控制测量毕业设计--高速公路西山隧道控制测量

控制测量毕业设计--高速公路西山隧道控制测量题目：　　太古高速公路西山隧道控制测量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技术在中国道路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，高等级公路的快速修建和GPS技术的应用研究的逐步深入，其在道路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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 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AbstractTheglobalpositioningsystemGPSisthemostrecentdevelopmentsincethefoundationofthesignificanceofthehightechnology,global,versatility,dayofnavigationandpositioning,timing,speedadvantageinmanyfieldswillgetmoreandmorewidely.Indevelopedcountries,GPStechnologyhasbeenusedintransportationandtransportationengineering.Atpresent,theGPStechnologyinChinaroadengineeringandtrafficmanagementapplicationhasjustbegun,alongwiththedevelopmentofChina'seconomy,thehighwayconstructionandGPStechnologyrapidapplicationresearch,itsapplicationinengineeringandwillbemorewidelyanddeeply,andplayabiggerrole.Thepaperintroducestheworkprinciple,GPS,GPSsystemrequirements,theGPSsystemandthescheme,theGPSdataprocessing.Whichintroducedtheworkingprinciple,theGPSsystemGPStechnologyrequirements,GPSpositioningmeasurementsystemdesignandimplementationschemeofGPS.Expoundedtheglobalpositioningsystem(GPS)instaticcontrolnodelocationmeasurementofstableandaccurate,rapid,etc.Keywords:globalpositioningsystem(GPS)staticpositioningcontrolnetwork目录TOC\o"1-2"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc262123998"第一节项目介绍1HYPERLINK\l"_Toc262123999"第二节项目施测任务1HYPERLINK\l"_Toc262124000"第三节项目测量基本情况2HYPERLINK\l"_Toc262124001"第二章GPS全球定位系统的基本原理3HYPERLINK\l"_Toc262124002"第二节GPS全球定位系统理论4HYPERLINK\l"_Toc262124003"第三节GPS定位方法11HYPERLINK\l"_Toc262124004"第三章GPS测量作业的技术要求15HYPERLINK\l"_Toc262124005"第一节作业选点依据15HYPERLINK\l"_Toc262124006"第二节选点埋石17HYPERLINK\l"_Toc262124007"第三节观测技术要求20HYPERLINK\l"_Toc262124008"第四节作业中的注意事项22HYPERLINK\l"_Toc262124009"第五节补测与重测24HYPERLINK\l"_Toc262124010"第四章GPS的外业组织及方案制定24HYPERLINK\l"_Toc262124011"第一节作业要求24HYPERLINK\l"_Toc262124012"第二节前期准备25HYPERLINK\l"_Toc262124013"第三节作业方案26HYPERLINK\l"_Toc262124014"第四节外业实施26HYPERLINK\l"_Toc262124015"第五章GPS测量数据处理27HYPERLINK\l"_Toc262124016"第一节数据传输27HYPERLINK\l"_Toc262124017"第二节GPS控制网平差计算28HYPERLINK\l"_Toc262124018"第三节原线路控制网成果表29HYPERLINK\l"_Toc262124019"第六章总结31HYPERLINK\l"_Toc262124020"参考文献34HYPERLINK\l"_Toc262124021"致谢35第一章项目概述第一节项目介绍太古高速公路起点位于太原绕城高速公路西北环段的东社互通枢纽，途经太原市万柏林区化客头街办、王封乡、古交市大南坪乡，终点到达古交市河口镇，全长23.157公里。全线为双向4车道，时速80公里/小时，路基宽度24.5米。全线有大中桥11座、互通式立交1座、分离式隧道2座，其中，西山隧道全长13.65公里，是全国在建公路中最长的隧道。同时，西山隧道还因地质结构复杂、技术难度高、施工安全风险大等特点成为全线的控制性工程。项目区东端位于汾河冲积平原，中部属吕梁山余脉石千峰山中低山区，西端为汾河河谷。最高地面高程位于化客头乡赛庄西，海拔1385.00米，最低地面高程位于袁家庄，海拔887.92米，相对高差497.66米。整体地形呈东西低，中间高。基岩冲沟走向以南东方向为主，南北方向次之。路线自东向西跨越了三个不同类型的地貌单元，山前洪积倾斜平原区、溶蚀剥蚀侵蚀中山区及山间峡谷区。第二节项目施测任务一、施测原因近几年，高速不断修建，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、具备资料由于原来该公路对此片地形有过测量，因此这次参考了原来的一些图纸及关于GPS测量的一些资料，还有利用了原来的一些控制点。并在此基础上做了适当的调整和修改。三、施测目的通过测量工作，最终根据数据绘制成图，从而对目前公路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，查阅的太古高速公路西山隧道施工控制网点位略图，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)点号XX坐标(m)Y坐标(m)h高程(m)备注TG014196149.4234507259.1522956.7262TG024196081.3431507879.5196882.3897TG034196581.9016507707.0113941.6074TG044199734.1574494130.2278969.6722TG054199847.8197493572.10961167.2672三角高程TG064199292.0167493775.10701163.2641三角高程TG074199648.2538492556.25931002.0663TG084199722.7548491991.02991006.3253TG094196512.6225508274.4401890.9787TG104199198.2429494356.48001174.6548三角高程TG114199188.6777492327.86771033.5784TG124197441.1931504037.48381236.2732TG134196874.3979504053.69451251.9359TG144197470.2803503483.94691330.3567TG154197532.2730502463.78551291.7933三角高程TG164197327.1985502930.88831298.5438TG174197044.6416502543.96521297.2591三角高程TG184198658.4745498691.90081123.4347TG194198173.8924498559.37671135.4570TG204198382.3752499091.32031208.9592三角高程TG214197691.0209498873.97621125.4250二、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。次测量作业的主要技术依据包括:第2节中华人民共和国国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 《全球定位系统（GPS）测量 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 》（GB/T18314-2001）。第3节中华人民共和国国家标准《地质矿产勘查测量规范》（GB/T134-2001）。第4节中华人民共和国行业标准《测绘产品检查验收规定》（CH1002—95）。第5节中华人民共和国行业标准《测绘产品质量评定标准》（CH1003—95）。《山西省岚县北村铁矿区普查测量技术设计》。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3-1GPS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50km的基线上，其相对定位精度可达1×10－6，在大于1000km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20min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。1.1.11954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。1.1.21980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。1.1.2.1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。1.1.2.3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。1.1.2.4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。1.1.31954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。1.2.3WGS—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2-5图2-5地心直角坐标系2、时间系统2.1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。3.1GPS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。3.2GPS卫星信号的产生如图：3.3测距码的产生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+nit)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。3.5GPS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。4、卫星的运行以及轨道GPS定位是依GPS卫星的已知瞬时位置为起算基准的。为了确定卫星的瞬时位置，必须了解卫星的运动状态和运行轨道。GPS卫星的运动，和所有的运动物体一样，取决于它所受的作用力。这些作用力包括：地球重力场对卫星的引力，日、月等天体对卫星的引力，以及太阳光压、大气阻力和地球潮汐力等。这些作用力的情况复杂多变，所以卫星的实际运动状况和状态也就比较复杂，很难用既精确又简单的数学模型进行描述。不过在对卫星所有的作用力中，地球重力场的引力是最主要的。如果将地球重力场的引力视为1，则其他作用力均小于10-5。所以通常就将作用于卫星上的各种作用力分成两种类型：一类是假设地球为匀质球体引力，另一类是摄动力。4.1理想情况下的卫星运动所谓的理想情况下的卫星运动，是将地球视作匀质球体，且不顾及其它摄动力的影响，卫星只是在地球质心引力作用下而运动。理想情况下的卫星运动是我们的首要研究对象。这是因为：1）它是卫星运动的第一近似描述；2）它是至今唯一能得到的严密分析解的运动；3）它是全部作用力下的卫星运动更精确解的基础。理想情况下的卫星运动遵守开普勒三大定律1）开普勒第一定律—卫星运行的轨道是一个椭圆，地球质心位居椭圆的一个焦点上。2）开普勒第二定律—卫星的地心向径，在相等的时间内所扫过的面积相等。3）开普勒第三定律—卫星围绕地球运动的周期的平方与轨道椭圆长半径的立方成正比，其比值等于地球引力常数GM的倒数。4.2卫星运行的轨道这里仍讨论在理想情况下的卫星运行轨道。而要讨论卫星运行轨道，则离不开描述卫星轨道形状大小和位置状态的一系列参数，称为轨道参数。轨道参数可以有很多，它们的选择也不是唯一的。但是无论如何选择，必须有利于下列问题的解决：1）轨道椭圆的形状和大小；2）轨道平面与地球体的相关位置；3）轨道椭圆在轨道平面上的方位；4）卫星在轨道上的瞬时位置。只有这些问题得到确定，卫星运行的轨道以及卫星在轨道上的瞬时位置也才是唯一确定的。4.3摄动力对卫星运行轨道的影响卫星在运行中，还将受到各种摄动力的影响，其中包括：地球体不规则及质量分布不均匀而引起的作用力、太阳和月球的引力、太阳的直接与间接辐射压力、大气的阻力、地球潮汐的作用力、磁力等。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:1）多普勒定位法多普勒效应是1942年奥地利物理学家多普勒首先发现的。它的具体内容是：当波源与观测者做相对运动时，观测者接收到的信号频率与波源发射的信号频率不相同。这种由于波源相对与观测者运动而引起的信号频率的移动称为多普勒频移，其现象称为多普勒效应。根据多普勒效应原理，利用GPS卫星较高的发射频率，由积分多普勒记数得出伪距差。当采用积分多普勒记数法进行测量时，所需观测时间一般较常（数小时），同时，在观测过程中接收机的震荡器要求保持高度稳定。2）伪距定位法伪距定位法是利用全球卫星定位系统进行导航定位的最基本的方法，其基本原理是：在某一瞬间利用GPS接收机同时测定至少四颗卫星的伪距，根据已知的卫星位置和伪距观测值，采用距离交会法求出接收机的三维坐标和时钟改正数。伪距定位法定一次位的精度并不高，但定位速度快，经几小时的定位也可达米级的若再增加观测时间，精度还可以提高。3）载波相位测量载波信号的波长很短，L1载波信号长为19cm，L2载波信号波长为24.4cm。若把载波作为量测信号，对载波进行相位测量可以达到很高的精度。通过测量载波的相位而求得接收机到GPS卫星的距离，是目前大地测量和工程测量中的主要测量方法。2、伪距法定位2.1伪距法定位的原理和测定伪距的方法伪距法定位是利用全球定位系统进行导航定位的最基本方法。它的优点是速度快、无多值性问题，利用增加观测时间可以提高定位精度；缺点是测量定位精度低，但足以满足部分用户的需要。前已述及，GPS定位采用的是被动式单程测距。它的信号发射时刻由卫星钟确定，收到时刻是由接收机钟确定，这就在测定的卫星至接收机的距离中，不可避免地包含着两台钟不同步的误差和电离层、对流层延迟误差影响，它并不是卫星与接受机之间的实际距离，所以称之为伪距。在无线电通讯技术中，一般将频率较低的信号调制到频率较高的载波上，GPS卫星的测距码和数据码采用了调相技术。当卫星发射机依据自己的时钟发出的含有测距码的调制信号，经过了时间的传播后到达地面的接收机，如图2-7，此时接收机收到的测距码为U(t-∆t)。而接收机的伪随机噪声码发生器，又产生了一个与卫星发播的测距码结构完全相同的复制码U′(t-∆t)。图2-7伪距测量原理并且通过接收机的时间延迟器进行移相，对测距码和复制码作相关处理，当信号之间的自相关系数达到最大，即近于1时,说明在积分间隔T内复制码，已经和测距码“对齐”。否则继续调整时间延迟，直至R（t）=max，于是就由时延器测定出两信号间的时间延迟。测定各自相关系数的工作由接收机锁相环路的相关器和积分器来完成。在理想的情况下，时延就等于卫星信号的传播时间，此时将乘以光速值c，就可以求得卫星至接收机的距离。伪距定位法是单点定位的基本方法，它的定位速度很快，又无多值性问题，数据处理也比较简捷。由于它的测量信号是卫星发播的测距码，故测量精度就和测距码与复制码的相关（对齐）精度有关，也与测距码元宽度有关。根据经验，接收机的复制码与测距码的对齐精度约为码元宽度（或码的波长）的1%。对于C/A码，其码元宽度约为293m，伪距测量精度则为2.9m；对于P码，其码元宽度约为29.3m，伪距测量精度则为0.29m，比C/A码的测量精度约高10倍。若要提高测站点间的相对位置精度，则可用若干台接收机同时对相同的卫星进行伪距测量，此时卫星星历误差、卫星钟的误差、电离层和对流层折射误差对同步观测站的影响基本相同，在求坐标差时可以自行消除。伪距法进行相对定位可以采用两种办法：1）间接相对定位，各同步测站分别进行单点定位，求得各测站坐标，然后相减求得坐标差；2）直接相对定位，当两个测站进行同步观测时，产生两个数学式，相减后建立起伪距定位法用于相对定位的数学模型，然后解算出坐标差。3、载波相位测量3.1载波相位测量原理GPS接收机所接收到的卫星信号中，已用相位调制技术在载波上调制了测距码和卫星导航电文，所以载波已不再连续。为此要在载波相位测量之前先进行解调，设法将调制在载波上的测距码和卫星电文去掉，恢复载波的相位。卫星信号的解调可采用两种方法，一种是码相关法，第二种是平方法。如果接收机在某一时刻跟踪卫星信号，并对恢复后的载波进行相位测量。与此同时，接收机的本机振荡器又能产生一个频率和初相均与卫星载波信号相同的基准信号，其相位就等于卫星载波信号的相位。3.2载波相位测量差分法在载波相位测量基本方程中，包含着两类不同的未知数：一类是必要参数，如测站的坐标；另一类是多余参数，如卫星钟和接收机的钟差、电离层和对流层延迟等。并且多余参数在观测期间随时间变化，给平差计算带来麻烦。解决这个问题有两种办法：一种是找出多余参数与时空关系的数学模型，给载波相位测量方程一个约束条件，使多余参数大幅度减少；另一种更有效、精度更高的办法是，按一定规律对载波相位测量值进行线性组合，通过求差达到消除多余参数的目的。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。GPS测量精度分级AAABCDE固定误差/mm≤3≤5≤8≤10≤10≤10比例误差系数≤0.01≤0.1≤1≤5≤10-20≤10-20相邻点最小距离km30010015521相邻点最大距离km20001000250401510相邻点平均距离km10003007015—1010—55—2不同等级GPS网的精度标准等级平均距离/kma/mmb/ppm.D最弱边相对中误差二9≤10≤21／12万三5≤10≤51／8万四2≤10≤101／45万一级1≤10≤101／2万二级<1≤15≤201／1万注：当边长<200m时，以边长中误差<20mm来衡量。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1：10000~1：50000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）点位应利与公路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控制网的点名应沿公路前进方向顺序编号，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1：10000或1：50000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GPS点之记太古高速公路西山隧道施工控制网点名TG03标石类型观测墩所在地位于东社街办枣尖梁村西,铁路西北174.6米处山梁上。地类荒山所在图幅J-49-81-(24)冻土深度点位交通概述由太原市至东社，沿东社到枣尖梁的乡村路穿过铁路可到本点。本点有关方向点位略图埋石断面积类型图选点情况单位山西元图测绘有限公司选点员段继平日期2009年8月28日是否需要联测高程建议联测等级埋石情况单位山西元图测绘有限公司埋石员田永忠日期2009年9月1日保管人及地址备注调制：校核：3、埋石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 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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39）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3GPS观测手簿点名等级观测者记录点接收机名称接收机编号定位模式开机时间hmin关机时间hmin站时段号日时段号天线高（mm）测前测后平均日期存储介质编号及数据文件名时间跟踪卫星号（PRN）干温(C)湿温（C）气压（mb）测站大地高GDOP经度（°′″）纬度（°′″）备注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)。    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，四等三角点八个，四等水准点五个2）布设E级GPS控制点38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、测量仪器设备采用仪器和设备情况表序号仪器工具名型号数量精度指标1GPS接收机NGS96004台套5mm+2ppm2铁撬铁揪根五3车辆辆三第三节作业方案1、项目内业设计：太原西山特长隧道施工控制网内容有：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11台Trimble5800双频接收机，二等水准采用两台Zeiss002精密水准仪（铟瓦标尺），三等三角高程采用TC2003高精度全站仪。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NGS9600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GPS测量作业基本技术要求表项目观测方法技术要求卫星高度角静态>15度有效卫星数静态>4颗平均重复测站数静态>1.6时段长度静态>45分钟历元间隔静态10秒图形强度因子静态<63、补测和重测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≤422）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，平差结果应输出左云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