wèi)星出現(xiàn)故障時，調(diào)度備用 衛(wèi)星，替代失效的工作衛(wèi)星工作；另外，主控站還具有監(jiān)控站的功能。監(jiān)控站有5個，監(jiān)控站的作用是接收衛(wèi)星信號，監(jiān)測衛(wèi)星的工作狀態(tài)。注入站有3個，注入站的作用是將主控站計算的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星時鐘的改正參數(shù)等注入到衛(wèi)星中去。地面監(jiān)控系統(tǒng)提供每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)

13、的星歷。并對每顆衛(wèi)星工作情況進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標(biāo)準(zhǔn)-GPS時間系統(tǒng)（GPST)0on* LML呂盲配/右啊 tTJhf IN* MOWTQ4 KTATfON主控站監(jiān)測站QKUNP AMTON* 件.8 WHF 5l E注入站S1O2 地面控申那分 空間部分GPS工作衛(wèi)星及其星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成，記作（21+3） GPS星座。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55度，各 個軌道平面之間夾角為60度，即軌道的升交點赤經(jīng)各相差 60度。每個軌道平面內(nèi) 各顆衛(wèi)星之間的升交角相差90度。每顆衛(wèi)星的正常運行周期為11h58m

14、i n，若考 慮地球自轉(zhuǎn)等因素，將提前4mi n進(jìn)入下一周期。GPS衛(wèi)星信號：載波：L 波段雙頻 L 1 1575.42MHz，L 2 1227.60MHz衛(wèi)星識別：碼分多址（CDMA）測距碼：C/A碼（民用），P碼（美國軍方及特殊授權(quán)用戶）導(dǎo)航數(shù)據(jù)：衛(wèi)星軌道坐標(biāo)、衛(wèi)星鐘差方程式參數(shù)、電離層延遲修正用戶部主要指GPS接收機(jī)，此外還包括氣象儀器、計算機(jī)、鋼尺等儀器設(shè)備組成。GPS接收機(jī)主要由天線單元，信號處理部分，記錄裝置和電源組成天線單元由天線和前置放大器組成，靈敏度高，抗干擾性強(qiáng)。接收天線把衛(wèi) 星發(fā)射的十分微弱的信號通過放大器放大后進(jìn)入接收機(jī)。 GPS天線分為單極天 線、微帶天線、錐型天線等

15、。信號處理部分 是GPS接收機(jī)的核心部分，進(jìn)行濾波和信號處理，由跟蹤環(huán)路 重建載波，解碼得到導(dǎo)航電文，獲得偽距定位結(jié)果。記錄裝置主要有接收機(jī)的內(nèi)存硬盤或記錄卡（CF卡）。電源分為外接和內(nèi)接電池（12V ），機(jī)內(nèi)還有一鋰電池GPS接收機(jī)的基本類型主要分為大地型、導(dǎo)航型和授時型三種。（見圖10-4其中，大地型接收機(jī)按接收載波信號的差異分為單頻（L1）型和雙頻（L1, L2） 型。RTK系統(tǒng)導(dǎo)航型接收機(jī)大地型接收機(jī)？ GPS系統(tǒng)的特點GPS系統(tǒng)的特點：高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡便、應(yīng)用廣泛等。定位精度高應(yīng)用實踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50km以內(nèi)可達(dá)10-6，100-500km可

16、達(dá)10-7，1000km可達(dá)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，與ME-5000電磁波測距儀測定得邊長比較，其 邊長較差最大為0.5mm,校差中誤差為0.3mm。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)快速靜態(tài)相 對定位，僅需15-20分鐘；RTK測量時，當(dāng)每個流動站與參考站相距在 15KM以 內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2分鐘。 測站間無須通視GPS測量不要求測站之間互相通視，只需測站上空開闊即可，因此可節(jié)省大 量的造標(biāo)費用。由于無需點間通視，點位位置可根據(jù)需要，可稀可密，使選點工作甚為靈活，也可省

17、去經(jīng)典大地網(wǎng)中的傳算點、過渡點的測量工作。可提供三維坐標(biāo)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(biāo)（平面+大地高。目前通過局部大地水準(zhǔn)面精化，GPS水準(zhǔn)可滿足 四等水準(zhǔn)測量的精度。 操作簡便隨著GPS接收機(jī)不斷改進(jìn)，自動化程度越來越高，有的已達(dá) 傻瓜化”的程 度，接收機(jī)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(qiáng)度。全天候作業(yè)GPS觀測可在一天24小時內(nèi)的任何時間進(jìn)行,不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下 雨下雪等氣候的影響。 功能多、應(yīng)用廣：定位：如汽車防盜、地面車輛跟蹤和緊急救生。導(dǎo)航：如船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水、飛機(jī)航路引導(dǎo)和

18、進(jìn)場降落、智能交通、汽 車自主導(dǎo)航及導(dǎo)彈制導(dǎo)。測量：主要用于測量時間、速度、及大地測繪，如水下地形測量、地殼形變測 量，大壩和大型建筑物變形監(jiān)測等。授時。7. GPS測量中的幾個基本概念 觀測時段從測站上開始接收衛(wèi)星信號起至停止接收衛(wèi)星信號間的連續(xù)工作的時間段，是 GPS測量的基本單位 時段長度觀測時段所持續(xù)的時間（即開機(jī)至關(guān)機(jī)期間 同步觀測兩臺或兩臺以上的GPS接收機(jī)對同一組衛(wèi)星信號進(jìn)行的觀測；基線向量a利用進(jìn)行同步觀測的接收機(jī)所采集的觀測數(shù)據(jù)計算出的接收機(jī)間的三維坐標(biāo)b與計算時所采用的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)同屬一個系統(tǒng)GPS基線向量網(wǎng)采用GPS技術(shù)布設(shè)的測量控制網(wǎng)，由GPS點和基線向量所構(gòu)成 同步觀

19、測基 線利用同一時段的多個同步觀測站所采集的觀測數(shù)據(jù)所計算出的若干基線向量在一個時段中，同步觀測基線的數(shù)量若在某時段共有n臺接收機(jī)進(jìn)行了同步觀測，則共可得到n(n-1/2條同步觀測基線同步觀測環(huán)由三臺或三臺以上接收機(jī)進(jìn)行同步觀測所獲得的基線向量所構(gòu) 成的閉合環(huán) 異步觀測環(huán)由非同步觀測獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)（同步環(huán)）（非同步環(huán)）理論上采用嚴(yán)密算法所得到的同步環(huán)，無論觀測值中是否含有誤差，其環(huán)閉合 差必為零。（構(gòu)成同步環(huán)的基線向量之間是線性相關(guān)的）實踐中如果算法不嚴(yán)密（目前大多數(shù)的商用軟件均屬于此種情況），其環(huán)閉合 差通常不為零，但通常很小注意：同步環(huán)閉合差很小，還不能說明基線解算結(jié)果一定能夠

20、滿足精度要求單基線解在多臺GPS接收機(jī)同步觀測值中，每次選擇 2臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)解算相應(yīng) 的基線向量。（11）多基線解從m（m3臺GPS接收機(jī)同步觀測值中，由 m-1條獨立基線構(gòu)成觀測方程，統(tǒng) 一解算全部（m-1條基線向量注意：完全由同步觀測基線所構(gòu)成的閉合環(huán)之間是線性相關(guān)的，是一組非獨 立基線向量，GPS控制網(wǎng)應(yīng)由相互獨立的基線向量構(gòu)成8. 同步觀測基線向量的最大線性無關(guān)組及選取方式特性：與同步環(huán)閉合差不同，即使采用嚴(yán)密算法，并且計算過程中未發(fā)生錯 誤，獨立觀測環(huán)的閉合差通常也不為零，也不一定是個微小量。因此，獨立觀測環(huán) 閉合差的大小，可作為評定基線解算結(jié)果質(zhì)量的有力指標(biāo)10.GPS網(wǎng)的連

21、接方式連接方式特點優(yōu)點缺點點連式楣鄰的同步圖形間只 通過-個公共點ftl連作業(yè)效率高圖形擴(kuò)展迅速圖形強(qiáng)度低,如果連接 點發(fā)生問題，將影響到 后面的同步圖形邊連式相鄰的同步圖形間有-條邊即兩介公共 點相連作業(yè)效率較高”圖 形強(qiáng)度較辦工作星大,作業(yè)效率適中較高網(wǎng)連式相鄰的同步圖形間有3個（含孑個）以上的公共點相連國形強(qiáng)度最強(qiáng)大，柞業(yè)效率低點連式邊連式GPS控制網(wǎng)的基本圖形多邊形網(wǎng)1212坯本閨形宦義憂點缺點提髙國形強(qiáng)度 的方法三角形網(wǎng)以三切形柞為施 本圖形兒何強(qiáng)度髙、抗 粗畫能力強(qiáng)、可 靠性高工作量大加測對角線多邊形網(wǎng)以零邊形（邊數(shù) 孑4）作為毘本圖 形效率髙匸作星 較小，圖形強(qiáng)度不如三 角形網(wǎng)對

22、多邊形邊數(shù)加 以限制附和汗線網(wǎng)附和導(dǎo)線（或稱 附和Ki線）作為 基本圖形效率髙.工作応 較小圖形強(qiáng)度不如2角形網(wǎng)和多邊形網(wǎng)星形網(wǎng)從個已知點上 分別勺各待定點 進(jìn)行相對定位效率髙，工作吐 較小抗粗&能力極 邕應(yīng)用于界址 點、碎部點和低 等級控制點（IM 根點）從兩個已知點 f臺準(zhǔn)站上對 同待尢點（流 動站啦行觀測； 適當(dāng)復(fù)測GPS控制網(wǎng)的基本圖形的特點11. GPS定位中的誤差源1.衛(wèi)星有關(guān)的誤差 （1）衛(wèi)星星歷誤差由衛(wèi)星星歷所給出的衛(wèi)星位置與衛(wèi)星的實際位置之差稱為衛(wèi)星星歷誤差。星歷 誤差的大小主要取決于衛(wèi)星定軌系統(tǒng)的質(zhì)量，如定軌站的數(shù)量及其地理分布，觀測值的數(shù)量及精度，定軌時所有的數(shù)學(xué)力學(xué)模型

23、和定軌軟件的完善程度等。此外與星 歷的外推時間間隔（實測星歷的外推時間間隔可視為零）也有直接關(guān)系。（2）衛(wèi)星鐘的鐘誤差衛(wèi)星上雖然使用了高精度的原子鐘，但它們也不可避免地存在誤差，這種誤差 既包含著系統(tǒng)性的誤差（如鐘差、鐘速、頻漂等偏差），也包含著隨機(jī)誤差。系統(tǒng) 誤差遠(yuǎn)較隨機(jī)誤差的值大，而且可以通過檢驗和比對來確定并通過模型來加以改 正；而隨機(jī)誤差只能通過鐘的穩(wěn)定度來描述其統(tǒng)計特性，無法確定其符號和大小。2. 與信號傳播有關(guān)的誤差與GPS信號傳播有關(guān)的誤差主要是大氣折射誤差和多路徑效應(yīng)。（1）電離層延遲電離層（含平流層）是高度在先 601000km間的大氣層。在太陽紫外線 X射 線、射線和高能粒

24、子的作用下，該區(qū)域內(nèi)的氣體分子和原子將產(chǎn)生電離，形成自由 電子和正離子。帶電粒子的存在將影響無線電信號的傳播，使傳播速度發(fā)生變化， 傳播路徑產(chǎn)生彎曲，從而使信號傳播時間 t與真空中光速c的乘積不等于衛(wèi)星至接收機(jī)的幾何距離，產(chǎn)生所謂的電離層延遲。電離層延遲取決于信號傳播路徑上的總電子 含量TEC和信號的頻率f。而TEC又與時間、地點、太陽黑子數(shù)等多種因素有 關(guān)。測距碼偽距觀測值和載波相位觀測值所受到的電離層延遲大小相同，但符號相 反。（2）對流層延遲對流層是高度在50km以下的大氣層。整個大氣中的絕大部分質(zhì)量集中在對流 層中。GPS衛(wèi)星信號在對流層中的傳播速度 V=c/n。以為真空中的光速，n為

25、大氣 折射率，其值取決于氣溫、氣壓和相對濕度等因子。此外，信號的傳播路徑也會產(chǎn) 生彎曲。由于上述原因使距離測量值產(chǎn)生的系統(tǒng)性偏差稱為對流層延遲。對流層對 測距碼偽距和載波相位觀測值的影響是相同的。（3）多路徑誤差多路徑誤差：經(jīng)某些物體表面反射后到達(dá)接收機(jī)的信號如果與直接來自衛(wèi)星的信號疊加干擾后進(jìn)入接收機(jī)，就將使測量值產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。多路徑誤差對測距碼偽距觀測值的影響要比對載波相位觀測值的影響大得多。多路徑誤差取決于測站周圍的環(huán)境、接收機(jī)的性能以及觀測時間的長短。3. 與接收機(jī)有關(guān)的誤差（1）接收機(jī)的鐘誤差與衛(wèi)星鐘一樣，接收機(jī)鐘也有誤差。而且由于接收機(jī)中大多采用的是石英鐘，因而其鐘誤差較衛(wèi)星鐘更為

26、顯著。該項誤差主要取決于鐘的質(zhì)量，與使用時的環(huán)境 也有一定關(guān)系。它對測距碼偽距觀測值和載波相位觀測值的影響是相同的。（2） 接收機(jī)的位置誤差在進(jìn)行授時和定軌時，接收機(jī)的位置是已知的，其誤差將使授時和定軌的結(jié)果 產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。該項誤差對測碼偽距觀測值的影響是相同的。進(jìn)行GPS基線解算時，需已知其中一個端點在 WGS-84坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，已知坐標(biāo)的誤差過大也會 對解算結(jié)果產(chǎn)生影響。（3）接收機(jī)的測量噪聲這是指用接收機(jī)進(jìn)行GPS測量時，由于儀器設(shè)備及外界環(huán)境影響而引起的隨 機(jī)測量誤差，其值取決于儀器性能及作業(yè)環(huán)境的優(yōu)劣。一般而言，測量噪聲的值均 小于上述的各種偏差值。觀測足夠長的時間后，測量噪聲的影

27、響通?？梢院雎圆?計。4.相對論效應(yīng)5.其它因素GPS控制部分人為或計算機(jī)造成的影響；由于GPS控制部分的問題或用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時引入的誤差等；數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對定位結(jié)果的影響。第二部分GPS控制測量常用的坐標(biāo)系統(tǒng)星標(biāo)系統(tǒng)橢球名稱年代長半軸ihj r-1954北京坐標(biāo)系克拉索夫斯基1940637824529831980西安坐標(biāo)系1980大地坐標(biāo)系19796378140298.257WGS-84坐標(biāo)泵WGS-8419846378137298.257223563CGCS2000人地鋼標(biāo)系20006378137298.257222101、GPS網(wǎng)的建立GPS網(wǎng)是采用GPS定位技術(shù)建立的測量

28、控制網(wǎng)，由 GPS點和基線向量1980四安坐標(biāo)系1980人地*標(biāo)系19796378140WGS-84坐標(biāo)系WGS-3419846378137CGCS2000 A地坐標(biāo)系20006378137其中：起算點 d待求點一基線向量目前，所有的GPS控制測量解算均是在 WGS 84坐標(biāo)系下進(jìn)行的，其成果 無論是大地坐標(biāo)還是空間直角坐標(biāo)都是 WGS 84坐標(biāo)系成果。由于所采用橢球不 同，不同坐標(biāo)系之間須進(jìn)行轉(zhuǎn)換計算。采用GPS定位技術(shù)建立的測量控制網(wǎng)，理論上不一定要布設(shè)控制網(wǎng)，而可以 直接以已知點為起點，按照單基線方式測量，但是處理基線向量中存在的誤差或粗 差等進(jìn)行有效處理，結(jié)果的可靠性差。通過布網(wǎng)的形式

29、，利用點與點、基線向量之 間、點與基線向量之間的各種幾何關(guān)系，通過平差計算來消除由觀測值和起算數(shù)據(jù)中存在的誤差所導(dǎo)致的控制網(wǎng)在幾何上的不一致，（如環(huán)閉合差不為0,復(fù)測基線 不相等、符合線路坐標(biāo)差不為0等），從而獲得精確的測量成果。二、建立GPS控制網(wǎng)的過程一般為技術(shù)設(shè)計、測量實施、數(shù)據(jù)處理、框架全面成果整理幾個步驟。1. 技術(shù)設(shè)計：確定地理位置和控制范圍，確定控制網(wǎng)的精度及等級，點位分布 及數(shù)量，成果形式及內(nèi)容，工期和經(jīng)費等。2. 測量實施：根據(jù)布網(wǎng)方案選點、埋石，根據(jù)衛(wèi)星星歷預(yù)報確定觀測方案，外 業(yè)觀測，數(shù)據(jù)傳輸和備份，基線解算及質(zhì)量控制（對于不合格數(shù)據(jù)及時返工）?；?線解算完成后，下一步的

30、 GPS控制網(wǎng)平差過程基本與常規(guī)地面控制網(wǎng)平差是一樣 的。3. 數(shù)據(jù)處理：控制網(wǎng)平差及其質(zhì)量控制（包括觀測基線向量的質(zhì)量檢核，采用合格的獨立基線向量組成 GPS網(wǎng)進(jìn)行三維平差計算，解算出 GPS點的三維空間坐 標(biāo)成果，再轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二維平面坐標(biāo)系成果。必要時還可利用GPS成果確定網(wǎng)中各點的正高或正常高（利用 GPS水準(zhǔn)進(jìn)行擬合運算）。4. 成果整理：GPS控制成果包括技術(shù)設(shè)計書、技術(shù)總結(jié)、觀測數(shù)據(jù)、基線解算和平差計算手簿，控制點成果表等。三、GPS網(wǎng)的質(zhì)量控制質(zhì)量控制是用來確保測量成果達(dá)到規(guī)定質(zhì)量水平所采取的作業(yè)技術(shù)和管理措 施。是通過對成果的測量過程進(jìn)行監(jiān)控，采用各種必要地作業(yè)技術(shù)和管理措施

31、消除 生產(chǎn)過程中引起成果質(zhì)量不合格的各種因素，使其達(dá)到質(zhì)量要求。對于GPS網(wǎng)而言，質(zhì)量控制包括質(zhì)量檢驗和質(zhì)量改善兩個層面的內(nèi)容，質(zhì)量檢驗是對GPS網(wǎng)的中間產(chǎn)品及最終成果的質(zhì)量進(jìn)行評估，即通過一系列量化指標(biāo)來加以判定，質(zhì)量改 善是通過采取適當(dāng)措施提高 GPS網(wǎng)的中間產(chǎn)品及最終成果的質(zhì)量。影響GPS網(wǎng)質(zhì)量的因素主要因素有：1.基線向量的質(zhì)量2. 起算數(shù)據(jù)的精度、數(shù)量、分布3. 聯(lián)合平差時如距離、角度、方向、高差等常規(guī)地面觀測值質(zhì)量的影響。4. GPS網(wǎng)的結(jié)構(gòu)5. 數(shù)據(jù)處理方法的完備性。四、技術(shù)設(shè)計1.技術(shù)設(shè)計的作用是依據(jù)網(wǎng)的用途、用戶要求，按照國家、行業(yè)規(guī)范（規(guī)程）對基準(zhǔn)、精度、密 度、網(wǎng)形及作業(yè)

32、綱要（觀測時段數(shù)、時段長度、采樣間隔、接收機(jī)類型及數(shù)量、數(shù) 據(jù)處理方法軟件等）作出的具體技術(shù)規(guī)定和要求。技術(shù)設(shè)計提供了建立GPS網(wǎng)的技術(shù)準(zhǔn)則，是項目實施和成果檢查驗收的技術(shù)依據(jù)。2.技術(shù)設(shè)計的依據(jù) 國家標(biāo)準(zhǔn)如GB/T18314-2009全球定位系統(tǒng)（GPS ）測量規(guī)范行業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)如CH 2001-92全球定位系統(tǒng)（GPS ）測量規(guī)范各部委根據(jù)本部門GPS測 量的實際情況制定的測量規(guī)程和細(xì)則如 JTJ T-066-98公路全球定位系統(tǒng)（GPS） 測量規(guī)范上級部門下達(dá)的測量任務(wù)書或與用戶簽訂的測量合同書。五、GPS網(wǎng)的精度各等級GPS測量的相鄰點間基線長度的精度用公式表示：22 （bd a +=（T

33、式中c基線向量的玄長中誤差，單位為 mma 固定誤差 單位mm b 比例誤差系數(shù) 單位為1 X10-6 d 相鄰點距離，單 位mm城市GPS測量精度指標(biāo)（CJJ 73-97等級平均距離加a/mb/106最弱邊相對中謀差一等921/120000三等51/80000四等2荃101/45000一級1荃101/20000二級4夕4孑4汐4時段長度(nhi)60M45平均重如設(shè)給數(shù)M21.6A1. 6步L61.6數(shù)挪采樣何隔(sd10-6010-6010-6010-6010-60十、GPS網(wǎng)觀測記錄GPS觀測記錄手簿項冃1等級二等三等四等-級級衛(wèi)星高度角（ &15$15沁515孑15療效觀測衛(wèi)星數(shù)耳43

34、4時段長度（min）90602455=45豪45測前I測后七 mm平均值 m十一、GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理（以某公路三等 GPS控制測量為例）1.觀測數(shù)據(jù)的 下載與格式轉(zhuǎn)換外業(yè)觀測數(shù)據(jù)記錄在接收機(jī)的內(nèi)部存儲器或移動存儲卡中，應(yīng)當(dāng)及時下載并備 份于計算機(jī)中。不同類型的接收機(jī)的數(shù)據(jù)格式不同，在數(shù)據(jù)處理之前需轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)格式RINEX，以便下一步進(jìn)行基線解算。2. 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(jìn)行，第一階段進(jìn)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

35、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(biāo)作為未知參數(shù)，再次進(jìn)行平差解算，解求出基線向量的最終解-整數(shù)解(固定解)?；€解算輸出結(jié)果隨不同軟件而不同，下表所示是南方公司GPS解算軟件的結(jié)果?；€簡表環(huán)閉合差報告閉合環(huán)址大節(jié)點數(shù):5閉令環(huán)總數(shù)匚15S4同步環(huán)銚數(shù)：41幷扱壞總數(shù)匕1513同歩環(huán)情況:環(huán)冒 環(huán) 恵 t相訓(xùn)探基Xmm 應(yīng)fmmU mm Dwx(mm) Dwcfnim)3. 基線解算的質(zhì)量控制 數(shù)據(jù)剔除率：在基線解算中被刪除的觀測值與觀測值總數(shù)的比值，一般情況 下數(shù)據(jù)剔除率不宜大于10%。 同步環(huán)閉合差：JTGC10-2007公路勘測細(xì)則要求：Wx n/5* (T W

36、y n /5* c Wz n /5* cWs 2n /5* 其中 n = 3環(huán)閉合差報告閉含環(huán)最大芳點歎：6潮汁殲總也 158 4 同步壞血L；：11井眇壞總th 1513im：坤號環(huán)總氏ftlMmmzymm氏邊 mmDwx(mm|Dwc(mm|123663.0690. lPp“0- K31*3011. 3： 51.9516.0：12.11坪0的山；佃2 GDC3 00 1 GDO1*：988. 1320. lPpii0.062-0+127-0. 1870. B072.565. 12壞中的點:JX51 JK5 JX58 皿騎39S01S810. lPpn 1860.6-136 6190.932

37、2.S55. 70環(huán)中的盤:JK55 JX5J JX5 J49512.347Q.lppa0.36S0. 1 10-0.10. BBS2.865. ：2上表中，同步環(huán)的基線分量坐標(biāo)差最大值為 X = -0.473 Y = 1.301 Z = 1.951當(dāng)尸5時,Wx、Wy、Wz=1.7mm，則 Z分量超限 異步環(huán)（獨立環(huán)）閉合差：Vx 34n (T Vy 34n (T Vz 3異步環(huán)情況:壞號壞船長相時遢蹇ZXnYulAZba邊 II mnDwx : mjiL；，Dvc120719- 9956 3Ppk-o.&oi3.0141.2475*21329. 1250*95環(huán)中的點汀X60 GD01 JX59220719.9990.2PPbL217LOBS-0,5114. 38S29. 1250.95環(huán)屮的點:JX50 GD0IJX59320719,9970.6Ppm-5.7586.0958,97 112, 28229. 1250,95環(huán)中的點:JXSO GD01 JX59420750.001