11.GPS工程测量及数据处理研究 文献综述

本科毕业论文

文献综述

题目：GPS在工程测量中的应用及数据处理

姓名：赵建平学号2009303200901专业：地理信息系统

指导教师：苗洁职称讲师

中国·武汉

二○一三年一月

分类号密级

华中农业大学本科毕业论文文献综述

华中农业大学本科毕业论文

文献综述

GPS在工程测量中的应用及数据处理

GPS in Engineering Measurement

and Data Processing

学生姓名：赵建平

学生学号：2009303200901

学生专业：地理信息系统

指导教师：苗洁讲师

华中农业大学资源与环境学院

二○一三年一月

Ⅰ目录

1.GPS和工程测量等相关概念 (2)

1．1GPS相关概念 (2)

1.1.1GPS概念 (2)

1.1.2GPS技术 (2)

1.1.3GPS卫星测量原理 (3)

1.1.4GPS测量的技术特点 (3)

1.2工程测量介绍 (4)

2.GPS在现代工程测量中的具体应用分析 (5)

2.1实时动态(RTK)定位技术简介 (5)

2.2静态GPS在工程测量中的应用 (6)

2.3动态GPS在工程测量中的应用 (6)

3.工程测量及数据处理 (7)

3.1工程控制网数据处理方法 (7)

3.2GPS基线处理与质量控制 (8)

3.2.1GPS基线边的解算 (8)

3.2.2各种检核计算 (8)

3.2.3平差计算和成果分析 (9)

4.分析与总结 (9)

5.参考文献 (11)

6.致谢 (11)

GPS工程测量及数据处理研究

Ⅱ摘要：GPS测量技术具有测量时间短、技术含量高、精确度高等优点，在工程测量实践中发挥着越来越重要的作用。本文主要通过介绍GPS的系统组成、工作原理、技术特点等基本情况，系统总结了GPS技术在工程测量中的应用情况，及其在工程测量后的数据处理方法。

Ⅲ关键词：全球定位系统；GPS测量技术；工程测量；应用;静态测量；动态测量；数据处理

1.GPS和工程测量等相关概念

1．1GPS相关概念

1.1.1GPS概念

GPS是英文Navigation Satellite Timing And Ranging／Global Positioning System 卫星测时测距导航／全球定位系统）的简称，而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98％的24颗GPS卫星星座己布设完成。

1.1.2GPS技术

GPS定位技术的高度自动化及其所达到的高精度和具有的潜力，也引起了广大测量工作者的极大兴趣。当时GPS定位基本上只有一个作业模式——静态相对定位，两台或若干台GPS接收机安置在待定点上，连续同步观测同一组卫星1-2h或更长一些时间，通过观测数据的后处理，给出各待定点间的基线向量，在采用广播星历的条件下，静态定位可取得5mm＋1×10－6D（双频）或10mm＋2×10－6D（单频）基线解精度。随着技术的发展，快速静态定位为短基线测量作业闯出了一条新路，大大提高了GPS测量的劳动生产率。一对GPS测量系统（双频）在10km以内的短边上，正常接收4-5颗卫星5min左右，即可获取5-10mm＋1×10－6D的基线精度，与1-2h甚至更长时间静态定位的结果不相上下。各个GPS测量厂商看好这个大趋势，纷纷推出各自的GPS测量新产品。有的把这种新型产品称之为GPS全站仪，有的称之为RTK（实时动态测量），有的称之为RTKGPS。总之，GPS测量理论与设备的不断发展，使得GPS测量技术日趋成熟，GPS测量功能更加完善，GPS测量应用面更广，并且GPS测量设备价格变得低廉，操作更加简便，使GPS测量更加实用化和自动化。20世纪80年代以来，随着GPS定位技术的出现和不断发展完善，使测绘定位技术发生了革命性的变革，为工程测量提供了崭新的技术手段和方法。长期以来用测角、测距、测水准为主体的常规地面定位技术，正在逐步被以一次性确定三维坐标的、高速度、高效率、高精度的GPS技术所代替；定位方法已从静态

扩展到动态；定位服务领域已从导航和测绘领域扩展到国民经济建设的广阔领域。

1.1.3GPS卫星测量原理

GPS卫星定位测量是通过用户接收机接收GPS卫星发射的信号来测定所在位置的坐标的，粗略的来讲，GPS卫星信号包括测距码信号（P码和C／A码信号）、导航电文（D码，即数据码信号）和载波信号。

GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统。就是在需要定位的位置p点架设GPS接收机，在某一时刻同时接收了3颗（a、b、c）以上的GPS卫星所发出的导航电文，通过一系列数据处理和计算可求得该时刻GPS接收机至GPS卫星的距离Sap、Sbp、Scp，同样通过接收卫星星历可获得该时刻这些卫星在空间的位置（三维坐标）。从而用距离交会的方法求得p点的三维坐标（Xp，Yp，Zp），其数学式为：Sap2＝［（Xp－Xa）2＋（Yp－Ya）2＋（Zp＋Za）2］

Sbp2＝［（Xp－Xb）2＋（Yp－Yb）2＋（Zp＋Zb）2］

Scp2＝［（Xp－Xc）2＋（Yp－Yc）2＋（Zp＋Zc）2］（1）

式（1）中（Xa，Ya，Za），（Xb，Yb，Zb），（Xc，Yc，Zc）分别为卫星a，b，c在t时刻的空间直角坐标。在GPS测量中通常采用两类坐标系统，一类是在空间固定的坐标系统，另一类是与地球体相固联的坐标系统，称地固坐标系统，在公路工程控制测量中常用地固坐标系统。（如：WGS－84世界大地坐标系和1980年西安大地坐标系）在实际使用中需要根据坐标系统间的转换参数进行坐标系统的变换，来求出所使用的坐标系统的坐标。这样更有利于表达地面控制点的位置和处理GPS 观测成果，因此在测量中被得到了广泛的应用。

1.1.4GPS测量的技术特点

相对于常规的测量方法，GPS测量拥有诸多优势特点。

（1）测站之间无需通视：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。

（2）定位精度高：一般双频GPS接收机基线解精度为5mm+1×D，而红外仪标称精度为5mm+5×D，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。

（3）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，采用快速静态定位方法，观测时间更短。

（4）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。

（5）操作简便：GPS测量的自动化程度较高。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。

（6）全天候作业：GPS观测可在任何地点、时间连续地进行，一般不受天气状况的影响。在中国GPS定位技术的应用已深入各个领域，国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用GPS技术。在石油勘探、高速公路、通信线路、地铁、隧道贯通、建筑变形等也已广泛的使用GPS技术。

GPS技术不是万能的,系统本身的特点决定了其在工程测量应用的局限性。应用