【正文】 Abstract GPS is global positioning system from the United States in the 1970s started to develop which lasted 20 years the cost of 20 billion US dollars in the second generation of satellite navigation systems the current GPS technology has been widely used in geodesy resource exploration crustal movement Cadastral and other fields particularly in the areas of measurement In this paper the GPS feature of the development and application GPS and the position of principle field measurement workflow GPS baseline solution such as the basic principle GPS measurements in accordance with the technical characteristics on the GPS in 307 countries the actual measurement of work The second part mainly on the principle of measuring the lineofsight and then thehorizon measured in accordance with the principles prepared by thehorizon measured in the threehorizon calculated as follows tilthorizon the 130 height difference levelhorizon Key words GPS 307 National Road project control measurement thehorizon measurementmeasurement 目 錄 第一篇 GPS 定位系統(tǒng)在公路工程控制測量中的應(yīng)用 1 第一章 緒論 1 第一節(jié) GPS 全球定位系統(tǒng)的概念 1 一 概念 1 二 GPS 系統(tǒng)的特點 1 第二節(jié) GPS 定位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 3 一 GPS 的應(yīng)用按其使用領(lǐng)域簡單介紹如下 3 二 我國的 GPS 定位技術(shù)應(yīng)用情況 4 三 前景 5 第二章 GPS 衛(wèi)星全球定位系統(tǒng) 6 第一節(jié) GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成 6 一 空間部分 6 二 GPS 地面監(jiān)控部分 7 三 用戶部分 8 第二節(jié) GPS 衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號 10 一 概述 10 二 GPS 信號接收機的組成及原理 11 第三節(jié) GPS 衛(wèi)星定位原理 14 一 概述 14 二 GPS 幾種定位方式 16 第四節(jié) GPS 導(dǎo)航定位誤差 18 一 與 GPS 衛(wèi)星有關(guān)的誤差 18 二 與衛(wèi)星信號傳播有關(guān)的誤差 19 三 接收設(shè)備有關(guān)的誤差 20 第三章 GPS 外業(yè)測量 23 第一節(jié) 影響 GPS 測量技術(shù)設(shè)計的因素 23 第二節(jié) GPS 網(wǎng)的布設(shè) 23 一 步網(wǎng) 23 第三節(jié) GPS 的坐標系統(tǒng)和時間系統(tǒng) 24 一 WGS84 大地坐標系 24 二 1954 年北京坐 標系 25 三 1980 年國家大地坐標系 25 四 新 1954 年北京坐標系 26 五 GPS 時間系統(tǒng) 26 第四章 工作流程 27 第一節(jié) GPS 控制網(wǎng)的內(nèi)業(yè)設(shè)計 27 一 GPS 控制網(wǎng)設(shè)計 27 二 影響 GPS 測量技術(shù)設(shè)計的因素 29 三 GPS 控制網(wǎng)的圖形設(shè)計 29 四 技術(shù)指標 30 第二節(jié) GPS 控制網(wǎng)的外業(yè)設(shè)計 30 一 選點要求 30 二 埋石 31 三外業(yè)觀測 31 第三節(jié) GPS 控制網(wǎng)的外業(yè)實施 32 一 儀器準備 32 二 接收機及附屬設(shè)備的檢驗與維護 34 三 人員組織 34 四 儀器安裝 34 五 野外觀測 34 第四節(jié) 數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)處理 35 一 數(shù)據(jù)傳輸 35 二 數(shù)據(jù)處理 37 第五章 GPS 基線解算的基本原理 40 第一節(jié) 基線解算原理 40 一 基線解算 40 二 GPS 基線解算的分類 42 三 GPS 基線解算的過程 43 第二節(jié) GPS 測量數(shù)據(jù)的預(yù)處理 44 第三節(jié) GPS 基線解算的質(zhì)量監(jiān)控 45 第四節(jié) 影響 GPS 基線解算結(jié)果的因素 48 一 影響 GPS 基線解算結(jié)果的因素的判別 48 二 GPS 基線解算精化處理技 術(shù) 49 三 利用殘差圖來判斷影響基線解算結(jié)果質(zhì)量的因素 49 第六章 實例 51 陽泉市 307 國道復(fù)線坡頭至水峪項目 51 一 項目概述 51 二 項目內(nèi)業(yè)設(shè)計 51 三． 項目外業(yè)設(shè)計 52 四 數(shù)據(jù)處理及精度分析 53 五 技術(shù)總結(jié)與成果資料提交 53 小 結(jié) 55 第二篇 視距測量程序 56 第一章 視距測量原理與計算 56 第一節(jié) 視距測量原理 56 一 原理 56 二 視距測量的觀測與計算 56 三 視距測量特點 56 第二節(jié) 程序界面及代碼 57 外文資料 64 Theodolites 1 64 Surveying Instruments 68 參考文獻 80 致 謝 81 第一篇 GPS 定位系統(tǒng)在公路工程控制測量中的應(yīng)用 第一章 緒論 第一節(jié) GPS 全球定位系統(tǒng)的概念 一 概念 GPS 即全球定位系統(tǒng) Global Positioning System 是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是美國從上世紀 70年代開始研制歷時 20年耗資 200億美元在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗于 1994 年全面建成具有在海陸空進行全方位實時三維導(dǎo)航與定位能力的 新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)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三大部分組成 按目前的方案全球定位系統(tǒng)的空間部分使用 24 顆高度約 202 萬千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座 213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這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰ζ鋺?yīng)用技術(shù)已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域特別是在測量領(lǐng)域我以山西省重點工程 2020 年開工建設(shè)的陽泉市 307 國 道復(fù)線坡頭至水峪項目為例概略敘述 GPS 在 307 國道建設(shè)及在公路工程控制測量中的應(yīng)用 二 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 1 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 106100500KM 可達1071000KM可達 109在 3001500M工程精密定位中 1小時以上觀測的解其平面位置誤差小于 1mm 與 ME5000 電磁波測距儀測定得邊長比較其邊長較差最大為05mm 校差中誤差為 03mm 2 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)相對靜態(tài)定位僅需1520 分鐘快速靜態(tài)相對定位測量時當每個流動站與基準站相距在 15KM 以內(nèi)時流動站觀測時間只需 12 分鐘然后可隨時定位每站觀測只需幾秒鐘 3 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去經(jīng)典大地網(wǎng)中的傳算點過渡點的測量工作 4 可提供三維坐標 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目前 GPS 水準可滿足四等水準測量的精度 5 操作簡便 隨著 GPS 接收機不斷改進自動化程度越來越高有的已達傻瓜化的程度接收機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度使野外工作變得輕松愉快 6 全天候作業(yè) 目前 GPS 觀測可在一天 24 小時內(nèi)的任何時間進行不受陰天黑夜起霧刮風(fēng)下雨下雪等氣候的影響 7 功能多應(yīng)用廣 GPS 系統(tǒng)不僅可用于測量導(dǎo)航還可用于測速測時測速的精度可達 01MS 測時的精度可達幾十毫微秒其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大當初設(shè)計 GPS 系統(tǒng)的主要目的是用于導(dǎo)航收集情報等軍事目的但是后來的應(yīng)用開發(fā)表明 GPS 系統(tǒng)不僅能夠達到上述目的而且用 GPS 衛(wèi)星發(fā)來的導(dǎo)航定位信號能夠進行厘米級甚至毫米級精度的靜態(tài)相對定位米級至亞米級精度的動態(tài)定位亞米級至厘米級精度的速度測量和毫微秒級精度的時間測量因此 GPS 系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應(yīng)用前景 第二節(jié) GPS 定位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 如人們所說 GPS 的應(yīng)用僅受人們的想象力制約 GPS 問世以來已充分顯示了其在導(dǎo)航定位領(lǐng)域的霸主地位許多領(lǐng)域也由于 GPS 的出現(xiàn)而產(chǎn)生革命性變化目前幾乎全世界所有需要導(dǎo)航定位的用戶都被 GPS 的高精度全天候全球覆蓋方便靈活和優(yōu)質(zhì)價廉所吸引 GPS應(yīng)用于測量 GPS技術(shù)給測繪界帶來了一場革命利用載波 相位差分技術(shù) RTK 在實時處理兩個觀測站的載波相位的基礎(chǔ)上可以達到厘米級的精度與傳統(tǒng)的手工測量手段相比 GPS 技術(shù)有著巨大的優(yōu)勢測量精度高 操作簡便儀器體積小便于攜帶 全天候操作觀測點之間無須通視測量結(jié)果統(tǒng)一在WGS84坐標下信息自動接收存儲減少繁瑣的中間處理環(huán)節(jié)當前 GPS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于大地測量資源勘查地殼運動地籍測量等領(lǐng)域 2GPS 應(yīng)用于交通出租車租車服務(wù)物流配送等行業(yè)利用 GPS 技術(shù)對車輛進行跟蹤調(diào)度管理合理分布車輛以最快的速度響應(yīng)用戶的乘車送請求降低能源消耗節(jié)省運行成本 GPS 在車輛導(dǎo)航方面發(fā)揮了重要的角 色在城市中建立數(shù)字化交通電臺實時發(fā)播城市交通信息車載設(shè)備通過 GPS 進行精確定位結(jié)合電子地圖以及實時的交通狀況自動匹配最優(yōu)路徑并實行車輛的自主導(dǎo)航 民航運輸通過 GPS 接收設(shè)備使駕駛員著陸時能準確對準跑道同時還能使飛機緊湊排列提高機場利用率引導(dǎo)飛機安全進離場 3GPS 應(yīng)用于救援利用 GPS 定位技術(shù)可對火警救護警察進行應(yīng)急調(diào)遣提高緊急事件處理部門對火災(zāi)犯罪現(xiàn)場交通事故交通堵塞等緊急事件的響應(yīng)效率特種車輛如運鈔車等可對突發(fā)事件進行報警定位將損失降到最低 有了 GPS 的幫助救援人員就可在人跡罕至條件惡劣的大海山野沙漠對失蹤 人員實施有效的搜索拯救裝有 GPS 裝置的漁船在發(fā)生險情時可及時定位報警使之能更快更即使地獲得救援 4GPS 應(yīng)用于農(nóng)業(yè)當前發(fā)達國家已開始把 GPS 技術(shù)引入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)即所謂的 精準農(nóng)業(yè)耕作 該方法利用 GPS 進行農(nóng)田信息定位獲取包括產(chǎn)量監(jiān)測土樣采集等計算機系統(tǒng)通過對數(shù)據(jù)的分析處理決策出農(nóng)田地塊的管理措施把產(chǎn)量和土壤狀態(tài)信息裝入帶有 GPS 設(shè)備的噴施器中從而精確地給農(nóng)田地塊施肥噴藥通過實施精準耕作可在盡量不減產(chǎn)的情況下降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本有效避免資源浪費降低因施肥除蟲對環(huán)境造成的污染 5GPS 應(yīng)用于娛樂消遣隨著 GPS 接收機的小型化 以及價格的降低GPS逐漸走進了人們的日常生活成為人們旅游探險的好幫手通過 GPS人們可以在陌生的城市里迅速地找到目的地并且可以最優(yōu)的路徑行駛野營者攜帶 GPS 接收機可快捷地找到合適的野營地點不必擔心迷路甚至一些高檔的電子游戲也使用了 GPS 仿真技術(shù) 第二章 GPS 衛(wèi)星全球定位系統(tǒng) 第一節(jié) GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成 GPS全球定位系統(tǒng)由以下三個部分組成空間部分 GPS衛(wèi)星地面監(jiān)控部分和用戶部分 一 空間部分 1GPS 衛(wèi)星 GPS 衛(wèi)星的主體呈圓柱形兩側(cè)有太陽能帆板能自動對日定向太陽能電池為衛(wèi)星提供工作用電每顆衛(wèi)星 配備有 4 臺原子鐘可為衛(wèi)星提供高精度的時間標準衛(wèi)星上帶有燃料和噴管可在地面控制下調(diào)整自己的運行軌道 GPS 衛(wèi)星的基本功能是接收并存儲來自地面控制系統(tǒng)的導(dǎo)航電文在原子鐘的控制下自動生成測距碼 CA 碼和 Y 碼和載波采用二進制相位調(diào)制法將測距碼和導(dǎo)航電文調(diào)制在載波上播發(fā)給用戶按照地面控制系統(tǒng)的命令調(diào)整軌道調(diào)整衛(wèi)星鐘修復(fù)故障或啟用備用件以維護整個系統(tǒng)的正常工作 2 衛(wèi)星星座 發(fā)射入軌能正常工作的 GPS 衛(wèi)星集合城 GPS 衛(wèi)星星座 最初的 GPS 衛(wèi)星星座由 24顆 GPS衛(wèi)星組成這些衛(wèi)星分布在三個傾角為 63176。幾乎為圓形的軌道上相鄰軌道的 升交點赤經(jīng)之差為 120176。軌道增至 6 個每個軌道上均勻分布 3 顆衛(wèi)星相鄰軌道的升交點赤經(jīng)之差為 6