【正文】 點(diǎn)加密，小間中距相鄰點(diǎn)位應(yīng)進(jìn)行直接聯(lián)測(cè)。 GPS 測(cè)量精度分級(jí) AA A B C D E 固定誤差 /mm ≤ 3 ≤ 5 ≤ 8 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 10 比例誤差系數(shù) ≤ ≤ ≤ 1 ≤ 5 ≤1020 ≤ 1020 相 鄰 點(diǎn)最 小距離 km 300 100 15 5 2 1 相 鄰 點(diǎn)最 大 2021 1000 250 40 15 10 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 距離km 相 鄰 點(diǎn)平 均距離km 1000 300 70 15—10 10— 5 5— 2 不同等級(jí) GPS網(wǎng)的精度標(biāo)準(zhǔn) 等級(jí) 平均距離 /km a/mm b/ 最弱邊相對(duì)中誤差 二 9 ≤ 10 ≤ 2 1／ 12萬 三 5 ≤ 10 ≤ 5 1／ 8萬 四 2 ≤ 10 ≤ 10 1／ 45萬 一級(jí) 1 ≤ 10 ≤ 10 1／ 2萬 二級(jí) 1 ≤ 15 ≤ 20 1／ 1萬 注：當(dāng)邊長(zhǎng) 200m 時(shí)，以邊長(zhǎng)中誤差 20mm 來衡量。為基線向量中誤差； a為固定誤差， b 為比例誤差； D為相鄰間距離。 解決這個(gè)問題有兩種辦法：一種是找出多余參數(shù)與時(shí)空關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，給載波相位測(cè)量方程 一個(gè)約束條件，使多余參數(shù)大幅度減少；另一種更有效、精度更高的辦法是，按一定規(guī)律對(duì)載波相位測(cè)量值進(jìn)行線性組合，通過求差達(dá)到消除多余參數(shù)的目的。 陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 載波相位測(cè)量差分法 在載波相位測(cè)量基本方程中，包含著兩類不同的未知數(shù)：一類是必要參數(shù)，如測(cè)站的坐標(biāo)；另一類是多余參數(shù)，如衛(wèi)星鐘和接收機(jī)的鐘差、電離層和對(duì)流層延遲等。 如果接收機(jī)在某一時(shí)刻跟蹤衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)恢復(fù)后的載波進(jìn)行相位測(cè)量。為此要在載波相位測(cè)量之前先進(jìn)行解調(diào)，設(shè)法將調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和衛(wèi)星電文去掉，恢復(fù)載波的相位。 偽距法進(jìn)行相對(duì)定位可以采 用兩種辦法： 1）間接相對(duì)定位，各同步測(cè)站分別進(jìn)行單點(diǎn)定位，求得各測(cè)站坐標(biāo)，然后相減求得坐標(biāo)差； 2）直接相對(duì)定位，當(dāng)兩個(gè)測(cè)站進(jìn)行同步觀測(cè)時(shí)，產(chǎn)生兩個(gè)數(shù)學(xué)式，相減后建立起偽距定位法用于相對(duì)定位的數(shù)學(xué)模型，然后解算出坐標(biāo)差。對(duì)于 C/A 碼，其碼元寬度約為 293m，偽距測(cè)量精度則為 ；對(duì)于 P碼，其碼元寬度約為 ，偽距測(cè)量精度則為 ，比 C/A 碼的測(cè)量精度約高 10倍。由于它的測(cè)量信號(hào)是衛(wèi)星發(fā)播的測(cè)距碼，故測(cè)量精度就和測(cè)距 碼與復(fù)制碼的相關(guān)（對(duì)齊）精度有關(guān)，也與測(cè)距碼元寬度有關(guān)。在理想的情況下，時(shí)延就等于衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間，此時(shí)將乘以光速值 c，就可以求得衛(wèi)星至接收機(jī)的距離。 否則繼續(xù)調(diào)整時(shí)間延遲，直至 R（ t） =max，于是就由時(shí)延器測(cè)定出兩信號(hào)間的時(shí)間延遲。而接收機(jī)的偽隨機(jī)噪聲碼發(fā)生器，又產(chǎn)生了一個(gè)與衛(wèi)星發(fā)播的測(cè)距碼結(jié)構(gòu)完全相同的復(fù)制碼 U′(t?t) 。在無線電通訊技術(shù)中，一般將頻率較低的信號(hào)調(diào)制到頻率較高的載波上， GPS 衛(wèi)星的測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼采用了調(diào)相技術(shù)。前已述及， GPS 定位采用的是被動(dòng)式單程測(cè)距。 偽距法定位 偽距法定位的原理和測(cè)定偽距的方法 偽距法定位是利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航定位的最基本方法。若把載波作為量測(cè)信號(hào)，對(duì)載波進(jìn) 行相位測(cè)量可以達(dá)到很高的精度。偽距定位法定陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 一次位的精度并不高，但定位速度快，經(jīng)幾小時(shí)的定位也可達(dá)米級(jí)的若再增加觀測(cè)時(shí)間，精度還可以提高。當(dāng)采用積分多普勒記數(shù)法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所需觀測(cè)時(shí)間一般較常（數(shù)小時(shí)）， 同時(shí)，在觀測(cè)過程中接收機(jī)的震蕩器要求保持高度穩(wěn)定。這種由于波源相對(duì)與觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)而引起的信號(hào)頻率的移動(dòng)稱為多普勒頻移，其現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)。這樣，根據(jù) GPS 信號(hào)的不同觀測(cè)量，可以區(qū)分為四種定位方法 : 1）多普勒定位法 多普勒效應(yīng)是 1942 年奧地利物理學(xué)家多普勒首先發(fā)現(xiàn)的。 前面所述的靜態(tài)定位或動(dòng)態(tài)定位，所依據(jù)的觀測(cè)量都是所測(cè)的衛(wèi)星至接收機(jī)天線的偽距。由于用戶只需被動(dòng)地接收信號(hào)，故稱為被動(dòng)式測(cè)距。由于電磁波測(cè)距儀需在測(cè)站點(diǎn)上主動(dòng)發(fā)出測(cè)距信號(hào)，故稱這種測(cè)距方式為主動(dòng)式測(cè)距。 根據(jù)用戶接收信號(hào)的方式可分為主動(dòng)式測(cè)距和被動(dòng)式測(cè)距： 1）主動(dòng)式測(cè)距：用電磁波測(cè)距 儀發(fā)射測(cè)距信號(hào)，通過另一端的反射器回來，再由測(cè)距儀接受。這種定位方法是當(dāng)前 GPS 測(cè)量陽泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院 — 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 定位中精度最高的一種方法，在大地測(cè)量、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)研究和精密導(dǎo)航等精度要求較高的測(cè)量工作中被普遍采用。 在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都可能包括靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩種方式。但它在地質(zhì)礦產(chǎn)勘察等低精度的測(cè)量領(lǐng)域，仍有著廣泛的應(yīng)用前景。 缺點(diǎn)是定位精度較低，受衛(wèi)星軌道誤差，鐘同步誤差及信號(hào)傳播誤差等因素的影響，精度只能達(dá)到米級(jí)。 2）相對(duì)定位 : 也叫差分定位，是至少用 兩臺(tái) GPS 接收機(jī) ,同步觀測(cè)相同的 GPS衛(wèi)星 ,確定兩臺(tái)接收機(jī)天線之間的相對(duì)位置 (坐標(biāo)差 )。目前，導(dǎo)航型的 GPS 接受機(jī)可以說是一種廣義的動(dòng)態(tài)定位，它除了要求測(cè)定動(dòng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置外，一般還要求測(cè)定運(yùn)動(dòng)載體的狀態(tài)參數(shù)，如速度、時(shí)間和方位等。 第三節(jié) GPS 定位方法 GPS 定位概述 根據(jù)待定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可分為靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位： 1）靜態(tài)定位：由于接受機(jī)的位置固定不動(dòng)，就可以進(jìn)行大量的重復(fù)觀測(cè)，所以靜態(tài)定位可靠性強(qiáng)，定位精度高，在大地測(cè)量、工程測(cè)量中得到了 廣泛的應(yīng)用，是精密定位中的基本模式。只有這些問題得到確定， 衛(wèi)星運(yùn)行的軌道以及衛(wèi) 星在軌道上的瞬時(shí)位置也才是唯一確定的。 軌道參數(shù)可以有很多，它們的選擇也不是唯一的。 衛(wèi)星運(yùn)行的軌道 這里仍討論在理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)行軌道。 2）開普勒第二定律 — 衛(wèi)星的地心向徑，在相等的時(shí)間內(nèi)所掃過的面積相等 。這是因?yàn)椋? 1）它是衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的第一近似描述； 2）它是至今唯一能得到的嚴(yán)密分析解的運(yùn)動(dòng)； 3）它是全部作用力下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)更精確解的基礎(chǔ)。 理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng) 所謂的理想情況下的衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，是將地球視作勻質(zhì)球體，且不顧及其它攝動(dòng)力的影響，衛(wèi)星只是在地球質(zhì)心引力作用下而運(yùn)動(dòng)。如果將地球重力場(chǎng)的引力視為 1，則其他作用力均小于 105。這些作用力的情況復(fù)雜多變，所以衛(wèi)星的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況和狀態(tài)也就比較復(fù)雜，很難用既精確又簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。 GPS 衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)，和所有的運(yùn)動(dòng)物體一樣，取決于它所受的作用力。 衛(wèi)星的運(yùn)行以及軌道 GPS定位是依 GPS衛(wèi)星的已知瞬時(shí)位置為起算基準(zhǔn)的。 GPS 衛(wèi)星信號(hào)的傳播 GPS 采用了信號(hào)擴(kuò)頻調(diào)制，把窄帶信號(hào)擴(kuò)展到一個(gè)很寬的頻帶上發(fā)射出去，以達(dá)到抗干擾、保密和省電的目的。 數(shù)據(jù)碼的產(chǎn)生 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航電文主要包括衛(wèi)星歷、時(shí)鐘 改正、電離層時(shí)延改正、工作狀態(tài)和 C/A碼轉(zhuǎn)換到捕獲 P碼的信息。 PN2(t+ni t)中取某一段周期為 7天的 P碼，且規(guī)定每星期六午夜零點(diǎn)使 P碼置全“ 1”狀態(tài)作為周期的起始點(diǎn)。 GPS 衛(wèi)星信號(hào)的內(nèi)容 GPS 衛(wèi)星信號(hào)所包含的載波、測(cè)距碼 （包含 P碼、 C/A 碼）、數(shù)據(jù)碼（導(dǎo)航電文， 或稱 D碼）都是在同一個(gè)基本頻率 f0= 的控制下產(chǎn)生的。 我國(guó)的 GPS 衛(wèi)星跟蹤站在“八五”期間已經(jīng)建成，“九五”期間已向國(guó)內(nèi)用戶提供服務(wù)。即廣播星歷。 衛(wèi)星星歷按其來源的不同，可以分為兩種：預(yù)報(bào)星歷（廣播星歷）和實(shí)測(cè)星歷（精密星歷）。地球自轉(zhuǎn)一周平太陽視運(yùn)動(dòng)的周期為一個(gè)平太陽日，世界時(shí)就是以平太陽日為基礎(chǔ)的。平太 陽時(shí)是以平太陽的周日視運(yùn)動(dòng)周期來量度地球自轉(zhuǎn)周期的以平太陽日為單位時(shí)間系統(tǒng)。時(shí)間分恒星時(shí)和太陽時(shí)兩大時(shí)間系統(tǒng)。如圖 25 圖 25 地心直角坐標(biāo)系 時(shí)間系統(tǒng) 概述 時(shí)間具有“時(shí)間間隔”（時(shí)間段）和“時(shí)刻”兩種含意。 WGS— 84 于 1985 年開始使用， 1986 年生產(chǎn)出第一批相對(duì)于地心坐標(biāo)系的地圖、航測(cè)圖和大地成果。 WGS— 84 大地坐標(biāo)系 自 60 年代以來，美國(guó)國(guó)防部制圖局（ DMA）為建立全球統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)，利用了大量的衛(wèi)星觀測(cè)資料以及全球地面天文、大地和重力測(cè)量資料，先后建成了 WGS— 60、WGS— 66 和 WGS— 72 全球坐標(biāo)系統(tǒng)。所以地心直角坐標(biāo)系是 GPS 定位中采用的基本坐標(biāo)系。由于前者可以通過衛(wèi)星大地測(cè)量獲得點(diǎn)的空間三維直角坐標(biāo)，并不涉及橢球及其定位。 地心坐標(biāo)系 建立地心坐標(biāo)系的意義和方法 地心坐標(biāo)系中的“地心”二字意指地球的質(zhì)心。 1954 年新北京坐標(biāo)系的成果，就是將 1980 年國(guó)家大地坐標(biāo)系的空間直角坐標(biāo)經(jīng)三個(gè)平移參數(shù)平移變換至克拉索夫斯基橢球中心，就成了新北京坐標(biāo)系的成果。 40 年來，數(shù)十萬個(gè)國(guó)家控制點(diǎn)都是在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)完成計(jì)算的，一切測(cè)量工程和測(cè)繪成果均無例外地采用著這個(gè)系統(tǒng)。 大地點(diǎn)高程是以 1956 年青島驗(yàn)潮站求出的黃海平均海水面為基準(zhǔn)。有關(guān)部門根據(jù)會(huì)議記要，開展并進(jìn)行了多方面的工作，建成了 1980 年國(guó)家大地坐標(biāo)系（ GDZ80） 大地坐標(biāo)系的原點(diǎn)，設(shè)在我國(guó)中部 —— 陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，在西安以北 60km，簡(jiǎn)稱西安原點(diǎn)。起始天文子午線與赤道的交點(diǎn) E，就是天文經(jīng)度零點(diǎn)。這些參數(shù)，可以充分地確定地球橢球的形狀，大小及其正常重力場(chǎng)，從而使大地測(cè)量學(xué)與大地重力學(xué)的基本參數(shù)得到統(tǒng)一。地球自轉(zhuǎn)角速度 w由天文觀測(cè)確定，它們的精度都比較好。這四個(gè)量通常稱為基本大地參數(shù)。 橢球的參數(shù) 在幾何大地測(cè)量學(xué)中，通常用橢球長(zhǎng)半徑 a 和扁率 f 兩個(gè)參數(shù)表示橢球的形狀和大小，但是從幾何和物理兩個(gè)方面來研究地球，僅有兩個(gè)參數(shù)是不夠的。這樣傳算過來的坐標(biāo)，定名為 1954 年北京坐標(biāo)系。解決這些問題的過程，也就是建立參心大地坐標(biāo)系的過程。 第二節(jié) GPS 全球定位系統(tǒng)理論 坐標(biāo)系統(tǒng) 地球坐標(biāo)系統(tǒng)又可進(jìn)一步分為參心坐標(biāo)系統(tǒng)和地心坐標(biāo)系統(tǒng) 參心坐標(biāo)系 我國(guó)歷史上出現(xiàn)的參心大地坐標(biāo)系，主要有 BJZ54（原）、 GDZ80 和 BJZ54 等三種。 五、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。 隨著 GPS測(cè)量技術(shù)的不斷完善，軟件的不斷更新，在進(jìn)行 GPS 測(cè)量時(shí)，靜態(tài)相對(duì)定位每站僅需 20 min 左右，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位僅需幾秒鐘。 二、測(cè)站間無需通視 GPS 測(cè)量不需要測(cè)站間相互通視，可根據(jù)實(shí)際需要確定點(diǎn)位，使得選點(diǎn)工作更加靈活 方便。通過數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，可求得該時(shí)刻接收機(jī)天線中心（測(cè)站點(diǎn)）至衛(wèi)星的距離 ρ1 、 ρ2 、 ρ3 。 第二章 GPS 全球定位系統(tǒng)的基本原理 第一節(jié) GPS 全球定位系統(tǒng) 組成及特點(diǎn) GPS 定位是根據(jù)測(cè)量中的距離交會(huì)定點(diǎn)原理實(shí)現(xiàn)的。 第五節(jié) 中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（ CH1003— 95）。 第三節(jié) 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范》（ GB/T1342021）。坐標(biāo)系統(tǒng)滿足投影長(zhǎng)度變形值不大于 1cm/km 的要求，成果精度為二等。 北京 54 橢球，中央子午線 112176。 21′ 30″ 投影面： 920m (正常高 ) 點(diǎn)號(hào) X X坐標(biāo) (m) Y坐標(biāo) (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 TG14 TG15 三角高程 TG16 TG17 三角高程 TG18 TG19 TG20 三角高程 TG21 二、作業(yè)依據(jù) 北京 54 坐標(biāo)，中央子午線為 111176。 （二）高程控制資料： 1985 國(guó)家高程基準(zhǔn)，成果為二等水準(zhǔn)精度，部分山區(qū)點(diǎn)為三等三角高程精度（見備注）。根據(jù)測(cè)圖面積、測(cè)圖比例尺的要求，可采用上述三點(diǎn)的坐標(biāo)成果作為本次平面控制網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)。 三、施測(cè)目的 通過測(cè)量工作，最終根據(jù)數(shù)據(jù)繪制成圖，從而對(duì)目前公路的地形及周圍情況有了最新的了解，在以后利用合理規(guī)劃方面有了可靠的依據(jù)。 二、具備資料 由于原來該公路對(duì)此片地形有過測(cè)量，因此這次參考了原來 的一些圖紙及關(guān)于GPS測(cè)量的一些資料，還有利用了原來的一些控制點(diǎn)。路線自東向西跨越了三個(gè)不同類型的地貌單元，山前洪積傾斜平原區(qū)、溶蝕剝蝕侵蝕中山區(qū)及山間峽谷區(qū)。整體地形呈東西低，中間高。 項(xiàng)目區(qū)東端位于汾河沖積平原，中部屬呂梁山余脈石千峰山中低山區(qū)，西端為汾河河谷。全線有大中橋 11座、互通式立交 1座、分離式隧道 2座，其中，西山隧道全長(zhǎng) 公里