1、沪杭甬铁路 GPS 静态控制测量及其数据处理 学生姓名： 苏润全 学号： 2009020911 指导教师： 纪 勇 职称： 副教授 专 业： 工程测量技术 系 （ 部 ） ： 测绘工程系 二 0 一二年六月十日黄河水利职业技术学院毕业论文黄河水利职业技术学院毕业设计登记表年 月 日学生姓名 苏润全 专业 工程测量 班级 工程测量 0908 班设计题目 沪杭甬铁路 GPS 静态控制测量及其数据处理指导教师意见：是否同意参见答辩：同意（ ） 不同意（ ）指导教师签名：沪杭甬铁路 GPS 静态控制测量及其数据处理苏润全（黄河水利职业技术学院，河南 开封 475003）摘 要随着科学技术的不断向前发展
2、，社会的不断进步，现代国家建设进入了一个新的阶段，许多新的施工项目对生产要求以及自动化流程、生产过程控制、产品质量检验与监测等有了更高的要求。在当前形势下出现许多先进的地面测量仪器，为工程测量提供了先进的技术工具和手段，如：光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等，为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件，改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。我国基础建设进行的如火如荼，在大型铁路施工项目中，工程测量更是不可缺，而传统工程测量技术越来越不能满足当前工程精度要求，及其效益的提高。随着科学技术的进
3、步以及工程测量的发展，高精度、高效率的 GPS 测量技术正逐步取代传统的测量工具，可以说 GPS 的出现给测绘领域带来了根本性的变革。GPS 系统的建立为测绘工作提供了一个崭新的定位测量手段。由于 GPS 定位技术具有精度高、速度快、成本低的显著优点，因而在城市与工程控制网的建立、更新与改造中得到了日益广泛的应用。应用 GPS 建立控制网，通常是采用载波相位的相对定位方法得到 GPS 基线向量，GPS 控制网就是由 GPS 基线向量构成的测量控制网。与常规地面控制网相比，GPS 控制网的数据处理有其自身的特点，其数据处理主要包括基线解算、网平差两部分，对于GPS 工程控制网，还应考虑将坐标成果
4、转换到工程实用的坐标系中。本文阐述了 GPS 系统的由来及特点，系统的基本构造以及定位原理，误差来源以及应用。基于其在现实生活中的不断应用，探讨了 GPS 测量技术在工程测绘中的应用。并介绍了 GPS 静态数据处理的全过程，直到最后成果的输出验收。关键词 ：GPS 控制测量；数据处理；成果检验黄河水利职业技术学院毕业论文I目 录第 1 章 绪 论 .11.1 测量任务概述 .11.1.1 任务概述 .11.1.2 测区概述 .11.2 GPS 系统的组成 .11.3 GPS 应用 .21.4 GPS 测量的技术特点 .3第 2 章 GPS 静态测量 布网方式及精度要求 .52.1 GPS 静态
5、测量的含义 .52.2 GPS 测量的精度指标 .52.3 GPS 网的图形设计 .62.3.1 GPS 网形设计的一般原则 .62.3.2 GPS 网的链接方式 .72.3.3 GPS 图形设计注意事项 .82.4 GPS 控制测量的外业工作 .82.4.1 选点与埋设标志 .82.4.2 外业观测 .9第 3 章 静态数 据处理 .103.1 华测 X90 仪器介绍 .103.2 数据处理过程 .10黄河水利职业技术学院毕业论文II3.2.1 任务的建立 .103.2.2 坐标系统的建立 .113.2.3 数据的导入 .133.2.4 基线的处理 .143.2.5 网平差 .16第 4 章
6、 数据成果检查及输出 .194.1 成果检查 .194.1.1 基线向量及改正数、 （Tau）检验 .194.1.2 X 平方检验 .194.1.3 平面距离平差值 .214.1.4 平面坐标 .224.1.5 高程拟合坐标 .224.2 成果提交 .234.2.1 成果输出 .234.2.2 坐标输出成果 .23第 5 章 总结 .24参考文献 .25致谢 .26附录一 .27附录二 .30附录 三 .31黄河水利职业技术学院毕业论文1第 1 章 绪论1.1 测量任务概述1.1.1 任务概述本次实习期间，主要的实习项目是 GPS 静态测量，工作的具体地点位于浙江省绍兴市以及宁波等地区，主要的
7、工作是沪杭甬铁路的静态控制测量工作，我们位于 GPS组所以测量工作就落在了我们五个测量人员的身上，我们克服重重困难最后顺利的完成了任务。1.1.2 测区概述本测区沪杭甬铁路位于西起杭州市，东到上海，是全国铺展高铁项目的一个分枝，沪杭甬高速铁路是浙江开建的第一条高速铁路，途经嘉兴、杭州、绍兴、宁波四个地市，全长 248 公里。素有“浙江第一路”之称。它不仅是浙江接轨大上海的“黄金通道”，还是“宁波舟山港”、绍兴中国轻纺业货物集疏运输的“主渠道”。沿线还分布着萧山、海宁、慈溪等浙江 2/3 的全国社会经济综合。它也是国内第一条在不中断交通、不对车辆进行分流的情况下，按照“边营运、边施工”方式实施拓
8、宽改造的高速铁路。1.2 GPS 系统的组成GPS 定位系统由三部分组成，即 GPS 卫星（空间部分）、地面监控系统（地面监控部分）和 GPS 接收机（用户部分）。一空间部分1.GPS 卫星GPS 卫星的主体呈圆柱形，两侧有太阳能帆板，能自动对日定向。太阳能电池为卫星提供工作用电。每颗卫星装有微型处理器、大容量的存储器和四台原子钟（发射标准频率、提供高精度的时间标准）。GPS 卫星的基本功能是：（1）接收和存储由地面监控站发来的导航信息，接收并执行监控站的控制指令；（2）进行部分必要的数据处理工作；（3）通过高精度的原子钟提供精密的时间标准；（4）向用户发送导航电文与定位信息；黄河水利职业技术
9、学院毕业论文2（5）在地面战的指令下卫星姿态和启用备用卫星。2GPS 卫星星座GPS 卫星星座由 24 颗卫星组成，其中包括 3 颗备用卫星。卫星分布在 6 个轨道平面内，每个轨道平面内分布由 4 颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为 55 度，卫星平均高度约为 20200km，卫星运行周期为 11h58min。二地面监控部分GPS 的地面监控部分主要由分布在全球的 5 个地面站组成，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站。控制站位于科罗拉多斯普林斯（Colorado Springs）的联合空间执行中心（CSOC），三个注入站分别设在大西洋、印度洋和太平洋的三个美国军事基础上，及大西洋的
10、阿松森（Ascension）岛、印度洋的的哥加西亚（Diego Garcia）和太平洋的卡瓦加兰（Kwajalein），五个监测站设在主控站和三个注入站以及夏威夷岛。地面监控部分总的功能是：确定卫星轨道；保持 GPS 系统处于同一时间标准；监视卫星“健康”状况。1.监测站监测站为数据采集中心，它的设备及相应功能包括：（1）双频 GPS 接收机：对卫星进行连续观测和检测卫星工作状态；（2）高精度原子钟：提供时间标准；（3）若干台气象数据传感器：收集当地的气象资料；计算机：将以上资料进行处理、存储并传送给主控站。2主控站主控站为地面控制系统的调度指挥中心，主要设备为大型电子计算机。主控站的主要功能
11、是：（1）根据各监测站送来的资料，编制导航电文，送往注入站；（2）提供 GPS 系统的时间基准，送往注入站；（3）调度卫星（调整失轨卫星、启用备用卫星）。3注入站注入站向每颗 GPS 卫星输入导航电文及控制指令。主要设备包括一台直径为 3.6m的天线、一台 S 波段的发射机和一台计算机。其主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的导航电文和其他控制指令等注入到相应卫星的存储系统。1.3 GPS 应用一主要是为船舶,汽车,飞机等运动物体进行定位导航。例如：黄河水利职业技术学院毕业论文3（1）船舶远洋导航和进港引水（2）飞机航路引导和进场降落（3）车自主导航（4）地面车辆跟踪和城市智能交通管
12、理（5）紧急救生（6）个人旅游及野外探险（7）个人通讯终端(与手机,PDA,电子地图等集成一体)二。 GPS 应用于授时校频（1）电力,邮电,通讯等网络的时间同步（2）准确时间的授入（3）准确频率的授入三。 GPS 应用于高精度测量（1）各种等级的大地测量,控制测量（2）道路和各种线路放样（3）水下地形测量（4）地壳形变测量,大坝和大型建筑物变形监测（5）GIS 应用（6）工程机械（轮胎吊,推土机等）控制（7）精细农业1.4 GPS 测量的技术特点GPS 在最近的两年得到了迅速推广，这主要依赖于 GPS 系统能为全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。相对于
13、常规的测量方法来讲，GPS 测量主要有以下一些特点。1. 功能较多、应用广泛 GPS 可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。因此它不仅可以用于测量、导航，还可以用于测速、测时。2. 定位精度高 GPS 的大量工程应用表明，其相对定位精度在 50km 以内，相对定位精度可达 110- 6210- 6，100500km 可达到 10- 7，1000km 以上可达到 10- 9。在 3001500m 工程精密定位中，lh 以上观测的解，其平均平面误差小于 1mm。GPS在高层建筑的基准传递中，其绝对位置平面精度优于+5mm，高程精度优于+8mm。3.观测时间短利用 GPS 可
14、进行实时导航定位，这对高动态运动载体的导航显得尤为重要。当用 GPS 接收机作静态相对定位 （边长小于 15km） 时，采集 1h 之内的数据，即可获得较高的定位精度。两台仪器每天正常作业至少可测定 4 条基线。如果采用快速静态定位模式，对于双频接收机，仅需采集 5min 左右时间；对于单频接收机，黄河水利职业技术学院毕业论文4只要能观测 5 颗卫星，也仅需要采集 15min 左右的时间。可见，利用 GPS 技术建立控制网，能大大缩短观测时间，提高作业效益。随着 GPS 系统的不断完善，软件与硬件的不断更新，目前，20Km 以内相对静态定位，仅需 1520min；快速静态相对定位测量时，当每个
15、流动站与基准站相距在 15hm 以内时，流动站观测时间只需 12min；动态相对定位测量时，流动站出发时观测时间只需 12min，然后随即定位，每站观测时间仅需几秒钟。4.操作简便在操作上，GPS 测量的自动化程度非常高，有的已达到“傻瓜化”的程度，操作员只需要安装并开关仪器、采集环境的气象数据、量取仪器高度和监视仪器工作状态，其他工作则由 GPS 接收机自动完成，如卫星的捕获、跟踪观测和记录等。假如在一个测站上需要作较长 时间的连续观测，通过网络或其他通讯方式，将所采集的观测数据传送到数据处理中心，不需要任何人员人值守，就可以实现全自动化的数据采集与处理。在结束观测的时候，也只需关闭电源，收
16、好接机，便完成野外数据采集任务。此外目前的接收机体积也越来越小，重量亦越来越轻，便于携带和搬运。5. 观测站之间无需通视相对于传统测量技术而言，GPS 测量不要求观测站之间相互通视，只需保持观测站 15以上的空间开阔即可，因此可不再需要建造觇标。它的这一优势能大量节省造标费用 （造标费约占总费用的 3050）。同时由于无需点间通视，点位位置可根据需要灵活布设，也可省去传统测量控制网中的传递点、过渡点的测量工作，使得选点工作变得非常灵活。6. 全球全天候作业由于 GPS 卫星数目较多，且分布合理，所以地球上何地点，均可连续地同步观测至少 4 颗卫星。从而保障了全球全天候连续的三维定位。通常情况下
17、，除雷雨天气不宜观测，一般不受天气状况的影响。由此看来 GPS 测量技术的发展相对于传统测量技术来说是一次重大突破。7.提供全球统一的三维地心坐标传统测量控制是将平面和高程采用不同的方法分别施测。而 GPS 测量在精确测定观测站平面位置（二维坐标） 的同时，还可以精确测定观测站的大地高程。这种能够提供全球统一的三维地心坐标的特点，为确定地面点的高程和大地水准面的形状研究开辟了新途径，同时也为其在航空摄影测量、航空物探及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。8. 经济效益高国内外大量的 GPS 测量实践表明，用 GPS 建立大地控制网，仅需常规方法的 1/3 费用。这是因为 GPS 具有定位速
18、度较快的特点，因而使工期大大缩短；另外 GPS 另定位不要求测站间相互通视，不必建立大量费时、费力、费钱的视标。目前三台 GPS 测地型接收机价格已接近台全站仪的价格，因此其经济效益将日趋显著。黄河水利职业技术学院毕业论文5第 2 章 GPS 静态测量布网方式及精度要求2.1 GPS 静态测量的含义这种模式采用两台(或两台以上)GPS 接收机，分别安置在一条或数条基线的两端，同步观测 4 颗以上卫星，每时段根据基线长度和测量等级观测相应的时间。这种模式一般可以达到 5mm 十 1ppm 的相对定位精度。2.2 GPS 测量的精度指标GPS 网的精度指标，通常是以网中相邻点之间的距离误差来表示。
19、其形式是表 2.1表 2.1 相邻点间基线长度的精度要求级别 固定误差（mm） 比例误差（ppm）AA 3 0.01A 5 0.1B 8 1C 10 5D 10 10E 10 20一GPS 的精度要求一国家测绘局 1992 年制定的我国第一部全球定位系统(GPS)测量规范将 GPS 的测量精度分为 A A、 A、B、C、D、E 六级。其中 A、B 两级一般是国家 GPS 控制网。我国的国家 GPS 网就是按照这一精度标准设计的。C、D、E 三级是针对局部性 GPS 网规定的如下表 2.2 所示： 表 2.2 GPS 网相邻点的平均边长 km级别 AA A B C D E平均距离 1000 300 70 10-15 5-10 0.2-5注：相邻点最小距离可为平均距离的 1/3-1/2,最大距离可为平均距离的 2 一 3 倍二GPS 的精度要求二为了适应生产建设的需要，有关部门制定了全球定位系统城市测量技术规程，
