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毕 业 设 计
设 计 题 目：*************控制测量
学 生 姓 名： **
专 业 班 级： ********************
指 导 老 师： **
系 主 任： ***
评 阅 人：
2015年 5 月
摘 要
全球卫星定位系统GPS是近年以来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天侯性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和交通工程。目前，GPS技术在中国市政工程和交通管理中的应用还刚刚起步，随着中国经济的发展，GPS技术的应用研究的逐步深入，其在市政工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。
本文介绍了，ＧＰＳ系统的工作原理，ＧＰＳ系统的技术要求，ＧＰＳ的外业组织及方案制定，ＧＰＳ的数据处理。其中重点介绍了ＧＰＳ系统的工作原理，ＧＰＳ的技术要求，ＧＰＳ的定位测量设计及ＧＰＳ的外业实施方案制定。详细阐述了GPS全球定位系统在静态控制网点位测量方面的稳定、准确、快速等优点。
关键词：GPS全球定位系统 静态定位 控制网
Abstract
The global positioning system GPS is the most recent development since the foundation of the significance ofthe high technology, global, versatility, day of navigation and positioning, timing, speed advantage in many fields will get more and more widely. In developed countries, GPS technology has been usedin transportation and transportation engineering. At present, the GPS technology in China road engineering and traffic management application hasjust begun, along with the development of China's economy, the highway construction and GPS technology rapid application research, its application in engineering and will be more widely and deeply, and play a bigger role. The paper introduces the work principle, GPS, GPS system requirements, theGPS system and the scheme, the GPS data processing. Which introduced theworkingprinciple, the GPS system GPS technology requirements, GPS positioning measurement system design and implementation scheme of GPS. Expounded the global positioning system (GPS) in static control node location measurement of stable and accurate, rapid, etc.
Keywords: global positioning system (GPS) static positioning control
目 录
第一章 项目概述 ........................................... 3
第一节 项目介绍 .................................. 3
第二节 项目施测任务 .............................. 3
第三节 项目测量基本情况 .......................... 3
第二章 GPS全球定位系统的基本原理 ........................ 5
第一节 GPS全球定位系统组成及特点 ................ 5
第二节 GPS全球定位系统理论 ........................ 6
第三节 GPS定位方法 ............................. 11
第三章 GPS测量作业的技术要求 ........................... 12
第一节 作业选点依据 .............................. 13
第二节 选点埋石 .................................. 14
第三节 观测技术要求 ..................................... 17
第四节 作业中的注意事项 .......................... 19
第五节 补测与重测 ................................ 21
第四章 GPS的外业组织及方案制定 ........................ 22
第一节 作业要求 .................................. 22
第二节 前期准备 .................................. 23
第三节 作业方案 .................................. 23
第四节 外业实施 .................................. 24
第五章 GPS测量数据处理 ................................. 26
第一节 数据传输 ................................. 26
第二节 GPS控制网平差计算 ......................... 26
第三节、原线路控制网成果表 ....................... 28
第六章 总结 ............................................. 29
参考文献 ................................................ 32
致谢 .................................................... 33
第一章 项目概述
第一节 项目介绍
1）为了搞好湖南省***************工作，并满足************基本建设的需要，衡东县人民政府（以下简称“甲方”）委托湖南地质测绘院对衡东县吴集镇实施1：2000数字化地形图测绘。本次具体测绘范围及技术要求由衡东县国土局提出。
（2）主要工作内容： GPS布网面积约15k㎡，衡东县***及周边地区1:2000全野外数字化地形图测绘，测绘面积约10k㎡。
（3）测区概况：该测区东西宽约4.5km,南北长约2km。东部测区为山区，西部测区少部分居民地。吴南公路、衡炎高速穿插其中，交通较为便利。测区基本为山区，通视困难，给测绘工作带来了很大的困难。
第二节 项目施测任务
一、施测原因
近几年，自然能源可持续发展的趋势，由于其它因素周遍环境也发生了很大变化，为了对现在的地形有个具体全面的了解，以便能更好规划居民土地利用和建设更加合理化，因此决定这次测量的必然性。
二、具备资料
本地区的地形图及航拍资料。
三、施测目的
通过测量工作，最终根据数据绘制成图，从而对测区的地形及周围情况有了最新的了解，在以后利用合理规划方面有了可靠的依据。
第三节 项目测量基本情况
一、测区平面控制情况
（一）平面控制资料：为了满足测区控制需要，经实地踏勘，点位保存完好，可以使用。根据测图面积、测图比例尺的要求，可采用上述三点的坐标成果作为本次平面控制网的起算数据。其坐标系统为1954年北京坐标系。
（二）高程控制资料：1985 国家高程基准，成果为二等水准精度，部分山区点为三等三角高程精度（见备注）。
参考椭球： 54 椭球高程基准： 1985 国家高程基准
中央子午线：112°21′30″ 投影面： 920m (正常高)
二、作业依据
北京54 坐标，中央子午线为111°，高程为1985 国家高程基准本。北京54 椭球，中央子午线112°21′30″，投影面920 米（正常高），高程为1985 国家高程基准。坐标系统满足投影长度变形值不大于1cm/km 的要求，成果精度为二等。
测量作业的主要技术依据包括:
（1）中华人民共和国国家标准《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）。
（2）中华人民共和国国家标准《地质矿产勘查测量规范》（
（3）中华人民共和国行业标准《测绘产品检查验收规定》（
（4）中华人民共和国行业标准《测绘产品质量评定标准》（
GB/T134-2001）。 CH1002—95）。 CH1003—95）。
第二章 GPS全球定位系统的基本原理
第一节 GPS全球定位系统组成及特点
GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如图1所示，在待测点Q设置GPS接收机，在某一时刻同时接收到3颗（或3颗以上）卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心（测站点）至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标（Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，从而由下式解算出Q点的三维坐标（X，Y，Z）：
图2-1 GPS定位原理
相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下特点：
一、测量精度高
GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50 km的基线上，其相对定位精度可达1×10－6，在大于1 000 km的基线上可达1×10－8。
二、测站间无需通视
GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。
三、观测时间短
随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20 min左右，动态相对定位仅需几秒钟。
四、仪器操作简便
目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。
五、全天候作业
GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。
六、提供三维坐标
GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。
第二节 GPS全球定位系统理论
1、坐标系统
地球坐标系统又可进一步分为参心坐标系统和地心坐标系统
1.1参心坐标系
我国历史上出现的参心大地坐标系，主要有BJZ54（原）、GDZ80和BJZ54等三种。 建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：
1）确定椭球的形状和大小；
2）确定椭球中心的位置，简称定位；
3）确定椭球中心为原点的空间直角坐标系坐标轴的方向，简称定向；
4）确定大地原点。解决这些问题的过程，也就是建立参心大地坐标系的过程。
1.1.1 1954年北京坐标系（BJZ54（原））
1954年总参谋部测绘局在有关方面的建议与支持下，采取先将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接呼玛、吉拉林、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部地区一等锁。这样传算过来的坐标，定名为1954年北京坐标系。
1.1.2 1980年国家大地坐标系（GDZ80）
为了进行全国天文大地网整体平差，采用新的椭球参数和进行新的定位与定向，来弥补因1954年北京坐标系存在的椭球参数不够精确、参考椭球与我国大地水准面拟合不好等缺点，所以建立我国新的大地坐标是必要的、适时的。
a、椭球的参数
在几何大地测量学中，通常用椭球长半径a和扁率f两个参数表示椭球的形状和大小，但是从几何和物理两个方面来研究地球，仅有两个参数是不够的。
1967年国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）第十四届大会上，开始采用这四个参数全面描述地球的几何特性和物理特性。这四个量通常称为基本大地参数。
在四个基本参数中，长半径a通常由几何大地测量提供，但是GM（G是地球引力常数）利用卫星大地测量学可精确测定至千万分之一。地球自转角速度w由天文观测确定，它们的精度都比较好。地球的质量M虽难测定，通过观测人造地球卫星，确定与a等价的二阶带谐系数j2，其精确度提高了二个数量级。这些参数，可以充分地确
定地球椭球的形状，大小及其正常重力场，从而使大地测量学与大地重力学的基本参数得到统一。
b、 起始天文子午线
1884年国际经度会议决定，以通过英国格林尼治天文台艾黎仪器中心的子午线作为全世界计算天文经度的起始天文子午线。起始天文子午线与赤道的交点E，就是天文经度零点。
c、 我国1980年国家大地坐标系的建立
1978年4月，我国在西安召开了全国天文大地网整体平差会议，在会议上决定建立我国新的国家大地坐标系。有关部门根据会议记要，开展并进行了多方面的工作，建成了1980年国家大地坐标系（GDZ80）
大地坐标系的原点，设在我国中部——陕西省泾阳县永乐镇，在西安以北60km，简称西安原点。
1980年国家大地坐标系的椭球短轴平行于由地球质心指向我国地极原点JYD1968.0的方向，起始大地子午面平行于我国起始天文子午面。
大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准。
1.1.3 1954年新北京坐标系（BJZ54）
尽管1980年国家大地坐标系具有先进性和严密性 ，但1954年原北京坐标系毕竟在我国测绘工作中潜移默化，影响深远。40年来，数十万个国家控制点都是在这个系统内完成计算的，一切测量工程和测绘成果均无例外地采用着这个系统。为了既体现1980年国家大地坐标系的严密性，又照顾到1954年原北京坐标系的实用性，有的部门和单位想出一种两全其美的办法，于是就产生了1954年新北京坐标系。
1954年新北京坐标系的成果，就是将1980年国家大地坐标系的空间直角坐标经三个平移参数平移变换至克拉索夫斯基椭球中心，就成了新北京坐标系的成果。所以说，新北京坐标系的成果实际上就是从1980年大地坐标系整体平差成果转换而来的。
1.2 地心坐标系
1.2.1 建立地心坐标系的意义和方法
地心坐标系中的“地心”二字意指地球的质心。在地心空间大地平直角坐标系中用XD、YD、ZD表示点的位置，地心大地坐标系中用LD、BD 、HD表示点的位置。由于前者可以通过卫星大地测量获得点的空间三维直角坐标，并不涉及椭球及其定位。但地心大地坐标系则要涉及椭球的大小和定位。所以地心直角坐标系是GPS定位中采用的基本坐标系。
1.2.2 地心坐标系的表述形式
地心直角坐标系和地心大地坐标系。
1.2.3 WGS—84大地坐标系
自60年代以来，美国国防部制图局（DMA）为建立全球统一坐标系统，利用了大量的卫星观测资料以及全球地面天文、大地和重力测量资料，先后建成了WGS—60、WGS—66和WGS—72全球坐标系统。于1984年，经过多年修正和完善，发展了一种新的更为精确的世界大地坐标系，称之为美国国防部1984年世界大地坐标系，简称WGS—84。
WGS—84于1985年开始使用，1986年生产出第一批相对于地心坐标系的地图、航测图和大地成果。由于GPS导航定位全面采用了WGS—84，用户可以获得更高精度的地心坐标，也可以通过转换，获得较高精度的参心大地坐标系坐标。如图2-2
图2-2 地心直角坐标系
2、时间系统
1、概述
时间具有“时间间隔”（时间段）和“时刻”两种含意。时间间隔是时间轴上的一个区间，而时刻则只是指某一点。时间分恒星时和太阳时两大时间系统。利用春分点的周时视运动周期来量度地球自转周期而建立的以恒星日为时间单位的时间系统为恒星时系统；以太阳的周日视运动周期来量度地球自转周期而建立的以太阳日为单位的时间系统为太阳时系统；太阳时又分为真太阳时和平太阳时两种。平太阳时是以平太阳的周日视运动周期来量度地球自转周期的以平太阳日为单位时间系统。这里所指的平太阳是以赤道为周年视运动轨道、周期等于真太阳周年视运动周期，速度等于真太阳周年视运动平均速度且速度均匀的假设的太阳。地球自转一周平太阳视运动的周期为一个平太阳日，世界时就是以平太阳日为基础的。
2、卫星星历
卫星的星历就是描述卫星运行轨道和状态的各种参数值，它是计算卫星瞬时位置的依据。
卫星星历按其来源的不同，可以分为两种：预报星历（广播星历）和实测星历（精
密星历）。
2.1 广播星历
卫星将地面监测站注入的有关卫星轨道的信息，通过发射导航电文传递给用户，用户接收到这些信号进行解码即可获得所需要的卫星星历。即广播星历。
2.2 实测星历
一些国家根据自己的卫星跟踪站观测资料，经过事后处理直接计算的卫星星历，称为实测星历。
我国的GPS卫星跟踪站在“八五”期间已经建成，“九五”期间已向国内用户提供服务。
3、GPS卫星信号
GPS卫星播发的信号，包含载波信号、测距码、数据码等多种信号分量，它能满足多用户系统的导航、高精度定位及军事保密的需要。
3.1 GPS卫星信号的内容
GPS卫星信号所包含的载波、测距码（包含P码、C/A码）、数据码（导航电文， 或称D码）都是在同一个基本频率f0=10.23MHZ的控制下产生的。
3.2 GPS卫星信号的产生 如图：
3.3测距码的产生
图2-3
P码的周期约38星期，实际应用中采用7天为一周期，即在P(t)=PN1(t)·PN2(t+ni
t)中取某一段周期为7天的P码，且规定每星期六午夜零点使P码置全“1”状态作为周期的起始点。
C/A码码率为1.023MHz，周期为1ms，一周期内有1023个码位。 3.4数据码的产生
GPS卫星导航电文主要包括卫星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态和C/A码转换到捕获P码的信息。将这些信息以数据，即以二进制码的形式向用户发送，所以导航电文又称为数据码，即D码。
3.5 GPS卫星信号的传播
GPS采用了信号扩频调制，把窄带信号扩展到一个很宽的频带上发射出去，以达到抗干扰、保密和省电的目的。
采用增大信号频带宽度的办法，可以降低信噪比，换句话说，可以用很小的发射功率获得足够的信息容量，因而可以实现遥远的卫星通讯。
第三节 GPS定位方法
1、GPS定位概述
1.1 根据待定点的运动状态可分为静态定位与动态定位
1）静态定位：由于接受机的位置固定不动，就可以进行大量的重复观测，所以静态定位可靠性强，定位精度高，在大地测量、工程测量中得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。
2）动态定位：其特点是测定一个动点的实时 位置，多余观测量少、定位精度低。目前，导航型的GPS接受机可以说是一种广义的动态定位，它除了要求测定动点的实时位置外，一般还要求测定运动载体的状态参数，如速度、时间和方位等。
1.2 根据定位模式可分为绝对定位和相对定位
1）绝对定位: 也叫单点定位，就是采用一台接受机进行定位的模式，它所确定的是接受机天线在WGS-84世界大地坐标系统中的绝对位置，所以单点定位的结果也属于该坐标系统。
2）相对定位: 也叫差分定位，是至少用两台GPS接收机,同步观测相同的GPS卫星,确定两台接收机天线之间的相对位置(坐标差)。 绝对定位的优缺点：
优点是只需一台接受机即可独立定位，外业观测的组织及实施较为方便，数据处
理也较为简单。
缺点是定位精度较低，受卫星轨道误差，钟同步误差及信号传播误差等因素的影响，精度只能达到米级。所以该定位模式不能满足大地测量精密定位的要求。但它在地质矿产勘察等低精度的测量领域，仍有着广泛的应用前景。
1.3 绝对定位、相对定位与动、静态的关系
在绝对定位和相对定位中，又都可能包括静态定位和动态定位两种方式。其中静态相对定位一般均采用载波相位观测值为基本观测量。这种定位方法是当前GPS测量定位中精度最高的一种方法，在大地测量、精密工程测量、地球动力学研究和精密导航等精度要求较高的测量工作中被普遍采用。
1.4 根据获取定位结果的时间可分为实时定位和非实时定位
1）实时定位： 是根据接收机观测到的数据，实时地解算出接收天线所在的位置 2）非实时定位：又称后处理定位，它是通过对接收机接收到的数据进行后处理以进行定位的方法。
1.5 根据用户接收信号的方式可分为主动式测距和被动式测距
1）主动式测距：用电磁波测距仪发射测距信号，通过另一端的反射器回来，再由测距仪接受。根据测距信号的往、返传播时间求解出往、返距离2ρ 。由于电磁波测距仪需在测站点上主动发出测距信号，故称这种测距方式为主动式测距。 2）被动式测距：发射站在规定的时刻内准确地发出信号，用户则根据自己的时钟记录信号到达的时间，根据时差Δt 求得单程距离ρ。由于用户只需被动地接收信号，故称为被动式测距。
1.6 根据定位所采用的不同观测量
前面所述的静态定位或动态定位，所依据的观测量都是所测的卫星至接收机天线的伪距。但是，伪距的基本观测量又区分为码相位观测（简称测码伪距）和载波相位观测（简称测相伪距）。这样，根据GPS信号的不同观测量，可以区分为四种定位方法:
第三章 GPS测量作业的技术要求
第一节 作业选点依据
1、GPS网精度类级
各级GPS网的定位精度，可按相邻间基线向量的中误差来衡量：
式中：m。为基线向量中误差；
a为固定误差，b为比例误差； D为相邻间距离。
各级GPS网最后结果的水平分量的中误差，不得超过下表的规定。
表1 GPS测量精度分级表
2、 GPS网的布设
1）所选点位要便于低等级常规测量的使用，每一个GPS点应与两个或两个以上的控制点通视，困难情况下也至少保持与相邻一个控制点通视，否则，需埋设方位桩，且用GPS联测。
2）GPS点间距离应按规范要求设计，可考虑灵活变动，以便于低等级控制点加密，小间中距相邻点位应进行直接联测。
3）GPS网点中各同步边应尽可能构成若干个闭合环，在完成各边的平差后，可检验闭合差是否满足相应等级要求。一等以上GPS网中至少包含三个闭合环且彼此线性无关；二、三、四等也应有两个以上的闭合环；五等网也至少有一个闭合环。 4）考虑将测区内原有的国家或地方测设的三角点进行联测，有利于两系统成果的变换，联测点应尽量均匀分布在整个测区的里面和外围。为精确求定转换参数，(GPS网要尽可能多地联测高等级的大地控制点，联测点和重合点的个数不得少于3个，特殊情况下也不得少于2个GPS网的精度、密度设计。
3、网的基准
在全球定位系统中，卫星主要视作位置已知的高空观测目标。所以，为了确定接收机的位置，GPS卫星的瞬时位置，通常归化到统一的地球坐标系统。现在全球定位系统采用的WGS—84坐标系统，是一个精确的全球大坤坐标系统。而我国的国家大地坐标系采用的是1954年北京坐标系及1980年西安坐标系。通常在工程测量中，还往往采用独立的施工坐标系。因此，在GPS测量中必须确定地区性坐标系与全球坐标系的大地测量基准之差，并进行两坐标系统之间的转换。通过与已知点联测，NEG9600GPS数据处理软件可以很方便地实现WGS--84、北京54坐标系，西安80坐标系中的空间直角坐标、大地坐标及高斯平面直角坐标之间的转换。
第二节 选点埋石
1、准备
1.1 在编制技术设计书（或大纲）应搜集与工程有关的以下资料 ——测区1：1000~1：2000地形图；
——既有各类控制测量资料，包括控制点的平面坐标、高程、坐标系统、技术总结等；
——测区的气象、地质、地形、地貌、交通、通信及供电等资料； ——路线走向、线位布设、路线设计数据及大型构造物位置等资料。 1.2 按技术设计书（或大纲）要求，进行GPS控制网技术设计
2、选点
1）选点员应按技术要求进行踏勘，并实地核对、调整、确定点位。点位应有利于采用其他测量方法扩展和联测。对需作水准联测的点位还应踏勘水准路线。
2）点位应选在基础稳定，并已于长期保存的地点。
3）点位应便于安装接收设备和操作，视野开阔，视场内不应有高度达于15°的成片障碍物，否则应绘制点位环视图。
4）点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体。点位距大功率无线电发射元（如电视台、微波站等）的距离应不小于400m；局220kv以上电力线路的距离不小于50m。
5）点位应利与地形勘测防线与施工放样，且距路线中心线不宜小于50m，并不大于300m，对于大型桥梁、互通式立交、隧道等还应考虑加密布设控制网的要求。
6）GPS控制点需要设方位点时，其目标应明显，便于观测；与GPS点的距离不以小于500m，且与路线垂直。
7）GPS控制网的点名应沿风电场前进方向顺序编号，并在编号前冠以“GPS”和等级。当新点同原有点重合时，应采用原有点名。同一个GPS控制网中严禁有相同的点名。
8）选定的点名应标注于1：1000或1：2000的地形图上，并绘制GPS控制网选点图，填写GPS点之记，点之记格式见附录
表3 **********************控制网gps点之记
1）各级GPS点的标石均应设有中心标志。中心标志用直径不小于14mm的钢筋制作，并用清晰、精细的十字丝刻成直径小于1mm的中心点。标石表面应有GPS点名及施测单位名称。
2）GPS点的标石可按附录2预制，亦可现场浇制。埋设时坑底应埋设沙石并捣固密实，或现浇20m厚的混凝土。埋设的GPS点应待沉降稳定后方可使用。
3）GPS点位于山区岩石地段时，可利用基岩凿成坑穴，埋入中心标志并浇灌混凝土。标石顶端外形尺寸应符合附录2的规定。
4）GPS点位于耕作地区时，应埋设于非耕种地上，并露出地面少许；当必须埋设于耕地时，标石顶端应埋设于耕种表土层以下。对冰冻地区，其埋设深度应大于该地区的冰冻深度。
5）GPS点位于沙区或土层疏松地区，应适当增大标石尺寸和基坑底层现浇混凝土的面积与厚度。
6）当有牢固永久性建筑物可用以设置标石时，可在建筑物上凿孔埋入中心标志并浇灌混凝土，其顶端外形尺寸应符合附录2的规定。
7）利用原有平面控制点时，应确定该点标石完好，并符合同级GPS点观测与埋石要求，且能长期保存。
8）为特殊构造物而设计的一、二级GPS控制网可视需要埋设有强制对中装置的观测墩。
9）所有GPS点在埋石处应设置明显的指向标志，并现场绘制交通路线略图，填写点之记。
第三节 观测技术要求
1、 技术指标
GPS控制网观测基本技术指标规定见表1
表4 GPS控制网观测基本技术指标
1）进入观测区前，应事先编制GPS卫星可见性预报表。预报表应包括可见卫星号、卫星高度角、方位角、最佳观测时间、点位图形强度因子、概略位置坐标、预报历元、星历龄期等。
2）观测作业前，应根据接收机台数、GPS图形、卫星可见性预报表编制观测计划。在实施中，应该照实际情况，及时作出调整。
3）观测作业后，应及时绘制联测草图以备后续作业调度使用。 3、 作业要求
1）观测组必须执行调度计划，按规定的时间进行同步观测作业。 2）观测人员必须按照GPS接收机操作手册的规定进行观测作业。 3）天线安置在脚架上直接对中整平时，对中精度为1mm.。
4）天线安置在标上时，应将标志中心投影至基板上，然后在基板上对中整平。如标顶部对信号有干扰，则应卸去。
5）每时段观测应在测前、测后分别量取天线高。两次天线高之差应不大于3mm,并取平均值作为天线高。
6）观测时应防止人员或其他物体触动天线或挡住信号。
7）接收机开始记录数据后，应随时注意卫星信号和信息存储情况。当接收或存储出现异常时，应随时进行调整，必要时应及时通知其他接收机以调整观测计划。
8）在现场应按规定作业顺序填写观测手簿，不得事后补记。观测手簿的格式见表3
9）每日观测结束后，应将外业数据文件及时转存到磁盘上，不得作任何剔除或删改。磁盘应贴好标签，并妥善保存。
表5 GPS观测手簿
第四节 作业中的注意事项
外业完成要注意进行相关成果检验
1、外业检验
外业期间要及时对观测工作及其质量进行检查评估，检验的内容有：
1)外业观测组出发前，对分发各机组的调度命令进行审查，注意同步观测机组的观测星组和时间是否一致，打印的数据、字迹是否清晰可辨；
2)每一个观测时段结束后，各机组上交的数据资料，是否符合调度命令规定的要求；
3)记簿中应该记录的项目是否完整； 4)实时定位成果检验；
5)观测数据中整周间断点数量的统计检验； 6)观测值残差的统计检验； 7)重复设站互关的检验； 8)重复边长成果互差的检验； 9)环闭合差的检验。
2、测站成果检验
机组人员评定在各种主客观条件制约下，观测成果的质量如何，大致分为：良好、一般、存疑、报废四种。
无干扰、大气稳定、接收机运转正常，其他状态正常为“良好”；有明显干扰信号，大气过程有明显波动，接收机运转不很正常，仪器故障失锁致使10％左右观测数据无效等状态为“一般”；以上各项更严重，致使20％的数据不能被正常记录，实时定位解的收敛过程起伏大，解向量各分量的内符合精度在30-50m状态的“存疑”；由于种种因素影响，使一个时候的额定工和量丧失1/3以上；或测站实时定位解算过程中收敛十分困难，最后解向最多数分量的内符合精度超过50m等状况为“报废”。
2.1 同步边观测质量分析检验
同步边又称基线或直接边，它的检验项目： 2.1.1 观测值质量检查
1） 剔除比平差中由于整周间断或误差超限剔除的观测值比例就小于10％-25％。
2） 残差分布观测值与最或然值之差称为残差，由于软件中采用的模型不同，系统误差的残余部分对解的影响也不一样，目前尚未有更优秀的GPS定位软件能使系统误差的残差所占比重降到与偶然误差相当的水平，而是远大于偶然误差部分，这是一个有待深入研究的课题。
2.1.2成果精度检验
同步边平差值的相对中误差应小于相应等级的限差。在国家和地方基准网点及国家基准网点的特级、零级GPS测量中，外业直接边用普通软件进行概略平差，内符合精度以及和以往历次重复平差值的互差均应在1-2ppm之间。
2.2 相关成果检验
1)重复边成果互差，同一条边若先后观测多于一个时段，得到两个以上的边长成果，其互差的绝对值应小于0．14m，相对，误差的上限为本级精度指标的2倍。重复数在三个时段以上时，各时段的平差结果与边长平均值比的偏差应小于0．10m。 2)环闭合差的检验当测区内务同步边也组成一个封闭环时，各坐标差之和应为零，由于各种误差存在，三个坐标差分量(m为环中边数)。
图3-1 误差坐标差分量
2.3 重合点的检验
若测区内有两个以上高级起算点，分别通用不同传算途径，推出同一点的坐标差应满足
式中：（dx,dy,dz）表示其中任何一个分量，m为传算边的总数。 同时还应满足
第五节 补测与重测
凡不符合规范及要求的成果，超差超限的成果须进行重测；凡缺测、漏测或经质量检查和数据处理后，观测数据不足时，有关成果则应补测。需补测、重测的成果，应统筹安排，同步进行。
第四章 GPS的外业组织及方案制定
第一节 作业要求
1、质量目标及要求
1.1 质量目标
测绘产品合格率100%，良等品率95%，优等品率90% 技术交底到位率100% 杜绝重大质量、安全事故。 1.2 质量保证措施
1）严格按照《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97的有关测量技术要求和技术设计书进行测绘工作。
2）强调内外业人员的自检互检工作，切实做到不把问题带到下一个测量环节，为自己的成果负责。
2、工程要求
1）联测二等三角点一个，三等三角点一个，四等三角点四个，四等水准点两个 2）布设D级GPS控制点8个。 2.1 测量工期工期安排
以合同签定的日期为准，进行工期安排，保证按时或提前完成。 2.2 工序要求
项目按接受委托-现场踏勘-方案设计-方案研究-方案图-甲方意见-施工图-审定审核-外业施工-内业检核-平差处理-技术总结-成果交接的流程进行。
为了保证上述流程的顺利实施，无论是内业组还是外业组都必须做到：当天的工作当天完成，早碰头晚联系，由负责人总结一天的工作，作出第二天的工作安排。
2.3 安全、文明施工
1）在交通要道测量时，要注意过往的车辆，避免仪器设备和测量人员发生交通意外事故。
2）进入绿化带测量时，注意绿化带植被的保护，不要人为践踏和采摘、折枝。
3）注意仪器设备的保护，禁止雨天作业。 3、记录项要求
测量工作来不得半点马虎，本次测量特别强调了以下几点。
1）一切原始 观测数据均现场记录在正规手薄上，禁止涂改和转抄。要求每一观测时间段的首末页各记事项目必须记载清楚，填写齐全。
2）对GPS原始数据不须做任何更改。
3）观测结束后，及时整理手薄，一级一级检查签名后用于内业计算。
第二节 前期准备
1、资料收集
控制测量工作的各个环节必须严格按照《规程》的要求进行，积极地准备是今后的控制测量工作良好的开端。
首先是控制点资料的收集，收集的主要内容有：
1） 收集测区内所有四等以上控制点为本次地籍戡丈的首级起始点； 2） 进行精度指标分析，要求符合四等网的各项指标，并要进行实地的控制点调查与检查。
同时，对控制测量工作所使用的GPS接收机已经定期了进行检测。 2、测量仪器设备
表6 采用仪器和设备情况表
第三节 作业方案
项目内业设计
衡东县吴集镇坳家台风电站施工控制网内容有： ① 原线路坐标
北京54 坐标，中央子午线为111°，高程为1985 国家高程基准。成果 精度为二等。
② 施工独立坐标
北京54 椭球，中央子午线112°21′30″，投影面920 米（正常高）， 高程为1985 国家高程基准。坐标系统满足投影长度变形值不大于1cm/km 的 要求，成果精度为二等。 ③ 高程
1985 国家高程基准，成果为二等水准精度，部分山区点为三等三角高程 精度。
原线路坐标成果与施工独立坐标成果的相互转换为严密转换。可通过提交 的软件，进行转换计算。
GPS 观测采用4 台 华测双频接收机，
各项成果精度指标均满足规范和设计要求，可提供用户使用。
第四节 外业实施
1、埋石
由于时间要求，埋石拟与选点同时进行。根据现场具体情况，采用埋预制标石和现浇混凝土两种形式，不管采用哪种形式，标石及标志规格应符合规范要求。埋设时坑底填以沙石，捣固夯实，考虑到天气的因素，现浇混凝土应适当填加防冻剂并应做好防冻措施。埋石的规格和埋设方式见附图。
2、外业观测
外业观测采用四台南方测绘仪器公司的华测型静态GPS卫星接收机，GPS接收机标称精度的固定误差ａ≤5mm,比例误差系数b≤2*10-6。进行同步观测。观测前应对接收机进行各项相关检验，确认仪器性能良好。根据GPS网形设计编制作业调度表，作好人员和交通工具的配备。观测者应根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，卫星高度角15度，时段长度45min，采样间隔10s.在4个点上同时安置4台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关数据，则接收机自动记录，观测者填写测量手薄和外业观测记录，并应随时监视仪器状态，发现不良反应，及时报告或记录案。观测要求应按照下表进行测量
表7 GPS测量作业基本技术要求表
为了满足成果的精度和统一性，当一个控制点不能与两条合格独立基线相连接时，则必须在该点上补测或重测不少于一条独立基线
第五章 GPS测量数据处理
第一节 数据传输
在进行基线解算时，首先需要读取原始的GPS观测值数据。一般来说，各接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可以直接处理从接收机中传输出来的GPS原始观测值数据，而由第三方所开发的数据处理软件则不一定能对各接收机的原始观测数据进行处理，要处理这些数据，首先要进行格式转换。目前，最常用的格式是RINEX格式，对于按此种格式存储的数据，大部分的数据处理软件都能直接进行处理。
第二节 GPS控制网平差计算
1. 当各项质量检验符合要求时，应以所有独立基线组成闭合图形，进行控制网平差。平差时应遵循以下规定
1） 各观测时段均首先进行一个起算点的三维无约束平差，基线向量的改正数（）的绝对值均≤42
2）在三维无约束平差确定的有效观测量基础上，应在大同至右卫段独立坐标系下进行约束平差。在基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差均≤28。约束点的已知点坐标，已知距离，已知方位可作为强制约束的固定值，平差结果应输出吴集公路段独立坐标系中的三维坐标。同时应输出基线向量改正数，基线边长，及成果的精度信息。
1.1 三维无约束平差
各级GPS网整体平差计算可采用随机配备的商用软件或经有关部门试验鉴定的商用平差软件进行平差计算。在基线向量检核符合要求后，以三维基线向量及其相应方差——协方差阵作为观测信息，以一个点的WGS-84系下三维坐标作为起算依据，进行GPS控制网三维无约束平差。三维无约束平差报表须提供各点在WGS-84系下的三维坐标、各基线向量及其改正数和其精度信息。基线分量的改正数绝对值应满足下式：
否则，认为该基线或其附近的基线存在粗差，应在平差中采用软件提供的自动方法或人工方法剔除，或者重新解算不合格的基线，直至上式满足为止。
1.2 二维约束平差
利用三维无约束平差后可靠的观测量，根据实际要求选择在WGS-84坐标系、国家坐标系或地方独立坐标系下进行三维约束平差或二维约束平差。在约束平差计算中，可以对已知点坐标、已知距离和已知方位进行强制约束或加权约束。约束平差成果报表中应输出约束平差计算后的坐标、基线向量改正数、基线边长、方位、转换参数及其相应的精度信息。在约束平差计算中，基线分量的改正数与经过粗差剔除后无约束平差结果的同一基线其相应改正数的绝对差值应满足下式：
否则，认为作为约束的已知坐标、已知距离、已知方位中可能存在一些误差较大的值，因此，需要采用自动或人工的方法剔除这些误差较大的约束值，直至上式满足为止。
当各项质量检验符合要求时，应以所有独立基线组成闭合图形，进行控制网平差，平差时应遵循以下规定。
1）观测时段均首先进行一个起算点的三维无约束平差，基线向量的改正数（）的绝对值均≤42
2）在三维无约束平差确定的有效观测量基础上，应在衡阳市独立坐标系下进行约束平差。在基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差（）均≤28。约束点的已知点坐标，已知距离，已知方位可作为强制约束的固定值，平差结果应输出衡阳市独立坐标系中的三维坐标。同时应输出基线向量改正数，基线边长，及成果的精度信息。
第三节、原线路控制网成果表
表8 原线路控制网成果表
1954 北京坐标系(中央子午线：111°) 1985 国家高程基准
点名 TG01 TG02 TG03 TG04 TG05 TG06 TG07 TG08
X坐标（m） 4196517.718 4196458.676 4196956.688 4199910.879 4200016.396 4199463.612 4199802.050 4199868.306
Y坐标（m） 626744.609 627365.926 627186.139 613564.632 613004.919 613215.993 611992.090 611425.839
H高程（m） 956.7262 882.3897 941.6074 969.6722 1167.2672 1163.2641 1002.0663 1006.3253
备注
三角高程 三角高程
1、成果整理及检查验收
GPS内业数据处理完成后应按技术设计书的要求进行项目成果整理。成果整理包括对平差计算手簿、成果表、GPS构网图、点之记、技术总结等相关资料进行打印装订，刻录数据光盘并标注内容。
成果整理完成后应送质量监督检查部门进行产品检查验收，经质量监督检查部门检查验收评定合格且经过作业中队按照验收意见进行彻底修改完善后，方可将测量成果上交用户使用
2、平差计算及成果转换
GPS基线网平差的目的就是为了消除基线网中各类图形闭合条件的不符值，并建立网的基准，即网的位置、方向和尺度基准。基线向量本身已经确定了方向和尺度基准，与网的平差方法无关，而网的位置基准则与平差的方法密切相关。
目前广泛采用的平差方法，主要有经典自由网平差和亏秩自由网平差。经典自由网平差是仅具有必要起始数据的平差方法，例如取GPS网中任一点的伪距定位坐标，作为GPS网点坐标的起算数据。亏秩自由网平差是一种不需必要起始数据的平差方法，有自由网伪逆和拟稳平差两种。它是在最小范数条件下，基线网的位置基准由网点坐标近似值的平均值（称为重心坐标）所规定。经典自由网平差广泛应用于城市与乡镇等区域性控制网的平差，而亏秩自由网主要应用于工程变形和地壳运动等监测网的数据处理。
第六章 总结
GPS测量的全部工作结束后，应及时写出技术总结报告，并在规定的时间内及时向甲方提供测量成果，成果的内容应包括：
本工程委托方提供的资料
技术设计书
GPS导线点点之记
GPS外业观测手薄
平差计算资料
GPS控制网平面图
项目技术总结报告
资料的移交归档是控制测量工作的最后一个环节，也是最重要的部分，根据有关技术要求，移交以下内容：
GPS控制网技术设计。
GPS控制网质量保证设计。
控制点成果表。
GPS外业调度手薄。
控制点点之记。
GPS平差资料。
控制点网图，比例尺可为1：2000或1：1000。
GPS控制测量总结
工程测量主要应用了GPS的两大功能：静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。经过多次的复测验证，GPS技术定线测量的精度可以完全满足精度要求。
GPS在市政工程中的应用，目前主要是用于建立各种市政工程控制网及测定航测外控点等。随着发电站的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于地形复杂长，以知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以
实现的精度，同时也大大提前了工期。
相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：
第一 测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。
第二 精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。
第三 观测时间短。观测时间短采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，
第四 操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。。
第五 提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
第六 全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
通过以上对GPS测量的应用事例的探讨，可以看出GPS在市政工程的控制测量上具有很大的发展前景
第一 GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。
第二 GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程 全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。
第三 GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。
第四 GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。
全球卫星定位系统GPS是近年以来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全
球性、全能性、全天侯性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和市政工程。目前，GPS技术在中国风电工程和交通管理中的应用还刚刚起步，随着中国经济的发展，GPS技术的应用研究的逐步深入，其在风电工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。
参考文献
[1]〈〈卫星导航〉〉 吴广华 张杏谷 人民交通出版社
[2]〈〈全球定位系统〈GPS〉原理与应用〉〉 袁安存 大连海事大学出版社
[3]〈〈GPS精密测地系统原理〉〉 王广远等 北京测绘出版社
[4]〈〈GPS全球定位系统技术及其应用〉〉 洪大永 厦门大学出版社
[5]〈〈GPS原理与应用〉〉 迟运祥 山东省地图出版社
[6]〈〈GPS测量原理及应用〉〉 徐绍铨 武汉测绘科技大学出版社
[7]〈〈GPS卫星测量定位理论与应用〉〉张守信 长沙国防科技大学出版社
[8]〈> 杨国清 黄河水利出版社
[9]〈〈GPS测量〉〉 高成发 北京人民交通出版社
[10]〈〈GPS卫星测量原理与应用〉〉 周忠谟 周琪 北京测绘出版社
[11]〈〈全球定位系统（GPS）测量原理及其数据处理基础〉〉 张勤、李家权
[12]〈〈全球定位系统原理及其应用〉〉 测绘出版社
[13]〈〈工程测量学〉〉 测绘出版社
[14]〈〈GPS测量操作与数据处理〉〉 魏二虎 黄劲松 武汉大学出版社
[15]〈〈控制测量学〉〉 孔祥元，郭际明 武汉大学出版社
致谢
首先我要感谢王河在工作方面重要的指导教育建议，教会了我如何立足于测量工作，以严谨仔细的态度面对工作然后我要感谢和我一起工作的同事，所谓聚沙成塔，众志成城，此次工作没有同事卖力的配合，也是无法完成的，再而我要感谢我们的实习指导老师——熊莎老师。无论是选题还是开题报告，又或者是现在撰写的论文都离不开熊老师的身影，熊老师孜孜不倦的指导精神是我所要感谢和钦佩并需要我学习的。
******************
***************************************
毕 业 设 计
设 计 题 目：*************控制测量
学 生 姓 名： **
专 业 班 级： ********************
指 导 老 师： **
系 主 任： ***
评 阅 人：
2015年 5 月
摘 要
全球卫星定位系统GPS是近年以来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天侯性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和交通工程。目前，GPS技术在中国市政工程和交通管理中的应用还刚刚起步，随着中国经济的发展，GPS技术的应用研究的逐步深入，其在市政工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。
本文介绍了，ＧＰＳ系统的工作原理，ＧＰＳ系统的技术要求，ＧＰＳ的外业组织及方案制定，ＧＰＳ的数据处理。其中重点介绍了ＧＰＳ系统的工作原理，ＧＰＳ的技术要求，ＧＰＳ的定位测量设计及ＧＰＳ的外业实施方案制定。详细阐述了GPS全球定位系统在静态控制网点位测量方面的稳定、准确、快速等优点。
关键词：GPS全球定位系统 静态定位 控制网
Abstract
The global positioning system GPS is the most recent development since the foundation of the significance ofthe high technology, global, versatility, day of navigation and positioning, timing, speed advantage in many fields will get more and more widely. In developed countries, GPS technology has been usedin transportation and transportation engineering. At present, the GPS technology in China road engineering and traffic management application hasjust begun, along with the development of China's economy, the highway construction and GPS technology rapid application research, its application in engineering and will be more widely and deeply, and play a bigger role. The paper introduces the work principle, GPS, GPS system requirements, theGPS system and the scheme, the GPS data processing. Which introduced theworkingprinciple, the GPS system GPS technology requirements, GPS positioning measurement system design and implementation scheme of GPS. Expounded the global positioning system (GPS) in static control node location measurement of stable and accurate, rapid, etc.
Keywords: global positioning system (GPS) static positioning control
目 录
第一章 项目概述 ........................................... 3
第一节 项目介绍 .................................. 3
第二节 项目施测任务 .............................. 3
第三节 项目测量基本情况 .......................... 3
第二章 GPS全球定位系统的基本原理 ........................ 5
第一节 GPS全球定位系统组成及特点 ................ 5
第二节 GPS全球定位系统理论 ........................ 6
第三节 GPS定位方法 ............................. 11
第三章 GPS测量作业的技术要求 ........................... 12
第一节 作业选点依据 .............................. 13
第二节 选点埋石 .................................. 14
第三节 观测技术要求 ..................................... 17
第四节 作业中的注意事项 .......................... 19
第五节 补测与重测 ................................ 21
第四章 GPS的外业组织及方案制定 ........................ 22
第一节 作业要求 .................................. 22
第二节 前期准备 .................................. 23
第三节 作业方案 .................................. 23
第四节 外业实施 .................................. 24
第五章 GPS测量数据处理 ................................. 26
第一节 数据传输 ................................. 26
第二节 GPS控制网平差计算 ......................... 26
第三节、原线路控制网成果表 ....................... 28
第六章 总结 ............................................. 29
参考文献 ................................................ 32
致谢 .................................................... 33
第一章 项目概述
第一节 项目介绍
1）为了搞好湖南省***************工作，并满足************基本建设的需要，衡东县人民政府（以下简称“甲方”）委托湖南地质测绘院对衡东县吴集镇实施1：2000数字化地形图测绘。本次具体测绘范围及技术要求由衡东县国土局提出。
（2）主要工作内容： GPS布网面积约15k㎡，衡东县***及周边地区1:2000全野外数字化地形图测绘，测绘面积约10k㎡。
（3）测区概况：该测区东西宽约4.5km,南北长约2km。东部测区为山区，西部测区少部分居民地。吴南公路、衡炎高速穿插其中，交通较为便利。测区基本为山区，通视困难，给测绘工作带来了很大的困难。
第二节 项目施测任务
一、施测原因
近几年，自然能源可持续发展的趋势，由于其它因素周遍环境也发生了很大变化，为了对现在的地形有个具体全面的了解，以便能更好规划居民土地利用和建设更加合理化，因此决定这次测量的必然性。
二、具备资料
本地区的地形图及航拍资料。
三、施测目的
通过测量工作，最终根据数据绘制成图，从而对测区的地形及周围情况有了最新的了解，在以后利用合理规划方面有了可靠的依据。
第三节 项目测量基本情况
一、测区平面控制情况
（一）平面控制资料：为了满足测区控制需要，经实地踏勘，点位保存完好，可以使用。根据测图面积、测图比例尺的要求，可采用上述三点的坐标成果作为本次平面控制网的起算数据。其坐标系统为1954年北京坐标系。
（二）高程控制资料：1985 国家高程基准，成果为二等水准精度，部分山区点为三等三角高程精度（见备注）。
参考椭球： 54 椭球高程基准： 1985 国家高程基准
中央子午线：112°21′30″ 投影面： 920m (正常高)
二、作业依据
北京54 坐标，中央子午线为111°，高程为1985 国家高程基准本。北京54 椭球，中央子午线112°21′30″，投影面920 米（正常高），高程为1985 国家高程基准。坐标系统满足投影长度变形值不大于1cm/km 的要求，成果精度为二等。
测量作业的主要技术依据包括:
（1）中华人民共和国国家标准《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2001）。
（2）中华人民共和国国家标准《地质矿产勘查测量规范》（
（3）中华人民共和国行业标准《测绘产品检查验收规定》（
（4）中华人民共和国行业标准《测绘产品质量评定标准》（
GB/T134-2001）。 CH1002—95）。 CH1003—95）。
第二章 GPS全球定位系统的基本原理
第一节 GPS全球定位系统组成及特点
GPS定位是根据测量中的距离交会定点原理实现的。如图1所示，在待测点Q设置GPS接收机，在某一时刻同时接收到3颗（或3颗以上）卫星S1、S2、S3所发出的信号。通过数据处理和计算，可求得该时刻接收机天线中心（测站点）至卫星的距离ρ1、ρ2、ρ3。根据卫星星历可查到该时刻3颗卫星的三维坐标（Xj，Yj，Zj），j＝1，2，3，从而由下式解算出Q点的三维坐标（X，Y，Z）：
图2-1 GPS定位原理
相对于常规测量来说，GPS测量主要有以下特点：
一、测量精度高
GPS观测的精度明显高于一般常规测量，在小于50 km的基线上，其相对定位精度可达1×10－6，在大于1 000 km的基线上可达1×10－8。
二、测站间无需通视
GPS测量不需要测站间相互通视，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。
三、观测时间短
随着GPS测量技术的不断完善，软件的不断更新，在进行GPS测量时，静态相对定位每站仅需20 min左右，动态相对定位仅需几秒钟。
四、仪器操作简便
目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、量取天线高及开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。
五、全天候作业
GPS卫星数目多，且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。
六、提供三维坐标
GPS测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高程精度已可满足四等水准测量的要求。
第二节 GPS全球定位系统理论
1、坐标系统
地球坐标系统又可进一步分为参心坐标系统和地心坐标系统
1.1参心坐标系
我国历史上出现的参心大地坐标系，主要有BJZ54（原）、GDZ80和BJZ54等三种。 建立一个参心大地坐标系，必须解决以下问题：
1）确定椭球的形状和大小；
2）确定椭球中心的位置，简称定位；
3）确定椭球中心为原点的空间直角坐标系坐标轴的方向，简称定向；
4）确定大地原点。解决这些问题的过程，也就是建立参心大地坐标系的过程。
1.1.1 1954年北京坐标系（BJZ54（原））
1954年总参谋部测绘局在有关方面的建议与支持下，采取先将我国一等锁与原苏联远东一等锁相连接，然后以连接呼玛、吉拉林、东宁基线网扩大边端点的原苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部地区一等锁。这样传算过来的坐标，定名为1954年北京坐标系。
1.1.2 1980年国家大地坐标系（GDZ80）
为了进行全国天文大地网整体平差，采用新的椭球参数和进行新的定位与定向，来弥补因1954年北京坐标系存在的椭球参数不够精确、参考椭球与我国大地水准面拟合不好等缺点，所以建立我国新的大地坐标是必要的、适时的。
a、椭球的参数
在几何大地测量学中，通常用椭球长半径a和扁率f两个参数表示椭球的形状和大小，但是从几何和物理两个方面来研究地球，仅有两个参数是不够的。
1967年国际大地测量与地球物理联合会（IUGG）第十四届大会上，开始采用这四个参数全面描述地球的几何特性和物理特性。这四个量通常称为基本大地参数。
在四个基本参数中，长半径a通常由几何大地测量提供，但是GM（G是地球引力常数）利用卫星大地测量学可精确测定至千万分之一。地球自转角速度w由天文观测确定，它们的精度都比较好。地球的质量M虽难测定，通过观测人造地球卫星，确定与a等价的二阶带谐系数j2，其精确度提高了二个数量级。这些参数，可以充分地确
定地球椭球的形状，大小及其正常重力场，从而使大地测量学与大地重力学的基本参数得到统一。
b、 起始天文子午线
1884年国际经度会议决定，以通过英国格林尼治天文台艾黎仪器中心的子午线作为全世界计算天文经度的起始天文子午线。起始天文子午线与赤道的交点E，就是天文经度零点。
c、 我国1980年国家大地坐标系的建立
1978年4月，我国在西安召开了全国天文大地网整体平差会议，在会议上决定建立我国新的国家大地坐标系。有关部门根据会议记要，开展并进行了多方面的工作，建成了1980年国家大地坐标系（GDZ80）
大地坐标系的原点，设在我国中部——陕西省泾阳县永乐镇，在西安以北60km，简称西安原点。
1980年国家大地坐标系的椭球短轴平行于由地球质心指向我国地极原点JYD1968.0的方向，起始大地子午面平行于我国起始天文子午面。
大地点高程是以1956年青岛验潮站求出的黄海平均海水面为基准。
1.1.3 1954年新北京坐标系（BJZ54）
尽管1980年国家大地坐标系具有先进性和严密性 ，但1954年原北京坐标系毕竟在我国测绘工作中潜移默化，影响深远。40年来，数十万个国家控制点都是在这个系统内完成计算的，一切测量工程和测绘成果均无例外地采用着这个系统。为了既体现1980年国家大地坐标系的严密性，又照顾到1954年原北京坐标系的实用性，有的部门和单位想出一种两全其美的办法，于是就产生了1954年新北京坐标系。
1954年新北京坐标系的成果，就是将1980年国家大地坐标系的空间直角坐标经三个平移参数平移变换至克拉索夫斯基椭球中心，就成了新北京坐标系的成果。所以说，新北京坐标系的成果实际上就是从1980年大地坐标系整体平差成果转换而来的。
1.2 地心坐标系
1.2.1 建立地心坐标系的意义和方法
地心坐标系中的“地心”二字意指地球的质心。在地心空间大地平直角坐标系中用XD、YD、ZD表示点的位置，地心大地坐标系中用LD、BD 、HD表示点的位置。由于前者可以通过卫星大地测量获得点的空间三维直角坐标，并不涉及椭球及其定位。但地心大地坐标系则要涉及椭球的大小和定位。所以地心直角坐标系是GPS定位中采用的基本坐标系。
1.2.2 地心坐标系的表述形式
地心直角坐标系和地心大地坐标系。
1.2.3 WGS—84大地坐标系
自60年代以来，美国国防部制图局（DMA）为建立全球统一坐标系统，利用了大量的卫星观测资料以及全球地面天文、大地和重力测量资料，先后建成了WGS—60、WGS—66和WGS—72全球坐标系统。于1984年，经过多年修正和完善，发展了一种新的更为精确的世界大地坐标系，称之为美国国防部1984年世界大地坐标系，简称WGS—84。
WGS—84于1985年开始使用，1986年生产出第一批相对于地心坐标系的地图、航测图和大地成果。由于GPS导航定位全面采用了WGS—84，用户可以获得更高精度的地心坐标，也可以通过转换，获得较高精度的参心大地坐标系坐标。如图2-2
图2-2 地心直角坐标系
2、时间系统
1、概述
时间具有“时间间隔”（时间段）和“时刻”两种含意。时间间隔是时间轴上的一个区间，而时刻则只是指某一点。时间分恒星时和太阳时两大时间系统。利用春分点的周时视运动周期来量度地球自转周期而建立的以恒星日为时间单位的时间系统为恒星时系统；以太阳的周日视运动周期来量度地球自转周期而建立的以太阳日为单位的时间系统为太阳时系统；太阳时又分为真太阳时和平太阳时两种。平太阳时是以平太阳的周日视运动周期来量度地球自转周期的以平太阳日为单位时间系统。这里所指的平太阳是以赤道为周年视运动轨道、周期等于真太阳周年视运动周期，速度等于真太阳周年视运动平均速度且速度均匀的假设的太阳。地球自转一周平太阳视运动的周期为一个平太阳日，世界时就是以平太阳日为基础的。
2、卫星星历
卫星的星历就是描述卫星运行轨道和状态的各种参数值，它是计算卫星瞬时位置的依据。
卫星星历按其来源的不同，可以分为两种：预报星历（广播星历）和实测星历（精
密星历）。
2.1 广播星历
卫星将地面监测站注入的有关卫星轨道的信息，通过发射导航电文传递给用户，用户接收到这些信号进行解码即可获得所需要的卫星星历。即广播星历。
2.2 实测星历
一些国家根据自己的卫星跟踪站观测资料，经过事后处理直接计算的卫星星历，称为实测星历。
我国的GPS卫星跟踪站在“八五”期间已经建成，“九五”期间已向国内用户提供服务。
3、GPS卫星信号
GPS卫星播发的信号，包含载波信号、测距码、数据码等多种信号分量，它能满足多用户系统的导航、高精度定位及军事保密的需要。
3.1 GPS卫星信号的内容
GPS卫星信号所包含的载波、测距码（包含P码、C/A码）、数据码（导航电文， 或称D码）都是在同一个基本频率f0=10.23MHZ的控制下产生的。
3.2 GPS卫星信号的产生 如图：
3.3测距码的产生
图2-3
P码的周期约38星期，实际应用中采用7天为一周期，即在P(t)=PN1(t)·PN2(t+ni
t)中取某一段周期为7天的P码，且规定每星期六午夜零点使P码置全“1”状态作为周期的起始点。
C/A码码率为1.023MHz，周期为1ms，一周期内有1023个码位。 3.4数据码的产生
GPS卫星导航电文主要包括卫星历、时钟改正、电离层时延改正、工作状态和C/A码转换到捕获P码的信息。将这些信息以数据，即以二进制码的形式向用户发送，所以导航电文又称为数据码，即D码。
3.5 GPS卫星信号的传播
GPS采用了信号扩频调制，把窄带信号扩展到一个很宽的频带上发射出去，以达到抗干扰、保密和省电的目的。
采用增大信号频带宽度的办法，可以降低信噪比，换句话说，可以用很小的发射功率获得足够的信息容量，因而可以实现遥远的卫星通讯。
第三节 GPS定位方法
1、GPS定位概述
1.1 根据待定点的运动状态可分为静态定位与动态定位
1）静态定位：由于接受机的位置固定不动，就可以进行大量的重复观测，所以静态定位可靠性强，定位精度高，在大地测量、工程测量中得到了广泛的应用，是精密定位中的基本模式。
2）动态定位：其特点是测定一个动点的实时 位置，多余观测量少、定位精度低。目前，导航型的GPS接受机可以说是一种广义的动态定位，它除了要求测定动点的实时位置外，一般还要求测定运动载体的状态参数，如速度、时间和方位等。
1.2 根据定位模式可分为绝对定位和相对定位
1）绝对定位: 也叫单点定位，就是采用一台接受机进行定位的模式，它所确定的是接受机天线在WGS-84世界大地坐标系统中的绝对位置，所以单点定位的结果也属于该坐标系统。
2）相对定位: 也叫差分定位，是至少用两台GPS接收机,同步观测相同的GPS卫星,确定两台接收机天线之间的相对位置(坐标差)。 绝对定位的优缺点：
优点是只需一台接受机即可独立定位，外业观测的组织及实施较为方便，数据处
理也较为简单。
缺点是定位精度较低，受卫星轨道误差，钟同步误差及信号传播误差等因素的影响，精度只能达到米级。所以该定位模式不能满足大地测量精密定位的要求。但它在地质矿产勘察等低精度的测量领域，仍有着广泛的应用前景。
1.3 绝对定位、相对定位与动、静态的关系
在绝对定位和相对定位中，又都可能包括静态定位和动态定位两种方式。其中静态相对定位一般均采用载波相位观测值为基本观测量。这种定位方法是当前GPS测量定位中精度最高的一种方法，在大地测量、精密工程测量、地球动力学研究和精密导航等精度要求较高的测量工作中被普遍采用。
1.4 根据获取定位结果的时间可分为实时定位和非实时定位
1）实时定位： 是根据接收机观测到的数据，实时地解算出接收天线所在的位置 2）非实时定位：又称后处理定位，它是通过对接收机接收到的数据进行后处理以进行定位的方法。
1.5 根据用户接收信号的方式可分为主动式测距和被动式测距
1）主动式测距：用电磁波测距仪发射测距信号，通过另一端的反射器回来，再由测距仪接受。根据测距信号的往、返传播时间求解出往、返距离2ρ 。由于电磁波测距仪需在测站点上主动发出测距信号，故称这种测距方式为主动式测距。 2）被动式测距：发射站在规定的时刻内准确地发出信号，用户则根据自己的时钟记录信号到达的时间，根据时差Δt 求得单程距离ρ。由于用户只需被动地接收信号，故称为被动式测距。
1.6 根据定位所采用的不同观测量
前面所述的静态定位或动态定位，所依据的观测量都是所测的卫星至接收机天线的伪距。但是，伪距的基本观测量又区分为码相位观测（简称测码伪距）和载波相位观测（简称测相伪距）。这样，根据GPS信号的不同观测量，可以区分为四种定位方法:
第三章 GPS测量作业的技术要求
第一节 作业选点依据
1、GPS网精度类级
各级GPS网的定位精度，可按相邻间基线向量的中误差来衡量：
式中：m。为基线向量中误差；
a为固定误差，b为比例误差； D为相邻间距离。
各级GPS网最后结果的水平分量的中误差，不得超过下表的规定。
表1 GPS测量精度分级表
2、 GPS网的布设
1）所选点位要便于低等级常规测量的使用，每一个GPS点应与两个或两个以上的控制点通视，困难情况下也至少保持与相邻一个控制点通视，否则，需埋设方位桩，且用GPS联测。
2）GPS点间距离应按规范要求设计，可考虑灵活变动，以便于低等级控制点加密，小间中距相邻点位应进行直接联测。
3）GPS网点中各同步边应尽可能构成若干个闭合环，在完成各边的平差后，可检验闭合差是否满足相应等级要求。一等以上GPS网中至少包含三个闭合环且彼此线性无关；二、三、四等也应有两个以上的闭合环；五等网也至少有一个闭合环。 4）考虑将测区内原有的国家或地方测设的三角点进行联测，有利于两系统成果的变换，联测点应尽量均匀分布在整个测区的里面和外围。为精确求定转换参数，(GPS网要尽可能多地联测高等级的大地控制点，联测点和重合点的个数不得少于3个，特殊情况下也不得少于2个GPS网的精度、密度设计。
3、网的基准
在全球定位系统中，卫星主要视作位置已知的高空观测目标。所以，为了确定接收机的位置，GPS卫星的瞬时位置，通常归化到统一的地球坐标系统。现在全球定位系统采用的WGS—84坐标系统，是一个精确的全球大坤坐标系统。而我国的国家大地坐标系采用的是1954年北京坐标系及1980年西安坐标系。通常在工程测量中，还往往采用独立的施工坐标系。因此，在GPS测量中必须确定地区性坐标系与全球坐标系的大地测量基准之差，并进行两坐标系统之间的转换。通过与已知点联测，NEG9600GPS数据处理软件可以很方便地实现WGS--84、北京54坐标系，西安80坐标系中的空间直角坐标、大地坐标及高斯平面直角坐标之间的转换。
第二节 选点埋石
1、准备
1.1 在编制技术设计书（或大纲）应搜集与工程有关的以下资料 ——测区1：1000~1：2000地形图；
——既有各类控制测量资料，包括控制点的平面坐标、高程、坐标系统、技术总结等；
——测区的气象、地质、地形、地貌、交通、通信及供电等资料； ——路线走向、线位布设、路线设计数据及大型构造物位置等资料。 1.2 按技术设计书（或大纲）要求，进行GPS控制网技术设计
2、选点
1）选点员应按技术要求进行踏勘，并实地核对、调整、确定点位。点位应有利于采用其他测量方法扩展和联测。对需作水准联测的点位还应踏勘水准路线。
2）点位应选在基础稳定，并已于长期保存的地点。
3）点位应便于安装接收设备和操作，视野开阔，视场内不应有高度达于15°的成片障碍物，否则应绘制点位环视图。
4）点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体。点位距大功率无线电发射元（如电视台、微波站等）的距离应不小于400m；局220kv以上电力线路的距离不小于50m。
5）点位应利与地形勘测防线与施工放样，且距路线中心线不宜小于50m，并不大于300m，对于大型桥梁、互通式立交、隧道等还应考虑加密布设控制网的要求。
6）GPS控制点需要设方位点时，其目标应明显，便于观测；与GPS点的距离不以小于500m，且与路线垂直。
7）GPS控制网的点名应沿风电场前进方向顺序编号，并在编号前冠以“GPS”和等级。当新点同原有点重合时，应采用原有点名。同一个GPS控制网中严禁有相同的点名。
8）选定的点名应标注于1：1000或1：2000的地形图上，并绘制GPS控制网选点图，填写GPS点之记，点之记格式见附录
表3 **********************控制网gps点之记
1）各级GPS点的标石均应设有中心标志。中心标志用直径不小于14mm的钢筋制作，并用清晰、精细的十字丝刻成直径小于1mm的中心点。标石表面应有GPS点名及施测单位名称。
2）GPS点的标石可按附录2预制，亦可现场浇制。埋设时坑底应埋设沙石并捣固密实，或现浇20m厚的混凝土。埋设的GPS点应待沉降稳定后方可使用。
3）GPS点位于山区岩石地段时，可利用基岩凿成坑穴，埋入中心标志并浇灌混凝土。标石顶端外形尺寸应符合附录2的规定。
4）GPS点位于耕作地区时，应埋设于非耕种地上，并露出地面少许；当必须埋设于耕地时，标石顶端应埋设于耕种表土层以下。对冰冻地区，其埋设深度应大于该地区的冰冻深度。
5）GPS点位于沙区或土层疏松地区，应适当增大标石尺寸和基坑底层现浇混凝土的面积与厚度。
6）当有牢固永久性建筑物可用以设置标石时，可在建筑物上凿孔埋入中心标志并浇灌混凝土，其顶端外形尺寸应符合附录2的规定。
7）利用原有平面控制点时，应确定该点标石完好，并符合同级GPS点观测与埋石要求，且能长期保存。
8）为特殊构造物而设计的一、二级GPS控制网可视需要埋设有强制对中装置的观测墩。
9）所有GPS点在埋石处应设置明显的指向标志，并现场绘制交通路线略图，填写点之记。
第三节 观测技术要求
1、 技术指标
GPS控制网观测基本技术指标规定见表1
表4 GPS控制网观测基本技术指标
1）进入观测区前，应事先编制GPS卫星可见性预报表。预报表应包括可见卫星号、卫星高度角、方位角、最佳观测时间、点位图形强度因子、概略位置坐标、预报历元、星历龄期等。
2）观测作业前，应根据接收机台数、GPS图形、卫星可见性预报表编制观测计划。在实施中，应该照实际情况，及时作出调整。
3）观测作业后，应及时绘制联测草图以备后续作业调度使用。 3、 作业要求
1）观测组必须执行调度计划，按规定的时间进行同步观测作业。 2）观测人员必须按照GPS接收机操作手册的规定进行观测作业。 3）天线安置在脚架上直接对中整平时，对中精度为1mm.。
4）天线安置在标上时，应将标志中心投影至基板上，然后在基板上对中整平。如标顶部对信号有干扰，则应卸去。
5）每时段观测应在测前、测后分别量取天线高。两次天线高之差应不大于3mm,并取平均值作为天线高。
6）观测时应防止人员或其他物体触动天线或挡住信号。
7）接收机开始记录数据后，应随时注意卫星信号和信息存储情况。当接收或存储出现异常时，应随时进行调整，必要时应及时通知其他接收机以调整观测计划。
8）在现场应按规定作业顺序填写观测手簿，不得事后补记。观测手簿的格式见表3
9）每日观测结束后，应将外业数据文件及时转存到磁盘上，不得作任何剔除或删改。磁盘应贴好标签，并妥善保存。
表5 GPS观测手簿
第四节 作业中的注意事项
外业完成要注意进行相关成果检验
1、外业检验
外业期间要及时对观测工作及其质量进行检查评估，检验的内容有：
1)外业观测组出发前，对分发各机组的调度命令进行审查，注意同步观测机组的观测星组和时间是否一致，打印的数据、字迹是否清晰可辨；
2)每一个观测时段结束后，各机组上交的数据资料，是否符合调度命令规定的要求；
3)记簿中应该记录的项目是否完整； 4)实时定位成果检验；
5)观测数据中整周间断点数量的统计检验； 6)观测值残差的统计检验； 7)重复设站互关的检验； 8)重复边长成果互差的检验； 9)环闭合差的检验。
2、测站成果检验
机组人员评定在各种主客观条件制约下，观测成果的质量如何，大致分为：良好、一般、存疑、报废四种。
无干扰、大气稳定、接收机运转正常，其他状态正常为“良好”；有明显干扰信号，大气过程有明显波动，接收机运转不很正常，仪器故障失锁致使10％左右观测数据无效等状态为“一般”；以上各项更严重，致使20％的数据不能被正常记录，实时定位解的收敛过程起伏大，解向量各分量的内符合精度在30-50m状态的“存疑”；由于种种因素影响，使一个时候的额定工和量丧失1/3以上；或测站实时定位解算过程中收敛十分困难，最后解向最多数分量的内符合精度超过50m等状况为“报废”。
2.1 同步边观测质量分析检验
同步边又称基线或直接边，它的检验项目： 2.1.1 观测值质量检查
1） 剔除比平差中由于整周间断或误差超限剔除的观测值比例就小于10％-25％。
2） 残差分布观测值与最或然值之差称为残差，由于软件中采用的模型不同，系统误差的残余部分对解的影响也不一样，目前尚未有更优秀的GPS定位软件能使系统误差的残差所占比重降到与偶然误差相当的水平，而是远大于偶然误差部分，这是一个有待深入研究的课题。
2.1.2成果精度检验
同步边平差值的相对中误差应小于相应等级的限差。在国家和地方基准网点及国家基准网点的特级、零级GPS测量中，外业直接边用普通软件进行概略平差，内符合精度以及和以往历次重复平差值的互差均应在1-2ppm之间。
2.2 相关成果检验
1)重复边成果互差，同一条边若先后观测多于一个时段，得到两个以上的边长成果，其互差的绝对值应小于0．14m，相对，误差的上限为本级精度指标的2倍。重复数在三个时段以上时，各时段的平差结果与边长平均值比的偏差应小于0．10m。 2)环闭合差的检验当测区内务同步边也组成一个封闭环时，各坐标差之和应为零，由于各种误差存在，三个坐标差分量(m为环中边数)。
图3-1 误差坐标差分量
2.3 重合点的检验
若测区内有两个以上高级起算点，分别通用不同传算途径，推出同一点的坐标差应满足
式中：（dx,dy,dz）表示其中任何一个分量，m为传算边的总数。 同时还应满足
第五节 补测与重测
凡不符合规范及要求的成果，超差超限的成果须进行重测；凡缺测、漏测或经质量检查和数据处理后，观测数据不足时，有关成果则应补测。需补测、重测的成果，应统筹安排，同步进行。
第四章 GPS的外业组织及方案制定
第一节 作业要求
1、质量目标及要求
1.1 质量目标
测绘产品合格率100%，良等品率95%，优等品率90% 技术交底到位率100% 杜绝重大质量、安全事故。 1.2 质量保证措施
1）严格按照《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97的有关测量技术要求和技术设计书进行测绘工作。
2）强调内外业人员的自检互检工作，切实做到不把问题带到下一个测量环节，为自己的成果负责。
2、工程要求
1）联测二等三角点一个，三等三角点一个，四等三角点四个，四等水准点两个 2）布设D级GPS控制点8个。 2.1 测量工期工期安排
以合同签定的日期为准，进行工期安排，保证按时或提前完成。 2.2 工序要求
项目按接受委托-现场踏勘-方案设计-方案研究-方案图-甲方意见-施工图-审定审核-外业施工-内业检核-平差处理-技术总结-成果交接的流程进行。
为了保证上述流程的顺利实施，无论是内业组还是外业组都必须做到：当天的工作当天完成，早碰头晚联系，由负责人总结一天的工作，作出第二天的工作安排。
2.3 安全、文明施工
1）在交通要道测量时，要注意过往的车辆，避免仪器设备和测量人员发生交通意外事故。
2）进入绿化带测量时，注意绿化带植被的保护，不要人为践踏和采摘、折枝。
3）注意仪器设备的保护，禁止雨天作业。 3、记录项要求
测量工作来不得半点马虎，本次测量特别强调了以下几点。
1）一切原始 观测数据均现场记录在正规手薄上，禁止涂改和转抄。要求每一观测时间段的首末页各记事项目必须记载清楚，填写齐全。
2）对GPS原始数据不须做任何更改。
3）观测结束后，及时整理手薄，一级一级检查签名后用于内业计算。
第二节 前期准备
1、资料收集
控制测量工作的各个环节必须严格按照《规程》的要求进行，积极地准备是今后的控制测量工作良好的开端。
首先是控制点资料的收集，收集的主要内容有：
1） 收集测区内所有四等以上控制点为本次地籍戡丈的首级起始点； 2） 进行精度指标分析，要求符合四等网的各项指标，并要进行实地的控制点调查与检查。
同时，对控制测量工作所使用的GPS接收机已经定期了进行检测。 2、测量仪器设备
表6 采用仪器和设备情况表
第三节 作业方案
项目内业设计
衡东县吴集镇坳家台风电站施工控制网内容有： ① 原线路坐标
北京54 坐标，中央子午线为111°，高程为1985 国家高程基准。成果 精度为二等。
② 施工独立坐标
北京54 椭球，中央子午线112°21′30″，投影面920 米（正常高）， 高程为1985 国家高程基准。坐标系统满足投影长度变形值不大于1cm/km 的 要求，成果精度为二等。 ③ 高程
1985 国家高程基准，成果为二等水准精度，部分山区点为三等三角高程 精度。
原线路坐标成果与施工独立坐标成果的相互转换为严密转换。可通过提交 的软件，进行转换计算。
GPS 观测采用4 台 华测双频接收机，
各项成果精度指标均满足规范和设计要求，可提供用户使用。
第四节 外业实施
1、埋石
由于时间要求，埋石拟与选点同时进行。根据现场具体情况，采用埋预制标石和现浇混凝土两种形式，不管采用哪种形式，标石及标志规格应符合规范要求。埋设时坑底填以沙石，捣固夯实，考虑到天气的因素，现浇混凝土应适当填加防冻剂并应做好防冻措施。埋石的规格和埋设方式见附图。
2、外业观测
外业观测采用四台南方测绘仪器公司的华测型静态GPS卫星接收机，GPS接收机标称精度的固定误差ａ≤5mm,比例误差系数b≤2*10-6。进行同步观测。观测前应对接收机进行各项相关检验，确认仪器性能良好。根据GPS网形设计编制作业调度表，作好人员和交通工具的配备。观测者应根据GPS作业调度表的安排进行观测，采取静态相对定位，卫星高度角15度，时段长度45min，采样间隔10s.在4个点上同时安置4台接收机天线（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达到要求时，按接收机的提示输入相关数据，则接收机自动记录，观测者填写测量手薄和外业观测记录，并应随时监视仪器状态，发现不良反应，及时报告或记录案。观测要求应按照下表进行测量
表7 GPS测量作业基本技术要求表
为了满足成果的精度和统一性，当一个控制点不能与两条合格独立基线相连接时，则必须在该点上补测或重测不少于一条独立基线
第五章 GPS测量数据处理
第一节 数据传输
在进行基线解算时，首先需要读取原始的GPS观测值数据。一般来说，各接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可以直接处理从接收机中传输出来的GPS原始观测值数据，而由第三方所开发的数据处理软件则不一定能对各接收机的原始观测数据进行处理，要处理这些数据，首先要进行格式转换。目前，最常用的格式是RINEX格式，对于按此种格式存储的数据，大部分的数据处理软件都能直接进行处理。
第二节 GPS控制网平差计算
1. 当各项质量检验符合要求时，应以所有独立基线组成闭合图形，进行控制网平差。平差时应遵循以下规定
1） 各观测时段均首先进行一个起算点的三维无约束平差，基线向量的改正数（）的绝对值均≤42
2）在三维无约束平差确定的有效观测量基础上，应在大同至右卫段独立坐标系下进行约束平差。在基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差均≤28。约束点的已知点坐标，已知距离，已知方位可作为强制约束的固定值，平差结果应输出吴集公路段独立坐标系中的三维坐标。同时应输出基线向量改正数，基线边长，及成果的精度信息。
1.1 三维无约束平差
各级GPS网整体平差计算可采用随机配备的商用软件或经有关部门试验鉴定的商用平差软件进行平差计算。在基线向量检核符合要求后，以三维基线向量及其相应方差——协方差阵作为观测信息，以一个点的WGS-84系下三维坐标作为起算依据，进行GPS控制网三维无约束平差。三维无约束平差报表须提供各点在WGS-84系下的三维坐标、各基线向量及其改正数和其精度信息。基线分量的改正数绝对值应满足下式：
否则，认为该基线或其附近的基线存在粗差，应在平差中采用软件提供的自动方法或人工方法剔除，或者重新解算不合格的基线，直至上式满足为止。
1.2 二维约束平差
利用三维无约束平差后可靠的观测量，根据实际要求选择在WGS-84坐标系、国家坐标系或地方独立坐标系下进行三维约束平差或二维约束平差。在约束平差计算中，可以对已知点坐标、已知距离和已知方位进行强制约束或加权约束。约束平差成果报表中应输出约束平差计算后的坐标、基线向量改正数、基线边长、方位、转换参数及其相应的精度信息。在约束平差计算中，基线分量的改正数与经过粗差剔除后无约束平差结果的同一基线其相应改正数的绝对差值应满足下式：
否则，认为作为约束的已知坐标、已知距离、已知方位中可能存在一些误差较大的值，因此，需要采用自动或人工的方法剔除这些误差较大的约束值，直至上式满足为止。
当各项质量检验符合要求时，应以所有独立基线组成闭合图形，进行控制网平差，平差时应遵循以下规定。
1）观测时段均首先进行一个起算点的三维无约束平差，基线向量的改正数（）的绝对值均≤42
2）在三维无约束平差确定的有效观测量基础上，应在衡阳市独立坐标系下进行约束平差。在基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差（）均≤28。约束点的已知点坐标，已知距离，已知方位可作为强制约束的固定值，平差结果应输出衡阳市独立坐标系中的三维坐标。同时应输出基线向量改正数，基线边长，及成果的精度信息。
第三节、原线路控制网成果表
表8 原线路控制网成果表
1954 北京坐标系(中央子午线：111°) 1985 国家高程基准
点名 TG01 TG02 TG03 TG04 TG05 TG06 TG07 TG08
X坐标（m） 4196517.718 4196458.676 4196956.688 4199910.879 4200016.396 4199463.612 4199802.050 4199868.306
Y坐标（m） 626744.609 627365.926 627186.139 613564.632 613004.919 613215.993 611992.090 611425.839
H高程（m） 956.7262 882.3897 941.6074 969.6722 1167.2672 1163.2641 1002.0663 1006.3253
备注
三角高程 三角高程
1、成果整理及检查验收
GPS内业数据处理完成后应按技术设计书的要求进行项目成果整理。成果整理包括对平差计算手簿、成果表、GPS构网图、点之记、技术总结等相关资料进行打印装订，刻录数据光盘并标注内容。
成果整理完成后应送质量监督检查部门进行产品检查验收，经质量监督检查部门检查验收评定合格且经过作业中队按照验收意见进行彻底修改完善后，方可将测量成果上交用户使用
2、平差计算及成果转换
GPS基线网平差的目的就是为了消除基线网中各类图形闭合条件的不符值，并建立网的基准，即网的位置、方向和尺度基准。基线向量本身已经确定了方向和尺度基准，与网的平差方法无关，而网的位置基准则与平差的方法密切相关。
目前广泛采用的平差方法，主要有经典自由网平差和亏秩自由网平差。经典自由网平差是仅具有必要起始数据的平差方法，例如取GPS网中任一点的伪距定位坐标，作为GPS网点坐标的起算数据。亏秩自由网平差是一种不需必要起始数据的平差方法，有自由网伪逆和拟稳平差两种。它是在最小范数条件下，基线网的位置基准由网点坐标近似值的平均值（称为重心坐标）所规定。经典自由网平差广泛应用于城市与乡镇等区域性控制网的平差，而亏秩自由网主要应用于工程变形和地壳运动等监测网的数据处理。
第六章 总结
GPS测量的全部工作结束后，应及时写出技术总结报告，并在规定的时间内及时向甲方提供测量成果，成果的内容应包括：
本工程委托方提供的资料
技术设计书
GPS导线点点之记
GPS外业观测手薄
平差计算资料
GPS控制网平面图
项目技术总结报告
资料的移交归档是控制测量工作的最后一个环节，也是最重要的部分，根据有关技术要求，移交以下内容：
GPS控制网技术设计。
GPS控制网质量保证设计。
控制点成果表。
GPS外业调度手薄。
控制点点之记。
GPS平差资料。
控制点网图，比例尺可为1：2000或1：1000。
GPS控制测量总结
工程测量主要应用了GPS的两大功能：静态功能和动态功能。静态功能是通过接收到的卫星信息，确定地面某点的三维坐标；动态功能是通过卫星系统，把已知的三维坐标点位，实地放样地面上。经过多次的复测验证，GPS技术定线测量的精度可以完全满足精度要求。
GPS在市政工程中的应用，目前主要是用于建立各种市政工程控制网及测定航测外控点等。随着发电站的迅速发展，对勘测技术提出了更高的要求，由于地形复杂长，以知点少，因此，用常规测量手段不仅布网困难，而且难以满足高精度的要求。目前，国内已逐步采用GPS技术建立线路首级高精度控制网，然后用常规方法布设导线加密。实践证明，在几十公里范围内的点位误差只有2厘米左右，达到了常规方法难以
实现的精度，同时也大大提前了工期。
相对于常规的测量方法来讲，GPS测量有以下特点：
第一 测站之间无需通视。测站间相互通视一直是测量学的难题。GPS这一特点，使得选点更加灵活方便。但测站上空必须开阔，以使接收GPS卫星信号不受干扰。
第二 精度高。一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1ppm，而红外仪标称精度为5mm+5ppm，GPS测量精度与红外仪相当，但随着距离的增长，GPS测量优越性愈加突出。大量实验证明，在小于50公里的基线上，其相对定位精度可达12×10-6，而在100～500公里的基线上可达10-6～10-7。
第三 观测时间短。观测时间短采用GPS布设控制网时每个测站上的观测时间一般在30～40min左右，
第四 操作简便。GPS测量的自动化程度很高。目前GPS接收机已趋小型化和操作傻瓜化，观测人员只需将天线对中、整平，量取天线高打开电源即可进行自动观测，利用数据处理软件对数据进行处理即求得测点三维坐标。而其它观测工作如卫星的捕获，跟踪观测等均由仪器自动完成。。
第五 提供三维坐标。GPS测量在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。
第六 全天候作业。GPS观测可在任何地点，任何时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。
通过以上对GPS测量的应用事例的探讨，可以看出GPS在市政工程的控制测量上具有很大的发展前景
第一 GPS作业有着极高的精度。它的作业不受环境和距离限制，非常适合于地形条件困难地区、局部重点工程地区等。
第二 GPS测量可以大大提高工作及成果质量。它不受人为因素的影响。整个作业过程 全由微电子技术、计算机技术控制，自动记录、自动数据预处理、自动平差计算。
第三 GPS测量可以极大地降低劳动作业强度，减少野外砍伐工作量，提高作业效率一般GPS测量作业效率为常规测量方法的3倍以上。
第四 GPS高精度高程测量同高精度的平面测量一样，是GPS测量应用的重要领域。
全球卫星定位系统GPS是近年以来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全
球性、全能性、全天侯性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和市政工程。目前，GPS技术在中国风电工程和交通管理中的应用还刚刚起步，随着中国经济的发展，GPS技术的应用研究的逐步深入，其在风电工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。
参考文献
[1]〈〈卫星导航〉〉 吴广华 张杏谷 人民交通出版社
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[5]〈〈GPS原理与应用〉〉 迟运祥 山东省地图出版社
[6]〈〈GPS测量原理及应用〉〉 徐绍铨 武汉测绘科技大学出版社
[7]〈〈GPS卫星测量定位理论与应用〉〉张守信 长沙国防科技大学出版社
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[10]〈〈GPS卫星测量原理与应用〉〉 周忠谟 周琪 北京测绘出版社
[11]〈〈全球定位系统（GPS）测量原理及其数据处理基础〉〉 张勤、李家权
[12]〈〈全球定位系统原理及其应用〉〉 测绘出版社
[13]〈〈工程测量学〉〉 测绘出版社
[14]〈〈GPS测量操作与数据处理〉〉 魏二虎 黄劲松 武汉大学出版社
[15]〈〈控制测量学〉〉 孔祥元，郭际明 武汉大学出版社
致谢
首先我要感谢王河在工作方面重要的指导教育建议，教会了我如何立足于测量工作，以严谨仔细的态度面对工作然后我要感谢和我一起工作的同事，所谓聚沙成塔，众志成城，此次工作没有同事卖力的配合，也是无法完成的，再而我要感谢我们的实习指导老师——熊莎老师。无论是选题还是开题报告，又或者是现在撰写的论文都离不开熊老师的身影，熊老师孜孜不倦的指导精神是我所要感谢和钦佩并需要我学习的。