GPS网平差

焦作地区D级控制网GPS测量学生姓名：张俊杰学号：200853103583指导教师：尹晖专业：工程测量技术二〇一〇年十月I目录摘要...................................................II第一章概述.............................................11.1GPS定位系统的现状与发展...................................11.1.1GPS的工作原理与平台构成.................................11.1.2卫星定位系统市场及在中国的发展趋势.......................21.2控制测量的概括.............................................31.2.1平面控制测量.............................................31.2.2高程控制测量.............................................41.2.3控制网的布设原则.........................................4第二章焦作地区的GPS测量................................52.1焦作地区的测量任务.........................................52.2GPSD级网与GPS一级网设计..................................52.2.1GPSD级点补埋与GPS一级点选埋............................72.2.2GPS控制网外业观测.......................................72.2.3GPS基线向量解算及检核...................................82.2.4GPS网平差计算...........................................82.3项目概况...................................................92.4GPS网的技术设计...........................................92.4.1GPS网的构网特点及方式..................................102.4.2GPS网的精度设计........................................122.4.3GPS控制网网形设计......................................132.4.4GPS网基准的设计........................................132.5GPS测量测前准备...........................................14第三章数据处理与精度分析...............................153.1GPS测量数据传输与格式转换................................153.2GPS测量数据处理..........................................163.3GPS测量精度分析.........................................16结论与建议.............................................17参考文献...............................................18II摘要应焦作市国土局邀请我单位在焦作地区做D级控制网，于是单位派遣我们单位到焦作市做D级控制网的GPS静态观测。在那里根据焦作市国土局招标书的要求，对焦作地区进行D级控制网的设计、埋石、观测、数据处理、数据导出。这次的D级控制网的GPS观测对焦作地区的所有地方进行了布网，是最全面、覆盖面积最广、观测时间最快、精度最高的观测。关键词：GPS控制网、数据处理、精度分析。1第一章概述1.1GPS定位系统的现状与发展全球定位系统（GPS）是由美国军方开发的高科技产品，原本专门应用于军事目的。它的原始思维理念是，将参考的定位坐标系搬到天际上去。这样，可在任何时候、任何地方提供全球范围内三维位置、三维速度和时间信息服务。1996年2月29日美国政府正式宣布将GPS开放为军民两用系统，但仍实行SA（可用性选择）政策，故意劣化定位精度，使民用用户的应用受到限制。2000年5月1日，美国总统宣布将SA置为零，这无疑在很大程度上促进民用GPS应用的发展和普及。GPS的民用领域已包括了陆地运输、海洋运输、民用航空、通信、测绘、建筑、采矿、农业、电力系统、医疗应用、科研、家电、娱乐等等。因此，GPS业界流行这样一句话，“GPS的应用只受到人们想像力的限制”。如今，GPS所达到的定位精度范围已从10M级到MM级，其卫星上时钟源也已从铷原子钟过渡到铯原子钟和氢脉泽时钟标准，工作寿命和精度大幅提高，可给世界各地提供精度为1×10－10的参考频率。据美国商务部统计，2000年全球GPS用户机的年销售额为80～90亿美元。到2003年，GPS民用产品将超过160亿美元。可以毫不夸张地这样说，到达2010年以后，GPS的应用产品将逐渐成为人们日常生活中不可缺少的一部分，也是各类产品研发的基础平台。1.1.1GPS的工作原理与平台构成在卫星应用初期，科学家就设想将运动物体的参照系搬到太空中。其物体的定位原理是将此物体的瞬间立体目标位置坐标（X、Y、Z）用已确定相对距离的已知参考点所发出的极其精确的无线电脉冲时钟源来测定。这样，利用地面接收器已存入的高等解析几何所构成的模型，就可建立三维位置量和一个时间量的算法方程。GPS为全球用户提供了非常精确的三维定位信息，即速度信息、时间和频率参考，这些信息是以４个卫星的射频信号的时间测量为基础的。GPS整个卫星系统平台由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，卫星呈现出55°倾角均匀分布在6个近似于圆轨道内，轨道运行周期为11h58min，轨道半径为26560km，这些轨道卫星每日重复同样的地面轨迹。因此，在地球任意一处的用户将可以在其地平线上方5°范围内见到至少4颗卫星，通过接收来自一颗卫星的信号，用户在获知其具体位置和高稳定度的频率标准的基础上，可以确定GPS的时间和频率参考。卫星的载波信号以两个Ｌ波段频率（1227．6MHｚ和1575．42MHｚ）来发射，这样可以修正信号的2时延，信号分别用Ｐ码和C／A码调制。P码用于精确的时间测量，C／A码使信号易于锁定，并使用了码分多址（CDMA）寻址的扩频调制技术，使得GPS信号通过一个偶极天线可以很容易地被接收。所有的卫星都是同步的，卫星上时钟源采用的是铷原子钟或铯原子钟等高精度、高稳定的时钟振荡器。由此可见，超精度和超稳定的时钟和稳定的空间构架平台是GPS的两项关键技术。从整体上说，GPS主要由三大部分组成：空间部分、控制部分、用户部分。空间部分由卫星星座构成，控制部分由地面卫星控制中心进行管理；用户部分则由军用和民用研发厂商开发、销售、服务。空间部分和控制部分目前均由美国国防部掌握。1.1.2卫星定位系统市场及在中国的发展趋势目前，GPS的发展很迅猛，仅国际上的GPS商业市场上就开发出了460余种商用产品，申请的有关专利已达上千个，用户对产品的更新周期要求为12～18个月，而GPS应用的回报周期为6～12个月。现在已经可以根据用户的工作方式和使用需求设计出体积小、功耗低、价格低廉的GPS用户接收机。近年来，GPS的应用领域出现了一些值得注意的变化。其一，从军用产品为主转变为以军民两用乃至以民用为主的产品。据报道，美国GPS军用产品和民用产品的销量比例为1:20。其二，从少数部门应用快速进入了广泛应用，已经渗透入大众日常生活范围中。其三，GPS的应用迅速成为国民经济发展新的增长点。有关资料报道，GPS的消费产品将成为未来数个具有爆发性增长的市场热点。其四，GPS产品由于其专用IC集成电路的成熟以及其接收机OEM板最低价格可达10美元或者10美元以下，将不断出现手持式、卡片式等产品，更可以嵌入方式灵活地与其他消费品集成在一起，达到一种完美的集成产品。GPS已与互联网、蜂窝移动通信网一起成为目前全世界发展最快的三大信息产业，并与之相互紧密组合。例如，由GPS接收机采集数据信息，通过通信系统传送，最后由互联网发布。在未来，GPS技术与GSM和CDMA技术结合，将成为全球通信发展的热点。无论从军事竞争的需要还是民用的需求分析，GPS皆已引起世界各国决策领导层的关心，他们都意识到，谁能拥有覆盖全球的GPS星际卫星网和GPS控制网络，谁就大大增强了国家基础实力和拥有了巨大的商业市场。正因为如此，俄罗斯前几年尽管经济不太景气，却仍发射了9颗属于Glonass系统的全球导航卫星。而欧洲也加快步伐筹建自己的全球导航卫星系统Galileo系统。3中国继美国、俄罗斯、欧共体之后，也正加紧研制拥有自己主权的全球定位系统——北斗导航系统。今年元月，中国已发射了该系统中的第二颗北斗导航试验卫星。相信不久的将来，中国将拥有自己的全球定位系统。在2000年第三届中国北京高新技术产业国际周的中国国际地球空间信息产业技术及设备展览会上，已有很多公司推出了GPS车辆跟踪监控产品。综上所述，GPS产品的市场潜力极大，前景光明，如何及时有效地切入该市场，是当前一个必须努力的方向。1.2控制测量的概括为限制测量误差的积累，保证必要的测量精度，使所测的每幅地形图精度均匀；使各分区测绘的地形图能够拼接成一个整体；使工程建设中整体设计的工程建筑物能够分区施工放样，就必须按照一定的测量原则首先在全测区范围内选定一些控制点，构成一定的儿何图形，用精密的测量仪器和精确的计算方法，在统一的坐标系统中，确定它们的平面位置和高程，再以这些控制点为基础进行碎部测量和施工放样等。传统的控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。平面控制测量确定控制点的平面位置(x，y)，高程控制测量则确定控制点的高程(H)。1.2.1、平面控制测量测量控制点平面位置(x，y)的工作，称为平面控制测量。平面控制网的建立，传统方法主要有三角测量和导线测量，随着电子技术和航天技术的不断发展，全球定位系统(GPS)目前已广泛地应用于城市控制网的改造、控制点的更新和加密。在地面上选定一系列点构成连续三角形，若三角形向某一方向推进，这种图形称为三角锁，如图1所示，若三角形向四面扩展成网状．则称为三角网。测定各三角形顶点的水平角，并根据起始边长、方位角、起始点坐标利用正弦定律来推求各顶点平面位置的测量方法称为三角测量，这种控制点称为三角点，此控制网称为三角网。将地面上一系列点依相邻次序连成折线形式，如图2所示，并测定各折线边的长度、转折角，再根据起始数据推求各点的平面位置的测量方法，称为导线测量，这种控制点称为导线点，由它所连接而成的折线称为导线，此控制网称为导线网。4图1图2GPS控制测量是将GPS接收机安置在控制点卜，通过接收卫星信号加以处理，即可获得地面控制点的位置，其定位原理可参见第一章第二节相关内容。1.2.2高程控制测量测定控制点高程(H)所进行的测量工作，称为高程控制测量。传统高程控制网主要采用水准测量、三角高程测量的方法建立。用水准测量方法建立的高程控制网称为水准网。三角高程测量主要用于地形起伏较大、进行水准测量有困难的地区，为地形测图提供高程控制。1.2.3控制网的布设原则控制网具有控制全局、限制误差累积的作用，是各项测量工作的基础和依据。控制网的布设应遵循整体控制、局部加密，高级控制、低级加密的原则。国家制定了一系列相应的测量规范，对各种控制测量的技术要求做了详细的规定