【正文】 在發(fā)達國家， GPS 技術已經開始應用于交通運輸和交通工程。整個作業(yè)過程 全由 微電子 技術、 計算機技術 控制，自動記錄、自動數據預處理、自動平差計算。 通過以上對 GPS 測量的應用事例的探討，可以看出 GPS 在公路工程的控制測量上具有很 大的發(fā)展前景 第一 GPS 作業(yè)有著極高的精度。 第五 提供三維坐標。觀測時間短采用 GPS 布設控制網時每個測站上的觀測時間一般在 30～ 40min 左右， 第四 操作簡便。 第二 精 度高。 相對于常規(guī)的測量方法來講， GPS 測量有以下特點： 第一 測站之間無需通視。 GPS 在道路工程中的應用，目前主要是用于建立各種道路工程控制網及測定航測外控點等。 GPS 控制測量總結 公路工程的測量主 要應用了 GPS的兩大功能：靜態(tài)功能和動態(tài)功能。 GPS 外業(yè)調度手薄。經典自由網平差廣泛應用于城市與鄉(xiāng)鎮(zhèn)等區(qū)域性控制網的平差，而虧秩自由網主要應用于工程變形和地殼運動等監(jiān)測網的數據處理。 目前廣泛采用的平差方法，主要有經典自由網平 差和虧秩自由網平差。 ) 1985 國家高程基準 點名 X 坐標（ m） Y 坐標（ m） H 高程（ m） 備注 TG01 TG02 TG03 TG04 TG05 三角高程 TG06 三角高程 TG07 TG08 TG09 TG10 三角高程 TG11 TG12 TG13 陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 30 TG14 TG15 三角高程 TG16 TG17 三角高程 TG18 TG19 TG20 三角高程 TG21 IV02 V42 V31 TG01 TG02 TG03 TG04 TG05 三角高程 TG06 三角高程 TG07 成果整理及檢查驗收 GPS 內業(yè)數據處理完成后應按技術設計書的要求進行項目成果整理。在 基線向量的改正數與剔除粗差后的無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差（）均≤ 28。約束平差成果報表中應輸出約束平差計算后的坐標、基線向量改正數、基線邊長、方位、轉換參陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 29 數及其相應的精度信息。三維無約束平差報表須提供各點在 WGS84 系下的三維坐標、各基線向量及其改正數和其精度信息。約束點的已知點坐標，已知距離，已知方位可作為強制約束的固定值，平差結果應輸出左云公路段獨立坐標系中的三維坐標。 陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 28 第二節(jié) GPS 控制網平差計算 1. 當各項質量檢驗符合要求時，應以所有獨立基線組成閉合圖形，進行控制網平差。觀測者應根據 GPS 作業(yè)調度表的安排進行觀測，采取靜態(tài)相對定位，衛(wèi)星高度角 15 度，時段長度 45min，采樣間隔 4 個點上同時安置 4 臺接收機天線（對中、整平、定向），量取天線高，測量氣象數據，開機觀察，當各項指標達到要求時，按接收機的提示輸入相關數據，則接收機自動記錄，觀測者填寫測量手薄和外業(yè)觀測記錄，并應隨時監(jiān)視儀器狀態(tài)，發(fā)現不良反應，及時報告或記錄案。 外業(yè)觀測 外業(yè)觀測采用四臺南方測繪儀器公司的 NGS9600 型靜態(tài) GPS衛(wèi)星接收機， GPS 接陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 27 收機標稱精度的固定誤差ａ≤ 5mm,比例誤差系數 b≤ 2*106。 第四節(jié) 外業(yè)實施 埋石 由于時間要求，埋石擬與選點同時進行。 原線路坐標成果與施工獨立坐標成果的相互轉換為嚴密轉換。 ② 施工獨立坐標 北京 54 橢球，中央子午線 112176。 同時，對控制測量工作所使用的 GPS接收機已經定期了進行檢測。 2）對 GPS 原 始數據不須做任何更改。 3）注意儀器設備的保護，禁止雨天作業(yè)。 工序要求 項目按接受委托 現場踏勘 方案設計 方案研究 方案圖 甲方意見 施工圖 審定陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 25 審核 外業(yè)施工 內業(yè)檢核 平差處理 技術總結 成果交接的流程進行。 質量保證措施 1）嚴格按照《全球定位系統城市測量技術規(guī)程》 CJJ7397的有關測量技術要求和技術設計書進行測繪工作。 重合點的檢驗 若測區(qū)內有兩個以上高級起算點，分別通用不同傳算途徑， 推出同一點的坐標差應滿足 陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 24 式中：（ dx,dy,dz）表示其中任何一個分量， m 為傳算邊的總數。在國家和地方基準網點及國家基準網點的特級、零級 GPS 測量中，外業(yè)直接邊用普通軟件進行概略平差，內符合精度以及和以往歷次重復平差值的互差均應在 12ppm 之間。 無干擾、大氣穩(wěn)定、接收機運轉正常，其他狀態(tài)正常為 “ 良好 ” ；有明顯干擾信號，大氣過程有明顯波動，接收機運轉不很正常，儀器故障失鎖致使 10％左右觀測數據無效等狀態(tài)為 “ 一般 ” ；以上各項更嚴重，致使 20％的數據不能被正常記錄，實時定位解的收 斂過程起伏大，解向量各分量的內符合精度在 3050m 狀態(tài)的 “ 存疑 ” ；由于種種因素影響，使一個時候的額定工和量喪失 1/3 以上；或測站實時定位解算過程中收斂十分困難，最后解向最多數分量的內符合精度超過 50m 等狀況為 “ 報廢 ” 。 表 3 GPS 觀測手簿 點名 等級 觀測者 記錄點 接收機名稱 接收機編號 定位模式 開機時間 h min 關機時間 h min 站時段號 日時段號 天線高（ mm） 測前 測后 平均 日期 存儲介質編號及數據文件名 時間 跟蹤衛(wèi)星號（ PRN） 干溫 (C) 濕溫（ C） 氣壓（ mb） 測站大地高 GDOP 經度（176。當接收或存儲出現異常時，應隨時進行調整，必要時應及時通知其他接收機以調整觀測計劃。 5）每時段觀測應在測前、測后分別量取天線高。 級 別 項 目 陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 21 2）觀測人員必須按照 GPS 接收機操作手冊的規(guī)定進行觀測作業(yè)。 2）觀測作業(yè)前，應根據接收機臺數、 GPS 圖形、衛(wèi)星可見性預報表編制觀測計劃。 9）所有 GPS 點在埋石處應設置明顯的指向標志，并現場繪制交通路線略圖，填寫點之記。 5） GPS 點位于沙區(qū) 或土層疏松地區(qū)，應適當增大標石尺寸和基坑底層現澆混凝土的面積與厚度。 3） GPS 點位于山區(qū)巖石地段時，可利用基巖鑿成坑穴，埋入中心標志并澆灌混凝土。標石表面應有 GPS 點名及施測單位名稱。 8）選定的點名應標注于 1： 10000 或 1： 50000 的地形圖上，并繪制 GPS 控制網選點圖，填寫 GPS點之記，點之記格式見附錄 GPS 點之記 太古高速公路西山隧道施工控制網 點名 TG03 標石類型 觀測墩 所在地 位于東社街辦棗尖梁村西 ,鐵路西北 米處山梁上。 6） GPS 控制點需要設方位點時，其目標應明顯，便于觀測；與 GPS 點的距離不陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 18 以小于 500m，且與路線垂直。的成片障礙物，否則應繪制點位環(huán)視圖。點位應有利于采用其他測量方法擴展和聯測。通過與已知點聯測， NEG9600GPS數據處理軟件可以很方便地實現 WGS8北京 54 坐標系，西安 80坐標系中的空間直角坐標、大地坐標及高斯平面直角坐標之間的轉換?，F在全球定位系統采用的 WGS— 84 坐標系統，是一個精確的全球大坤坐標系統。 4） 考慮將測區(qū)內原有的國家或地方測設的三角點進行聯測，有利于兩系統成果的變換，聯測點應盡量均勻分布在 整個測區(qū)的里面和外圍。 GPS網的布設 1） 所選點位要便于低等級常規(guī)測量的使用，每一個 GPS 點應與兩個或兩個以上的控制點通視，困難情況下 也至少保持與相鄰一個控制點通視，否則，需埋設方位樁，且用 GPS 聯測。 第三章 GPS 測量作業(yè)的技術要求 第一節(jié) 作業(yè)選點依據 GPS 網精度類級 各級 GPS網的定位精度，可按相鄰間基線向量的中誤差來衡量： 式中： m。與此同時，接收機的本機振蕩器又能產生一個頻率和初相均與衛(wèi)星載波信號相同的基準信號，其相位就等于衛(wèi)星載波信號的相位。 載波相位測量 載波相位測量原理 GPS 接收機所接收到的衛(wèi)星信號中，已用相位調制技術在載波上調制了測距碼和衛(wèi)星導航電文，所以載波已不再連續(xù)。 根據經驗，接收機的復制碼與測距碼的對齊精度約為碼元寬度（或碼的波長）的 1%。測定各自相關系數的工作由接收機鎖相環(huán)路的相關器和積分器來完成。 當衛(wèi)星發(fā)射機依據自己的時鐘發(fā)出的含有測距碼的調制信號，經過了時間的傳播后到達地面的接收機，如圖 27，此時接收機收到的測距碼為 U(t?t)。它的優(yōu)點是速度快、無多值性問題，利用增加觀測時間可以提高定位精度；缺點是測量定位精度低，但足以滿足部分用戶的需要。 3）載波相位測量 載波信號的波長很短， L1 載波信號長為 19cm ， L2 載波信號波長為 。 根據多普勒效應原理，利用 GPS 衛(wèi)星較高的發(fā)射頻率，由積分多普勒記數得出偽距差。但是，偽距的基本觀測量又區(qū)分為碼相位觀 測（簡稱測碼偽距）和載波相位觀測（簡稱測相偽距）。 2）被動式測距：發(fā)射站在規(guī)定的時刻內準確地發(fā)出信號，用戶則根據自己的時鐘記錄信號到達的時間，根據時差Δ t 求得單程距離ρ。 根據獲取定位結果的時間可分為實時定位和非實時定位： 1）實時定位： 是根據接收機觀測到的數據，實時地解算出接收天線所在的位置 2）非實時定位：又稱后處理定位，它是通過對接收機接收到的數據進行后處理以進行定位的方法。 絕對定位、相對定位與動、靜態(tài)的關系。 絕對定位的優(yōu)缺點： 優(yōu)點是只需一臺接受機即可獨立定位，外業(yè)觀測的組織及實施較為方便，數據處理也較為簡單。 2）動態(tài)定位：其特點是測定一個動點的實時 位置，多余觀測量少、定位精度低。但是無論如何選擇，必須有利 于下列問題的解決： 1）軌道橢圓的形狀和大??； 2）軌道平面與地球體的相關位置； 3）軌道橢圓在軌道平面上的方位； 4）衛(wèi)星在軌道上的瞬時位置。 3）開普勒第三定律 — 衛(wèi)星圍繞地球運動的周期的平方與軌道橢圓長半徑的立方 成正比，其比值等于地球引力常數 GM 的倒數。理想情況下的衛(wèi)星運動是我們的首要研究對象。 不過在對衛(wèi)星所有的作用力中，地球重力場的引力是最主要的。為了確定衛(wèi)星的瞬時位置，必須了解衛(wèi) 星的運動狀態(tài)和運行軌道。將這些信息以數據，即以二進制碼的形式向用戶發(fā)送，所以導航電文又稱為數據碼，即 D碼。 GPS 衛(wèi)星信號的產生 如圖： 陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 9 測距碼的產生 P碼的周期約 38 星期，實際應用中采用 7天為一周期，即在 P(t)=PN1(t) 實測星歷 一些國家根據自己的衛(wèi)星跟蹤站觀測資料，經過事后處理直接計算的衛(wèi)星星歷，稱為實測星歷。 衛(wèi)星星歷 衛(wèi)星的星歷就是描述衛(wèi)星運行軌道和狀態(tài)的各種參數值，它是計算衛(wèi)星瞬時位置陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 8 的依據。利用春分點的周時視運動周期來量度地球自轉周期而建立的以恒星日為時間單位的時間系統為恒星時系統；以太陽的周日視運動周期來量度地球自轉周期而建立的以太陽日為單位的時間系統為太陽時系統；太陽時又分為真太陽時和平太陽時兩種。由于 GPS 導航定位全面采用了 WGS— 84，用戶可以獲 得更高精度陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 7 的地心坐標，也可以通過轉換，獲得較高精度的參心大地坐標系坐標。 地心坐標系的表述形式 地心直角坐標系和地心大地坐標系。在地心空間大地平直角坐標系中用 XD、 YD、 ZD 表示點的位置，地心大地坐標系中用 LD、 BD 、 HD 表示點的位置。為了既體現 1980 年國家大地坐標系的嚴密性，又照顧到 1954 年原北京坐標系的實用性，有的部門和單位想出一種兩全其美的辦法，于是就產生了 1954 年新北京坐標系。 陽泉職業(yè)技術學院 — 畢業(yè)設計說明書 6 1980 年國家大地坐標系的橢球短軸平行于由地球質心指向我國地極原點 的方向，起始大地子午面平行于我國起始天文子午面。 起始天