gps控制測(cè)量畢業(yè)設(shè)計(jì)--gps在高速鐵路特大橋控制測(cè)量中的應(yīng)用

1、<p><b>　　前 言4</b></p><p><b>　　第1章 緒論5</b></p><p><b>　　1.1概述5</b></p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀6</p><p>　　1.3本文主要研究?jī)?nèi)容7</p>&l

2、t;p>　　第2章 GPS定位基本原理及誤差來源9</p><p>　　2.1 GPS定位的基本原理9</p><p>　　2.1.1 GPS系統(tǒng)簡(jiǎn)介9</p><p>　　2.1.2 GPS定位的基本測(cè)量10</p><p>　　2.1.3 GPS定位的基本原理12</p><p>　　2.2 GP

3、S定位的誤差來源15</p><p>　　2.2.1與衛(wèi)星有關(guān)的誤差15</p><p>　　2.2.2衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差16</p><p>　　2.2.3與接收設(shè)備有關(guān)的誤差17</p><p>　　2.2.4粗差19</p><p>　　2.3 GPS數(shù)據(jù)采集模式及網(wǎng)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換19</p>

4、<p>　　2.3.1 GPS數(shù)據(jù)采集模式19</p><p>　　2.3.2 GPS網(wǎng)與其它網(wǎng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換20</p><p>　　第3章橋梁控制測(cè)量22</p><p><b>　　3.1概述22</b></p><p>　　3.2橋梁控制網(wǎng)的特點(diǎn)22</p><p>

5、　　3. 3橋梁控制網(wǎng)的布設(shè)23</p><p>　　3.3.1橋梁控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和投影面的確定24</p><p>　　3.3.2橋梁控制網(wǎng)的布設(shè)要求27</p><p>　　3.3.3橋梁控制網(wǎng)的布設(shè)方法29</p><p>　　3.4橋梁控制網(wǎng)的精度要求31</p><p>　　3.4.1橋梁控制網(wǎng)精度估

6、算31</p><p>　　3.4.2高程控制網(wǎng)的精度33</p><p>　　3.5控制網(wǎng)施測(cè)方法34</p><p>　　第4章 高速鐵路測(cè)量控制技術(shù)體系36</p><p>　　4.1 精密測(cè)量控制體系的研究36</p><p>　　4.1.1 客運(yùn)專線鐵路精密工程測(cè)量的概念36</p>

7、;<p>　　4.1.2 建立客運(yùn)專線鐵路精密工程測(cè)量體系的必要性36</p><p>　　4.2高速鐵路客運(yùn)專線鐵路工程技術(shù)要求37</p><p>　　4.2.1坐標(biāo)系統(tǒng)37</p><p>　　第5章 GPS在大型橋梁控制測(cè)量中的應(yīng)用39</p><p>　　5.1 GPS橋梁控制網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)39</

8、p><p>　　5.2 GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計(jì)39</p><p>　　5.3 GPS橋梁控制網(wǎng)的布設(shè)要求40</p><p>　　5.4 GPS控制網(wǎng)的施測(cè)40</p><p>　　5.5.1 GPS儀器的選擇與檢驗(yàn)40</p><p>　　5.5.2 GPS控制網(wǎng)的外業(yè)實(shí)施40</p>

9、<p>　　5.5.3 觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理41</p><p>　　5.5.4 GPS基線向量網(wǎng)平差42</p><p>　　第6章 京滬高速鐵路丹陽至昆山特大橋工程實(shí)例44</p><p>　　6.1 丹陽至昆山特大橋簡(jiǎn)介44</p><p>　　6.2 丹陽至昆山特大橋GPS控制網(wǎng)布設(shè)44</p>

10、<p>　　6.2.1 坐標(biāo)系與投影面的選取44</p><p>　　6.2.2 時(shí)間基準(zhǔn)45</p><p>　　6.2.3 控制網(wǎng)技術(shù)、精度指標(biāo)45</p><p>　　6.2.4 平面控制網(wǎng)的布設(shè)45</p><p>　　6.3 GPS平面控制測(cè)量46</p><p>　　6.3.1

11、 外業(yè)觀測(cè)46</p><p>　　6.3.2 基線解算47</p><p>　　6.3.3 投影轉(zhuǎn)換48</p><p>　　6.3.4 GPS網(wǎng)平差49</p><p>　　6.3.5 精度統(tǒng)計(jì)分析49</p><p><b>　　致謝52</b></p>

12、<p>　　GPS在高速鐵路特大橋控制測(cè)量中的應(yīng)用</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　GPS相對(duì)定位技術(shù)已經(jīng)在測(cè)繪、交通、城建、國(guó)土資源管理等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。它的平面相對(duì)定位精度已經(jīng)完全能夠滿足工程的需要。結(jié)合GPS定位測(cè)量的各種優(yōu)點(diǎn)，將GPS相對(duì)定位技術(shù)引入特大型橋梁控制網(wǎng)的測(cè)量和基礎(chǔ)放樣，無論對(duì)GPS技術(shù)本身的發(fā)展

13、還是對(duì)特大型橋梁測(cè)量控制都具有極為重要的意義。</p><p>　　本文主要就GPS技術(shù)在特大型橋梁測(cè)量控制的應(yīng)用進(jìn)行了研究。從GPS基本原理出發(fā)，論述了控制網(wǎng)的布設(shè)、特別對(duì)橋梁控制網(wǎng)設(shè)計(jì)、選點(diǎn)、布設(shè)以及精度分析做了詳細(xì)的論述。并結(jié)合蘇通大橋GPS控制網(wǎng)控制測(cè)量和基礎(chǔ)放樣的實(shí)例，對(duì)GPS在特大型橋梁測(cè)量控制中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，得到了GPS相對(duì)定位技術(shù)完全能夠應(yīng)用于特大型橋梁平面控制網(wǎng)和GPS RTK技術(shù)滿足大型橋

14、梁基礎(chǔ)放樣精度要求的結(jié)論。</p><p>　　關(guān)鍵詞 : GPS，橋梁，控制網(wǎng)，鐵路特大橋，高速鐵路</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　近年來，隨著我國(guó)交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，橋梁建設(shè)己經(jīng)邁入了一個(gè)新的歷史</p><p>　　階段，正由橋梁大國(guó)向技術(shù)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。各種特大型橋梁飛跨南北，成為國(guó)家

15、交通</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)中的重要樞紐。在這些科技含量高、工程規(guī)模浩大的橋梁建設(shè)中，測(cè)繪作為</p><p>　　建設(shè)的先行，其傳統(tǒng)經(jīng)典的測(cè)量手段發(fā)揮了極為重要的作用。但我國(guó)在建和擬建</p><p>　　的許多特大型橋梁中，特別是高速鐵路大橋，其地理?xiàng)l件極為復(fù)雜，施工工藝</p><p>　　和精度要求也在不斷提高，傳統(tǒng)的測(cè)量手段已經(jīng)很

16、難滿足建設(shè)的需要，因此，探</p><p>　　索一種新的測(cè)量控制方法就顯的尤為重要。</p><p>　　長(zhǎng)期以來，利用常規(guī)的測(cè)量方法布設(shè)高精度的測(cè)量控制網(wǎng)，主要依賴于高精度的測(cè)距儀和經(jīng)緯儀。由于地形復(fù)雜、區(qū)域廣以及其它一些原因，這給常規(guī)測(cè)量帶來了一定的困難。常規(guī)的邊、角控制網(wǎng)測(cè)量要求各控制點(diǎn)間必須通視，給網(wǎng)形的布設(shè)帶來了很大的限制而且工作量大，受氣候條件影響顯著，作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)。隨著GP

17、S技術(shù)的迅速發(fā)展，GPS技術(shù)的應(yīng)用已滲透到軍事、交通、測(cè)繪、水利等各行各業(yè)。GPS涉及的面很廣，值得研究的問題也很多。目前，范圍上數(shù)公里至幾千公里的控制網(wǎng)或形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)，精度上從百米至毫米級(jí)的定位，一般都將GPS作為首選手段。隨著RTK技術(shù)的日趨成熟，GPS已開始向分米乃至厘米級(jí)的放樣、高精度動(dòng)態(tài)定位等領(lǐng)域滲透?，F(xiàn)在GPS衛(wèi)星定位技術(shù)己經(jīng)逐步用于建立橋梁施工平面控制網(wǎng)，并可方便的用于橋梁施工平面控制網(wǎng)的復(fù)測(cè)、基礎(chǔ)施工放樣和對(duì)大橋進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

18、本論文主要根據(jù)高速鐵路大型橋梁的實(shí)際需要，結(jié)合高速鐵路丹陽至昆山特大橋工程的工程實(shí)例，對(duì)GPS在大型橋梁測(cè)量控制中的應(yīng)用進(jìn)行了一些研究和探討。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1概述</b></p><p>　　全球定位系統(tǒng)(Global Positioning Syste

19、m-GPS)這一當(dāng)代高新技術(shù)的產(chǎn)物，</p><p>　　目前，在航空、航天、軍事、交通、運(yùn)輸、資源勘探、通信、氣象等幾乎所有的</p><p>　　領(lǐng)域中，它都被作為一項(xiàng)非常重要的技術(shù)手段和方法，用于導(dǎo)航、定位、授時(shí)和</p><p>　　測(cè)定大氣物理參數(shù)等。</p><p>　　測(cè)量是較早采用GPS技術(shù)的領(lǐng)域。最初，它主要用于建立各種類型

20、和等級(jí)的</p><p>　　測(cè)量控制網(wǎng);目前，它除了仍大量地用于這些方面外，在測(cè)量領(lǐng)域的其它方面也</p><p>　　已得到了廣泛的應(yīng)用，如用于各種類型的施工放樣、測(cè)圖、變形觀測(cè)、航空攝影</p><p>　　測(cè)量、海測(cè)和地理信息系統(tǒng)中地理數(shù)據(jù)的采集等。在各種類型的控制測(cè)量中，GPS</p><p>　　定位技術(shù)已基本取代常規(guī)測(cè)量手段，成

21、為主要的技術(shù)手段。</p><p>　　GPS在道路工程中的應(yīng)用，主要是用于建立各種道路工程控制網(wǎng)及測(cè)定航測(cè)外業(yè)控制點(diǎn)等。目前，國(guó)內(nèi)己普遍采用GPS技術(shù)建立線路各等級(jí)控制網(wǎng)。實(shí)踐證明，在幾十公里范圍內(nèi)的點(diǎn)位誤差只有2cm左右，達(dá)到了常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的度，同時(shí)也大大提前了工期。 </p><p>　　鐵道部在西南鐵路、渝懷鐵路中應(yīng)用GPS建立了首級(jí)控制網(wǎng)，精度也完全滿足普通鐵路施工測(cè)量的要求

22、。近年，京滬、秦沈等高精度高速鐵路控制網(wǎng)的建立及實(shí)施，更顯示出了GPS用于鐵路平面控制的魅力。由于GPS高程受地形、已知數(shù)據(jù)、觀測(cè)條件等影響嚴(yán)重，所以目前GPS高程用于高速鐵路的控制、施工中還存在著很多方面的問題值得進(jìn)一步深究。</p><p>　　在控制測(cè)量方面，GPS較之于常規(guī)方法具有以下一些特點(diǎn):</p><p><b>　　1)測(cè)量精度高</b></p&

23、gt;<p>　　GPS觀測(cè)的精度要明顯高于一般的常規(guī)測(cè)量手段，GPS基線向量的相對(duì)精度一般在10-1-10-9之間，這是普通測(cè)量方法很難達(dá)到的。國(guó)外有試驗(yàn)結(jié)果表明，在長(zhǎng)度為50km-450km的基線上，三次試驗(yàn)結(jié)果的精度統(tǒng)計(jì)為:南北分量1.9mm，東西分量2.1mm，垂直分量的平均精度為17m，且與距離無明顯關(guān)系 </p><p>　　2)選點(diǎn)靈活、費(fèi)用低</p><p&g

24、t;　　由于GPS測(cè)量不要求測(cè)站間相互通視，不需要建造規(guī)標(biāo)，布網(wǎng)費(fèi)用可以大大</p><p><b>　　降低。</b></p><p><b>　　3)全天候作業(yè)</b></p><p>　　GPS測(cè)量幾乎可以在任何時(shí)間、任何氣候條件下，均可以進(jìn)行GPS觀測(cè)，大</p><p>　　大方便了測(cè)量作

25、業(yè)，有利于按時(shí)、高效地完成控制網(wǎng)的布設(shè)。</p><p><b>　　4)觀測(cè)時(shí)間短</b></p><p>　　采用GPS進(jìn)行一般等級(jí)的控制測(cè)量時(shí)，在每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般在1-2個(gè)小時(shí)左右，采用快速靜態(tài)定位的方法，觀測(cè)時(shí)間則更短。</p><p>　　5)觀測(cè)、處理高度自動(dòng)化</p><p>　　采用GPS進(jìn)行控制

26、測(cè)量時(shí)，觀測(cè)過程和數(shù)據(jù)處理過程均是高度自動(dòng)化的。這</p><p>　　大大減少了人為誤差和粗差發(fā)生的可能性。</p><p><b>　　6)其他</b></p><p>　　此外還有諸如數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單、可同時(shí)測(cè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)、易于實(shí)現(xiàn)無人值守</p><p><b>　　觀測(cè)等特點(diǎn)。</b><

27、;/p><p>　　1.2國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　隨著GPS靜態(tài)定位技術(shù)的發(fā)展與完善，GPS技術(shù)己普遍用于各種用途的控制</p><p>　　點(diǎn)測(cè)量，并已在各種類型和等級(jí)的控制網(wǎng)建立中逐步取代常規(guī)的測(cè)量方法。 我國(guó)采用GPS技術(shù)布設(shè)了新的國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)，很多城市也都采用GPS技術(shù)建立了城市控制網(wǎng)。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展，GPS定位技術(shù)所取得的精度越

28、來越高。對(duì)于長(zhǎng)至數(shù)百甚至數(shù)千公里的基線，其相對(duì)定位精度可達(dá)，量級(jí);短至數(shù)公里的基線，平差后的點(diǎn)位精度也能達(dá)到毫米級(jí)。</p><p>　　近年來，隨著GPS定位技術(shù)的迅速發(fā)展，近期有一些大橋，應(yīng)用GPS定位技術(shù)進(jìn)行其首級(jí)平面控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)，取得了可喜的成果。GPS技術(shù)的應(yīng)用，不僅大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短了作業(yè)時(shí)間、減弱了大氣折光的影響，更使特長(zhǎng)距離、無法通視地區(qū)的高精度控制網(wǎng)測(cè)設(shè)成為可能。在橋位高程控制測(cè)量中，傳統(tǒng)

29、的測(cè)量方法往往按規(guī)范規(guī)定的方法進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測(cè)量，聯(lián)測(cè)兩岸高程。例如，安徽的蕪湖大橋，南京長(zhǎng)江二橋、江陰大橋等，其跨河高程測(cè)量均采用經(jīng)緯儀傾角法進(jìn)行作業(yè)。但此類方法一般只適用于2千米以下的跨河寬度，超過2千米以上的就極其少見，難度也很大。而對(duì)于30千米寬的跨海長(zhǎng)度，要采用常規(guī)的跨河水準(zhǔn)測(cè)量方法幾乎沒有可能。</p><p>　　在國(guó)內(nèi)橋位高程控制測(cè)量中，利用橋位附近己有橋梁通道或在兩岸穩(wěn)定的國(guó)</p>

30、<p>　　家級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)間進(jìn)行跨河傳遞高程，布置成閉合環(huán)線或附合水準(zhǔn)路線，把江河兩岸</p><p>　　聯(lián)系起來，是取得兩岸統(tǒng)一高程的一種有效方法。</p><p>　　GPS高程擬合測(cè)量是GPS過江高程傳遞最近發(fā)展使用的一種方法。在范圍不太大的地形平坦區(qū)域內(nèi)，以高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)作為高程擬合起算點(diǎn)，結(jié)合高精度GPS</p><p>　　觀測(cè)值、選用適宜的高程

31、異常處理模型，高程傳遞的精度可達(dá)國(guó)家二、三等水準(zhǔn)</p><p>　　精度。GPS高程擬合過江的關(guān)鍵問題是如何精確建立高程異常模型，由于地球表</p><p>　　面及地層各處物質(zhì)密度、質(zhì)量的不同，各點(diǎn)的大地高和正常高之間的差異十分復(fù)</p><p>　　雜，在范圍較大的區(qū)域采用GPS高程擬合方法傳遞高程，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較難控制的</p><p>

32、;　　大誤差或難以預(yù)料的粗差。</p><p>　　國(guó)際上，對(duì)橋位平面控制和高程控制技術(shù)的研究已取得了可喜的成績(jī)。美國(guó)</p><p>　　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;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);橫跨英吉利海峽的歐洲海底隧道工程，1987年開始施工，工程全

33、長(zhǎng)50km,隧道深入海底40m，當(dāng)采用經(jīng)典大地測(cè)量方法時(shí)，隧道縱橫向誤差為，而后來采用GPS進(jìn)行控制測(cè)量得到隧道縱橫向誤差為，大大提高了工程質(zhì)量，減少了工程費(fèi)用。</p><p>　　隨著GPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，GPS技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于大型工程的施工控</p><p>　　制測(cè)量，特別是平面控制網(wǎng)的測(cè)設(shè)中。盡管GPS技術(shù)相對(duì)于常規(guī)測(cè)量方式有不可比擬的優(yōu)越性，但由于GPS技術(shù)測(cè)量的精度范圍

34、很大，從米級(jí)到毫米級(jí)甚至亞毫米級(jí)，對(duì)于不同用途的控制網(wǎng)，必須根據(jù)其自身特點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)密設(shè)計(jì)。本文將結(jié)合京滬高速鐵路工程研究GPS在橋梁控制測(cè)量中的應(yīng)用。</p><p>　　1.3本文主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　長(zhǎng)期以來，利用常規(guī)的測(cè)量方法布設(shè)高精度的測(cè)量控制網(wǎng)，主要依賴于高精度的測(cè)距儀和經(jīng)緯儀。由于地形復(fù)雜、區(qū)域廣以及其它一些原因，這給常規(guī)測(cè)量帶來了一定的困難。常規(guī)的邊、角控制網(wǎng)測(cè)量要

35、求各控制點(diǎn)間必須通視，給網(wǎng)形的布設(shè)帶來了很大的限制而且工作量大，受氣候條件影響顯著，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)。隨著GPS技術(shù)的迅速發(fā)展，GPS技術(shù)的應(yīng)用己滲透到軍事、交通、測(cè)繪、水利等各行各業(yè)。GPS涉及的面很廣，值得研究的問題也很多。特別必須針對(duì)生產(chǎn)中的一些實(shí)際問題，研究GPS技術(shù)應(yīng)用的實(shí)施方法，達(dá)到實(shí)際的需要。本論文根據(jù)高速鐵路大型橋梁的實(shí)際需要，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)GPS在大型橋梁測(cè)量控制中的應(yīng)用進(jìn)行了一些研究和探討。主要內(nèi)容如下:</p&g

36、t;<p>　　1、討論GPS定位系統(tǒng)原理及其特點(diǎn)</p><p>　　2、分析總結(jié)了GPS定位的誤差來源與影響及相應(yīng)的削弱措施。</p><p>　　3、對(duì)高速鐵路的精密測(cè)量高控制體系的研究。對(duì)高速鐵路精密工程測(cè)量的概念、建立高速鐵路精密工程測(cè)量體系的必要性進(jìn)行闡述，由此制定GPS測(cè)量方案。</p><p>　　4、結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)GPS在特大型橋梁

37、測(cè)量控制中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的研究。</p><p>　　5、對(duì)GPS在橋梁中的應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)，得出了一些結(jié)論，并展望了下一步的研</p><p><b>　　究工作。</b></p><p>　　第2章 GPS定位基本原理及誤差來源</p><p>　　2.1 GPS定位的基本原理</p><p&g

38、t;　　2.1.1 GPS系統(tǒng)簡(jiǎn)介</p><p>　　1973年12月，美國(guó)國(guó)防部批準(zhǔn)陸?？杖娐?lián)合研制一種新的軍用衛(wèi)星導(dǎo)航</p><p>　　系統(tǒng)navigation by satellite timing and ranging (NAVSTAR) global positioning system(GPS)，稱之為GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱為GPS系統(tǒng)。它是美國(guó)國(guó)防部的第二代衛(wèi)

39、星導(dǎo)航系統(tǒng)。它是一種基于空間衛(wèi)星的無線導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，可以向數(shù)目不限的全球用戶連續(xù)地提供高精度的全天候三維坐標(biāo)、三維速度及時(shí)間信息，具有實(shí)時(shí)性導(dǎo)航、定位和授時(shí)功能。</p><p>　　自1974年以來，GPS系統(tǒng)的建立經(jīng)歷了方案論證、系統(tǒng)研制和生產(chǎn)試驗(yàn)等</p><p>　　三個(gè)階段。1978年2月22日第一顆GPS試驗(yàn)衛(wèi)星的入軌運(yùn)行，開創(chuàng)了以導(dǎo)航衛(wèi)</p><p&g

40、t;　　星為動(dòng)態(tài)己知點(diǎn)的無線電導(dǎo)航定位的新時(shí)代，標(biāo)志著工程研制階段的開始。1989</p><p>　　年2月14日，第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，宣告GPS系統(tǒng)進(jìn)入了生產(chǎn)作業(yè)階段; 1994年3月建成了信號(hào)覆蓋率達(dá)到98%的GPS工作星座，全部完成24顆工作衛(wèi)星(含3顆備用衛(wèi)星)的發(fā)射工作，正式宣布了GPS整個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)正式建成并投入使用。</p><p>　　GPS系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成:G

41、PS衛(wèi)星星座(空間部分)，地面監(jiān)控系統(tǒng)(控制部分)和GPS信號(hào)接收機(jī)(用戶部分)。</p><p>　　GPS空間衛(wèi)星星座由21顆工作衛(wèi)星和3顆隨時(shí)可以啟用的備用衛(wèi)星組成。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道面內(nèi)，每個(gè)軌道面均勻分布有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道平面相對(duì)地球赤道面的傾角均為550，各軌道平面升交點(diǎn)的赤道相差600，在相鄰軌道上，衛(wèi)星的升交距角相差300。軌道平均高度約為20200公里，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時(shí)58分。

42、GPS工作衛(wèi)星的空間分布保障了在地球上任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)均至少可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星。地面觀測(cè)者見到地平面上衛(wèi)星顆數(shù)隨時(shí)間和地點(diǎn)不同而異，最少4顆，最多11顆。</p><p>　　GPS衛(wèi)星的主要作用是:向用戶連續(xù)發(fā)送定位信息;接收和儲(chǔ)存由地面監(jiān)控站發(fā)來的衛(wèi)星導(dǎo)航電文等信息，并適時(shí)發(fā)送給用戶;接收并執(zhí)行由地面監(jiān)控站發(fā)來的控制指令，適時(shí)地改正運(yùn)行偏差和啟用備用衛(wèi)星等;通過星載的高精度銣鐘和銫鐘，提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)

43、。</p><p>　　地面監(jiān)控部分包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)站。其主要任務(wù)是監(jiān)</p><p>　　視衛(wèi)星運(yùn)行;確定GPS時(shí)間系統(tǒng);跟蹤并預(yù)報(bào)衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘狀態(tài)，向每顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器注入衛(wèi)星導(dǎo)航數(shù)據(jù)，確保GPS系統(tǒng)的良好運(yùn)行。</p><p>　　GPS信號(hào)接收機(jī)主要功能是迅速捕獲按一定衛(wèi)星截止高度角所選擇的待測(cè)</p><p&g

44、t;　　衛(wèi)星信號(hào)，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對(duì)所接收到的衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行變換、放大和處</p><p>　　理，以便測(cè)定出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線的傳播時(shí)間，解譯出衛(wèi)星所發(fā)送的</p><p>　　導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)計(jì)算出測(cè)站的三維坐標(biāo)、三維速度及時(shí)間信息等。</p><p>　　在GPS定位過程中，按照參考點(diǎn)位置的不同，可以分為絕對(duì)定位和相對(duì)定</p><

45、;p>　　位。絕對(duì)定位是指在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置，這時(shí)</p><p>　　可以認(rèn)為參考點(diǎn)與地球質(zhì)心相重合。而相對(duì)定位指的是在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確</p><p>　　定觀測(cè)站與某一地面參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。</p><p>　　按定位時(shí)接收機(jī)所處的狀態(tài)，可將GPS定位分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位兩類。</p><p&g

46、t;　　所謂靜態(tài)定位，指的是將接收機(jī)靜止于測(cè)站上數(shù)分鐘至1小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)，</p><p>　　以確定一個(gè)點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)(絕對(duì)定位)，或兩個(gè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置(相對(duì)定位)。而動(dòng)態(tài)定位至少有一臺(tái)接收機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測(cè)定的是各觀測(cè)歷元相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)中的點(diǎn)位(絕對(duì)定位或相對(duì)定位)。</p><p>　　利用接收到的測(cè)距碼或載波相位均可進(jìn)行靜態(tài)定位。但由于載波的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小</

47、p><p>　　于測(cè)距碼的波長(zhǎng)，若接收機(jī)對(duì)碼相位及載波相位的觀測(cè)值精度均取至0.1周(每</p><p>　　2弧度為一周)，則C/A碼及載波L1所相應(yīng)的距離誤差分別為2.93m和1.9m.</p><p>　　因此，利用碼相位的偽距測(cè)量只能用于單點(diǎn)絕對(duì)定位。而載波相位觀測(cè)量則是目</p><p>　　前GPS測(cè)量中精度最高的觀測(cè)量，而且它的獲得

48、不受(P碼或Y碼)保密的限制。利用載波相位進(jìn)行單點(diǎn)定位可以達(dá)到比測(cè)距碼偽距定位更高的精度。載波相位測(cè)量的最主要應(yīng)用是進(jìn)行相對(duì)定位。將兩臺(tái)GPS接收機(jī)分別安置在兩個(gè)不同點(diǎn)上，同時(shí)觀測(cè)衛(wèi)星載波信號(hào)，利用載波相位的差分觀測(cè)值，可以消除或減弱多種誤差的影響，獲得兩點(diǎn)間高精度的GPS基線向量。</p><p>　　2.1.2 GPS定位的基本測(cè)量</p><p>　　利用GPS定位，無論采用何種方法

49、，都是通過觀測(cè)GPS衛(wèi)星而獲得的某種</p><p>　　觀測(cè)量來實(shí)現(xiàn)的。我們知道，GPS衛(wèi)星信號(hào)含有多種定位信息，根據(jù)不同要求，</p><p>　　可以從中獲取不同的觀測(cè)量，其主要包括:</p><p>　　1、碼相位偽距觀測(cè)值</p><p>　　碼相位偽距測(cè)量是GPS接收機(jī)通過測(cè)量衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)與接收機(jī)接收到此信</p>

50、<p>　　號(hào)之間的時(shí)間差△t，來求得衛(wèi)星接收機(jī)間得距離P:</p><p><b>　　P=△t *c</b></p><p><b>　　式中:c為光速。</b></p><p>　　由于衛(wèi)星鐘的誤差、接收機(jī)的誤差以及無線電信號(hào)經(jīng)過電離層和對(duì)流層中的</p><p>　　延遲等，實(shí)際測(cè)

51、出的距離P與衛(wèi)星到接收機(jī)真實(shí)距離R有誤差。因此，一般稱P</p><p><b>　　為偽距。</b></p><p><b>　　2、載波相位觀測(cè)值</b></p><p>　　在碼相關(guān)型接收機(jī)中，當(dāng)GPS接收機(jī)鎖定衛(wèi)星載波相位，就可以得到從衛(wèi)星</p><p>　　傳到接收機(jī)經(jīng)過延時(shí)的載波信號(hào)。

52、如果將載波信號(hào)與接收機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的基準(zhǔn)信號(hào)比</p><p>　　相就可得到載波相位觀測(cè)值。若接收機(jī)內(nèi)振蕩器頻率初相位完全相同，衛(wèi)星在時(shí)刻發(fā)射信號(hào)，經(jīng)過△t后于t，時(shí)刻被接收機(jī)接收，接受機(jī)通道鎖定衛(wèi)星信號(hào)，△t對(duì)應(yīng)的相位差，又設(shè)衛(wèi)星載波信號(hào)于歷元，時(shí)刻的相位為 ()，接收機(jī)基準(zhǔn)信號(hào)在，時(shí)刻的相位為()，則有:</p><p><b>　　=()- ()</b></p

53、><p>　　通過鑒相器，衛(wèi)星到接收機(jī)間的相位差可分為個(gè)整周相位和不到一個(gè)整</p><p>　　周相位之和，即: =()- ()= </p><p>　　衛(wèi)星到接收機(jī)距離為: 式中:為波長(zhǎng)。</p><p>　　鑒相器只能測(cè)出不足一個(gè)整周相位值，測(cè)不出來。因此，在載波相位測(cè)量中出現(xiàn)了一個(gè)整周未知數(shù) (也稱為整周模糊度)，需要通過其

54、他途徑求定。另外，如果在跟蹤衛(wèi)星過程中，由于某種原因，如衛(wèi)星信號(hào)被障礙物擋住而暫時(shí)中斷，受無線電信號(hào)干擾造成信號(hào)失鎖等，這樣，計(jì)數(shù)器無法連續(xù)計(jì)數(shù)，因此，當(dāng)信號(hào)重新被跟蹤后，整周計(jì)數(shù)就不正確，但不到一個(gè)整周的相位觀測(cè)值t,仍然是正確的。這種現(xiàn)象稱為周跳。周跳的出現(xiàn)和處理是載波相位測(cè)量中的重要問題。</p><p>　　由于載波頻率高、波長(zhǎng)短，因此，載波相位測(cè)量精度高。不過，利用載波相</p><

55、p>　　位觀測(cè)值進(jìn)行定位，要解決整周模糊度的解算和周跳修復(fù)問題。</p><p>　　2.1.3 GPS定位的基本原理</p><p>　　1、絕對(duì)定位(測(cè)距碼偽距單點(diǎn)定位)</p><p>　　絕對(duì)定位，通常指在協(xié)議地球坐標(biāo)系中，直接確定觀測(cè)站，相對(duì)于坐標(biāo)系原</p><p>　　點(diǎn)(地球質(zhì)心)絕對(duì)坐標(biāo)的一種定位方法。利用GPS進(jìn)行絕

56、對(duì)定位的基本原理，</p><p>　　是以GPS衛(wèi)星和用戶接受機(jī)天線之間的距離(或距離差)觀測(cè)量為基礎(chǔ)，并根</p><p>　　據(jù)己知的衛(wèi)星瞬時(shí)坐標(biāo)，采用空間后方交會(huì)的方法來確定用戶接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)</p><p>　　的點(diǎn)位，即觀測(cè)站的位置。</p><p>　　測(cè)距碼偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼到觀測(cè)站的傳播時(shí)間(時(shí)間延遲)乘于<

57、/p><p>　　光速所得出的距離，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱為偽距。建立偽距觀測(cè)值方程，必須顧及衛(wèi)星鐘</p><p>　　差，接收機(jī)鐘差以及大氣層折射延遲等。為了表達(dá)方便，本節(jié)所有公式中均以k</p><p>　　表示測(cè)站編號(hào)，j表示衛(wèi)星編號(hào)，i表示觀測(cè)歷元編號(hào)。偽距觀測(cè)值(k,j,i)可表示為:</p><p>　　(k, j, i)=p(k, j, i)

58、 + c (2-1-5)</p><p>　　式中:;為接收機(jī)鐘差，;為衛(wèi)星鐘差 ，力表示對(duì)流層折射影響，它包括干分量和濕分量，可按測(cè)站上實(shí)測(cè)得氣象元參數(shù)及至衛(wèi)星的高度角，采用對(duì)流層改正模型進(jìn)行計(jì)算改正，表示電離層折射影響，也采用改正模型進(jìn)行改正，這些下一節(jié)中將詳細(xì)講述。p(k，j，i)為正確的衛(wèi)地距，其計(jì)算公式為:</p><p><b>　?。?-1-6）</b&g

59、t;</p><p>　　衛(wèi)星坐標(biāo)()是已知的。顧及式((2-1-6)，在式(2-1-5)中只有4個(gè)未知</p><p>　　數(shù):測(cè)站三個(gè)坐標(biāo)未知數(shù)（），另一個(gè)未知數(shù)是接收機(jī)鐘差風(fēng)。因此在同</p><p>　　一觀測(cè)歷元，只須同時(shí)觀測(cè)4顆衛(wèi)星，即可獲得4個(gè)觀測(cè)方程式，求解出這4個(gè)未知數(shù)。若同時(shí)觀測(cè)的衛(wèi)星多于4個(gè)，則存在多余觀測(cè)，此時(shí)，須將式(2-1-5)</

60、p><p>　　線性化，再按最小二乘法進(jìn)行平差計(jì)算。若一開始所給出的測(cè)站在WGS-84坐標(biāo)</p><p>　　系中的近似值()偏差過大，則因線性化后的觀測(cè)方程式僅取了一次項(xiàng)，</p><p>　　為避免略去的高次項(xiàng)對(duì)解算結(jié)果的影響，可利用解算出的測(cè)站坐標(biāo)重新作為近似</p><p>　　值，迭代求解，以此求出我們需要的點(diǎn)位坐標(biāo)。</p&g

61、t;<p>　　應(yīng)用GPS進(jìn)行絕對(duì)定位，根據(jù)用戶接收機(jī)天線所處的狀態(tài)不同，又可分為</p><p>　　動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位和靜態(tài)絕對(duì)定位。當(dāng)用戶接受設(shè)備安置在運(yùn)動(dòng)的載體上，并處于動(dòng)</p><p>　　態(tài)的情況下，確定載體的瞬時(shí)絕對(duì)位置的定位方法，稱為動(dòng)態(tài)絕對(duì)定位。動(dòng)態(tài)絕</p><p>　　對(duì)定位，一般只能得到?jīng)]有(或很少)多余觀測(cè)量的實(shí)時(shí)解。這種定位方法

62、，被</p><p>　　廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)船舶以及陸地車輛等運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航。當(dāng)接收機(jī)天線處于靜止</p><p>　　狀態(tài)時(shí)，用以確定觀測(cè)站絕對(duì)坐標(biāo)的方法，成為靜態(tài)絕對(duì)定位。這時(shí)，由于可以</p><p>　　連續(xù)的觀測(cè)衛(wèi)星至觀測(cè)站的偽距，所以可獲得充分的多余觀測(cè)量，以便在測(cè)后，</p><p>　　通過數(shù)據(jù)處理提高定位的精度。靜態(tài)絕對(duì)定位方

63、法，主要用于大地測(cè)量，以精確</p><p>　　測(cè)定觀測(cè)站在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的絕對(duì)坐標(biāo)。</p><p>　　2、相對(duì)定位(差分載波相位測(cè)量)</p><p>　　相對(duì)定位的最基本情況，是用兩臺(tái)GPS接收機(jī)，分別安置在基線的兩端，</p><p>　　并同步觀測(cè)相同的衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)，在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的相對(duì)位置或基</p>

64、<p>　　線向量。當(dāng)多臺(tái)接收機(jī)安置在若干條基線的端點(diǎn)，通過同步觀測(cè)GPS衛(wèi)星，可</p><p>　　以確定多條基線向量。</p><p>　　瞬間載波相位差指的是，在某一指定時(shí)刻(歷元)由接收機(jī)產(chǎn)生的參考載波</p><p>　　信號(hào)的相位與此時(shí)接收到的衛(wèi)星載波信號(hào)的相位之差。載波相位差的觀測(cè)方程</p><p><b

65、>　　為:</b></p><p><b>　　(2-1-7)</b></p><p>　　式中:是分別在接收機(jī)鐘及衛(wèi)星鐘所定義的時(shí)間尺度中所度量的初始?xì)v元(鐘面時(shí)為)相位值;為載波頻率;對(duì)分別表示衛(wèi)地</p><p>　　距、衛(wèi)地距變率，，分別為接收機(jī)鐘差和衛(wèi)星鐘差;表示初始?xì)v</p><p>　　元

66、的整周待定值;為對(duì)流層折射改正項(xiàng); 為電離層折射改正項(xiàng)。</p><p>　　載波相位測(cè)量，由任一測(cè)站k在任一觀測(cè)歷元i對(duì)任一衛(wèi)星J均可由接收機(jī)取得觀測(cè)值叫，式(2-1-7)為其數(shù)學(xué)模型。式子的右端包括大量未知數(shù);如衛(wèi)星至測(cè)站幾何距離及其變率、衛(wèi)星鐘鐘差、接收機(jī)鐘差等，其中接收機(jī)的絕對(duì)鐘差(相對(duì)于GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí))很難用兩三個(gè)鐘差來模擬，式(2-1-7)右端的前兩</p><p>　　項(xiàng)也難予

67、以參數(shù)化，再則衛(wèi)星軌道、大氣折射殘余誤差等等也都會(huì)影響定位。在</p><p>　　平差計(jì)算中，包括了大量并非我們實(shí)際需求的未知參數(shù)。這些參數(shù)用來模擬相位</p><p>　　觀測(cè)值中的一些系統(tǒng)性誤差影響，因其數(shù)學(xué)模型難以完善，必然存在可觀的模型</p><p>　　誤差。另外，實(shí)踐證明，在平差過程中引入過多的參數(shù)往往會(huì)降低解的精度和可</p><

68、;p>　　靠度。因此，(非差分)載波相位測(cè)量還難于用于單點(diǎn)絕對(duì)定位。實(shí)際上，我們</p><p>　　通過對(duì)載波相位測(cè)量值進(jìn)行各種線性組合(即差分)，便可獲得高精度的GPS相</p><p>　　對(duì)定位結(jié)果。相對(duì)定位，借助于精密星歷和高精度相對(duì)定位軟件，很容易獲得很</p><p><b>　　高的相對(duì)定位結(jié)果。</b></p>

69、;<p>　　根據(jù)用戶接收機(jī)在定位過程中所處的狀態(tài)不同，相對(duì)定位也有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)之</p><p>　　分。靜態(tài)相對(duì)定位一般采用載波相位觀測(cè)值為基本觀測(cè)量，這一方法是當(dāng)前GPS</p><p>　　定位中精度最高的一種方法，廣泛的應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量和地殼變形監(jiān)測(cè)</p><p>　　等精密定位領(lǐng)域。動(dòng)態(tài)相對(duì)定位，是用一臺(tái)接收機(jī)安設(shè)在基準(zhǔn)站上固定不動(dòng)

70、，另</p><p>　　一臺(tái)接收機(jī)安設(shè)在運(yùn)動(dòng)的載體上，兩臺(tái)接收機(jī)同步觀測(cè)相同的衛(wèi)星，以確定運(yùn)動(dòng)</p><p>　　點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)站的實(shí)時(shí)位置。根據(jù)其采用的觀測(cè)量不同，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位又可分為</p><p>　　測(cè)碼偽距動(dòng)態(tài)相對(duì)定位和測(cè)相偽距動(dòng)態(tài)相對(duì)定位。</p><p>　　3、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位(GPS RTK )</p>&l

71、t;p>　　RTK(英文為Real Time Kinematics)技術(shù)即GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位技術(shù)，</p><p>　　是目前最先進(jìn)的衛(wèi)星定位技術(shù)，是GPS測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重大里程碑。它是</p><p>　　GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合而構(gòu)成的組合系統(tǒng)，它能夠在野外實(shí)時(shí)得到</p><p>　　厘米級(jí)定位精度，這為工程放樣、地形測(cè)圖、變形觀測(cè)等各

72、種實(shí)時(shí)高精度測(cè)量作</p><p>　　業(yè)帶來了一場(chǎng)變革。它的基本原理是，利用2臺(tái)以上GPS接收機(jī)同時(shí)接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，其中一臺(tái)安置在已知坐標(biāo)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站，另一臺(tái)用來測(cè)定未知點(diǎn)的</p><p>　　坐標(biāo)為流動(dòng)站?；鶞?zhǔn)站通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱數(shù)據(jù)鏈)將其觀測(cè)值和測(cè)站坐標(biāo)</p><p>　　信息一起傳送給流動(dòng)站。流動(dòng)站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要自&

73、lt;/p><p>　　己采集GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對(duì)定位的原理，在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測(cè)值進(jìn)</p><p>　　行實(shí)時(shí)處理，實(shí)時(shí)地計(jì)算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及精度，歷時(shí)不到一秒鐘。RTK</p><p>　　作業(yè)開始前，流動(dòng)站必須先進(jìn)行初始化，即完成整周未知數(shù)的解算后開始進(jìn)行每</p><p>　　個(gè)歷元的實(shí)時(shí)測(cè)量，作業(yè)時(shí)只要能保持四顆以上衛(wèi)

74、星相位觀測(cè)值的跟蹤和必要的</p><p>　　幾何圖形，則流動(dòng)站可隨時(shí)給出厘米級(jí)定位結(jié)果。初始化可在固定點(diǎn)上靜止進(jìn)行，</p><p>　　也可在動(dòng)態(tài)條件下利用動(dòng)態(tài)初始化(AROF)技術(shù)進(jìn)行。</p><p>　　GPS RTK定位系統(tǒng)的構(gòu)成，一套R(shí)TK定位系統(tǒng)一般包括一套基準(zhǔn)站和一套</p><p>　　流動(dòng)站。一套基準(zhǔn)站包括:一臺(tái)基準(zhǔn)站

75、GPS接收機(jī)及天線、獨(dú)立的基準(zhǔn)站發(fā)射</p><p>　　電臺(tái)及天線、設(shè)置參數(shù)和顯示使用的電子手簿。一套流動(dòng)站包括:一套流動(dòng)作業(yè)</p><p>　　的GPS接收機(jī)及天線、流動(dòng)站接收信號(hào)的電臺(tái)(多數(shù)內(nèi)置于GPS接收機(jī)內(nèi))及</p><p>　　天線、電子手簿。目前RTK技術(shù)的標(biāo)稱精度一般為:平面士(1Omm+1ppn) ;</p><p>　

76、　高程士(20mm+2ppm )，工作半徑在1 Okm以上。</p><p>　　2.2 GPS定位的誤差來源</p><p>　　GPS定位中，影響觀測(cè)量精度的主要誤差來源，可分為三類:與衛(wèi)星有關(guān)的</p><p>　　誤差;與衛(wèi)星信號(hào)傳播有關(guān)的誤差;與接收設(shè)備有關(guān)的誤差。</p><p>　　2.2.1與衛(wèi)星有關(guān)的誤差</p>

77、<p>　　與衛(wèi)星有關(guān)的誤差主要有衛(wèi)星鐘差與衛(wèi)星軌道誤差。</p><p><b>　　1、衛(wèi)星鐘差</b></p><p>　　由(2-1-1)式可以看出距離是時(shí)間的線性函數(shù)，所以GPS定位必須以精密</p><p>　　測(cè)時(shí)為基礎(chǔ)，盡管信號(hào)傳播起始計(jì)時(shí)由GPS衛(wèi)星上高精度的原子鐘確定，但它</p><p&g

78、t;　　與真實(shí)的GPS時(shí)仍存在偏差或漂移，這種差在1ms以內(nèi)，由此引起等效距離誤</p><p>　　差最大為300km。對(duì)于衛(wèi)星鐘差一般利用監(jiān)測(cè)站提供的被注入衛(wèi)星導(dǎo)航電文</p><p>　　的改正，系數(shù)按下式修正。</p><p><b>　　(2-2-1)</b></p><p>　　上式中，—為參考?xì)v元</

79、p><p>　　—為參考?xì)v元時(shí)刻的衛(wèi)星鐘差</p><p>　　—為衛(wèi)星鐘的鐘速(或頻率偏差)</p><p>　　—為衛(wèi)星鐘的鐘速變率(或老化率)</p><p><b>　　2、衛(wèi)星軌道偏差</b></p><p>　　衛(wèi)星在運(yùn)行過程中受多種攝動(dòng)力的復(fù)雜影響，地面監(jiān)測(cè)站也不能準(zhǔn)確測(cè)定其</p

80、><p>　　軌道，通過導(dǎo)航電文所計(jì)算的衛(wèi)星位置誤差△d大約為20m-40m，隨著攝動(dòng)力</p><p>　　模型的改進(jìn)和定軌技術(shù)的完善，衛(wèi)星位置精度目前可提高到5m- 1Om。衛(wèi)星離</p><p>　　地面平均高度約為20200km，衛(wèi)星位置對(duì)定位精度的影響可按下式計(jì)算</p><p><b>　　(2-2-2)</b>

81、</p><p>　　式中，D為衛(wèi)星與測(cè)站間的距離;S為基線長(zhǎng)，當(dāng)基線長(zhǎng)為1Okm時(shí)，則衛(wèi)星位</p><p>　　置誤差對(duì)定位精度的影響為2.5mm- 5mm。因此對(duì)于精度要求較高的工程，必須</p><p>　　采取有效的措施，來降低它的影響。</p><p>　　根據(jù)要求不同，處理衛(wèi)星軌道誤差的方法有三種:</p><

82、;p>　　(1)當(dāng)基線足夠短時(shí)，在滿足精度的情況下，可以忽略衛(wèi)星軌道誤差。</p><p>　　(2)采用軌道改進(jìn)法處理觀測(cè)數(shù)據(jù)，即在數(shù)據(jù)處理中，引入表征衛(wèi)星軌道偏差的改正數(shù)，并假定短時(shí)間內(nèi)這些參數(shù)為常數(shù)，將其作為未知參數(shù)與坐標(biāo)未知數(shù)一并求解。</p><p>　　(3)同步觀測(cè)值求差，由于同一衛(wèi)星的位置誤差對(duì)不同觀測(cè)站同步觀測(cè)量</p><p>　　的影響，

83、具有系統(tǒng)性，利用同步求差方法可以明顯地減弱衛(wèi)星軌道誤差的影響，</p><p>　　特別對(duì)于短基線效果更明顯。</p><p>　　2.2.2衛(wèi)星信號(hào)傳播誤差</p><p>　　信號(hào)在從衛(wèi)星到測(cè)站的傳播過程中，要受到大氣折射與多路徑的影響。大氣</p><p>　　層的結(jié)構(gòu)按對(duì)電磁波傳播影響的不同可分為電離層與對(duì)流層。電磁波通過大氣層時(shí)折射

84、數(shù)隨高度變化。信號(hào)傳播過程中，主要受分布在70km以上的電離層的影響和分布在40km以下的對(duì)流層的影響。并且電離層的折射數(shù)小于0，對(duì)流層折射數(shù)大于0。折射數(shù)大于0，表示折射率大于1，則信號(hào)的傳播速度小于光速，即中信號(hào)對(duì)流層的傳播速度小于光速，引起時(shí)間延遲和偽距增長(zhǎng)。而電離層中信</p><p>　　號(hào)的傳播速度大于光速，引起時(shí)間縮短和偽距減小。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在天頂方向</p><p>　　

85、(高度角90度)，對(duì)流層可使信號(hào)傳播路徑誤差達(dá)到2.3m;當(dāng)高度角為10度時(shí)路</p><p>　　徑誤差可達(dá)20m;而電離層折射引起信號(hào)傳播路徑誤差，天頂方向最大達(dá)50m.水平方向最大也可達(dá)150m，因此大氣層的折射影響必須加以修正。</p><p>　　減弱對(duì)流層折射改正項(xiàng)殘差影響的措施主要有:</p><p>　　(1)盡可能充分掌握觀測(cè)站周圍的實(shí)時(shí)氣象資料;

86、</p><p>　　(2)利用水汽輻射計(jì)準(zhǔn)確測(cè)定信號(hào)傳播路徑上的水汽積累量，以便精確計(jì)</p><p>　　算大氣濕分量的改正量;</p><p>　　(3)利用相對(duì)定位的差分法來減弱對(duì)流層折射的影響。當(dāng)基線較短時(shí)，在</p><p>　　穩(wěn)定條件下，由于電磁波到達(dá)基線兩端點(diǎn)的路徑基本一致，因此通過兩端點(diǎn)同步</p><

87、p>　　觀測(cè)量求差，可以有效減弱對(duì)流層折射的影響;</p><p>　　(4)完善對(duì)流層大氣折射改正模型。</p><p>　　減弱電離層折射的影響的主要措施有</p><p>　　(1)利用雙頻觀測(cè)技術(shù);</p><p>　　(2)相對(duì)定位中，短基線兩端點(diǎn)觀測(cè)量同步求差。</p><p>　　2.2.3與接收設(shè)

88、備有關(guān)的誤差</p><p>　　與接收設(shè)備有關(guān)的誤差主要包括:觀測(cè)誤差、接收機(jī)鐘差、天線相位中心誤</p><p>　　差、載波相位觀測(cè)的整周不定性影響。</p><p>　　觀測(cè)誤差:屬于偶然誤差，包括分辨率帶來的誤差，和安置天線時(shí)不對(duì)中產(chǎn)</p><p><b>　　生的誤差。</b></p><

89、;p>　　接收機(jī)鐘差:接收機(jī)中與衛(wèi)星鐘不同步產(chǎn)生測(cè)時(shí)誤差。接收機(jī)鐘差一般在數(shù)</p><p>　　據(jù)處理中把它設(shè)為未知參數(shù)一并求解。也可以像衛(wèi)星鐘一樣用多項(xiàng)式模型表示，</p><p>　　在平差過程中求解多項(xiàng)式系數(shù)，或在相對(duì)定位中利用差分技術(shù)來減弱或消除它的</p><p><b>　　影響。</b></p><p&

90、gt;　　天線相位中心誤差:天線相位中心與它的幾何中心不一致，而在應(yīng)用中我們</p><p>　　總把它們看作一致，因此存在著天線相位偏差。削弱這種誤差的措施有，改進(jìn)接</p><p>　　收機(jī)天線或?qū)τ谕愋吞炀€也使用差分技術(shù)同步求差。</p><p>　　除了上述三類誤差外，還存在其它誤差來源，如:地球自轉(zhuǎn)的影響，相對(duì)論</p><p>

91、　　效應(yīng)，地球潮汐，衛(wèi)星鐘和接收機(jī)鐘振蕩器的隨機(jī)誤差等。在長(zhǎng)距離的相對(duì)定位</p><p>　　中，如果要滿足地球動(dòng)力學(xué)的要求，研究這些誤差來源，確定它們的影響規(guī)律和</p><p>　　改正方法，具有重要意義。</p><p>　　如果根據(jù)誤差性質(zhì)，可分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。</p><p><b>　　1、系統(tǒng)誤差</b&

92、gt;</p><p>　　系統(tǒng)誤差主要包括衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、及大氣折射誤差，</p><p>　　減弱或修正系統(tǒng)誤差影響的措施一般為:</p><p>　　(1)引入相應(yīng)的未知參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理中連同其它未知參數(shù)一并解算;</p><p>　　(2)建立系統(tǒng)誤差模型，對(duì)觀測(cè)量加以修正;</p><p>

93、;　　(3)利用差分技術(shù)，將不同觀測(cè)站對(duì)相同衛(wèi)星的同步觀測(cè)值求差，以減弱或消</p><p><b>　　除系統(tǒng)誤差的影響</b></p><p>　　(4)考慮滿足測(cè)量精度的要求下，忽略某些系統(tǒng)誤差。</p><p><b>　　2、偶然誤差</b></p><p>　　偶然誤差主要由多路徑效應(yīng)和

94、觀測(cè)誤差引起。</p><p>　　多路徑效應(yīng)是GPS測(cè)量中，地面上接收機(jī)周圍物體或多或少要反射GPS信號(hào)，如果所反射的衛(wèi)星信號(hào)（反射波）進(jìn)入接收機(jī)天線，這就將和直接來自衛(wèi)星的信號(hào)（直接波）產(chǎn)生干涉，從而使觀測(cè)值偏離真值產(chǎn)生所謂的“多路徑效誤差”。這種由于多路徑的信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)被稱作多路徑效應(yīng)。多路徑反射類型如下圖</p><p><b>　　a---直達(dá)信號(hào)<

95、;/b></p><p>　　b---地面反射信號(hào)</p><p>　　c---建筑物反射信號(hào)</p><p>　　d---多重反射信號(hào)</p><p>　　e---邊沿散射信號(hào)</p><p>　　圖（2.2.1）多路徑反射類型</p><p><b>　　消弱措施</b

96、></p><p>　　削弱多路徑的影響至今仍無法建立出一種良好的改正模型，一般采用以下措施來削弱：</p><p>　　（1） 選擇合適的站址</p><p>　?、贉y(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離大面積平靜的水面。灌木叢、草地和其他地面植被能交好地吸收微波信號(hào)的能量，是較為理想的設(shè)站地址。翻耕后的土地和其他粗糙不平的地面的反射能力也較差，也可以選站。</p>&

97、lt;p>　　②測(cè)站不宜選擇天線安置點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離大功率的無線電發(fā)生器和高壓輸電線,以避免周圍磁場(chǎng)對(duì)信號(hào)的干涉。</p><p>　?、蹨y(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離高層建筑物。觀測(cè)時(shí)，汽車也不要停放的離測(cè)站過近。</p><p>　?。?） 對(duì)接收機(jī)天線有一定要求，如在天線中心設(shè)置抑徑板 ，接收機(jī)天線對(duì)于極化特性不同的反射信號(hào)應(yīng)該有較強(qiáng)的抑制作用。 </p><p>　　觀測(cè)誤差是由

98、于認(rèn)為原因引起的各種誤差。</p><p><b>　　2.2.4粗差</b></p><p>　　整周未知數(shù)是指在起始觀測(cè)時(shí)，信號(hào)由衛(wèi)星到接收機(jī)的傳播路徑上無法直接</p><p>　　測(cè)定的相位整數(shù)部分。</p><p>　　載波相位觀測(cè)的整周不定性指起始觀測(cè)歷元，信號(hào)在傳播路徑上的整周數(shù)無</p>&

99、lt;p>　　法直接測(cè)定，另外，由于鎖定的衛(wèi)星在不斷運(yùn)動(dòng)，容易引起失鎖(即跟蹤中斷)，</p><p>　　從而導(dǎo)致計(jì)數(shù)器上的整周計(jì)數(shù)不連貫，引起粗差。</p><p>　　由于受各種誤差的影響，使GPS變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不但含有變形信息，同時(shí)也</p><p>　　受到各種誤差的污染。因此，GPS變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理就是從受誤差污染的觀測(cè)</p>&l

100、t;p>　　數(shù)據(jù)中提取變形信息。</p><p>　　2.3 GPS數(shù)據(jù)采集模式及網(wǎng)間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換</p><p>　　2.3.1 GPS數(shù)據(jù)采集模式</p><p>　　在精密GPS測(cè)量中，一般使用載波相位觀測(cè)的相對(duì)定位方法來確定點(diǎn)的三</p><p>　　維位置或相對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的三維坐標(biāo)差，按照GPS接收機(jī)作業(yè)模式，相應(yīng)的也有三</p

101、><p>　　種數(shù)據(jù)采集方式:靜態(tài)相對(duì)定位、快速靜態(tài)相對(duì)定位、RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。</p><p>　　靜態(tài)相對(duì)定位觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)基準(zhǔn)站(已知站)上設(shè)置若干臺(tái)GPS接收機(jī)，保持對(duì)GPS衛(wèi)星連續(xù)跟蹤，在流動(dòng)站(監(jiān)測(cè)站)上也安置GPS接收機(jī)，同步觀測(cè)較長(zhǎng)時(shí)間(從數(shù)十分鐘到幾個(gè)小時(shí))，其數(shù)據(jù)處理一般在室內(nèi)進(jìn)行。</p><p>　　快速靜態(tài)相對(duì)定位觀測(cè)，操作與靜態(tài)相對(duì)定位基本相

102、同，只是其觀測(cè)時(shí)間對(duì)較短(從幾分鐘到數(shù)十分鐘不等)。</p><p>　　RTK實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位觀測(cè)，操作與上面的方法基本相同，只是在流動(dòng)站駐留</p><p>　　時(shí)間短(只要幾秒鐘)，實(shí)時(shí)解算出定位結(jié)果，為此需要建立觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳</p><p><b>　　輸系統(tǒng)。</b></p><p>　　在相對(duì)定位過程中，未知

103、參數(shù)包括:測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)、電離層及對(duì)流層的影響、</p><p>　　衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差、未知整周數(shù)。而電離層對(duì)流層的影響、衛(wèi)星鐘差都有相</p><p>　　應(yīng)的改正模型，通過模型的改正這些影響基本上消除了。因此，要求的未知參數(shù)</p><p>　　只有測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)、接收機(jī)鐘差、未知整周數(shù)。而在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，接收機(jī)鐘</p><p>　　

104、差可以看作不變量，因此在觀測(cè)方程中可以用一個(gè)固定參數(shù)表示。另外一旦鎖定</p><p>　　衛(wèi)星，一未知整周數(shù)的大小也是一個(gè)不變量。它的個(gè)數(shù)只與接收機(jī)及衛(wèi)星的個(gè)數(shù)有關(guān)，而與觀測(cè)歷元無關(guān)。根據(jù)這些分析，在確定的觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，未知參數(shù)的個(gè)數(shù)是確定的，如果每一個(gè)觀測(cè)歷元生成一個(gè)觀測(cè)方程，若干歷元生成若干個(gè)觀測(cè)方程。由平差理論可知:在未知參數(shù)個(gè)數(shù)確定的情況下，其解的可靠性隨觀測(cè)方程的增多而提高。如果一個(gè)時(shí)段內(nèi)能觀測(cè)數(shù)個(gè)歷元

105、，顯然歷元的個(gè)數(shù)隨觀測(cè)時(shí)段的增加而增加，即保證了觀測(cè)方程數(shù)的增加。因此，觀測(cè)時(shí)段的長(zhǎng)短就實(shí)際上決定了定位精度的高低。</p><p>　　從以上分析可知，在測(cè)量精度上，其高低順序依次為:靜態(tài)相對(duì)定位，快速</p><p>　　靜態(tài)相對(duì)定位，動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位。因此對(duì)于精度高要求而不需要快速反饋的工程，</p><p>　　都采用靜態(tài)相對(duì)觀測(cè)法，如動(dòng)力學(xué)研究板塊運(yùn)動(dòng)的監(jiān)測(cè)，

106、地表變形監(jiān)測(cè)，地震監(jiān)</p><p>　　測(cè)等;靜態(tài)相對(duì)定位法耗時(shí)較長(zhǎng)，在工程建設(shè)中往往不能及時(shí)對(duì)工程做出反饋，</p><p>　　影響施工進(jìn)度，因此快速相對(duì)靜態(tài)定位法在保證必要的精度前提下，可以替代靜</p><p>　　態(tài)定位法，這種工作模式一般用在滑坡監(jiān)測(cè)中，或要求不是太高的地表變形監(jiān)測(cè)</p><p>　　中;如果現(xiàn)場(chǎng)有數(shù)據(jù)處理軟件

107、，能實(shí)時(shí)處理觀測(cè)結(jié)果，也可以用于現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控。</p><p>　　目前市場(chǎng)上的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)定位設(shè)備也具有很高的精度(可達(dá)10-20mm )，因此許多在施工過程中，可用它來完成對(duì)施工的監(jiān)控與指導(dǎo)。</p><p>　　2.3.2 GPS網(wǎng)與其它網(wǎng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換</p><p>　　全球定位系統(tǒng)采用的坐標(biāo)系統(tǒng)是新的協(xié)議地球坐標(biāo)系統(tǒng)(WGS-84 )，為了工</p&g

108、t;<p>　　程需要，或充分利用原始資料，有時(shí)必須將兩種坐標(biāo)系統(tǒng)一起來。</p><p>　　經(jīng)典地面網(wǎng)的三維坐標(biāo)，通常都是在參心坐標(biāo)系中，以大地坐標(biāo)的形式表示，由于在大地坐標(biāo)系中，兩網(wǎng)的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型復(fù)雜，因此通常在空間直角坐標(biāo)系統(tǒng)中進(jìn)行。所以對(duì)已有資料中的大地坐標(biāo)(B,L,H)首先應(yīng)該轉(zhuǎn)換為空間直角坐標(biāo)</p><p>　　（2-3-1）其中N為橢球卯酉圈曲率半徑;e橢球

109、第一偏心率。</p><p>　　由于GPS網(wǎng)和地面網(wǎng)所取的坐標(biāo)系的基準(zhǔn)不同(即位置基準(zhǔn)、方向基準(zhǔn)、</p><p>　　尺度基準(zhǔn)的差異)，以及觀測(cè)誤差的影響，兩網(wǎng)的同名點(diǎn)的坐標(biāo)值將是不同的，</p><p>　　所以兩網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換模型一般包括兩類參數(shù):</p><p>　　基準(zhǔn)參數(shù) — 通過這些參數(shù)將兩個(gè)具有不同基準(zhǔn)的坐標(biāo)系統(tǒng)化為一致<

110、;/p><p>　　網(wǎng)的配合參數(shù) — 由于系統(tǒng)誤差的影響，引入相應(yīng)參數(shù)可以使兩網(wǎng)聯(lián)合處理</p><p>　　達(dá)到最佳一致。用于基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的模型主要有布爾沙一沃爾夫模型、維斯模型、莫洛金斯基一巴代卡斯模型?？紤]地面網(wǎng)的系統(tǒng)性誤差影響的模型有霍蒂內(nèi)模型，這幾種模型不作詳述。</p><p><b>　　第3章橋梁控制測(cè)量</b></p>

111、<p><b>　　3.1概述</b></p><p>　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的迅速提高，在交通工程方</p><p>　　面，各種新型的現(xiàn)代橋梁正在不斷的建設(shè)，構(gòu)成我國(guó)現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的新格局。現(xiàn)代橋梁是指那些主跨跨度超過200 m的特大型懸索橋、斜拉橋、連續(xù)剛構(gòu)橋和拱橋等，這些橋梁的共同特點(diǎn)是:建設(shè)規(guī)模大、橋型新、結(jié)構(gòu)新穎、施工工藝復(fù)雜

112、、跨度大、橋面高和工期長(zhǎng)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為這些橋梁施工控制服務(wù)的橋梁施工平面控制網(wǎng)，其建網(wǎng)方法也在不斷地更新。</p><p>　　現(xiàn)代新型橋梁如懸索橋、斜拉橋等，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，均建有很高的索塔，主</p><p>　　橋面都為逐段焊接的鋼箱梁組成，以高強(qiáng)度的纜索拉緊。這些橋梁的鞍座定位、</p><p>　　索導(dǎo)管定位和施工線形控制等都要求極高的精度。因此，

113、測(cè)量工作的精度對(duì)保證</p><p>　　大橋施工與監(jiān)測(cè)的高質(zhì)量，確保大橋長(zhǎng)久正常運(yùn)營(yíng)起著極為重要的作用。</p><p>　　特大型橋梁跨越寬闊的水面，一些橋墩坐落在離岸邊數(shù)百米甚至幾公里的水</p><p>　　中，測(cè)量的條件十分困難，而定位及安裝精度又要求極高，因此必須研究現(xiàn)代測(cè)</p><p>　　量技術(shù)在橋梁中的應(yīng)用問題，以解決那些

114、屬于精密工程測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)難題。橋</p><p>　　梁施工控制網(wǎng)建網(wǎng)的主要目的是:精確地放樣橋梁墩臺(tái)的位置及其跨越結(jié)構(gòu)的各</p><p>　　個(gè)部分，以保證實(shí)現(xiàn)橋梁的設(shè)計(jì)跨度和線形及其與兩側(cè)道路的正確連接，并依據(jù)</p><p>　　控制網(wǎng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁在施工過程中的構(gòu)造變形和檢查己竣工構(gòu)筑物的施工質(zhì)量。</p><p>　　因此橋梁控制

115、網(wǎng)是橋梁施工放樣、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)和質(zhì)量檢查的基準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)橋梁</p><p>　　控制網(wǎng)的上述功能，應(yīng)對(duì)控制網(wǎng)建網(wǎng)過程中的坐標(biāo)系統(tǒng)、起算數(shù)據(jù)、精度設(shè)計(jì)、</p><p>　　點(diǎn)位與網(wǎng)型布設(shè)、施測(cè)方法、數(shù)據(jù)處理和網(wǎng)的質(zhì)量評(píng)價(jià)等各環(huán)節(jié)進(jìn)行逐項(xiàng)研究。</p><p>　　3.2橋梁控制網(wǎng)的特點(diǎn)</p><p>　　橋梁施工控制網(wǎng)建網(wǎng)的主要目的是:精確

116、地放樣橋梁墩臺(tái)的位置及其跨越結(jié)</p><p>　　構(gòu)的各個(gè)部分，以保證實(shí)現(xiàn)橋梁的設(shè)計(jì)跨度和線形及其與兩側(cè)道路的正確連接，</p><p>　　并依據(jù)控制網(wǎng)隨時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁在施工過程中的構(gòu)造變形和檢查已竣工建筑物的施</p><p>　　工質(zhì)量，因此橋梁控制網(wǎng)是橋梁施工放樣、結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)和質(zhì)量檢查的基準(zhǔn)。</p><p>　　建立橋梁施工測(cè)量控制

117、網(wǎng)是整個(gè)建橋工程工作的一個(gè)主要組成部分，橋梁控</p><p>　　制網(wǎng)的作用是為施工測(cè)量提供一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)，確保橋梁的順利合攏，因此測(cè)量</p><p>　　控制網(wǎng)的精度直接關(guān)系到整個(gè)建橋工程的質(zhì)量。特別由于現(xiàn)代大型橋梁存在較多</p><p>　　的安裝測(cè)量，精度相對(duì)較高。橋梁控制測(cè)量一般分為平面控制測(cè)量與高程控制測(cè)</p><p>　　

118、量。一般根據(jù)橋位區(qū)的地形以及橋梁的具體特點(diǎn)選定一些具有控制作用的點(diǎn)構(gòu)成</p><p>　　一定的網(wǎng)型，稱為橋梁平面控制網(wǎng)與高程控制網(wǎng)。橋梁控制網(wǎng)與常規(guī)的工程控制</p><p>　　網(wǎng)相比，具有以下一些特點(diǎn):</p><p>　　1、控制范圍小，點(diǎn)位密度大，精度要求高。</p><p>　　橋梁施工的區(qū)域一般在幾平方公里到幾十平方公里，橋梁