GPS在礦山測(cè)量中的應(yīng)用-畢業(yè)設(shè)計(jì)

word文檔可自由復(fù)制編輯摘要GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致了測(cè)繪行業(yè)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命。GPS測(cè)量在大范圍高精度控制網(wǎng)、城市控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)的建立中起到了越來(lái)越重要的作用,已逐漸取代了傳統(tǒng)的三角測(cè)量和導(dǎo)線測(cè)量建立控制網(wǎng)的方法,尤其在河道測(cè)圖、管線測(cè)量、隧道貫通測(cè)量及山區(qū)礦區(qū)測(cè)繪方面應(yīng)用廣泛。由于受地形限制,上述情況的測(cè)量控制網(wǎng)大多以非常規(guī)形式布設(shè),并且很多穿過(guò)山林,附近已知點(diǎn)很少,給網(wǎng)形布設(shè),誤差控制和測(cè)區(qū)作業(yè)帶來(lái)很大問(wèn)題,因此如何提高成果精度和經(jīng)濟(jì)效益就成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文結(jié)合礦區(qū)GPS控制網(wǎng)測(cè)量工程項(xiàng)目，闡述了GPS控制測(cè)量在復(fù)雜地形中的應(yīng)用，主要從以下幾個(gè)方面來(lái)闡述：(1)結(jié)合工程實(shí)例，闡述GPS控制測(cè)量的作業(yè)流程。（2）分析測(cè)量數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理方法（中海達(dá)GPS所配備的處理軟件—HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件包），通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和技巧來(lái)提高解算質(zhì)量。（3）對(duì)項(xiàng)目控制網(wǎng)的精度進(jìn)行分析，從不同角度分析了控制網(wǎng)的可靠性。關(guān)鍵詞：GPS礦山地形測(cè)量精度分析AbstractGPSsatellitepositioningtechnologyledtothedevelopmentofSurveyingandmappingindustryaprofoundrevolution.GPSmeasurementinlargerangeandhighaccuracycontrolnetwork,citycontrolnetwork,establishmentofengineeringcontrollingnetworkplaysanincreasinglyimportantrole,hasgraduallyreplacedthetraditionaltriangulationandestablishmentofcontrolnetworkwiremeasurementmethod,especiallyinthechannelmapping,surveying,break-throughsurveyoftunnelsandmountainminesurveyingandmappingapplicationsextensive.Duetorestrictionsoftheterrain,thesituationofsurveyingcontrolnetworkofmostlyunconventionalformlayout,andmanyacrossthemountains,nearthelittleknown,tonetshapedesign,errorcontrolandthetestareajobbringsverybigquestion,sohowtoimprovetheaccuracyoftheresultsandeconomicbenefitshavebecomethefocusofattention.ThiscombinationofmineGPScontrolnetsurveyproject,elaboratedtheGPScontrolmeasurementincomplexterrainapplication,mainlyfromthefollowingaspectstoillustrate:(1)incombinationwiththeprojectexample,explainedGPScontrolofmeasurementprocesses.(2)theanalysisofmeasureddatawithintheindustryprocessingmethod(HaidaGPSequippedwithprocessingsoftwareHDS2003dataprocessingsoftwarepackage),summarizetheexperienceandskillstoimprovesolutionquality.(3)theprojectcontrolnetworkprecisionanalysis,analyzedfromdifferentpointofviewcontrolnetworkreliability.Keywords：GPSMiningtopographymeasurementPrecisionanalysis目錄1緒論1.1引言 11.2國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀以及問(wèn)題 11.3本文主要研究的問(wèn)題 22GPS衛(wèi)星系統(tǒng)組成 42.1GPS系統(tǒng)組成 42.2GPS工作原理 42.3GPS技術(shù)特點(diǎn) 42.4GPS在地形控制測(cè)量中的作業(yè)流程 53GPS控制網(wǎng)的布設(shè)與施測(cè) 73.1測(cè)區(qū)介紹與布設(shè)原則 73.2GPS誤差來(lái)源以及GPS網(wǎng)基本精度 83.2.1GPS誤差來(lái)源 83.2.2GPS網(wǎng)基本精度 103.3選點(diǎn)與施測(cè) 133.3.1選點(diǎn) 153.3.2施測(cè) 184GPS數(shù)據(jù)處理 194.1基線解算 194.2網(wǎng)平差 264.3高程擬合 294.4坐標(biāo)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)換 325結(jié)論 35致謝 36參考文獻(xiàn)371緒論1.1引言GPS技術(shù)是新興技術(shù)，GPS衛(wèi)星定位技術(shù)較之常規(guī)的測(cè)量方法有速度快，精度高，經(jīng)費(fèi)省且不受條件限制。GPS技術(shù)在礦山地形控制測(cè)量中以后會(huì)有更廣泛的應(yīng)用，會(huì)越發(fā)顯示出其在礦山地形控制測(cè)量方面的優(yōu)越性。目前GPS技術(shù)的飛快發(fā)展改變了傳統(tǒng)的控制測(cè)量方法，GPS（GlobalPositioningSystem）比常規(guī)的測(cè)量方法有精度高，速度快，經(jīng)費(fèi)省等優(yōu)點(diǎn)，在廣大地形測(cè)量中應(yīng)用。近些年來(lái)，礦區(qū)越來(lái)越多的運(yùn)用GPS技術(shù)進(jìn)行地形控制測(cè)量，現(xiàn)在就以GPS系統(tǒng)的組成，國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，GPS控制網(wǎng)的布設(shè)與施測(cè)，數(shù)據(jù)的處理，平差，坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換等方面進(jìn)行討論。1.2國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀和問(wèn)題隨著GPS靜態(tài)定位技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，GPS技術(shù)己普遍用于各種用途的控制點(diǎn)測(cè)量，并已在各種類(lèi)型和等級(jí)的控制網(wǎng)建立中逐步取代常規(guī)的測(cè)量方法,如全站儀、水準(zhǔn)儀等。中國(guó)新的國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)就采用了GPS布設(shè)和測(cè)量技術(shù)，很多城市也都相繼采用GPS技術(shù)建立了城市控制網(wǎng)。靜態(tài)GPS定位測(cè)量技術(shù)所取得的精度越來(lái)越高。如由某集團(tuán)公司投資建造,是一個(gè)年產(chǎn)量150萬(wàn)t的煤礦。礦區(qū)位于貴州山區(qū),礦區(qū)面積約90km2,屬云貴高原地形,礦區(qū)海拔大多在1300m~2000m之間,相對(duì)高差約700m。山路崎嶇,地形復(fù)雜,通視困難,行走不便。為了滿(mǎn)足該礦區(qū)的煤炭勘探、建設(shè)和生產(chǎn),需建立首級(jí)控制網(wǎng)。考慮到工程復(fù)雜,工期較緊,測(cè)區(qū)面積大65km2地形起伏大,已知控制點(diǎn)離測(cè)區(qū)遠(yuǎn)(兩個(gè)已知點(diǎn)在測(cè)區(qū)外約5km處)等因素,最終經(jīng)過(guò)專(zhuān)家論證，決定采用GPS測(cè)量，并順利完成了任務(wù)。國(guó)外，GPS平面控制和高程控制技術(shù)在工程項(xiàng)目中的研究是走在前面的。歐洲核子研究中心的大型環(huán)形電子對(duì)撞機(jī)控制測(cè)量，GPS定位精度亦達(dá)毫米級(jí)；美國(guó)早在1984年的斯坦福粒子加速器的工程測(cè)量中采用GPS定位技術(shù)，平差后其平面位置精度達(dá)1-2mm,高程精度達(dá)2-3mm；1987年橫跨英吉利海峽的歐洲海底隧道工程開(kāi)工，隧道深入海底40m，工程全長(zhǎng)50km,當(dāng)采用經(jīng)典大地測(cè)量方法時(shí)，隧道縱橫向誤差為4×，而后來(lái)采用GPS進(jìn)行控制測(cè)量得到隧道縱橫向誤差1×了，既減少了工程費(fèi)用，又大大提高了工程質(zhì)量。在礦山控制測(cè)量中，GPS網(wǎng)的布設(shè)是非常靈活的。它免除了測(cè)角、邊角同測(cè)和測(cè)邊網(wǎng)等的傳統(tǒng)要求。它不需要點(diǎn)間通視,不需要考慮布設(shè)什么樣的圖形,也就不需要考慮圖形強(qiáng)度,不需要設(shè)置在制高點(diǎn)上(哪里需要就可以設(shè)置在哪里)。尤其在高山高原地區(qū),GPS做控制測(cè)量大大提高了工作效率,縮短了工期,節(jié)省了大量的人力、物力。通過(guò)國(guó)內(nèi)外GPS的應(yīng)用測(cè)量,充分體現(xiàn)了GPS技術(shù)精度高,設(shè)備適合野外作業(yè),操作簡(jiǎn)單、高度集成的特點(diǎn)。盡管野外干擾因素多,但由于GPS計(jì)算軟件的功能強(qiáng)大,在自動(dòng)處理數(shù)據(jù)方法的同時(shí),輔以人工干預(yù)模式,通過(guò)一系列數(shù)據(jù)預(yù)處理、檢核、GPS網(wǎng)平差,通過(guò)三維無(wú)約束平差、二維約束平差、GPS高程擬合,同樣獲得高精度GPS點(diǎn)。1.3本文主要研究的問(wèn)題GPS技術(shù)作為一項(xiàng)20世紀(jì)后期的高新技術(shù)，將在21世紀(jì)有著廣闊的應(yīng)用前景。尤其是在測(cè)量領(lǐng)域的控制測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用，主要是改變了傳統(tǒng)的測(cè)量作業(yè)工作方式，大大提高了工作效率，也帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。本文主要以礦區(qū)地形控制測(cè)量為例，闡述GPS在礦山控制測(cè)量中的作業(yè)流程、布網(wǎng)原則、分析了載波相位差分定位的原理、測(cè)量數(shù)據(jù)的內(nèi)業(yè)處理方法和技巧（以中海達(dá)GPS所配套的處理軟件）、該工程項(xiàng)目控制網(wǎng)的精度分析、誤差來(lái)源分析及處理、GPS在地形測(cè)量應(yīng)用中的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問(wèn)題、更好地利用GPS測(cè)量的大地高問(wèn)題等，進(jìn)行一些探討。2GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)2.1GPS的系統(tǒng)組成GPS全球定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星群和地面監(jiān)控系統(tǒng)兩大部分組成．除此之外，測(cè)量用戶(hù)當(dāng)然還應(yīng)有衛(wèi)星接收設(shè)備。GPS的用戶(hù)部分由GPS接收機(jī)，數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶(hù)設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，其作用是接收GPS衛(wèi)星發(fā)出的信號(hào)，利用信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等。在測(cè)量領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體積小、質(zhì)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。圖2—1GPS系統(tǒng)組成2.2GPS的工作原理GPS系統(tǒng)是一種采用距離交會(huì)法的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。如圖l所示：在需要的位置Q點(diǎn)架設(shè)GPS接收機(jī)，在某一時(shí)刻同時(shí)接收了分別位于A，曰，C的3顆GPS衛(wèi)星所發(fā)出的導(dǎo)航電文，通過(guò)一系列數(shù)據(jù)處理和計(jì)算可求得該時(shí)刻GPS接收機(jī)至GPS衛(wèi)星的距離AQ，BQ，CQ，同樣通過(guò)接收衛(wèi)星星歷可獲得該時(shí)刻這些衛(wèi)星在空間的位置(三維坐標(biāo))，從而用距離交會(huì)的方法求得Q點(diǎn)的三維坐標(biāo)（XQ，YQ,ZQ），其數(shù)學(xué)式為：AQ2=（XQ-XA)+(YQ-YA)+(ZQ+ZA),BQ2=（XQ-XB)+(YQ-YB)+(ZQ+ZB),CQ2=（XQ-XC)+(YQ-YC)+(ZQ+ZC),(Xc，Yc，Zc)分別為3顆衛(wèi)星在該時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)。在GPS測(cè)最中通常采用兩類(lèi)坐標(biāo)系統(tǒng)，一類(lèi)是在空間同定的坐標(biāo)系統(tǒng)，另一類(lèi)是與地球體相固聯(lián)的坐標(biāo)系統(tǒng)，稱(chēng)地固坐標(biāo)系統(tǒng)，我們?cè)诠こ炭刂茰y(cè)量中常用地固坐標(biāo)系統(tǒng)。(如：WGS一54世界大地坐標(biāo)系和1985年北京大地坐標(biāo)系。)在實(shí)際使用中需要根據(jù)坐標(biāo)系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的變換，來(lái)求出所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)。這樣更有利于表達(dá)地面控制點(diǎn)的位置和處理GPS觀測(cè)成果，因此在測(cè)量中被得到了廣泛的應(yīng)用。2.3GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)相對(duì)于常規(guī)的測(cè)量方法來(lái)講，GPS測(cè)量有以下特點(diǎn)：(1)測(cè)站之間無(wú)需通視。測(cè)站間相互通視一直是測(cè)量學(xué)的難題。GPS這一特點(diǎn)，使得選點(diǎn)更加靈活方便。但測(cè)站上空必須開(kāi)闊，以使接收GPS衛(wèi)星信號(hào)不受干擾。(2)定位精度高。一般雙頻GPS接收機(jī)基線解精度為5mm+1×10-6，而紅外儀標(biāo)稱(chēng)精度為5mm+5×10-6，GPS測(cè)量精度與紅外儀相當(dāng)，但隨著距離的增長(zhǎng)，GPS測(cè)量?jī)?yōu)越性愈加突出。大量實(shí)驗(yàn)證明，在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)12×10-6，而在100～500km的基線上可達(dá)10-6到10-7。(3)觀測(cè)時(shí)間短。觀測(cè)時(shí)間短采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在30～40min，采用快速動(dòng)態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。例如使用(Hi-Target)8200CPS接收機(jī)的RTK法可在5s以?xún)?nèi)求得測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)。(4)提供三維坐標(biāo)。GPS測(cè)量在精確測(cè)定觀測(cè)站平面位置的同時(shí)，可以精確測(cè)定觀測(cè)站的大地高程，且其高程精度可滿(mǎn)足四等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。(5)操作簡(jiǎn)便。GPS測(cè)量的自動(dòng)化程度很高。目前GPS接收機(jī)已趨小型化和操作“傻瓜”化，觀測(cè)人員只需將天線對(duì)中、整平，量取天線高打開(kāi)電源即可進(jìn)行自動(dòng)觀測(cè)，利用數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理即求得測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。而其它觀測(cè)工作如衛(wèi)星的捕獲，跟蹤觀測(cè)等均由儀器自動(dòng)完成。（6)全天候作業(yè)。GPS衛(wèi)星數(shù)目多，且分布均勻，可保證在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)連續(xù)進(jìn)行觀測(cè)，一般不受天氣狀況的影響。2.4GPS在地形控制測(cè)量中的作業(yè)流程GPS測(cè)量與常規(guī)測(cè)量相類(lèi)似,在實(shí)際工作中也可以劃分為方案設(shè)計(jì)，外業(yè)實(shí)施以及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三個(gè)階段。GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是GPS測(cè)量規(guī)范和測(cè)量任務(wù)書(shū)。GPS網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題：（1）除了特殊情況,一般GPS基線長(zhǎng)度相差不要過(guò)大,這樣可以使GPS測(cè)量的精度分布均勻；（2）GPS網(wǎng)中不要有孤立點(diǎn),應(yīng)構(gòu)成封閉式閉合環(huán)網(wǎng)；（3）應(yīng)盡量將點(diǎn)位布設(shè)在環(huán)視比較開(kāi)闊的地方,以消除多路徑影響和便于接收衛(wèi)星信號(hào)；避開(kāi)強(qiáng)電磁波干擾,并且在接收機(jī)工作時(shí)不得在其周邊10m范圍內(nèi)用對(duì)講機(jī)和手機(jī)。GPS測(cè)量誤差來(lái)源可分為三大部分：（1）GPS信號(hào)的自身誤差,包括軌道誤差(星歷誤差)和SA,AS影響；（2）GPS信號(hào)的傳輸誤差,包括太陽(yáng)光壓,電離層延遲,對(duì)流層延遲,多路徑傳播和由它們影響或其他原因產(chǎn)生的周跳；（3）GPS接收機(jī)的誤差,主要包括中誤差,通道間的偏差,鎖相環(huán)延遲,碼跟蹤環(huán)偏差,天線相位中心偏差等。對(duì)于GPS控制網(wǎng)基線測(cè)量,基線長(zhǎng)度較短的情況下(最大不超過(guò)30km),GPS的軌道誤差,太陽(yáng)光壓影響及美國(guó)SA技術(shù)基本對(duì)測(cè)量精度不發(fā)生影響(它只能影響單點(diǎn)定位和長(zhǎng)基線測(cè)量結(jié)果)?；€長(zhǎng)度在20km~30km的GPS控制網(wǎng),采用單頻GPS接收機(jī)測(cè)量的效果比較好,完全能滿(mǎn)足礦山測(cè)量的需要；GPS高程測(cè)量也能代替四等水準(zhǔn)測(cè)量,當(dāng)施工、建設(shè)對(duì)高程要求較高的情況下,要慎用GPS高程。作業(yè)過(guò)程中,在GPS接收機(jī)滿(mǎn)足作業(yè)精度要求的情況下,測(cè)量的主要誤差源是多路徑誤差、周跳和點(diǎn)位的對(duì)中誤差。在進(jìn)行GPS外業(yè)工作之前,必須做好實(shí)施前的測(cè)區(qū)踏勘,資料手機(jī)，器材籌備，觀測(cè)計(jì)劃擬定，GPS儀器檢校以及設(shè)計(jì)書(shū)編寫(xiě)等。GPS測(cè)量外業(yè)實(shí)施包括GPS點(diǎn)的選埋，觀測(cè)，數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)處理。3GPS網(wǎng)的布設(shè)與施測(cè)3.1測(cè)區(qū)介紹與布設(shè)原則本次GNSS控制測(cè)量測(cè)區(qū)位于遷安市西部首鋼礦區(qū)大約90平方公里，主要以礦區(qū)和山區(qū)為主，分為：杏山采區(qū)，大石河采區(qū)，菜園采區(qū)，二馬采區(qū)，羊崖山采區(qū)，裴莊采區(qū)，柳河峪采區(qū)，水場(chǎng)采區(qū)等八個(gè)首鋼礦區(qū)。有公路和鐵路均勻分布在各測(cè)區(qū)之間，交通便利，有利于施測(cè)。本次GNSS控制測(cè)量主要用于后續(xù)1：2000地形圖測(cè)量。如下圖3-1所示：圖3—1首鋼礦區(qū)分布圖GPS控制網(wǎng)布網(wǎng)設(shè)計(jì)，必須按GPS測(cè)量規(guī)范實(shí)施。其設(shè)計(jì)的一般原則為：(1)圖形閉合。即GPS控制網(wǎng)網(wǎng)一般應(yīng)有足夠的獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成閉合圖形，以增強(qiáng)圖形自身強(qiáng)度和增加平差檢核條件，以提高觀測(cè)質(zhì)量，即必須有足夠的閉合環(huán)。(2)有必要的一定數(shù)量的點(diǎn)位重合，以方便由已知點(diǎn)推算待測(cè)點(diǎn)，。GPS網(wǎng)站點(diǎn)應(yīng)與原有地面已知控制網(wǎng)點(diǎn)有足夠的重合，并力求重合點(diǎn)在整個(gè)控制網(wǎng)中均勻分布，以便可靠地確定GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。網(wǎng)點(diǎn)還應(yīng)與一定的水準(zhǔn)點(diǎn)重合，或在網(wǎng)中布設(shè)一定密度的水準(zhǔn)點(diǎn)，以便為大地水準(zhǔn)面的計(jì)算和研究提供資料和參考。(3)視野開(kāi)闊。GPS網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開(kāi)闊和容易到達(dá)的地方，一般確保測(cè)站點(diǎn)仰角15°以上區(qū)域周?chē)鸁o(wú)明顯的遮擋物。若需用此點(diǎn)按常規(guī)方法聯(lián)測(cè)或擴(kuò)展控制網(wǎng)時(shí)，應(yīng)注意滿(mǎn)足網(wǎng)點(diǎn)之間間通視的通視條件。3.2GPS誤差來(lái)源以及GPS網(wǎng)的精度要求3.2.1GPS的誤差來(lái)源GPS測(cè)量誤差按其生產(chǎn)源可分3大部分：GPS信號(hào)的自身誤差，包括軌道誤差(星歷誤差)和SA，AS影響；GPS信號(hào)的傳輸誤差，包括太陽(yáng)光壓，電離層延遲，對(duì)流層延遲，多路徑傳播和由它們影響或其他原因產(chǎn)生的周跳；GPS接收機(jī)的誤差，主要包括鐘誤差，通道間的偏差，鎖相環(huán)延遲，碼跟蹤環(huán)偏差，天線相位中心偏差等。有關(guān)部門(mén)提供一定精度的衛(wèi)星軌道，以廣播星歷形式發(fā)播給用戶(hù)使用，從而已知觀測(cè)瞬間所觀測(cè)衛(wèi)星的位置，因而衛(wèi)星軌道誤差與星歷誤差是一個(gè)含義。衛(wèi)星星歷誤差又等效為偽距誤差。由于衛(wèi)星軌道受地球和日、月引力場(chǎng)、太陽(yáng)光壓、潮汐等攝動(dòng)力及大氣阻力的影響，而其中有的是隨機(jī)影響，而不能精密確定，使衛(wèi)星軌道產(chǎn)生誤差。目前，GPS衛(wèi)星軌道誤差的等效偽距誤差(使用的衛(wèi)星廣播星歷)為4.2m。美國(guó)的SA政策和AS政策人為地使導(dǎo)航定位的精度降低，點(diǎn)位誤差有時(shí)達(dá)到100m?？刂凭W(wǎng)的靜態(tài)GPS測(cè)量是利用載波相位測(cè)量，一般是由一個(gè)點(diǎn)設(shè)為已知點(diǎn)與一個(gè)待定點(diǎn)位同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星，取得載波相位觀測(cè)值，從而得出待定點(diǎn)位的坐標(biāo)或兩點(diǎn)間的坐標(biāo)值，稱(chēng)為基線測(cè)量，短基線測(cè)量可以消除SA影響。動(dòng)態(tài)測(cè)量解決SA影響的途徑是實(shí)時(shí)差分定位(稱(chēng)Real-timeDGPS),即在已知坐標(biāo)點(diǎn)上布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)基準(zhǔn)站取得誤差校正值，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈實(shí)時(shí)傳給導(dǎo)航定位的移動(dòng)站，從而消除SA影響及兩站的各種共同的誤差，提高了移動(dòng)站的導(dǎo)航定位精度。加濾波等處理的導(dǎo)航軟件以及組合導(dǎo)航系統(tǒng)，已使導(dǎo)航定位精度差分距離在100km左右時(shí)達(dá)到亞米級(jí)，差分距離遠(yuǎn)于1500km時(shí)達(dá)到米級(jí)。SA技術(shù)是選擇可用性(SelectiveAvailability)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是由兩種技術(shù)使用戶(hù)的定位精度降低，即δ（dither）技術(shù)和ε(epsilon)技術(shù)。δ技術(shù)是人為地施加周期為幾分鐘的呈隨機(jī)特征的高頻抖動(dòng)信號(hào)，使GPS[]衛(wèi)星頻率10.23MHz加以改變，最后導(dǎo)致定位產(chǎn)生干擾誤差，ε技術(shù)是降低衛(wèi)星星歷精度，呈無(wú)規(guī)則的隨機(jī)變化，使得衛(wèi)星的真實(shí)位置增加了人為的誤差。AS技術(shù)(Anti-Spoofing)叫反電子欺騙技術(shù)，其目的是為了在和平時(shí)期保護(hù)其P碼，不讓非授權(quán)用戶(hù)使用；戰(zhàn)時(shí)防止敵方對(duì)精密導(dǎo)航定位作用的P碼進(jìn)行電子干擾。AS技術(shù)使得用C/A碼工作的用戶(hù)無(wú)法再和P碼相位測(cè)量聯(lián)合解算進(jìn)行雙頻電離層精密測(cè)距修正，實(shí)際降低了用戶(hù)定位精度。太陽(yáng)光壓對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生攝動(dòng)影響衛(wèi)星的軌道，它是精密定軌的最主要誤差源。太陽(yáng)光壓對(duì)衛(wèi)星產(chǎn)生的攝動(dòng)加速度受太陽(yáng)與地球間距離的變化(地球軌道偏心距)而引起太陽(yáng)輻射壓力的變化，也與太陽(yáng)光強(qiáng)度、衛(wèi)星受到的照射面程和照射面積與太陽(yáng)的幾何關(guān)系及照射面的反射和吸收特性有關(guān)，由于衛(wèi)星表面材料的老化、衛(wèi)星姿態(tài)控制的誤差等也使太陽(yáng)光壓發(fā)生變化。已有的太陽(yáng)光壓改正模型有：標(biāo)準(zhǔn)光壓模型、多項(xiàng)式光壓模型和ROCK4光壓攝動(dòng)模型，這幾種光壓模型精度基本上相當(dāng)，可以滿(mǎn)足1m定軌的要求。最近有人提出，用附加隨機(jī)過(guò)程參數(shù)的方法或者對(duì)較長(zhǎng)的軌道用一階三角多項(xiàng)式逼近非模型化的長(zhǎng)期項(xiàng)影響，可得到更理想的結(jié)果，甚至可以滿(mǎn)足0.1～0.2m精多路徑誤差是指GPS信號(hào)射至其他的物體上又反射到GPS接收天線上，對(duì)GPS信號(hào)直接射至GPS接收天線上的直接波的干擾。多路徑誤差的大小，取決于反射波的強(qiáng)弱和用戶(hù)天線抗衡反射波的能力。用戶(hù)天線附設(shè)仰徑板，當(dāng)仰徑板半徑為40cm,天線高于1m至2m,可抑制多路徑影響。據(jù)大量資料的分析統(tǒng)計(jì)，多路徑誤差有以下危害：①當(dāng)邊長(zhǎng)小于10km時(shí)，主要誤差源是天線的對(duì)中誤差和多路徑誤差；②多路徑誤差對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的影響，在一般環(huán)境下可達(dá)5～9cm，在高反射環(huán)境下可達(dá)15cm；③在高反射環(huán)境(城鎮(zhèn)、水體旁、沙灘、飛機(jī)、艦船等)下，碼信號(hào)受多徑誤差的影響，可導(dǎo)致接收機(jī)的相位失鎖；④實(shí)踐證明，觀測(cè)值中的很多周跳都是由于多路徑誤差引起的。接收機(jī)天線附近的水平面、垂直面和斜面都會(huì)使GPS信號(hào)產(chǎn)生鏡反射。天線附近的地形地物，例如道路、樹(shù)木、建筑[]物、池塘、水溝、沙灘、山谷、山坡等都能構(gòu)成鏡反射。因此，選擇GPS點(diǎn)位時(shí)應(yīng)特別注意避開(kāi)這些地形地物，采取提高天線高度和其他防止多路徑誤差的措施。3.2.2GPS網(wǎng)基本精度本工程的GPS控制測(cè)量是用做山區(qū)礦山測(cè)圖之用，要求精度達(dá)到D級(jí)別，考慮到本工程項(xiàng)目的精度需要及所采用儀器設(shè)備、技術(shù)條件等影響實(shí)際精度的多種因素，GPS平面網(wǎng)的精度指標(biāo)按《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(GB/T18314-2001)中GPSD級(jí)網(wǎng)相鄰點(diǎn)間距離的標(biāo)準(zhǔn)差指標(biāo)要求確定。因此依照GPS測(cè)量規(guī)范將本次GPS測(cè)量作業(yè)的基本技術(shù)要求如下（表3-1）：表3-1GPS測(cè)量基本技術(shù)要求表D132015度1.6≥1060s101020GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)間弦長(zhǎng)精度用下式計(jì)算=式3-1GPS基線向量的弦長(zhǎng)中誤差（也稱(chēng)作等效距離誤差，單位為毫米），；a固定誤差（接收機(jī)標(biāo)稱(chēng)精度，單位是毫米）；b比例誤差系數(shù)（接收機(jī)標(biāo)稱(chēng)精度，單位是毫米）；d網(wǎng)中相鄰站點(diǎn)間的距離（單位為公里）；3.3選點(diǎn)與施測(cè)3.3.1選點(diǎn)由于GPS測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)之間不要求相互通視，而且網(wǎng)形結(jié)構(gòu)也比較靈活，所以選點(diǎn)工作比常規(guī)控制測(cè)量的選點(diǎn)要簡(jiǎn)便。但由于點(diǎn)位的選擇對(duì)于保證觀測(cè)工作的順利進(jìn)行和保證測(cè)量結(jié)果的可靠性有著至關(guān)重要的意義，因此在選點(diǎn)之前，除了收集和了解有關(guān)測(cè)區(qū)的地理情況和原有測(cè)量控制點(diǎn)的分布及保存情況外，我們還遵守和顧及以下原則：（1）點(diǎn)位都設(shè)在易于安裝架設(shè)接收機(jī)，視野開(kāi)闊的較高點(diǎn)上；（2）點(diǎn)位目標(biāo)顯著，其周?chē)?5度以上沒(méi)有大面積的障礙物，以減少GPS信號(hào)被遮擋或被障礙物吸收；（3）測(cè)區(qū)有許多通向礦區(qū)的高壓線路和市電線路，由于高壓線路等產(chǎn)生的電磁場(chǎng)會(huì)干擾GPS信號(hào)，所以我們選點(diǎn)都在離其約50到100m以外的地方；（4）由于測(cè)區(qū)為矩形，布設(shè)出的網(wǎng)形有利于同步觀測(cè)邊，同步觀測(cè)點(diǎn)的聯(lián)結(jié)。圖3-2控制網(wǎng)分布3.3.2施測(cè) 由上面可知，盡管各個(gè)待測(cè)點(diǎn)布設(shè)在交通較方便的公路周?chē)?，且均勻覆蓋測(cè)區(qū)，但測(cè)區(qū)范圍較大，到達(dá)點(diǎn)位仍需在路上要花費(fèi)許多時(shí)間。為了提高作業(yè)效率，本次采用五臺(tái)GPS接收機(jī)，測(cè)量人員五個(gè)，沿著公路依次架站，每一時(shí)段結(jié)束后，保持其中兩臺(tái)或一臺(tái)接收機(jī)不動(dòng)，其他臺(tái)站接收機(jī)裝車(chē)，到接下來(lái)的待測(cè)點(diǎn)上觀測(cè)，依次類(lèi)推，從最北邊的二家院子到最南邊的大公山點(diǎn)結(jié)束。具體的方案如下：（1）本次工程采用中海達(dá)HD8200E一體化藍(lán)牙靜態(tài)GPS接收機(jī)，其主要指標(biāo)如下表表3-2HD8200E儀器指標(biāo)（2）每一測(cè)站進(jìn)行嚴(yán)格對(duì)中整平，確保在測(cè)量中接收機(jī)的穩(wěn)定性。（3）認(rèn)真填寫(xiě)外業(yè)記錄紙，標(biāo)明該接收機(jī)編號(hào)，時(shí)段號(hào)按照A，B，C…依次排列，用鋼卷尺從三個(gè)方向量取儀器高，并求平均值。（4）每一時(shí)段開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間統(tǒng)一安排，并在準(zhǔn)確、清楚地記錄在手薄中，每一時(shí)段觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)度在45分鐘以上，保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。（5）在觀測(cè)過(guò)程中，定期觀察接收機(jī)顯示的可用衛(wèi)星數(shù)量，并記錄。若衛(wèi)星數(shù)少于4個(gè)，則通知其他站點(diǎn)停止觀測(cè)，查出原因，要么是周?chē)椒逭趽?，要么是此時(shí)衛(wèi)星分布不好，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行測(cè)點(diǎn)移位或等待一段時(shí)間再觀測(cè)。（6）為了保證觀測(cè)基線的質(zhì)量和控制網(wǎng)整體精度，觀測(cè)過(guò)程中均采用“邊聯(lián)式”和“點(diǎn)聯(lián)式”的混合方式，即：每一時(shí)段結(jié)束后，保持其中兩臺(tái)或一臺(tái)接收機(jī)不動(dòng)。（7）由于測(cè)區(qū)條件的限制，控制網(wǎng)中出現(xiàn)了一些短邊基線（100m）和有小角度的閉合環(huán)，這對(duì)精度提高不利，因此，在兩個(gè)時(shí)段連接處架設(shè)接收機(jī)，與大部分待測(cè)點(diǎn)構(gòu)成較長(zhǎng)基線(10km)，以提高點(diǎn)位精度。當(dāng)整個(gè)任務(wù)完成之后將觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)地傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，用專(zhuān)業(yè)軟件平差。4GPS數(shù)據(jù)的處理4.1基線解算基線處理是GPS數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié)，基線解算質(zhì)量對(duì)GPS定位結(jié)果有很大影響。利用HDS2003先將原始的觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)天線與計(jì)算機(jī)連接傳出來(lái)，其文件格式是以“.ZHD”為后綴的，從原始記錄中，通過(guò)解碼將各種數(shù)據(jù)分類(lèi)整理，剔除無(wú)效觀測(cè)值和冗余信息，形成各種數(shù)據(jù)文件，如星歷文件，觀測(cè)文件和測(cè)站信息文件等。在解算之前我們先看看基線的組成，任意兩個(gè)靜態(tài)觀測(cè)文件，只要它們具有相同的觀測(cè)時(shí)段，那么,它們就能構(gòu)成一條靜態(tài)基線。如下圖所示（圖4-1）：1123BA圖4-1靜態(tài)基線原理三個(gè)靜態(tài)觀測(cè)文件（1、2、3）之間根據(jù)它們的觀測(cè)時(shí)間關(guān)系構(gòu)成了兩條基線A和B。在HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件中，靜態(tài)基線名是由起算測(cè)站名和推算測(cè)推算測(cè)站的時(shí)段名構(gòu)成。處理數(shù)據(jù)時(shí)，創(chuàng)建完新的項(xiàng)目必須先要進(jìn)行項(xiàng)目屬性設(shè)置：如“施工單位，測(cè)量人，日期等”這些都要寫(xiě)清楚的，需要備案和以后進(jìn)行，更重要的是控制網(wǎng)等級(jí)的確定，根據(jù)不同的精度要求選擇合適的等級(jí)，一般分為AA，A，B，C，D，E級(jí)。圖4-2控制網(wǎng)設(shè)置該工程項(xiàng)目控制點(diǎn)是用來(lái)測(cè)地形圖的，所以我們選擇D等級(jí)。圖4-3就是坐標(biāo)系統(tǒng)及其投影參數(shù)的設(shè)置，我們希望解算平差出來(lái)的坐標(biāo)是北京54坐標(biāo)系，那么在坐標(biāo)系欄應(yīng)選擇“北京-54”，也可以在系統(tǒng)中自定義坐標(biāo)系，只要知道該地區(qū)的中央子午線的數(shù)值，參考橢球的長(zhǎng)半軸a和橢球扁率就行，北京地方坐標(biāo)系所定義的中央子午線是30ˊ00"，當(dāng)然投影方式選擇高斯投影3度帶。圖4-3坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置在主菜單“靜態(tài)基線（S）”中選擇“靜態(tài)處理設(shè)置”，則常用選項(xiàng)中出現(xiàn)“數(shù)據(jù)采樣間隔，衛(wèi)星截止高度角等”。圖4-4靜態(tài)基線處理設(shè)置一般GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)采樣間隔默認(rèn)為60，所謂歷元間隔，就是在基線處理時(shí)，軟件從原始觀測(cè)數(shù)據(jù)中抽取數(shù)據(jù)的間隔。儀器在作靜態(tài)觀測(cè)時(shí)，設(shè)置為每5秒采集一組數(shù)據(jù)，但在內(nèi)業(yè)處理時(shí)，這么高密度的觀測(cè)數(shù)據(jù)通常并不能顯著提高基線的精度，反而會(huì)大大增加基線處理的時(shí)間。因此，為提高基線處理的速度，增大數(shù)據(jù)處理的采樣間隔。通常認(rèn)為，對(duì)于短邊，且觀測(cè)時(shí)間較短時(shí)，可適當(dāng)縮小采樣間隔，而對(duì)于長(zhǎng)邊，可適當(dāng)增大采樣間隔。單從大氣層折射的角度來(lái)看，對(duì)于短距離的觀測(cè)，可以降低高度截止角；而對(duì)于長(zhǎng)距離的觀測(cè)，應(yīng)該加大高度截止角，因?yàn)榫嚯x越短，大氣折射影響越容易相互抵消。在野外觀測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)衛(wèi)星分布狀況降低高度截止角，以采集盡量多的數(shù)據(jù)，方便處理。在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，常常要將一些不合格的數(shù)據(jù)當(dāng)作粗差剔除。當(dāng)觀測(cè)值偏離模型值超過(guò)（粗差容忍系數(shù)×RMS）時(shí)，就認(rèn)為這組觀測(cè)值為粗差?？梢?jiàn)，這個(gè)系數(shù)太大或者太小都會(huì)影響觀測(cè)數(shù)據(jù)剔除的標(biāo)準(zhǔn)。本次工程我們采用數(shù)值3.5，如上圖4-4.（1）作好上述準(zhǔn)備后，執(zhí)行“基線處理”菜單下的“處理全部基線”，程序開(kāi)始依次逐條處理全部基線，軟件處理基線的步驟程序如下圖4-5所示：圖4-5基線處理后臺(tái)三差解算是將雙差觀測(cè)值在歷元間進(jìn)行相減，組合成三差觀測(cè)值，建立觀測(cè)方程，進(jìn)行解算，得到三差解。但是對(duì)于較短的邊，三差解的精度往往不高，通常三差解的目的在于得到比較近似的基線邊，便于進(jìn)行周跳修復(fù)。而周跳的修復(fù)往往是基線處理軟件需要解決的主要問(wèn)題，基線解算的關(guān)鍵在于找到正確的整周模糊度，能夠求解整周模糊度的前提是接收機(jī)對(duì)載波相位的連續(xù)跟蹤，但是接收機(jī)不可能總是連續(xù)跟蹤載波相位，遮擋、干擾等都會(huì)造成對(duì)載波相位的跟蹤中斷，從而使歷元之間的載波相位觀測(cè)值出現(xiàn)所謂的周跳。處理基線中，解算整周模糊度的能力與基線的長(zhǎng)度有關(guān)，獲得全部模糊度參數(shù)整數(shù)解的結(jié)果稱(chēng)為雙差固定解，只獲得雙差模糊度參數(shù)浮點(diǎn)解的結(jié)果稱(chēng)為雙差浮動(dòng)解，對(duì)于較長(zhǎng)的基線，浮動(dòng)解也不能得到較好的結(jié)果，只能用三差解。雙差浮點(diǎn)解：算若共觀測(cè)到N顆衛(wèi)星的信號(hào)，則雙差觀測(cè)方程組將比三差觀測(cè)方程組增加N-1個(gè)未知數(shù)，雙差解得到更進(jìn)一步的未知點(diǎn)坐標(biāo)和以浮點(diǎn)數(shù)表示的整周模糊度。理論上，整周模糊度應(yīng)為整數(shù)，但由于其在解算時(shí)吸收了觀測(cè)噪聲以及其它未模型化的誤差，因此通常只能得到一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)。該浮點(diǎn)數(shù)往往與實(shí)際的整數(shù)有一定的偏差，有時(shí)偏差甚至達(dá)到幾周。一般說(shuō)來(lái)整周模糊度分解，在足夠長(zhǎng)的同步觀測(cè)時(shí)間和得到足夠多的觀測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，僅靠取整也可以得到正確的整周模糊度，但采用快速求解整周模糊度（FARA，F(xiàn)astAmbiguityResolutionApproach）方法和LAMBDA方法，可以提高工作效率，大大地縮短觀測(cè)時(shí)間。軟件在實(shí)際處理過(guò)程中出現(xiàn)的信息框中分別列出了各條解算基線的名稱(chēng)、基線解算的進(jìn)度、以及各條基線解算的信息。基線解算是以多線程方式在后臺(tái)運(yùn)行的。在運(yùn)行過(guò)程中，在計(jì)算區(qū)中可看到基線的Ratio值，均方根誤差RMS等信息。點(diǎn)擊右鍵，彈出菜單中可選擇“停止”，從而停止基線的解算。以下是本次解算時(shí)出現(xiàn)在計(jì)算區(qū)中的信息：圖4-6基線解算信息按照以上的處理基線設(shè)置軟件會(huì)自動(dòng)處理完畢所有的基線。（2）處理不合格基線：當(dāng)各個(gè)解算基線以列表形式出現(xiàn)時(shí)，若其前面出現(xiàn)紅的“！”表明該基線的解算不合格。圖4-7GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)圖這樣就不能進(jìn)行其他工作，通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)頁(yè)可以分析觀測(cè)數(shù)據(jù)情況以及其質(zhì)量好壞。更重要的是，可以在觀測(cè)數(shù)據(jù)圖內(nèi)編輯時(shí)段（虛線框中的數(shù)據(jù)將被屏蔽，不被軟件處理）以重復(fù)處理這條基線，見(jiàn)圖4-7。在觀測(cè)數(shù)據(jù)圖中編輯時(shí)段時(shí)，可將以下情況的時(shí)段刪除或不參與平差：（1）段數(shù)據(jù)斷斷續(xù)續(xù)，表明接受機(jī)在跟蹤衛(wèi)星時(shí)出現(xiàn)失鎖，數(shù)據(jù)質(zhì)量差；（2）段數(shù)據(jù)短，出現(xiàn)不完整的應(yīng)該刪除，以保證各個(gè)衛(wèi)星有足夠的相同的觀測(cè)時(shí)段；也可以在基線列表中點(diǎn)擊某一基線，單擊右鍵點(diǎn)“選定基線處理設(shè)置”出現(xiàn)的對(duì)話框中改變?cè)摶€的數(shù)據(jù)采樣間隔，衛(wèi)星截止高度角等，然后在對(duì)此基線進(jìn)行單獨(dú)處理。還可以看基線精化處理的有力工具--殘差圖。在基線解算時(shí)，經(jīng)常要判斷影響基線解算結(jié)果質(zhì)量的因素，或需要確定哪顆衛(wèi)星或哪段時(shí)間的觀測(cè)值質(zhì)量上有問(wèn)題，殘差圖對(duì)于完成這些工作非常有用。所謂殘差圖就是根據(jù)觀測(cè)值的殘差繪制的一種圖表。在操作中選擇上一組、下一組可見(jiàn)各個(gè)雙差組合的殘差，如圖4-8所示：圖4-8殘差圖上圖是一種常見(jiàn)雙差分觀測(cè)值殘差圖的形式，它的橫軸表示觀測(cè)時(shí)間，縱軸表示觀測(cè)值的殘差，正常的殘差圖一般為殘差繞著零軸上下擺動(dòng)振幅一般不超過(guò)0.1周。4.2網(wǎng)平差基線解算都合格后，接下來(lái)進(jìn)行網(wǎng)平差HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件能實(shí)現(xiàn)自由網(wǎng)平差、三維約束平差、二維約束平差、高程擬合的基本方法，，另外還可以進(jìn)行邊角網(wǎng)的平差。下圖4-9為HDS2003數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行網(wǎng)平差的基本步驟，從圖中可以看到，網(wǎng)平差實(shí)際上可以分為三個(gè)過(guò)程：（1）期的準(zhǔn)備工作，這部分是用戶(hù)進(jìn)行的。即在網(wǎng)平差之前，需要進(jìn)行坐標(biāo)系的設(shè)置、并輸入已知點(diǎn)的經(jīng)緯度、平面坐標(biāo)、高程等；（2）平差的實(shí)際進(jìn)行，這部分是軟件自動(dòng)完成的；（3）對(duì)處理結(jié)果的質(zhì)量分析與控制，這部分也是需要我們分析圖4-9網(wǎng)平差過(guò)程由此可見(jiàn)，軟件只是實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)平差的解算，更重要的是需要用戶(hù)參與，并最終做出正確的判斷。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，整個(gè)平差結(jié)算通常是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程。在進(jìn)行網(wǎng)平差設(shè)置之前，應(yīng)檢查坐標(biāo)系的設(shè)置是否正確。本次工程項(xiàng)目的測(cè)區(qū)是在河北遷安，而且解算平差出來(lái)的坐標(biāo)屬于北京54坐標(biāo)系統(tǒng)，需要專(zhuān)門(mén)設(shè)置中央子午線（30′00″）、x和y方向的加常數(shù)等。坐標(biāo)系的設(shè)置可在工具菜單下的坐標(biāo)系管理中進(jìn)行，在解算中具體的坐標(biāo)設(shè)置如下：坐標(biāo)系名稱(chēng)：北京54坐標(biāo)系橢球長(zhǎng)半軸：a=6378245.000000橢球扁率：f=1/298.300000(采用的是北京54坐標(biāo)系統(tǒng)的規(guī)定的橢球參數(shù))投影名稱(chēng)：高斯投影帶尺度：1.000000投影高：0.000000X加常數(shù)：0.000000Y加常數(shù)：500000.000000中央緯度：0中央子午線：30′00″4.3高程擬合最后進(jìn)行高程擬合平差：利用GPS觀測(cè)量獲取待測(cè)點(diǎn)高程數(shù)據(jù)，將能較大提高測(cè)量效率。但是由于采用GPS觀測(cè)所得到的是大地高，為了獲得我們常用的正常高結(jié)果(可視為海拔高程)，需要采用GPS測(cè)高結(jié)合水準(zhǔn)高程測(cè)量的方法進(jìn)行GPS高程擬合，求取高程異常數(shù)據(jù)，進(jìn)而獲得正常高。GPS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(guān)性這一原理，以水準(zhǔn)高程為基準(zhǔn)，把經(jīng)過(guò)GPS測(cè)量和水準(zhǔn)測(cè)量的控制點(diǎn)，根據(jù)兩者的高差值，采用建立數(shù)學(xué)曲面模型的方法，求解正常高H，或高程異常ζ，高程擬合的方法，是一種純幾何的方法，因此，一般僅適用于高程異常變化較為平緩的地區(qū)(如平原地區(qū))，其擬合的準(zhǔn)確度可達(dá)到一個(gè)分米以?xún)?nèi)。對(duì)于高程異常變化劇烈的地區(qū)(如山區(qū))，這種方法的準(zhǔn)確度有限，這主要是因?yàn)樵谶@些地區(qū)，高程異常的己知點(diǎn)很難將高程異常的特征表示出來(lái)。GPS高程擬合計(jì)算可采用多項(xiàng)式函數(shù)擬合或多曲面函數(shù)擬合等方法進(jìn)行。GPS高程擬合大多采用二次多項(xiàng)式函數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，即高程異常ζ的計(jì)算公式為如下的二次多項(xiàng)式,ζ=+×dB+×dL+×+×dB×dL+×（式4－1）式中：dB=B—dL=L—B、L為GPS測(cè)量的大地緯度和經(jīng)度；、為中心化點(diǎn)緯度和經(jīng)度，即=∑B（式4－2）=∑L（式4－3）n為參加GPS擬合計(jì)算的控制點(diǎn)數(shù)。在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)，通過(guò)設(shè)置若干同時(shí)測(cè)定GPS大地高和水準(zhǔn)正常高的GPS高程擬合公共點(diǎn)，計(jì)算出該點(diǎn)的高程異常ζ。對(duì)于m(m>6)個(gè)公共點(diǎn)，可以依據(jù)公式列出m個(gè)方程，即有：V=AX+L（式4－4）其中X=V=通過(guò)最小二乘法求解出多項(xiàng)式的系數(shù)XX=—（式4－5）通過(guò)求取到等的參數(shù)，對(duì)于任意高程未知的控制點(diǎn)只要對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行GPS測(cè)量，測(cè)定其大地坐標(biāo)(經(jīng)緯度)B和L.即可按公式4－1求出高程異常ζ值。并在求出高程異常以后，即可用=H—ζ求出該點(diǎn)正常高系統(tǒng)下的高程值。如果在網(wǎng)平差設(shè)置時(shí)選擇了水準(zhǔn)擬合，并且至少對(duì)一個(gè)在基線向量網(wǎng)中的觀測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行了BLH或XYH或H中的水準(zhǔn)高程約束，這樣，在進(jìn)行網(wǎng)平差時(shí)將進(jìn)行三維約束平差。參數(shù)為：迭代次數(shù)：2網(wǎng)的參考因子：84.1888參考點(diǎn)：BYZ_H=+A+B*x+C*yA=57.3874B=0.000274025C=1.44272E-005表4-3部分點(diǎn)平差高程及其中誤差點(diǎn)名高程中誤差(m)GS__84.77030.0221MSA_154.63490.0252S100107.78880.0356S101126.91580.0382S102130.41800.0408S103195.47150.0403S104161.52470.0421S105120.78030.0240S106130.55530.0245S107217.07440.0354S108220.94000.0343從表4-3可以看出各個(gè)點(diǎn)的擬合高程中誤差平均值均大約為3cm，這是由該地區(qū)附近已知點(diǎn)不夠多（只有NYM,HTZ和BYZ三點(diǎn)），而且山區(qū)的地勢(shì)起伏較大，地形復(fù)雜所造成的，但對(duì)于礦區(qū)的數(shù)字測(cè)圖工作其精度是滿(mǎn)足的。4.4坐標(biāo)系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)換在整個(gè)數(shù)據(jù)解算過(guò)程中，坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是貫徹始終的，是平差過(guò)程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，正確、深入地理解和掌握測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的定義和各系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換原理和算法是必要的。1987年1月10日開(kāi)始統(tǒng)一采用WGS84世界大地坐標(biāo)系(WorldGeodeSystem)記錄GPS測(cè)量成果，從此取代了1987年以前所采用的WGS-72坐標(biāo)系WGS-84坐標(biāo)系是由美國(guó)國(guó)防部制圖局依據(jù)TRANSIT衛(wèi)星定位測(cè)量成果而建的一種協(xié)議地球坐標(biāo)系（CTS,ConventionalTerrestrialSystem)。它是GPS衛(wèi)星密星歷和廣播星歷的參考系。WGS84坐標(biāo)系的建立在理論上是一個(gè)以地球質(zhì)心為坐標(biāo)原點(diǎn)的地心坐系，其坐標(biāo)系的定向與BIH1984.0所定義的方向相同，其中X軸指向BIH1984的零度子午面與CTP赤道的交點(diǎn)，Z軸指向此BIH系統(tǒng)所定義的協(xié)議地極（CTP）的方向。由于WGS84所定義的地球質(zhì)心與由BIH臺(tái)站坐標(biāo)所定義的地心不完一致，因此，WGS84所相應(yīng)的地球赤道面與BIH所定義的赤道面并不重合，是保持平行。WGS84的格林威治子午面也與BIH所規(guī)定格林威治子午面相平行,于是WGS84的X軸即為WGS84赤道面與WGS格林威治子午面的交線。Y軸指向按右手法則確定。WGS84通過(guò)美國(guó)海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(NNSS)在坐標(biāo)原點(diǎn)、尺度因子、經(jīng)度零點(diǎn)等定義上作了一系列的改進(jìn)，以與BIH于1984年所定義CTS相一致。除了三維直角坐標(biāo)系之外，WGS84還定義了一個(gè)地球重力模型、一個(gè)平橢球以及與其他大地參考系間的變換參數(shù)。WGS84橢球?qū)儆谝粋€(gè)定位在地心旋轉(zhuǎn)等位橢球，該橢球的中心和坐標(biāo)軸指向是與WGS空間直角坐標(biāo)系相一致的WGS-84橢球的任意一點(diǎn)的大地經(jīng)緯度(B,L)和大地高（H）是與其三維空間直坐標(biāo)(X,Y,Z)等價(jià)的表達(dá)形式或者說(shuō)是兩者之間的變換關(guān)系式為：X=(N+H)Y=(N+H)Z=[N(1—)+H]（式4-7）其中N=（式4-8）其逆變換式很容易得到：L=acrtanB=acrtanH=—N（式4-9）WGS84橢球基本參數(shù)以及主要幾何和物理常數(shù)如下：（1）地球橢球基本參數(shù)：長(zhǎng)軸半徑：a=6378137m地球引力常數(shù)(含大氣層)：GM=3986005×正常化二階帶諧系數(shù)：=-484.16685×地球自轉(zhuǎn)角速度：ω=7292115×（2）主要幾何和物理常數(shù)：短軸半徑：b=6356752.3142m扁率：a=1/298.257223563第一偏心率平方：e2=0.00669437999013第二偏心率平方：e'2=0.006739496742227橢球正常重力位：=62636860.8497m赤道正常重力：=9.9703267714m在經(jīng)典大地測(cè)量中，為處理地面控制網(wǎng)的坐標(biāo)，通常選取一參考橢球面作基本參考面，選一參考點(diǎn)作為大地原點(diǎn)，通過(guò)天文測(cè)量確定其參數(shù)，其原點(diǎn)一不與地球質(zhì)心重合，而是位于地球質(zhì)心附近，這種坐標(biāo)系稱(chēng)為參心坐標(biāo)系。參心坐標(biāo)系的主要特點(diǎn)是它與參考橢球體的中心(即參心)有密切關(guān)系。參考橢球體的中心，一般與地球質(zhì)心不一致，因此，也稱(chēng)之為非地心坐標(biāo)系。參心空間直角坐標(biāo)系是以參心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，以起始子午面與赤道的交線為x軸，以橢球的旋轉(zhuǎn)軸(短軸)為Z軸，向北為正，在赤道面上與X軸正交的方向?yàn)閅軸。構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系O-XYZ地面點(diǎn)P的點(diǎn)位用(X，Y，Z)表示，它們是位置向量在三個(gè)坐標(biāo)軸上的投影?？臻g一點(diǎn)的參心大地坐標(biāo)用大地緯度B，大地經(jīng)度L和大地高H來(lái)表示。地面點(diǎn)P的法線與赤道的夾角B，稱(chēng)為P點(diǎn)的大地緯度，由赤道面起算，向南為負(fù)(0°～-90°)，稱(chēng)為南緯，向北為正(0°～90°)，稱(chēng)為北緯。P點(diǎn)的子午面與起始子午面所構(gòu)成的二面角L,稱(chēng)為P點(diǎn)的大地經(jīng)度，向東為正(0°～180°)，稱(chēng)為東經(jīng)，向西為負(fù)，稱(chēng)為西經(jīng)。P點(diǎn)沿法線方向到橢球面的距離，稱(chēng)為P點(diǎn)的大地高H。大地高H與常用的正高，或正高H＇的關(guān)系是：H=+H=H’+ξN表示大地水準(zhǔn)面差距，它是相應(yīng)點(diǎn)沿鉛垂線自大地水準(zhǔn)面至橢球面的離；ξ表示高程異常，它是自大地水準(zhǔn)面至橢球面的距離。參心坐標(biāo)系主要包括參心空間直角坐標(biāo)系和參心大地坐標(biāo)系。一個(gè)國(guó)家(或地區(qū))選擇一定元素的參考橢球，對(duì)參考橢球進(jìn)行定位和定向，獲得大地原點(diǎn)的大地起算數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)面，就建立了一個(gè)國(guó)家坐標(biāo)系。中國(guó)測(cè)量領(lǐng)域的大部分?jǐn)?shù)據(jù)資料都是基于1954年北京坐標(biāo)系或1980年西安坐標(biāo)系。北京54坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸。它的原點(diǎn)不在北京而在前蘇聯(lián)的普爾科沃，相應(yīng)的橢球?yàn)榭死鞣蛩够鶛E球。其基本參數(shù)為：長(zhǎng)軸半徑a=6378245m短軸半徑b=6356863.0188m扁率α=1/298.3第一偏心率平方e2=0.006693421622966第二偏心率平方e'2=0.006738525414683雖然大量的測(cè)繪任務(wù)和工作是在北京54坐標(biāo)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上完成的，但隨著測(cè)繪新理論、新技術(shù)的不斷發(fā)展，該坐標(biāo)系的缺點(diǎn)便出現(xiàn)了：（1）橢球參數(shù)有較大的誤差?？死鞣蛩够鶛E球參數(shù)與現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)相比，長(zhǎng)半軸約大109m。（2）參考橢球面與我國(guó)大地水準(zhǔn)面存在著自西向東明顯的系統(tǒng)性的傾斜，在東部地區(qū)大地水準(zhǔn)面差距最大達(dá)+68m。這使得大比例尺地圖反映地面的精度受到影響，同時(shí)也對(duì)觀測(cè)元素的歸算提出了嚴(yán)格要求。（3）幾何大地測(cè)量和物理大地測(cè)量應(yīng)用的參考面不統(tǒng)一。我國(guó)在處理重力數(shù)據(jù)時(shí)采用赫爾默特1900年～1909年正常重力公式，與這個(gè)公式相應(yīng)的赫爾默特扁球不是旋轉(zhuǎn)橢球，它與克拉索夫斯基橢球是不一致的，這給實(shí)際工作帶來(lái)了麻煩。（4）定向不明確。橢球短軸的指向既不是國(guó)際上較普遍采用的國(guó)際協(xié)議原點(diǎn)CIO(ConventionalInternationalOrigin)，也不是我國(guó)地極原點(diǎn)JYD起始大地子午面也不是國(guó)際時(shí)間局BIH所定義的格林尼治平均天文臺(tái)子午面，從而給坐標(biāo)換算帶來(lái)一些不便和誤差。1980年西安坐標(biāo)系是在1954年北京坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上，綜合利用天文、大與重力測(cè)量成果，按照多點(diǎn)定位方法建立起來(lái)的。新的大地原點(diǎn)設(shè)在陜西省澤陽(yáng)縣永樂(lè)鎮(zhèn)，位于西安市西北方向60km,簡(jiǎn)稱(chēng)西安原點(diǎn)，相應(yīng)的坐標(biāo)系稱(chēng)為1980年西安坐標(biāo)系，也成為1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系采用的地球橢球基本參數(shù)以及主要幾何和物理常數(shù)如下：（1）參考橢球基本參數(shù)：長(zhǎng)軸半徑：a=6378140m地球引力常數(shù)(含大氣層)：GM=3986005×二階帶諧系數(shù)：J2=1082.63×地球自轉(zhuǎn)角速度：ω=7292115×（2）主要幾何和物理常數(shù)：短軸半徑：b=6356752.2882m。扁率：α=1/298.257第一偏心率平方：e2=0.00669438499959第二偏心率平方：e'2=0.00673950181947橢球正常重力位：U0=62636830赤道正常重力：γ0=9.780318m1980年西安坐標(biāo)系的橢球定位條件為：（1）橢球短軸平行于地球地軸(由地球地心指向1968.0地極原點(diǎn)（）的方向構(gòu)成)；（2）起始大地子午面平行于格林尼治平均天文臺(tái)起始子午面；（3）橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國(guó)境內(nèi)最為密合。我國(guó)采用高斯投影，在該投影中，除中央子午線沒(méi)有長(zhǎng)度變形外，其它位置上的任何線段，投影后均產(chǎn)生長(zhǎng)度變形，而且離中央子午線愈遠(yuǎn)變形愈大。為此一般通過(guò)分帶投影的辦法，以限制長(zhǎng)度變形.我國(guó)規(guī)定采用6°帶或3°帶進(jìn)行分帶投影，但是對(duì)于城市、工礦等工程測(cè)量中，若直接在國(guó)家坐標(biāo)系中建立控制網(wǎng)有時(shí)會(huì)使地面長(zhǎng)度的投影變形較大，當(dāng)投影長(zhǎng)度變形大于2.5cm/km時(shí)，就難以滿(mǎn)足工程上的要求。因此為滿(mǎn)足大比例尺測(cè)圖和進(jìn)行施工放樣的要求，基于實(shí)用方便和科學(xué)的目的，通常采用自選的中央子午線，自選的計(jì)算基準(zhǔn)面，即獨(dú)立平面坐標(biāo)系。一般情況下，將地方獨(dú)立測(cè)量控制網(wǎng)建立在當(dāng)?shù)氐钠骄０胃叱堂嫔喜⒁援?dāng)?shù)刈游缇€作為中央子午線進(jìn)行高斯投影求得平面坐標(biāo)，建立地方獨(dú)立坐標(biāo)系。地方獨(dú)立坐標(biāo)系都有著獨(dú)立的原點(diǎn)和定向方式，是基于一個(gè)與當(dāng)?shù)仄骄０胃叱虒?duì)應(yīng)的參考橢球。該橢球的中心、軸向和扁率一般與國(guó)家參考橢球體相同，但其長(zhǎng)半軸則有一個(gè)改正量。這個(gè)參考橢球稱(chēng)為“地方參考橢球”。隨著空間技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)衛(wèi)星大地測(cè)量進(jìn)行洲際和國(guó)際大地聯(lián)測(cè)，并綜合地面天文、大地和重力資料，從而建立全球大地坐標(biāo)系。但是目前世界上各個(gè)國(guó)家和地區(qū)存在有100多種地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系，地面上任一點(diǎn)，選用不同的坐標(biāo)系就有不同的坐標(biāo)。在我國(guó)，工程應(yīng)用主要采用1954年北京坐標(biāo)系、1980年西安坐標(biāo)系和地方獨(dú)立坐標(biāo)系。因此我國(guó)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的問(wèn)題歸結(jié)為WGS84坐標(biāo)系向上述三種坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題，以及這三個(gè)坐標(biāo)系的相互轉(zhuǎn)換問(wèn)題。采用不同的參考橢球和定位定向建立的坐標(biāo)系，均可以轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)。因此不同的參心坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，以及地心坐標(biāo)系和參心坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，歸根到底都是不同的空間直角坐標(biāo)系之間的換算。如果己知兩個(gè)不同的空間直角坐標(biāo)系相應(yīng)于某個(gè)轉(zhuǎn)換模型的轉(zhuǎn)換參數(shù)，只需要按照相應(yīng)的轉(zhuǎn)換模型計(jì)算，即可完成坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。但如果并不知道兩個(gè)坐標(biāo)系闖的轉(zhuǎn)換參數(shù)，而只是己知兩個(gè)坐標(biāo)系中部分公共點(diǎn)的坐標(biāo)，則先根據(jù)這些已知的公共點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，根據(jù)最小二乘原理求定坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，然后利用所求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)對(duì)兩個(gè)空間直角坐標(biāo)系進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。（1）空間直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型國(guó)內(nèi)外大量的專(zhuān)家、學(xué)者對(duì)不同的空間直角坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換作了大量的研究.成熟的轉(zhuǎn)換模型有布爾薩-沃爾夫(Bursa-Wolf)模型、莫洛金斯基-巴代卡斯(Molodensky-Badekas)模型和范士（Veis)模型。這些模型雖然表示形式略有差別，但從坐標(biāo)變換的最終結(jié)果而言，它們是等價(jià)的。這類(lèi)模型共有七個(gè)變換參數(shù)，即三個(gè)平移參數(shù)，三個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)和一個(gè)尺度參數(shù)，所以也籠統(tǒng)的稱(chēng)為七參數(shù)法。如果認(rèn)為某些參數(shù)很小，則根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析研究，剔除那些對(duì)轉(zhuǎn)換精度影響不顯著的參數(shù)，這就產(chǎn)生了三參數(shù)，四參數(shù)，五參數(shù)，六參數(shù)。其中三參數(shù)模型，一般只考慮三個(gè)平移參數(shù)，模型簡(jiǎn)單，在理論上有一定缺陷，但是在部分領(lǐng)域能滿(mǎn)足一定精度要求，故也被采用。（2）轉(zhuǎn)換參數(shù)的求解法A三點(diǎn)法：對(duì)轉(zhuǎn)換參數(shù)的要求精度不高，或只有三個(gè)公共點(diǎn)時(shí),可用三個(gè)點(diǎn)的9個(gè)坐標(biāo)，列出9個(gè)方程，取其中的7個(gè)方程求解。多采用迭代的方法求解方程，因此效率比較低，難以同時(shí)具有較高的計(jì)算速度和一定的精度保證。可以采用改進(jìn)方法來(lái)求解轉(zhuǎn)換參數(shù)：①取三個(gè)點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)差的平均值作為平移參數(shù)。當(dāng)某一個(gè)公共點(diǎn)相對(duì)精度較高時(shí)，取此點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)之差作為平移參數(shù)。②由兩個(gè)點(diǎn)在兩個(gè)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，反算相應(yīng)的邊長(zhǎng)S和S＇,尺度參數(shù)m可取為m=,或者由三個(gè)點(diǎn)所求出的三條邊長(zhǎng)計(jì)算出三個(gè)尺度參數(shù)，取平均值尺度參