1、精選文檔第八章第八章GPS 操作流程和基線解算操作流程和基線解算第一節第一節GPS 系統組成系統組成一、設備一、設備GPS 系統由空間衛星部分、地面監控部分和用戶接收部分三部分組成，如圖 6.1 所示。1、空間衛星部分、空間衛星部分（1）GPS 衛星星座。設計星座：213，即21顆正式的工作衛星加3顆活動的備用衛星。6 個軌道面，平均軌道高度 20200km，軌道傾角55，周期 11h58min（顧及地球自轉，地球與衛星的幾何關系每天提前 4min 重復一次） 。 保證在24h，在高度角 15以上，能夠同時觀測到 48顆衛星。（2）GPS 衛星。GPS 衛星的作用是發送用于導航定位的信號等。主

2、要設備是原子鐘（2 臺銫鐘、2 臺銣鐘） 、信號生成與放射裝置。類型有試驗衛星 B1oCkI 和工作衛星 BloCk。（3）GPS 衛星由洛克韋爾國際公司空間部研制。衛星重 774kg（包括 310kg 燃料） ，接受鋁蜂巢結構，主體呈柱形，直徑為 l。5m。星體兩側裝有兩塊雙葉對日定向太陽能電池帆板，全長 5.33m，接受日光面積 7.2 。對日定向系統把握兩翼帆板旋轉，使板面始終對準太陽，為衛星不斷供應電力，并給三組 15AH 鎘鎳蓄電池充電，以保證衛星在地影區能正常工作。 在星體底部裝有多波束定向天線， 這是一種由 12 個單元構成的成形波束螺旋天線陣，能放射 L，和 L。波段的信號，其

3、波束方向圖能掩蓋約半個地球。在星體兩端面上裝有全向遙測遙控天線， 用于與地面監控網通信。 此外， 衛星上還裝有姿勢把握系統和軌道把握系統。工作衛星的設計壽命為 7 年。 從試驗衛星的工作狀況看， 一般都能超過或遠遠超過設計壽命。第一代衛星現已停止工作。其次代衛星用于組成 GPS 工作衛星星座，通常稱為 GPS 工作衛星。BloCkA 的功能比 BloCk大大增加，表現在軍事功能和數據存儲容量。BloCk只能存儲供 45 天用的導航電文，而 BloCkA 則能夠存儲供 180 天用的導航電文，以確保在特殊狀況下使用 GPS 衛星。第三代衛星尚在設計中，以取代其次代衛星，改善全球定位系統。其特點是

4、：可對自己進行自主導航；每顆衛星將使用星載處理器，計算導航參數的修正值，改善導航精度，增加自主力量和生存力量。據報道，該衛星在沒有與地面聯系的狀況下可以工作 6 個月，而其精度可與有地面把握時的精度相當。2、地面監控部分、地面監控部分（1）地面監控部分的分布。1）主控站 1 個，地點在美國科羅拉多州法爾孔空軍基地。2）監測站 5 個，分別在夏威夷、美國科羅拉多州法爾孔空軍基地、阿松森群島（大西洋） 、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋） 。3）注入站 3 個，分別在阿松森群島精選文檔（大西洋） 、迪戈加西亞（印度洋）和卡瓦加蘭（太平洋） 。（2）監控部分的作用。1）主控站的作用是收集數據、

5、數據處理、監測與協調和把握衛星。2） 監測站的作用是依據其接收到的衛星擴頻信號求出相對于其原子鐘的偽距和偽距差，檢測出所測衛星的導航定位數據。 利用環境傳感器測出當地的氣象數據。 然后將算得的偽距、導航數據、氣象數據及衛星狀態數據傳送給主控站，供主控站使用。3）注入站的作用作用是將主控站需傳輸給衛星的資料以既定的方式注入到衛星存儲器中，供衛星向用戶發送。3、用戶接收部分、用戶接收部分用戶接收部分的基本設備就是 GPS 信號接收機、機內軟件以及 GPS 數據的后處理軟件包。其作用是接收、跟蹤、變換和測量 GPS 衛星所放射的 GPS 信號，以達到導航和定位的目的。GPS 信號接收機的任務是：跟蹤

6、可見衛星的運行，捕獲肯定衛星高度截至角的待測衛星信號，并對 GPS 信號進行變換、放大和處理，解譯出 GPS 衛星所發送的導航電文，測量出 GPS 信號從衛星到接收機天線的傳播時間，實時地計算出測站的三維位置、三維速度和時間。靜態定位中，GPS 接收機在捕獲和跟蹤 GPS 衛星的過程中固定不變，接收機高精度地測量 GPS 信號的傳播時間，利用 GPS 衛星在軌的已知位置，解算出接收機天線所在位置的三維坐標。而動態定位則是用 GPS 接收機測定一個運動物體的運動軌跡。載體上的 GPS 接收機天線在跟蹤 GPS 衛星的過程中相對地球而運動，接收機用 GPS 信號實時地測得運動載體的瞬間三維位置和三

7、維速度。近年來，國內引進了很多類型的 GPS 測地型接收機。各種類型的 GPS 測地型接收機用于精度相對定位時，其雙頻接收機精度可達 5mm+1ppmD（D 為距離，單位為 km，下同） ，單頻接收機在肯定距離內精度可達 10mm+1ppmD，用于差分定位時精度可達亞米級至厘米級。目前，各種類型的 GPS 信號接收機體積越來越小，質量越來越輕，便于野外觀測。二二、技術特點技術特點GPS 可為各類用戶連續供應動態目標的三維位置、三維速度準時間信息。GPS 測量主要特點如下。1、功能多、用途廣、功能多、用途廣GPS 系統不僅可以用于測量、導航，還可以用于測速、測時。測速的精度可達 0.1m/s，測

8、時的速度可達幾十毫微妙。其應用領域不斷擴大。2、定位精度高、定位精度高大量的試驗和工程應用表明，用載波相位觀測量進行靜態相對定位，在小于 50km 的基線上，相對定位精度可達 110。210。 ，而在 100500km 的基線上可達 10 s10， 。隨著觀測技術與數據處理方法的改善，可望在大于 1000km 的距離上，相對定位精度達到或優于10。 。在實時動態定位（RTK）和實時差分定位（RTD）方面，定位精度可達到厘米級和分米級，能滿足各種工程測量的要求。其精度如表 6-1 所示。隨著 GPS 定位技術及數據處理技術的進展，其精度還將進一步提高。精選文檔3、實時定位、實時定位利用全球定位系

9、統進行導航，即可實時確定運動目標的三維位置和速度，可實時保障運動載體沿預定航線運行，亦可選擇最佳路線。特殊是對軍事上動態目標的導航，具有格外重要的意義。4、觀測時間短、觀測時間短目前，利用經典的靜態相對定位模式，觀測 20km 以內的基線所需觀測時問，對于單頻接收機在 1h 左右，對于雙頻接收機僅需 1520min。接受實時動態定位模式，流淌站初始化觀測 15min 后，并可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。利用 GPS 技術建立把握網，可縮短觀測時間，提高作業效益。5、觀測站之間無需通視、觀測站之間無需通視經典測量技術需要保持良好的通視條件， 又要保障測量把握網的良好圖形結構。 而 GPS測量只

10、要求測站 15。以上的空間視野開闊，與衛星保持通視即可，并不需要觀測站之間相互通視，因而不再需要建筑覘標。這一優點即可大大削減測量工作的經費和時間（一般造標費用約占總經費的 3050） 。同時，也使選點工作變得格外機敏，完全可以依據工作的需要來確定點位，可通視也使電位的選擇變得更機敏，可省去經典測量中的傳算點、過渡點的測量工作。不過也應指出，GPS 測量雖然不要求觀測站之間相互通視，但為了便利用常規方法聯測的需要，在布設 GPS 點時，應當保證至少一個方向通視。6、操作簡便、操作簡便GPS 測量的自動化程度很高。對于“智能型”接收機， 在觀測中測量員的主要任務只是安裝并開關儀器、量取天線高、采

11、集環境的氣象數據、監視儀器的工作狀態，而其他工作，如衛星的捕獲、跟蹤觀測和記錄等均由儀器自動完成。結束觀測時，僅需關閉電源，收好接收機，便完成野外數據采集任務。.假如在一個測站上需要作較長時問的連續觀測， 還可實行無人值守的數據采集， 通過網絡或其他通信方式， 將所采集的觀測數據傳送到數據處理中心， 實現全自動化的數據采集與處理。GPS 用戶接收機一般重量較輕、體積較小。現在有很多 GPS 接收機是天線、主機、電源組合在一起的一體機， 白化程度較高， 野外測量時僅“一鍵”開關， 攜帶和搬運都很便利。7、可供應全球統一的三維地心坐標、可供應全球統一的三維地心坐標經典大地測量將平面和高程接受不同方

12、法分別施測。GPS 測量中，在精確測定觀測站平面位置的同時，可以精確測量觀測站的大地高程。GPS 測量的這一特點，不僅為爭辯大地水準面的外形和確定地面點的高程開拓了新途徑， 同時也為其在航空物探、 航空攝影測量及精密導航中的應用，供應了重要的高程數據。GPS 定位是在全球統一的 WGS 一 84 坐標系統中計算的，因此全球不同點的測量成果是相互關聯的。8、全球全天候作業、全球全天候作業GPS 衛星較多，且分布均勻，保證了全球地面被連續掩蓋，使得在地球上任何地點、精選文檔任何時候進行預觀測工作，通常狀況下，除雷雨天氣不宜觀測，一般不受天氣狀況的影響。因此，GPS 定位技術的進展是對經典測量技術的

13、一次重大突破。其次節其次節把握網設計把握網設計GPS 測量工作與經典測量工作相類似，按其性質可分為外業和內業兩大部分。其中，外業工作主要包括選點、建立測站標志、野外觀測作業以及成果質量檢核等；內業工作主要包括 GPS 測量的技術設計、測后數據處理及技術總結等。把握網設計包括把握網的設計依據、設計精度和設計網形。一、一、GPS 網技術網技術1、GPS 網技術設計的原則網技術設計的原則技術設計是建立 GPS 把握網的第一步，也是確保 GPS 網在滿足精確、牢靠、經濟的前提下，滿足建設需要的關鍵性工作。GPS 網技術設計應遵循以下基本原則，即確定適宜的精度標準，選取適用的測量基準，嚴格依據相應的規范

14、要求選點并設置點位標志。（1） 、精度確定、精度確定依據網的用途及工程把握的精度要求確定 GPS 網測量的相應精度等級，精度等級的劃分應參照相應行業的 GPS 測量規范。（2） 、選點與埋設、選點與埋設GPS 點位選擇的好壞， 對于 GPs 觀測工作的順當進行和結果的牢靠性有著重要的影響，因此， 在實地選點前應依據測量任務的目的和測區狀況等， 收集測區已有各類把握點和地形圖等資料，以便于選點工作。在選點時應遵循以下原則：點位四周應便于安置接收設備，視野開闊視場內障礙物的高度角不宜超過 15。點位應遠離大功率無線電放射源（如電視臺、電臺微波站等）及電壓輸電線和微波無線電信號傳送通道，以避開四周磁

15、場對 GPS 信號的干擾；點位四周不應有猛烈反射衛星信號的物體（如大型建筑物等） ；點位應選在交通便利，并有利于用其他測量手段擴展和聯測，以提高作業效率；點位應選在地面基礎穩固的地方，以利于點位的保存；點位的埋設宜用混凝土現場澆筑的形式埋設為不銹鋼標志，埋深應在當地永久凍土層以下 0.3 米，樁面注記字體應朝向正北。2、GPS 網構成的概念網構成的概念觀測時段：測站上開頭接收衛星信號到觀測停止，連續工作的時間段，簡稱時段。同步觀測：兩臺或兩臺以上接收機同時對同一組衛星進行的觀測。同步觀測環：三臺或三臺以上接收機同步觀測獲得的基線向量所構成的閉合環，簡稱同步環。獨立觀測環：由獨立觀測所獲得的基線

16、向量構成的閉合環，簡稱獨立環。異步觀測環：在構成多邊形環路的全部基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形環路叫異步觀測環，簡稱異步環。獨立基線：對于 N 臺 GPS 接收機構成的同步觀測環，獨立基線數為 Nl。非獨立基線：除獨立基線外的其他基線叫非獨立基線，總基線數與獨立基線數之差即精選文檔為非獨立基線數。理論上，同步閉合環中各基線向量的坐標差之和（即閉合差）應為零，但由于有時各臺 GPS 接收機并不是嚴格同步，同步閉合環的閉合差并不等于零。有的 GPS 規范規定了同步閉合差的限差，對于同步較好的狀況，應遵守此限差的要求，但當由于某種緣由，同步不是很好時，應適當放寬此項限差。 高速鐵路

17、工程測量規范已經對此不作規定。當同步閉合環的閉合差較小時，通常只能說明 GPS 基線向量的計算合格，并不能說明GPS 基線的觀測精度高，也不能發覺接收的信號受到干擾而產生的某些粗差。為了確保 GPS 觀測效果的牢靠性，有效地發覺觀測成果中的粗差，必需使 GPS 網中的獨立基線構成肯定的幾何圖形稱獨立觀測環。GPS 把握網的圖形也應當由一個或若干個獨立觀測環構成。GPS 構網的基本圖形可分為：三角形網、環形網、星形網。3、GPS 網的基準網的基準GPS 測量獲得的 GPS 基線向量，是屬于 WGS 一 84 坐標系的三維坐標差，而實際上我們需要的是國家坐標系或地方獨立坐標系中的坐標成果。因此，在

18、進行 GPS 網的技術設計時，必需明確 GPS 成果所接受的坐標系統和起算數據，即明確 GPS 網所接受的基準。GPS 網的基準包括網的位置基準、方位基準和尺度基準。一般來說，方位基準以給定的起算方位角值來確定，或者由 GPS 基線向量的方位作為方位基準；尺度基準由起算點間的距離確定，或者由地面的電磁波測距邊確定，也可以由 GPS 基線向量的距離確定；GPS網的位置基準，一般是由給定的起算點坐標值及其精度確定。為求定 GPS 點在地面坐標系的坐標，應在地面坐標系中選定起算數據。在選擇起算點時，既要考慮充分利用舊資料，又要使新建的 GPS 網不受舊資料精度較低的影響。在高速鐵路把握網的布設中，

19、每隔肯定間距應聯測高等級平面把握點， 但沿線國家高級把握點之間精度較低，基礎平面把握網 CP I 經國家點約束后使高精度的 CP I 把握網發生扭曲變形，大大降低了 CP I 把握點間的相對精度，部分地段經國家點約束后的 CP I 把握點間甚至不能滿足 1/180 000 的要求。因此，高速鐵路平面把握測量首先接受 GPS 精密定位測量方法建立高精度的框架把握網 CP0， 作為高速鐵路平面把握測量的起算基準， 也為平面把握網復測供應了基準。GPS 網的位置基準，可選取以下方法之一：（1）選取網中一點的坐標值并給定其方位角（一點一方向） ；（2）在網中選若干點的坐標值并加以固定；（3）選網中若干

20、點（直至全部點）的坐標值，并給以適當的權。約束平差在確定網的位置基準的同時，對 GPS 網的方向和尺度也會產生影響，當網中已知點的坐標含有較大的誤差， 或其權難以牢靠地確定時， 將會對網的定向與尺度產生不利的影響，例如前面所講的高速鐵路 CP I 把握網的約束平差。因此，對于一個大范圍的 GPS 網，在具有一組分布適宜的、高精度的已知點時（CP0框架把握網） ，為改善 GPS 網的定向和尺度，約束平差法才具有重要意義。在一般狀況下，對于一些區域性的 GPS 網，如橋梁和隧道工程 GPS 網，其是否精確地位于地心坐標系統，并不特殊重要，因而，這時多接受固定一點的坐標及其方位角的經典自由網平差法為

21、宜（一點一方向平差） 。4、設計網形、設計網形布設 GPS 把握網的觀測作業方式主要以下幾種：點連式、邊連式、網連式和混連式：精選文檔（1） 、點連式、點連式所謂點連式就是在觀測作業時，相鄰的同步圖形間只通過一個公共點相連（見圖 6.3） 。這樣，當有 m 臺儀器共同作業時，每觀測一個時段，就可以測得 m 一 1 個新點，當這些儀器觀測了 s 個時段后.就可以測得 S（m 一 1）+1 個點。點連式觀測作業方式的優點是作業效率高，圖形擴展快速；它的缺點是圖形強度低，假如連接點發生問題，將影響到后面的同步圖形。（2） 、邊連式、邊連式所謂邊連式就是在觀測作業時，相鄰的同步圖形間有一條邊（即兩個公

22、共點）相連見圖6.4） 。這樣，當有 m 臺儀器共同同作業時，每觀測一個時段，就可以測得 m 一 2 個新點，當這些儀器觀測觀測了 S 個時段后，就可以測得 S（m 一 2）+2 個點。邊連式觀測作業方式具有較好的圖形強度和較高的作業效率。（3） 、網連式、網連式所謂網連式就是在作業時，相鄰的同步圖形問有 3 個（含 3 個）以上的公共點相連見圖6.5） 。這樣，當有 m 臺儀器共同作業時，每觀測一個時段，就可以測得 m 一 k 個新點，當這些儀器觀測了 s 個時段后，就可以測得 k+s（m 一 k）個點。接受網連式觀測作業方式所測設的 GPS 網具有很強的圖形強度，但網連式觀測作業了式的作業

23、效率很低，（4） 、混連式、混連式在實際的 GPS 作業中，一般并不是接受單獨上面介紹的某一種觀測作業模式，而是依據具體狀況，有選擇的機敏接受這幾種方式作業，這種觀測作業方式就是混連式。他實際上是點連式、邊連式和網連式的結合體。觀測工作，或數據采集，是 GPS 測量的主要外業工作，所以，當觀測工作開頭之前，認真地擬定觀測方案，對于順當地完成觀測任務，保障測量成果的精度，提高效益是極為重要的。擬定觀測方案的依據是：GPS 網的布設方案，規模大小，精度要求，GPS 衛星星座，參與作業的 GPS 接收機數量以及后勤保障條件（運輸、通信）等。觀測方案的主要內容應包括：GPS 衛星的可見性圖及最佳觀測時

24、間的選擇，接受的接收機類型和數量，觀測區的劃分和觀測工作的進程以及接收機的高度方案等。第三節第三節外業測量外業測量一、測量外業工作一、測量外業工作1、觀測方案、觀測方案精選文檔觀測工作或數據采集，是 GPS 測量的主要外業工作，所以，當觀測工作開頭之前，認真地擬定觀測方案，對于順當地完成觀測任務，保障測量成果的精度，提高效益是極為重要的。擬定觀測方案的依據是：GPS 網的布設方案，規模大小，精度要求，GPS 衛星星座，參與作業的 GPS 接收機數量以及后勤保障條件（運輸、通信）等。觀測方案的主要內容應包括：GPS 衛星的可見性圖及最佳觀測時間的選擇，接受的接收機類型和數量，觀測區的劃分和觀測工

25、作的進程以及接收機的高度方案等。2、野外觀測、野外觀測外業觀測的工作量， 與用戶的要求精度和接受的接收機類型和數量， 以及作業模式等因素有關。GPS 網觀測工作量的設計，除要考慮觀測工作的效率外，還必需保證網的精度和牢靠性。當參與作業的接收機數為 ki，則每一時段可得觀測基線向量數為 ki（ki 一 1）/2。其中包括獨立觀測向量數（ki 一 1）和多余觀測向量數（ki 一 1） （ki 一 2）/2。由于增加多余觀測量， 會提高網的牢靠性， 所以， 作業中適當增加接收機的數量， 不僅會提高工作效率，同時也將明顯地增加多余觀測量。另外，為了有助于外業觀測數據的檢核，增加牢靠性，通常依據不同的精

26、度要求，基線測量中，同步觀測的時段數以準時段的長度有不同的要求。在外業觀測中，儀器操作人員應留意以下事項：（1）當確認外接電源電纜及天線等各項連接完全無誤后，方可接通電源，啟動接收機。（2）開機后接收機有關指示顯示正常并通過自檢后，方能輸入有關測站和時段把握信息。（3）接收機在開頭記錄數據后，應留意查看有關觀測衛星數量、衛星號、相位測量殘差、實時定位結果及其變化、存儲介質記錄等狀況。（4）一個時段觀測過程中，不允許進行以下操作：關閉又重新啟動;進行自測試（發覺故障除外） ；轉變衛星高度角設置；轉變天線位置；轉變數據采樣間隔；按動關閉文件和刪除文件等功能鍵。（5）需要記錄氣象要素時，在每一觀測時

27、段始、中、末要各觀測記錄一次，當時段較長時可適當增加觀測次數。（6）在觀測過程中要特殊留意供電狀況，除在出測前認真檢查電池容量是否充分外，作業中觀測人員不要遠離接收機， 聽到儀器的低電壓報警要準時予以處理， 否則可能會造成儀器內部數據的破壞或丟失。 對觀測時段較長的觀測工作， 建議盡量接受太陽能電池板或汽車電瓶進行供電。（7）儀器高肯定要按規定始、末各量測一次，并準時輸入儀器及記入測量手簿之中。（8） 接收機在觀測過程中不要靠近接收機使用對講機； 雷雨季節架設天線要防止雷擊，雷雨過境時應關機停測，并卸下天線。（9）觀測站的全部預定作業項目，經檢查均己按規定完成，且記錄與資料完整無誤后方可遷站。

28、（10）觀測過程中要隨時查看儀器內存或硬盤容量，每日觀測結束后，應準時將數據轉存至計算機硬、軟盤上，確保觀測數據不丟失。3、觀測記錄、觀測記錄在外業觀測工作中，全部信息資料均須妥當記錄。記錄形式主要有以下兩種：（1）觀測記錄。觀測記錄由 GPS 接收機自動進行，均記錄在存儲介質（如硬盤、硬卡或記憶卡等）上，其主要內容有：載波相位觀測值及相應的觀測歷元；同一歷元的測碼偽距觀測值；GPS 衛星星歷及衛星鐘差參數；實時確定定位結果；測站把握信息及接收機工作狀態信息。精選文檔（2）測量手簿。測量手簿是在接收機啟動前及觀測過程中，由觀測者隨時填寫的。其記錄格式在現行規范和規程中略有差別，視具體工作內容選

29、擇進行。觀測記錄和測量手簿都是 GPS 精密定位的依據，必需認真、準時填寫，堅決杜絕事后補記或追記。外業觀測中存儲介質上的數據文件應準時拷貝一式兩份，分別保存在專人保管的防水、防靜電的資料箱內。存儲介質的外面，適當處應貼制標簽，注明文件名、網區名、點名、時段名、采集日期、測量手簿編號等。接收機內存數據文件在轉錄到外存介質上時， 不得進行任何剔除或刪改， 不得調用任何對數據實施重新加工組合的操作指令。4、數據預處理、數據預處理數據預處理軟件是 GPS 接收設備的重要組成部分。對其所具有的功能，一般是通過實測的計算工作來進行檢驗的。對測量型 GPS 接收機，其主要檢驗內容包括：衛星預報及觀測方案擬

30、定功能的檢驗； 靜態定位軟件和網平差軟件功能的檢驗； 快速靜態定位軟件和實時定位軟件功能的檢驗等，并且通過上述檢驗，在數據處理的精度，使用的自動化水平，對觀測數據的篩選，周跳的判別與修復，整周未知數的解算力量以及網平差的功能等方面，對數據作出評價。二、測量數據處理二、測量數據處理每一個廠商所生產的接收機都會配備相應的數據處理軟件， 它們在使用方法上都會有各自不同的特點。但是，無論是哪種軟件，它們在使用步驟上卻是大體相同的。GPS 數據處理的過程依次為：原始觀測數據讀入、外業輸入數據檢查與修改、基線解算把握參數、基線解算、基線質量檢驗。1、原始觀測數據讀入、原始觀測數據讀入在進行基線解算時，首先

31、需要讀取原始的 GPS 觀測值數據。一般說來，各接收機廠商隨接收機一起供應的數據處理軟件都可以直接處理從接收機中傳輸出來的 GPS 原始觀測值數據，而由第三方所開發的數據處理軟件則不肯定能對各接收機的原始觀測數據進行處理，要處理這些數據，首先需要進行格式轉換。目前，最常用的格式是 RINEX 格式.對于按此種格式存儲的數據，大部分的數據處理軟件都能直接處理。2、外業輸入數據檢查與修改、外業輸入數據檢查與修改在讀入了 GPS 觀測值數據后，就需要對觀測數據進行必要的檢查，檢查的項目包括測站名、點號、測站坐標、天線高等。對這些項目進行檢查的目的，是為了避開外業操作時的失誤操作。3、基線解算把握參數

32、、基線解算把握參數基線解算的把握參數用以確定數據處理軟件接受何種處理方法來進行基線解算， 設定基線解算的把握參數是基線解算時的一個格外重要的環節， 通過把握參數的設定， 可以實現基線的精化處理。4、基線解算、基線解算基線解算的過程一般是自動進行的，無需過多的人工干預。5、基線質量檢驗、基線質量檢驗基線解算完畢后， 基線結果并不能馬上用于后續的處理， 還必需對基線的質量進行檢驗，只有質量合格的基線才能用于后續的數據處理， 假如不合格， 則需要對基線進行重新解算或精選文檔重新測量。基線的質量檢驗需要通過數據刪除率、RATIO、RDOP、RMs、同步環閉和差、異步環閉和差和重復基線較差等來進行。6、

33、GPS 網平差網平差（1）提取基線向量要進行 GPS 網平差，首先必需提取基線向量，構建 GPS 基線向量網。提取基線向量時需要遵循以下幾項原則：必需選取相互獨立的基線， 若選取了不相互獨立的基線， 則平差結果會與真實的狀況不相符合。所選取的基線應構成閉合的幾何圖形。選取質量好的基線向量，基線質量的好壞，可以依據同步環閉合差、異步環閉合差和重復基線較差來判定。選取能構成邊數較少的異步環的基線向量。選取邊長較短的基線向量。（2）三維無約束平差在構成了 GPS 基線向量網后，需要進行 GPS 網的三維無約束平差，通過無約束平差主要達到以下幾個目的：依據無約束平差的結果，判別在所構成的 GPS 網中

34、是否有粗差基線，如發覺含有粗差的基線， 需要進行相應的處理， 必需使得最終用于構網的全部基線向量均滿足質量要求。調整各基線向量觀測值的權，使得它們相互匹配。（3） 約束平差或聯合平差在進行完三維無約束平差后， 需要進行約束平差或聯合平差， 平差可依據需要在三維空問進行或二維空間中進行。約束平差的具體步驟是：指定進行平差的基準和坐標系統。指定起算數據。檢驗約束條件的質量。進行平差解算。（4） 質量分析與把握在這一步，進行 GPS 網質量的評定，在評定時可以接受基線向量的改正數進行。依據基線向量的改正數的大小，可以推斷出基線向量中是否含有粗差。若在進行質量評定時，發覺有質量問題，需要依據具體狀況進

35、行處理，假如發覺構成GPS 網的基線中含有粗差，則需要接受刪除含有粗差的基線、重新對含有粗差的基線進行解算或重測含有粗差的基線等方法加以解決。 假如發覺個別起算數據有質量問題， 則應當放棄有質量問題的起算數據。三、鐵路三、鐵路 GPS 測量數據處理軟件測量數據處理軟件鐵路 GPS 測量的數據處理軟件有 Leica Geo Office （LGO）軟件和科傻系列軟件 GPS工程測量網通用平差軟件包（CosaGPS V5.1） 。1、Leica Geo Office（LGO）軟件）軟件Leica Geo Office （瑞士萊卡綜合辦公軟件） 軟件通過 LEICA Geo Office 來開拓數據

36、的潛能，管理和掃瞄自己的 TPS、GPS 以及 Level 數據。LEICA Geo Office 是一個直觀的，圖形化的視窗多任務環境，使用簡潔而便利。全部組成成分都有一個類似的外觀，可以進行無縫連接和協作。TPS、GPS 以及 Level 數據都通過一個標準化的工具和數據流程來處理。內建的 HELP 包括有用的教程，并供應建議和信息。2、科傻系列軟件、科傻系列軟件 GPS 工程測量網通用平差軟件包（工程測量網通用平差軟件包（CosaGPS V5.1）精選文檔CosaGPS V5.1 有以下優點：（1）功能全面。軟件具有在世界空間直角坐標系（WGS 一 84）進行三維向量網平差（無約束平差和

37、約束平差） 、在橢球面上進行衛星網與地面網三維平差、在高斯平面坐標系進行二維聯合平差、針對工程獨立網的固定一點一方向的平差、高程擬合等功能，并帶有常用的工程測量計算工具，可以實現各種坐標轉換。（2）整體性好。全部軟件集成在統一的環境下，編輯器、文檔、圖形、數據處理模塊均自主編寫；接受多文檔，可同時處理多項任務；接受工程管理模式，可便利進行各類數據的操作。（3）解算容量大，運算速度快。軟件設計接受節省內存的快速算法，在現有的大部分微機操作系統 windows 98，windows 2000，windows XP 上，可整體解算數千個把握點的 GPS 把握網，內存不夠時則接受外存作緩沖，因而還可解

38、算更大規模的 GPS 工程網。（4）操作簡明，使用便利。在 windows 98，windows 2000，windows XP 系統環境下運行，可接受表格方式或文本方式進行數據錄入，大部分操作接受“傻瓜式選項。對于輸入量較少的已知數據和參數，接受表格方式輸入；對于大批量的數據，則接受文件方式輸入。四四、三維平差、平面坐標轉換和精度評定、三維平差、平面坐標轉換和精度評定1、三維平差、三維平差依據平差所進行的坐標空間，可將 GPS 網平差分為三維平差和二維平差。（1）三維平差：平差在三維空間坐標系中進行，觀測值為三維空間中的觀測值，解算出的結果為點的三維空問坐標。GPS 網的三維平差，一般在三維

39、空間直角坐標系或三維空間大地坐標系下進行。（2）二維平差：平差在二維平面坐標系下進行，觀測值為二維觀測值，解算出的結果為點的二維平面坐標。二維平差一般適合于小范圍 GPS 網的平差。2、平面坐標轉換、平面坐標轉換同一坐標系內， 空間三維直角坐標、 大地坐標和高斯平面直角坐標這三種不同坐標表達形式之間可以便利地進行轉換。 不同坐標系之間， 也可以通過參數轉換和橢球投影轉換進行坐標數值的轉變。（1）同一坐標系內的坐標轉換同一坐標系內， 大地坐標和高斯平面直角坐標可以通過高斯投影正、 反算公式進行互換。高斯投影正、反算公式的形式簡單，但早已實現程序模塊化，可以格外便利地在眾多測量程序中進行互換。只要

40、選定橢球外形參數、投影帶寬和投影接受的中心子午線經度，就可以計算得到大地坐標在相應投影帶中的高斯平面直角坐標（高斯投影正算） ，或者相應投影帶中的高斯平面直角坐標所對應的大地坐標（高斯投影反算） 。高斯投影正算公式實現了空間三維直角坐標到平面直角坐標的轉換，具有格外重要的應用意義。高斯投影是由德國科學家高斯于 19 世紀20 年月擬定， 后經德國大地測量學家克呂格于1912 年對投影公式加以補充， 故稱為高斯克呂格投影，簡稱為高斯投影。高斯投影在英、美國家稱為橫軸墨卡托投影（UTM） 。高斯投影的中心經線長度比等于 1， UTM 投影規定中心經線長度比為 0.9996。高斯投影具有如下基本特點

41、： 高斯投影的中心經線是和赤道垂直的直線， 其他經線均為凹向并對稱于中心經線的精選文檔曲線，其他緯線均為以赤道為對稱軸向兩極彎曲的曲線，經緯線成直角相交；中心經線投影長度變形比等于 1，即沒有長度變形，其余經線長度比均大于 1，長度變形為正；在同一條經線上，長度變形隨緯度的降低而增大，在赤道處為最大；在同一條緯線上，長度變形隨經差的增加而增大，且增大速度較快；面積變形也是距中心經線愈遠，變形愈大；高斯投影后角度沒有變形； 為了保證地圖的精度， 接受分帶投影方法， 即將投影范圍的東西界加以限制，使其變形不超過肯定的限度，這樣把很多帶結合起來，可成為整個區域的投影。在高斯投影上，規定以中心經線為

42、x 軸，赤道為 y 軸，兩軸的交點為坐標原點。X 坐標值在赤道以北為正，以南為負；y 坐標值在中心經線以東為正，以西為負。我國在北半球，x 坐標皆為正值。y 坐標在中心經線以西為負值，運用起來很不便利。為了避開 y 坐標消滅負值，將各帶的坐標縱軸西移 5 O（km，即將全部 y 值都加 500km（加常數） 。由于接受了分帶方法，各帶的投影完全相同，某一坐標值（z，y） ，在每一投影帶中均有一個，在全球則有 60 個同樣的坐標值，不能精確表示該點的位置。因此，在 y 值前需冠以帶號，這樣的坐標稱為通用坐標。我國的高鐵平面精測網對投影長度變形有嚴格把握， 要求最大變形比不超過 10mm/km。盡

43、管可以通過細分投影帶，或者抬高投影面高程的方式來限制投影長度變形比。但是，在平面直角坐標的使用過程中，這種方法將增加了大量的坐標換帶計算工作。高斯投影坐標換帶計算的方法為： 先將某一投影分帶內的高斯平面直角坐標轉換成通用的大地坐標， 然后重新設定投影的中心子午線和帶寬， 就可以得到在新的投影帶中的高斯平面直角坐標，如圖 6.6 所示。空間三維直角坐標和高斯平面直角坐標之間不能直接相互轉換， 其必需通過大地坐標這個中間轉換過程才能實現相互轉換，即它們之間的轉換是間接的。具體過程如圖 6。7 所示。空間三維直角坐標大地坐標標高斯平面直角坐標（2）不同坐標系之間的坐標轉換不同坐標系之間的坐標轉換通常

44、接受參數轉換方法。其中，平面直角坐標之間的轉換接受四參數法（兩個平移參數、一個旋轉參數、一個尺度參數） ，空間直角坐標之間的轉換接受七參數法（三個平移參數、 三個旋轉參數、 一個尺度參數） 。假如涉及平面直角坐標和空問直角坐標之問的轉換，還必需增加考慮橢球參數的變換問題。平面直角坐標系之間的坐標轉換如圖 6.8 所示， 坐標系 XOY的原點在坐標系 XOY 中的坐標為 a、b，X 軸與 X軸之夾角為臼。可以認為坐標系 xOY原是與坐標系 xoy 重合，后由于 O分別平移了 a、b 之距離，并且坐標系二坐標軸 ox與 Oy又相對 0 x 與 0y 逆時針旋轉了臼角而得到的。在二坐標系之間引入一個

45、幫助坐標系 XOY 使它的二坐標軸 Ox”與0Y 分別與 Ox、Oy 平行：在 xOY系中有一點 P，其坐標為（XY） ，則由坐標系平移公式與坐標系旋轉公式可得：故有精選文檔考慮不同坐標系之間的尺度（長度）因子 m，即：上式即坐標系平移和旋轉后新、 舊坐標系中某一點坐標的關系式。 只要轉換參數是精確已知的，則可以格外便利地進行坐標在不同坐標系之間的轉換。同樣的道理，對于兩個空間直角坐標有如下坐標轉換關系（見圖 6.9） ：假如轉換參數未知，但是已知肯定數量的點（平面坐標轉換需要 2 個以上，空間直角坐標轉換需要 3 個以上） ，其在兩個坐標系中的坐標都精確已知，則可以利用數學上的最小二乘原則進

46、行轉換參數的求估。估量出來的參數可以用以其他點的坐標轉換。當平面直角坐標和空間直角坐標之問進行轉換時， 由于涉及高斯投影， 所以需要確認兩種不同坐標系所接受的參考地球橢球是否相同。假如不同，則要進行橢球參數的轉變。具體過程示意如圖 6.10 所示。3、精度評定、精度評定（1）基線向量解算及精度分析基線解算接受廠家供應的隨機軟件按靜態相對定位模式進行， 基線解算接受衛星廣播星歷坐標作為基線解的起算數據。基線向量異步環閉合差是檢驗基線向量網質量的一項重要技術指標， 當它滿足限差要求時，能說明組成基線向量網的全部基線解算質量合格、成果牢靠。按高速鐵路工程測量規范 （TB 106012009）要求 G

47、PS 把握基線向量網全部異步環閉合差應符合下式規定：其中精選文檔式中：n 為閉合環邊數；一為標準差，即基線向量弦長中誤差，mm；a 為固定誤差；6為比例誤差；d 為閉合環平均邊長，km。（2）網平差精度分析網平差包括三維無約束平差、 三維約束平差和二維約束平差， 平差數據接受基線向量的雙差固定解進行。 首先進行三維無約束平差， 以檢定基線向量網自身的內符合精度及其系統誤差和粗差，然后再進行三維約束平差和二維約束平差。各等級 GPS 測量把握網的主要技術指標，應符合表 6.3 的規定。五五、高程轉換、高程轉換1、各種高程系統及相互關系、各種高程系統及相互關系各種高程系統及相互關系如圖 6.11

48、所示。2、GPS 水準基本原理水準基本原理既有大地高，又有正常高的點稱為公共點。對于公共點有：若假設網中其他點上的高程特別相同，即參考橢球面與似大地水準面平行，則非公共各點的高程可由下式得：精選文檔3、GPS 水準方法水準方法（1）等值線圖法：從高程特別圖或大地水準面差距圖分別查出各點的高程特別或大地水準面差距，然后分別接受下面兩式可計算出正常高和正高。（2）地球模型法：地球模型法本質上是一種數字化的等值線圖，目前國際上較常接受的地球模型有 OSU91EGM96 等。我國有 CQG2000，各個省有省級的厘米級似大地水準面模型。（3）高程擬合法：利用在范圍不大的區域中，高程特別具有肯定的幾何相

49、關性這一原理，接受數學方法，求解正高、正常高或高程特別。石家莊至武漢客運專線（河北邢臺段）GPS 把握測量，正線全長 840.7 公里，設計速度目標值 350 公里/小時，輸送力量單向 8000 萬人/年，沿線設高邑西、邢臺東、邯鄲東、安陽東、鶴壁東、新鄉東、鄭州東、許昌東、漯河西、駐馬店西、明港東、信陽東、大悟和橫店東 14 個車站，建設總工期 4 年半。測區屬山區，位于東徑 111o44-112o30，北緯34o49-35o08。行政隸屬山西省垣曲縣和河南省澠池縣、新安縣、濟源市、孟津縣。測區東西長約 70km，南北方向寬約 8km，總體呈帶狀分布，補設樁點分布在黃河干流和 39 條大小支

50、流上，測區地形條件簡單，地勢凹凸起伏，溝壑縱橫交叉，大部分地區懸崖峭壁，氣候簡單，人跡罕至，交通格外困難。因此打算接受 GPS 接收機對其進行把握測量。其測量流程如圖 1 所示：六六、GPS 網的技術設計網的技術設計測量工作實施的第一步就是 GPS 網的技術設計，它包括 GPS 網精度指標的確定，GPS網的網形設計及 GPS 網的基準設計三方面。（1）GPS 網的精度指標，主要取決于工程對把握網的要求。精度指標通常以網中相鄰點間的弦長精度來表示，其形式為：中： 為標誰差（mm）;a 為固定誤差（mm）;b 為比例誤差系數（PPm） ，d 為相鄰點間的距離（km） 。（2）GPS 網的精度指標是 GPS 網技術設計的一個重要參量，設計中