1、實用gps測量數據處理教程目錄 TOC o 1-3 目錄 PAGEREF _Toc435669069 h 1概述 PAGEREF _Toc435669070 h 4第一章GPS定位原理概述 PAGEREF _Toc435669071 h 5第1節GPS的組成 PAGEREF _Toc435669072 h 5第2節GPS信號 PAGEREF _Toc435669073 h 5第3節SPS和PPS PAGEREF _Toc435669074 h 6第4節GPS定位的常用觀測值 PAGEREF _Toc435669075 h 6第5節GPS定位的誤差源 PAGEREF _Toc435669076

2、h 6第6節GPS定位方法 PAGEREF _Toc435669077 h 7第二章坐標系、基準和坐標系統 PAGEREF _Toc435669078 h 10第1節地球的形狀 PAGEREF _Toc435669079 h 10一、地球的自然表面 PAGEREF _Toc435669080 h 10二、地球的質量和重力 PAGEREF _Toc435669081 h 10三、大地水準面 PAGEREF _Toc435669082 h 10四、參考橢球 PAGEREF _Toc435669083 h 10五、投影 PAGEREF _Toc435669084 h 10第2節坐標系統 PAGERE

3、F _Toc435669085 h 10一、坐標系的分類 PAGEREF _Toc435669086 h 10二、基準 PAGEREF _Toc435669087 h 11三、坐標系變換與基準變換 PAGEREF _Toc435669088 h 11四、GPS測量中常用的坐標系統 PAGEREF _Toc435669089 h 14第三章GPS靜態定位在測量中的應用 PAGEREF _Toc435669090 h 16第1節GPS靜態定位在測量中的應用 PAGEREF _Toc435669091 h 16第2節布設GPS基線向量網的工作步驟 PAGEREF _Toc435669092 h 16

4、一、測前工作 PAGEREF _Toc435669093 h 16二、測量實施 PAGEREF _Toc435669094 h 17三、測后工作 PAGEREF _Toc435669095 h 18第四章技術設計 PAGEREF _Toc435669096 h 20第1節技術設計的作用 PAGEREF _Toc435669097 h 20第2節技術設計的內容 PAGEREF _Toc435669098 h 20第五章布網方法 PAGEREF _Toc435669099 h 22第1節GPS基線向量網的等級 PAGEREF _Toc435669100 h 22第2節GPS基線向量網的布網形式 P

5、AGEREF _Toc435669101 h 22一、跟蹤站式 PAGEREF _Toc435669102 h 23二、會戰式 PAGEREF _Toc435669103 h 23三、多基準站式 PAGEREF _Toc435669104 h 23四、同步圖形擴展式 PAGEREF _Toc435669105 h 24五、單基準站式 PAGEREF _Toc435669106 h 25第3節采用同步圖形擴展的布網形式布設GPS基線向量網時的觀測作業方式 PAGEREF _Toc435669107 h 25一、點連式 PAGEREF _Toc435669108 h 26二、邊連式 PAGEREF

6、 _Toc435669109 h 26三、網連式 PAGEREF _Toc435669110 h 27四、混連式 PAGEREF _Toc435669111 h 27第4節布設GPS基線向量網時的設計指標 PAGEREF _Toc435669112 h 27一、效率指標 PAGEREF _Toc435669113 h 28二、可靠性指標 PAGEREF _Toc435669114 h 28三、精度指標 PAGEREF _Toc435669115 h 29第5節GPS網的設計準則 PAGEREF _Toc435669116 h 29一、出發點 PAGEREF _Toc435669117 h 29

7、二、GPS網布網作業準則 PAGEREF _Toc435669118 h 29第六章GPS基線解算 PAGEREF _Toc435669119 h 31第1節GPS基線解算的基本原理 PAGEREF _Toc435669120 h 31一、觀測值 PAGEREF _Toc435669121 h 31二、基線解算（平差） PAGEREF _Toc435669122 h 31第2節GPS基線解算的分類 PAGEREF _Toc435669123 h 33一、單基線解算 PAGEREF _Toc435669124 h 33二、多基線解 PAGEREF _Toc435669125 h 33第3節基線解

8、算階段的質量控制 PAGEREF _Toc435669126 h 34一、質量控制指標及其應用 PAGEREF _Toc435669127 h 34二、應用 PAGEREF _Toc435669128 h 36第4節影響GPS基線解算結果的幾個因素及其應對方法 PAGEREF _Toc435669129 h 36一、影響GPS基線解算結果的幾個因素 PAGEREF _Toc435669130 h 36二、影響GPS基線解算結果因素的判別及應對措施 PAGEREF _Toc435669131 h 37第5節GPS基線解算的過程 PAGEREF _Toc435669132 h 42第七章GPS基線

9、向量網平差 PAGEREF _Toc435669133 h 44第1節GPS網平差的分類 PAGEREF _Toc435669134 h 44一、三維平差和二維平差 PAGEREF _Toc435669135 h 44二、無約束平差、約束平差和聯合平差 PAGEREF _Toc435669136 h 44第2節GPS網平差原理 PAGEREF _Toc435669137 h 45一、三維無約束平差 PAGEREF _Toc435669138 h 45二、三維聯合平差 PAGEREF _Toc435669139 h 47三、二維聯合平差 PAGEREF _Toc435669140 h 47第3節

10、GPS網平差的過程 PAGEREF _Toc435669141 h 47一、提取基線向量，構建GPS基線向量網 PAGEREF _Toc435669142 h 48二、三維無約束平差 PAGEREF _Toc435669143 h 48三、約束平差/聯合平差 PAGEREF _Toc435669144 h 48四、質量分析與控制 PAGEREF _Toc435669145 h 48第4節GPS網平差中起算數據的檢驗 PAGEREF _Toc435669146 h 49一、方差檢驗法 PAGEREF _Toc435669147 h 49二、符合路線法 PAGEREF _Toc435669148

11、h 49三、檢查點法 PAGEREF _Toc435669149 h 49第八章GPS高程 PAGEREF _Toc435669150 h 50第1節高程系統 PAGEREF _Toc435669151 h 50一、大地高系統 PAGEREF _Toc435669152 h 50二、正高系統 PAGEREF _Toc435669153 h 50三、正常高 PAGEREF _Toc435669154 h 50四、高程系統之間的轉換關系 PAGEREF _Toc435669155 h 51第2節GPS高程的方法 PAGEREF _Toc435669156 h 51一、等值線圖法 PAGEREF _

12、Toc435669157 h 51二、地球模型法 PAGEREF _Toc435669158 h 52三、高程擬合法 PAGEREF _Toc435669159 h 52第九章技術總結 PAGEREF _Toc435669160 h 56第1節技術總結的作用 PAGEREF _Toc435669161 h 56第2節技術總結的內容 PAGEREF _Toc435669162 h 56附錄 PAGEREF _Toc435669163 h 錯誤！未定義書簽。第1節RINEX格式 PAGEREF _Toc435669164 h 錯誤！未定義書簽。第2節GPSurvey軟件使用 PAGEREF _To

13、c435669165 h 錯誤！未定義書簽。一、GPSurvey軟件概述 PAGEREF _Toc435669166 h 錯誤！未定義書簽。二、建立項目 PAGEREF _Toc435669167 h 錯誤！未定義書簽。三、數據傳輸 PAGEREF _Toc435669168 h 錯誤！未定義書簽。四、基線解算 PAGEREF _Toc435669169 h 錯誤！未定義書簽。五、基線向量網平差（TRIMNET PLUS） PAGEREF _Toc435669170 h 錯誤！未定義書簽。第3節詞匯表 PAGEREF _Toc435669171 h 錯誤！未定義書簽。概述全球定位系統（Glob

14、al Positioning System-GPS）作為新一代的衛星導航定位系統，經過二十多年的發展，已發展成為一種被廣泛采用的系統，它的應用領域和應用前景已遠遠超出了該系統設計者當初的設想，目前，它在航空、航天、軍事、交通、運輸、資源勘探、通信、氣象等幾乎所有的領域中，都被作為一項非常重要的技術手段和方法，用來進行導航、定時、定位、地球物理參數測定和大氣物理參數測定等。作為較早采用GPS技術的領域，在測量中，它最初主要用于高精度大地測量和控制測量，建立各種類型和等級的測量控制網；現在，它除了繼續在這些領域發揮著重要作用外，還在測量領域的其它方面得到充分的應用，如用于各種類型的施工放樣、測圖、

15、變形觀測、航空攝影測量、海測和地理信息系統中地理數據的采集等。尤其是在各種類型的測量控制網的建立這一方面，GPS定位技術已基本上取代了常規測量手段，成為了主要的技術手段。現在，在我國采用GPS技術布設了新的國家大地測量控制網，很多城市也都采用GPS技術建立了城市控制網。為了使大家能充分了解和掌握利用GPS定位技術建立控制網的基本原理和方法，本書將圍繞著利用GPS定位技術布設控制網的全過程，介紹在布網過程中所設及到的大量理論與技術問題，內容將包括從技術設計、外業觀測、基線解算、直到網平差和提交成果進行驗收等各個環節，具體有以下一些內容： REF _Ref420029621 h GPS定位原理概述

16、在這一部分里，將簡要介紹GPS系統和GPS定位的基本原理。如果讀者已對此有較全面的了解，可以跳過此部分。 REF _Ref420029645 h 坐標系、基準和坐標系統介紹在采用GPS布設控制網時常用的坐標系統及各坐標系統間的轉換關系。 REF _Ref420029680 h GPS靜態定位在測量中的應用介紹GPS靜態定位在測量中的主要應用方式及作業步驟。 REF _Ref420029818 h 技術設計介紹在布設GPS網時，進行技術設計的作用、原則和內容。 REF _Ref420029849 h 布網方法介紹GPS網的類型和布網方法。 REF _Ref420029992 h GPS基線解算介

17、紹基線解算的原理、步驟、精化處理方法和質量控制方法。 REF _Ref420030039 h GPS基線向量網平差介紹GPS網平差的類型、原理、步驟和質量控制方法。 REF _Ref420796543 h GPS高程介紹采用GPS進行測定高程的方法。 REF _Ref420031862 h 技術總結介紹布設GPS網時，技術總結的作用和內容。本書的目的是使讀者能夠了解GPS數據處理的基本原理和過程，掌握布設GPS網及數據處理的方法，因此全書側重于方法的介紹，對于理論問題未做過多敘述，對于這些問題，讀者若感興趣，可閱讀其它有關書籍 本書附錄中將提供一些參考文獻，供讀者選讀。GPS定位原理概述GPS

18、的組成GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，是由美國建立的一個衛星導航定位系統，利用該系統，用戶可以在全球范圍內實現全天候、連續、實時的三維導航定位和測速；另外，利用該系統，用戶還能夠進行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位。GPS計劃始于1973年，已于1994年進入完全運行狀態(FOC FOC Full Operational Capability。)。GPS的整個系統由空間部分、地面控制部分和用戶部分所組成：空間部分GPS的空間部分是由24顆GPS工作衛星所組成，這些GPS工作衛星共同組成了GPS衛星星座，其中21顆為可用于導航的衛星，3顆為活動的備用

19、衛星 實際上這3顆備用衛星同樣可用于導航定位。這24顆衛星分布在6個傾角為55的軌道上繞地球運行。衛星的運行周期約為12恒星時。每顆GPS工作衛星都發出用于導航定位的信號。GPS用戶正是利用這些信號來進行工作的?？刂撇糠諫PS的控制部分由分布在全球的由若干個跟蹤站所組成的監控系統所構成，根據其作用的不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監控站和注入站。主控站有一個，位于美國克羅拉多（Colorado）的法爾孔（Falcon）空軍基地，它的作用是根據各監控站對GPS的觀測數據，計算出衛星的星歷和衛星鐘的改正參數等，并將這些數據通過注入站注入到衛星中去；同時，它還對衛星進行控制，向衛星發布指令，當工作衛

20、星出現故障時，調度備用衛星，替代失效的工作衛星工作；另外，主控站也具有監控站的功能。監控站有五個，除了主控站外，其它四個分別位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群島（Ascencion）、迭哥伽西亞（Diego Garcia）、卡瓦加蘭（Kwajalein），監控站的作用是接收衛星信號，監測衛星的工作狀態；注入站有三個，它們分別位于阿松森群島（Ascencion）、迭哥伽西亞（Diego Garcia）、卡瓦加蘭（Kwajalein），注入站的作用是將主控站計算出的衛星星歷和衛星鐘的改正數等注入到衛星中去。用戶部分GPS的用戶部分由GPS接收機、數據處理軟件及相應的用戶設備如計算機氣象儀器等所組

21、成。它的作用是接收GPS衛星所發出的信號，利用這些信號進行導航定位等工作。以上這三個部分共同組成了一個完整的GPS系統。GPS信號GPS衛星發射兩種頻率的載波信號，即頻率為1575.42MHz的L1載波和頻率為1227.60HMz的L2載波，它們的頻率分別是基本頻率10.23MHz的154倍和120倍，它們的波長分別為19.03cm和24.42cm。在L1和L2上又分別調制著多種信號，這些信號主要有：C/A碼C/A碼又被稱為粗捕獲碼，它被調制在L1載波上，是1MHz的偽隨機噪聲碼（PRN碼），其碼長為1023位（周期為1ms）。由于每顆衛星的C/A碼都不一樣，因此，我們經常用它們的PRN號來區

22、分它們。C/A碼是普通用戶用以測定測站到衛星間的距離的一種主要的信號。P碼P碼又被稱為精碼，它被調制在L1和L2載波上，是10MHz的偽隨機噪聲碼，其周期為七天。在實施AS時，P碼與W碼進行模二相加生成保密的Y碼，此時，一般用戶無法利用P碼來進行導航定位。Y碼見P碼。導航信息導航信息被調制在L1載波上，其信號頻率為50Hz，包含有GPS衛星的軌道參數、衛星鐘改正數和其它一些系統參數。用戶一般需要利用此導航信息來計算某一時刻GPS衛星在地球軌道上的位置，導航信息也被稱為廣播星歷。SPS和PPSGPS系統針對不同用戶提供兩種不同類型的服務。一種是標準定位服務(SPSStandard Positio

23、ning Service)，另一種是精密定位服務(PPSPrecision Positioning Service)。這兩種不同類型的服務分別由兩種不同的子系統提供，標準定位服務由標準定位子系統(SPSStandard Positioning System)提供，精密定位服務則由精密定位子系統(PPSPrecision Positioning System)提供。SPS主要面向全世界的民用用戶。PPS主要面向美國及其盟國的軍事部門以及民用的特許用戶。GPS定位的常用觀測值在GPS定位中，經常采用下列觀測值中的一種或幾種進行數據處理，以確定出待定點的坐標或待定點之間的基線向量：L1載波相位觀測值

24、L2載波相位觀測值（半波或全波）調制在L1上的C/A碼偽距調制在L1上的P碼偽距調制在L2上的P碼偽距L1上的多普勒頻移L2上的多普勒頻移實際上，在進行GPS定位時，除了大量地使用上面的觀測值進行數據處理以外，還經常使用由上面的觀測值通過某些組合而形成的一些特殊觀測值，如寬巷觀測值（Wide-Lane） L1-L2。、窄巷觀測值（Narrow-Lane） L1+L2。、消除電離層延遲的觀測值（Ion-Free） 2.546L1-1.984L2。來進行數據處理。GPS定位的誤差源我們在利用GPS進行定位時，會受到各種各樣因素的影響。影響GPS定位精度的因素可分為以下四大類：與GPS衛星有關的因素

25、SA美國政府從其國家利益出發，通過降低廣播星歷精度（技術）、在GPS基準信號中加入高頻抖動（技術）等方法，人為降低普通用戶利用GPS進行導航定位時的精度。衛星星歷誤差在進行GPS定位時，計算在某時刻GPS衛星位置所需的衛星軌道參數是通過各種類型的星歷 常用的星歷有廣播星歷和精密星歷兩種。提供的，但不論采用哪種類型的星歷，所計算出的衛星位置都會與其真實位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。衛星鐘差衛星鐘差是GPS衛星上所安裝的原子鐘的鐘面時與GPS標準時間之間的誤差。衛星信號發射天線相位中心偏差衛星信號發射天線相位中心偏差是GPS衛星上信號發射天線的標稱相位中心與其真實相位中心之間的差異。與傳播途

26、徑有關的因素電離層延遲由于地球周圍的電離層對電磁波的折射效應，使得GPS信號的傳播速度發生變化，這種變化稱為電離層延遲。電磁波所受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電子總含量有關。對流層延遲由于地球周圍的對流層對電磁波的折射效應，使得GPS信號的傳播速度發生變化，這種變化稱為對流層延遲。電磁波所受對流層折射的影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關。多路徑效應由于接收機周圍環境的影響，使得接收機所接收到的衛星信號中還包含有各種反射和折射信號的影響，這就是所謂的多路徑效應。與接收機有關的因素接收機鐘差接收機鐘差是GPS接收機所使用的鐘的鐘面時與GPS標準時之間的差異。接收機天

27、線相位中心偏差接收機天線相位中心偏差是GPS接收機天線的標稱相位中心與其真實的相位中心之間的差異。接收機軟件和硬件造成的誤差在進行GPS定位時，定位結果還會受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。其它GPS控制部分人為或計算機造成的影響由于GPS控制部分的問題或用戶在進行數據處理時引入的誤差等。數據處理軟件的影響數據處理軟件的算法不完善對定位結果的影響。GPS定位方法GPS定位的方法是多種多樣的，用戶可以根據不同的用途采用不同的定位方法。GPS定位方法可依據不同的分類標準，作如下劃分：根據定位所采用的觀測值偽距定位偽距定位所采用的觀測值為GPS偽距觀測值，所采用的偽距觀測值既可以是C/A碼偽距，

28、也可以是P碼偽距。偽距定位的優點是數據處理簡單，對定位條件的要求低，不存在整周模糊度的問題，可以非常容易地實現實時定位；其缺點是觀測值精度低，C/A 碼偽距觀測值的精度一般為3米，而P碼偽距觀測值的精度一般也在30個厘米左右，從而導致定位成果精度低，另外，若采用精度較高的P碼偽距觀測值，還存在AS的問題。載波相位定位載波相位定位所采用的觀測值為GPS的載波相位觀測值，即L1、L2或它們的某種線性組合。載波相位定位的優點是觀測值的精度高，一般優于2個毫米；其缺點是數據處理過程復雜，存在整周模糊度的問題。根據定位的模式絕對定位絕對定位又稱為單點定位，這是一種采用一臺接收機進行定位的模式，它所確定的

29、是接收機天線的絕對坐標。這種定位模式的特點是作業方式簡單，可以單機作業。絕對定位一般用于導航和精度要求不高的應用中。相對定位相對定位又稱為差分定位，這種定位模式采用兩臺以上的接收機，同時對一組相同的衛星進行觀測，以確定接收機天線間的相互位置關系。根據獲取定位結果的時間實時定位實時定位是根據接收機觀測到的數據，實時地解算出接收機天線所在的位置。非實時定位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得方法。根據定位時接收機的運動狀態動態定位所謂動態定位，就是在進行GPS定位時，認為接收機的天線在整個觀測過程中的位置是變化的。也就是說，在數據處理時，將接收機天線的位置作

30、為一個隨時間的改變而改變的量。動態定位又分為Kinematic和Dynamic兩類。靜態定位所謂靜態定位，就是在進行GPS定位時，認為接收機的天線在整個觀測過程中的位置是保持不變的。也就是說，在數據處理時，將接收機天線的位置作為一個不隨時間的改變而改變的量。在測量中，靜態定位一般用于高精度的測量定位，其具體觀測模式多臺接收機在不同的測站上進行靜止同步觀測，時間由幾分鐘、幾小時甚至數十小時不等。坐標系、基準和坐標系統測量的基本任務就是確定物體在空間中的位置、姿態及其運動軌跡。而對這些特征的描述都是建立在某一個特定的空間框架和時間框架之上的。所謂空間框架就是我們常說的坐標系統，而時間框架就是我們常

31、說的時間系統。地球的形狀地球的自然表面地球的質量和重力大地水準面參考橢球投影坐標系統一個完整的坐標系統是由坐標系和基準兩方面要素所構成的。坐標系指的是描述空間位置的表達形式，而基準指的是為描述空間位置而定義的一系列點、線、面。在大地測量中的基準一般是指為確定點在空間中的位置，而采用的地球橢球或參考橢球的幾何參數和物理參數，及其在空間的定位、定向方式，以及在描述空間位置時所采用的單位長度的定義。坐標系的分類正如前面所提及的，所謂坐標系指的是描述空間位置的表達形式，即采用什么方法來表示空間位置。人們為了描述空間位置，采用了多種方法，從而也產生了不同的坐標系，如直角坐標系、極坐標系等。在測量中，常用

32、的坐標系有以下幾種：空間直角坐標系空間直角坐標系的坐標系原點位于參考橢球的中心，Z軸指向參考橢球的北極，X軸指向起始子午面與赤道的交點，Y軸位于赤道面上，且按右手系與X軸呈90夾角。某點在空間中的坐標可用該點在此坐標系的各個坐標軸上的投影來表示。（見 REF _Ref420048997 h 圖1）圖 SEQ 圖 * ARABIC 1 空間直角坐標系空間大地坐標系空間大地坐標系是采用大地經、緯度和大地高來描述空間位置的。緯度是空間的點與參考橢球面的法線與赤道面的夾角，經度是空間中的點與參考橢球的自轉軸所在的面與參考橢球的起始子午面的夾角，大地高是空間點沿參考橢球的法線方向到參考橢球面的距離。圖

33、SEQ 圖 * ARABIC 2 空間大地坐標系平面直角坐標系平面直角坐標系是利用投影變換，將空間坐標（空間直角坐標或空間大地坐標）通過某種數學變換映射到平面上，這種變換又稱為投影變換。投影變換的方法有很多，如UTM投影、Lambuda投影等，在我國采用的是高斯-克呂格投影，也稱為高斯投影?；鶞仕^基準是指為描述空間位置而定義的點、線、面，在大地測量中，在大地測量中，基準是指用以描述地球形狀的參考橢球的參數，如參考橢球的長短半軸，以及參考橢球在空間中的定位及定向，還有在描述這些位置時所采用的單位長度的定義。坐標系變換與基準變換在GPS測量中，經常要進行坐標系變換與基準變換。所謂坐標系變換就是在

34、不同的坐標表示形式間進行變換，基準變換是指在不同的參考基準間進行變換。坐標系的變換方法空間直角坐標系與空間大地坐標系間的轉換在相同的基準下，空間大地坐標系向空間直角坐標系的轉換方法為：其中：，為卯酉圈的半徑；為地球橢球長半軸；為地球橢球的短半軸。在相同的基準下，空間直角坐標系向空間大地坐標系的轉換方法為：在采用上式進行轉換時，需要采用迭代的方法，先將B求出，最后在確定H?？臻g坐標系與平面直角坐標系間的轉換空間坐標系與平面直角坐標系間的轉換采用的是投影變換的方法。在我國一般采用的是高斯投影。關于高斯投影，請參見有關文獻。坐標系統的轉換方法不同坐標系統的轉換本質上是不同基準間的轉換，不同基準間的轉

35、換方法有很多，其中，最為常用的有布爾沙模型，又稱為七參數轉換法。七參數轉換法是：設兩空間直角坐標系間有七個轉換參數3個平移參數、3個旋轉參數和1個尺度參數。若：為某點在空間直角坐標系A的坐標；為該點在空間直角坐標系B的坐標；為空間直角坐標系A轉換到空間直角坐標系B的平移參數；為空間直角坐標系A轉換到空間直角坐標系B的旋轉參數；為空間直角坐標系A轉換到空間直角坐標系B的尺度參數。則由空間直角坐標系A到空間直角坐標系B的轉換關系為：其中：一般、和均為小角度，可以認為：則有：也可將轉換公式表示為：GPS測量中常用的坐標系統WGS-84WGS-84坐標系是目前GPS所采用的坐標系統，GPS所發布的星歷

36、參數就是基于此坐標系統的。WGS-84坐標系統的全稱是World Geodical System-84（世界大地坐標系-84），它是一個地心地固坐標系統。WGS-84坐標系統由美國國防部制圖局建立，于1987年取代了當時GPS所采用的坐標系統WGS-72坐標系統而成為GPS的所使用的坐標系統。WGS-84坐標系的坐標原點位于地球的質心，Z軸指向BIH1984.0定義的協議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點，Y軸與X軸和Z軸構成右手系。WGS-84系所采用橢球參數為：1954年北京坐標系1954年北京坐標系是我國目前廣泛采用的大地測量坐標系。該坐標系源自于原蘇聯采用過

37、的1942年普爾科夫坐標系。建國前，我國沒有統一的大地坐標系統，建國初期，在蘇聯專家的建議下，我國根據當時的具體情況，建立起了全國統一的1954年北京坐標系。該坐標系采用的參考橢球是克拉索夫斯基橢球，該橢球的參數為：遺憾的是，該橢球并未依據當時我國的天文觀測資料進行重新定位，而是由前蘇聯西伯利亞地區的一等鎖，經我國的東北地區傳算過來的，該坐標系的高程異常是以前蘇聯1955年大地水準面重新平差的結果為起算值，按我國天文水準路線推算出來的，而高程又是以1956年青島驗潮站的黃海平均海水面為基準。1954年北京坐標系建立后，全國天文大地網尚未布測完畢，因此，在全國分期布設該網的同時，相應地進行了分區

38、的天文大地網局部平差，以滿足經濟和國防建設的需要。局部平差是按逐級控制的原則，先分區平差一等鎖系，然后以一等鎖環為起算值，平差環內的二等三角鎖，平差時網區的連接部僅作了近似處理，如有的僅取兩區的平差值，當某些一等鎖環內的二等網太大，在當時的計算條件下無法處理時，也進行了分區平差，連接部仍采用近似處理的方法。由于當時條件的限制，1954年北京坐標系存在著很多缺點，主要表現在以下幾個方面：克拉索夫斯基橢球參數同現代精確的橢球參數的差異較大，并且不包含表示地球物理特性的參數，因而給理論和實際工作帶來了許多不便。橢球定向不十分明確，橢球的短半軸既不指向國際通用的CIO極，也不指向目前我國使用的JYD極

39、。參考橢球面與我國大地水準面呈西高東低的系統性傾斜，東部高程異常達60余米，最大達67米。該坐標系統的大地點坐標是經過局部分區平差得到的，因此，全國的天文大地控制點實際上不能形成一個整體，區與區之間有較大的隙距，如在有的接合部中，同一點在不同區的坐標值相差1-2米，不同分區的尺度差異也很大，而且坐標傳遞是從東北到西北和西南，后一區是以前一區的最弱部作為坐標起算點，因而一等鎖具有明顯的坐標積累誤差。1980年西安大地坐標系1978年，我國決定重新對全國天文大地網施行整體平差，并且建立新的國家大地坐標系統，整體平差在新大地坐標系統中進行，這個坐標系統就是1980年西安大地坐標系統。1980年西安大

40、地坐標系統所采用的地球橢球參數的四個幾何和物理參數采用了IAG 1975年的推薦值，它們是橢球的短軸平行于地球的自轉軸（由地球質心指向1968.0 JYD地極原點方向），起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，橢球面同似大地水準面在我國境內符合最好，高程系統以1956年黃海平均海水面為高程起算基準。GPS靜態定位在測量中的應用目前，GPS靜態定位在測量中被廣泛地用于大地測量、工程測量、地籍測量、物探測量及各種類型的變形監測等，在以上這些應用中，其主要還是用于建立各種級別、不同用途的控制網。GPS靜態定位在測量中的應用GPS靜態定位在測量中主要用于測定各種用途的控制點。其中，較為常見的方面是利用

41、GPS建立各種類型和等級的控制網，在這些方面，GPS技術已基本上取代了常規的測量方法，成為了主要手段。較之于常規方法，GPS在布設控制網方面具有以下一些特點：測量精度高GPS觀測的精度要明顯高于一般的常規測量手段，GPS基線向量的相對精度一般在之間，這是普通測量方法很難達到的。選點靈活、不需要造標、費用低GPS測量，不要求測站間相互通視，不需要建造覘標，作業成本低，大大降低了布網費用。全天侯作業在任何時間、任何氣候條件下，均可以進行GPS觀測，大大方便了測量作業，有利于按時、高效地完成控制網的布設。觀測時間短采用GPS布設一般等級的控制網時，在每個測站上的觀測時間一般在12個小時左右，采用快速

42、靜態定位的方法，觀測時間更短。觀測、處理自動化采用GPS布設控制網，觀測工程和數據處理過程均是高度自動化的。布設GPS基線向量網的工作步驟布設GPS基線向量網主要分測前、測中和測后三個階段進行。測前工作項目的提出一項GPS測量工程項目，往往是由工程發包方、上級主管部門或其他單位或部門提出，由GPS測量隊伍具體實施。對于一項GPS測量工程項目，一般有如下一些要求：測區位置及其范圍測區的地理位置、范圍，控制網的控制面積。用途和精度等級控制網將用于何種目的，其精度要求是多少，要求達到何種等級。點位分布及點的數量控制網的點位分布、點的數量及密度要求，是否有對點位分布有特殊要求的區域。提交成果的內容用戶

43、需要提交哪些成果，所提交的坐標成果分別屬于哪些坐標系，所提交的高程成果分別屬于哪些高程系統，除了提交最終的結果外，是否還需要提交原始數據或中間數據等。時限要求對提交成果的時限要求，即何時是提交成果的最后期限。投資經費。對工程的經費投入數量。技術設計負責GPS測量的單位在獲得了測量任務后，需要根據項目要求和相關技術規范進行測量工程的技術設計。關于技術設計的具體內容將在 REF _Ref420073576 r h 第四章中作詳細介紹。測繪資料的搜集與整理在開始進行外業測量之前，現有測繪資料的搜集與整理也是一項極其重要的工作。需要收集整理的資料主要包括測區及周邊地區可利用的已知點的相關資料（點之記、

44、坐標等）和測區的地形圖等。儀器的檢驗對將用于測量的各種儀器包括GPS接收機及相關設備、氣象儀器等進行檢驗，以確保它們能夠正常工作。踏勘、選點埋石在完成技術設計和測繪資料的搜集與整理后，需要根據技術設計的要求對測區進行踏勘，并進行選點埋石工作。測量實施實地了解測區情況由于在很多情況下，選點埋石和測量是分別由兩個不同的隊伍或兩批不同的人員完成的，因此，當負責GPS測量作業的隊伍到達測區后，需要先對測區的情況作一個詳細的了解。主要需要了解的內容包括點位情況（點的位置、上點的難度等）、測區內經濟發展狀況、民風民俗、交通狀況、測量人員生活安排等。這些對于今后測量工作的開展是非常重要的。衛星狀況預報根據測

45、區的地理位置，以及最新的衛星星歷，對衛星狀況進行預報，作為選擇合適的觀測時間段的依據。所需預報的衛星狀況有衛星的可見性、可供觀測的衛星星座、隨時間變化的PDOP值、隨時間變化的RDOP值等。對于個別有較多或較大障礙物的測站，需要評估障礙物對GPS觀測可能產生的不良影響。確定作業方案根據衛星狀況、測量作業的進展情況、以及測區的實際情況，確定出具體的作業方案，以作業指令的形式下達給各個作業小組，根據情況，作業指令可逐天下達，也可一次下達多天的指令。作業方案的內容包括作業小組的分組情況，GPS觀測的時間段以及測站等。外業觀測各GPS觀測小組在得到作業指揮員所下達的作業指令后，應嚴格按照作業指令的要求

46、進行外業觀測。在進行外業觀測時，外業觀測人員除了嚴格按照作業規范、作業指令進行操作外，還要根據一些特殊情況，靈活地采取應對措施。在外業中常見的情況有不能按時開機、儀器故障和電源故障等。數據傳輸與轉儲在一段外業觀測結束后，應及時地將觀測數據傳輸到計算機中，并根據要求進行備份，在數據傳輸時需要對照外業觀測記錄手簿，檢查所輸入的記錄是否正確。數據傳輸與轉儲應根據條件，及時進行?；€處理與質量評估對所獲得的外業數據及時地進行處理，解算出基線向量，并對解算結果進行質量評估。作業指揮員需要根據基線解算情況作下一步GPS觀測作業的安排。重復確定作業方案、外業觀測、數據傳輸與轉儲與基線處理與質量評估四步，直至

47、完成所有GPS觀測工作。測后工作結果分析（網平差處理與質量評估）對外業觀測所得到的基線向量進行質量檢驗，并對由合格的基線向量所構建成的GPS基線向量網進行平差解算，得出網中各點的坐標成果。如果需要利用GPS測定網中各點的正高或正常高，還需要進行高程擬合。技術總結根據整個GPS網的布設及數據處理情況，進行全面的技術總結。成果驗收技術設計技術設計的作用在布設GPS網時，技術設計是非常重要的。這是因為技術設計提供了布設GPS網的技術準則，在布設GPS網時所遇到的所有技術問題，都需要從技術設計中尋找答案。因此，在進行每一項GPS工程時，都必須首先進行技術設計。技術設計的內容一個完整的技術設計，主要應包

48、含如下內容：項目來源介紹項目的來源、性質。測區概況介紹測區的地理位置、氣候、人文、經濟發展狀況、交通條件、通訊條件等。工程概況介紹工程的目的、作用、要求、GPS網等級（精度）、完成時間等。技術依據介紹作業所依據的測量規范、工程規范、行業標準等。施測方案介紹測量所采用的儀器、采取的布網方法等。作業要求介紹外業觀測時的具體操作規程、技術要求等，包括儀器參數的設置（如采樣率、截止高度角等）、對中精度、整平精度、天線高的量測方法及精度要求等。觀測質量控制介紹外業觀測的質量要求，包括質量控制方法及各項限差要求等。數據處理方案詳細的數據處理方案，包括基線解算和網平差處理所采用的軟件和處理方法等內容。布網方

49、法GPS基線向量網的等級根據我國1992年所頒布的全球定位系統測量規范，GPS基線向量網被分成了A、B、C、D、E五個級別。下圖是我國全球定位系統測量規范中有關GPS網等級的有關內容。GPS網的精度指標，通常是以網中相鄰點之間的距離誤差來表示的，其具體形式為：其中，：網中相鄰點間的距離中誤差(mm)；：固定誤差(mm)；：比例誤差(ppm 1ppm=10-6。)；：相鄰點間的距離(km)。對于不同等級的GPS網，有下列的精度要求：測量分類固定誤差(mm)比例誤差(ppm)相鄰點距離(km)B8115250C105540D1010215E1020110A級網一般為區域或國家框架網、區域動力學網；

50、B級網為國家大地控制網或地方框架網；C級網為地方控制網和工程控制網；D級網為工程控制網；E級網為測圖網。美國聯邦大地測量分管委員會（Federal Geodetic Control Subcommittee-FGCS）在1988年公布的GPS相對定位的精度標準中有一個AA級的等級，此等級的網一般為全球性的坐標框架。GPS基線向量網的布網形式GPS網常用的布網形式有以下幾種：跟蹤站式會戰式多基準站式（樞紐點式）同步圖形擴展式單基準站式跟蹤站式布網形式若干臺接收機長期固定安放在測站上，進行常年、不間斷的觀測，即一年觀測365天，一天觀測24小時，這種觀測方式很象是跟蹤站 實際上就是跟蹤站。，因此，

51、這種布網形式被稱為跟蹤站式。特點由于在采用跟蹤站式的布網形式布設GPS網時，接收機在各個測站上進行了不間斷的連續觀測，觀測時間長、數據量大，而且在處理采用這種方式所采集的數據時，一般采用精密星歷，因此，采用此種形式布設的GPS網具有很高的精度和框架基準特性。每個跟蹤站為保證連續觀測，一般需要建立專門的永久性建筑即跟蹤站，用以安置儀器設備，這使得這種布網形式的觀測成本很高。此種布網形式一般用于建立GPS跟蹤站（AA級網），對于普通用途的GPS網，由于此種布網形式觀測時間長、成本高，故一般不被采用。會戰式布網形式在布設GPS網時，一次組織多臺GPS接收機，集中在一段不太長的時間內，共同作業。在作業

52、時，所有接收機在若干天的時間里分別在同一批點上進行多天、長時段的同步觀測，在完成一批點的測量后，所有接收機又都遷移到另外一批點上進行相同方式的觀測，直至所有的點觀測完畢，這就是所謂的會戰式的布網。特點采用會戰式布網形式所布設的GPS網，因為各基線均進行過較長時間、多時段的觀測，所以可以較好地消除SA等因素的影響，因而具有特高的尺度精度。此種布網方式一般用于布設A、B級網。多基準站式布網形式所謂多基準站式的布網形式就是有若干臺接收機在一段時間里長期固定在某幾個點上進行長時間的觀測，這些測站稱為基準站，在基準站進行觀測的同時，另外一些接收機則在這些基準站周圍相互之間進行同步觀測。圖 SEQ 圖 *

53、 ARABIC 3 多基準站式特點采用多基準站式的布網形式所布設的GPS網，由于在各個基準站之間進行了長時間的觀測，因此，可以獲得較高精度的定位結果，這些高精度的基線向量可以作為整個GPS網的骨架。另外一方面，其余的進行了同步觀測的接收機間除了自身間有基線向量相連外，它們與各個基準站之間也存在有同步觀測，因此，也有同步觀測基線相連，這樣可以獲得更強的圖形結構。同步圖形擴展式布網形式所謂同步圖形擴展式的布網形式，就是多臺接收機在不同測站上進行同步觀測，在完成一個時段的同步觀測后，又遷移到其它的測站上進行同步觀測，每次同步觀測都可以形成一個同步圖形，在測量過程中，不同的同步圖形間一般有若干個公共點

54、相連，整個GPS網由這些同步圖形構成。特點同步圖形擴展式的布網形式具有擴展速度快，圖形強度較高，且作業方法簡單的優點。同步圖形擴展式是布設GPS網時最常用的一種布網形式。單基準站式布網形式單基準站式的布網方式有時又稱作星形網方式，它是以一臺接收機作為基準站，在某個測站上連續開機觀測，其余的接收機在此基準站觀測期間，在其周圍流動，每到一點就進行觀測，流動的接收機之間一般不要求同步，這樣，流動的接收機每觀測一個時段，就與基準站間測得一條同步觀測基線，所有這樣測得的同步基線就形成了一個以基準站為中心得星形。流動的接收機有時也稱為流動站。圖 SEQ 圖 * ARABIC 4 單基準站式特點單基準站式的

55、布網方式的效率很高，但是由于各流動站一般只與基準站之間有同步觀測基線，故圖形強度很弱，為提高圖形強度，一般需要每個測站至少進行兩次觀測。采用同步圖形擴展的布網形式布設GPS基線向量網時的觀測作業方式同步圖形擴展式的作業方式具有作業效率高，圖形強度好的特點，它是目前在GPS測量中普遍采用的一種布網形式，在本書中將著重介紹此種布網形式。采用同步圖形擴展式布設GPS基線向量網時的觀測作業方式主要以下幾種式：點連式邊連式網連式混連式點連式觀測作業方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。這樣，當有臺儀器共同作業時，每觀測一個時段，就可以測得個新點，當這些儀器觀測觀測了個時段

56、后，就可以測得個點。圖 SEQ 圖 * ARABIC 5 點連式特點點連式觀測作業方式的優點是作業效率高，圖形擴展迅速；它的缺點是圖形強度低，如果連接點發生問題，將影響到后面的同步圖形。邊連式觀測作業方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（即兩個公共點）相連。這樣，當有臺儀器共同同作業時，每觀測一個時段，就可以測得個新點，當這些儀器觀測觀測了個時段后，就可以測得個點。圖 SEQ 圖 * ARABIC 6 邊連式特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。網連式觀測作業方式所謂網連式就是在作業時，相鄰的同步圖形間有3個（含3個）以上的公共點相連。這樣，當有臺儀器共

57、同作業時，每觀測一個時段，就可以測得個新點，當這些儀器觀測了個時段后，就可以測得個點。圖 SEQ 圖 * ARABIC 7 混連式特點采用網連式觀測作業方式所測設的GPS網具有很強的圖形強度，但網連式觀測作業方式的作業效率很低?；爝B式觀測作業方式在實際的GPS作業中，一般并不是單獨采用上面所介紹的某一種觀測作業模式，而是根據具體情況，有選擇地靈活采用這幾種方式作業，這樣一種種觀測作業方式就是所謂的混連式。特點混連式觀測作業方式是我們實際作業中最常用的作業方式，它實際上是點連式、邊連式和網連式的一個結合體。布設GPS基線向量網時的設計指標在布設GPS網時，我們除了遵循一定的設計原則外，還需要一些

58、定量的指標來指導我們的工作。在我們進行GPS網的設計時經常需要采用效率指標、可靠性指標和精度指標。效率指標在進行GPS網的設計時，我們經常采用效率指標來衡量某種網設計方案的效率，以及在采用某種布網方案作業時所需要的作業時間、消耗等。在布設一個GPS網時，在點數、接收機數和平均重復設站次數 平均重復設站次數指的是總的設站次數與GPS網的點數的比值。確定后，則完成該網測設所需的理論最少觀測期數 觀測期數就是同步觀測的時段數。就可以確定。但是，當按照某個具體的布網方式和觀測作業方式進行作業時，要按要求完成整網的測設，所需的觀測期數與理論上的最少觀測期數會有所差異，理論最少觀測期數 理論最少觀測期數可

59、用下式計算： 其中： R為平均重復設站次數； m為接收機數； n為GPS網的點數； INT( )為湊整函數，。與設計的觀測期數的比值，稱之為效率指標（e），即其中：為理論最少觀測期數；為設計觀測期數。該指標可用來衡量GPS網設計的效率?？煽啃灾笜薌PS網可靠性，可以分為內可靠性和外可靠性。所謂GPS網的內可靠性就是指所布設的GPS網發現粗差的能力，即可發現的最小粗差的大?。凰^GPS網的外可靠性就是指GPS網抵御粗差的能力，即未剔除的粗差對GPS網所造成的不良影響的大小。關于內、外可靠性的問題，可以從一些相關書籍上找到更為詳細的敘述，并且還給出了內、外可靠性指標的算法。由于內、外可靠性指標在計

60、算上過于煩瑣，因此，我們在實際的GPS網的設計中采用了另外一個計算較為簡單的反映GPS網可靠性的數量指標，這個可靠性指標就是整網的多余獨立基線數與總的獨立基線數的比值，稱為整網的平均可靠性指標（），即：其中：為多余的獨立基線數 多余的獨立基線數可以這樣計算： 為必要的獨立基線數， 為總的獨立基線數，為觀測期數，為同步觀測接收機的臺數。；為總的獨立基線數。精度指標當GPS網布網方式和觀測作業方式確定后，GPS網的網形就確定了，根據已確定的GPS網的網形，可以得到GPS網的設計矩陣，從而可以得到GPS網的協因數陣，在GPS網的設計階段可以采用作為衡量GPS網精度的指標。GPS網的設計準則出發點GP