GPS操作作业流程及基线解算.docx

第八章 GPS操作步骤和基线解算第一节 GPS系统组成一、设备GPS系统由空间卫星部分、地面监控部分和用户接收部分三部分组成，图6.1所表示。1、空间卫星部分（1）GPS卫星星座。设计星座：213，即21颗正式工作卫星加3颗活动备用卫星。6个轨道面，平均轨道高度0km，轨道倾角55，周期11h58min（顾及地球自转，地球和卫星几何关系天天提前4min反复一次）。确保在24h，在高度角15以上，能够同时观察到48颗卫星。（2）GPS卫星。GPS卫星作用是发送用于导航定位信号等。关键设备是原子钟（2台铯钟、2台铷钟）、信号生成和发射装置。类型有试验卫星B1oCk I和工作卫星BloCk。（3）GPS卫星由洛克韦尔国际企业空间部研制。卫星重774kg（包含310kg燃料），采取铝蜂巢结构，主体呈柱形，直径为l。5m。星体两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板，全长5.33m，接收日光面积7.2。对日定向系统控制两翼帆板旋转，使板面一直对准太阳，为卫星不停提供电力，并给三组15AH镉镍蓄电池充电，以确保卫星在地影区能正常工作。在星体底部装有多波束定向天线，这是一个由12个单元组成成形波束螺旋天线阵，能发射L，和L。波段信号，其波束方向图能覆盖约半个地球。在星体两端面上装有全向遥测遥控天线，用于和地面监控网通信。另外，卫星上还装有姿态控制系统和轨道控制系统。工作卫星设计寿命为7年。从试验卫星工作情况看，通常全部能超出或远远超出设计寿命。第一代卫星现已停止工作。第二代卫星用于组成GPS工作卫星星座，通常称为GPS工作卫星。BloCkA功效比BloCk大大增强，表现在军事功效和数据存放容量。BloCk只能存放供45天用导航电文，而BloCkA则能够存放供180天用导航电文，以确保在特殊情况下使用GPS卫星。第三代卫星尚在设计中，以替换第二代卫星，改善全球定位系统。其特点是：可对自己进行自主导航；每颗卫星将使用星载处理器，计算导航参数修正值，改善导航精度，增强自主能力和生存能力。据报道，该卫星在没有和地面联络情况下能够工作6个月，而其精度可和有地面控制时精度相当。2、地面监控部分（1）地面监控部分分布。1）主控站1个，地点在美国科罗拉多州法尔孔空军基地。2）监测站5个，分别在夏威夷、美国科罗拉多州法尔孔空军基地、阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）。3）注入站3个，分别在阿松森群岛（大西洋）、迪戈加西亚（印度洋）和卡瓦加兰（太平洋）。（2）监控部分作用。1）主控站作用是搜集数据、数据处理、监测和协调和控制卫星。2）监测站作用是依据其接收到卫星扩频信号求出相对于其原子钟伪距和伪距差，检测出所测卫星导航定位数据。利用环境传感器测出当地气象数据。然后将算得伪距、导航数据、气象数据及卫星状态数据传送给主控站，供主控站使用。3）注入站作用作用是将主控站需传输给卫星资料以既定方法注入到卫星存放器中，供卫星向用户发送。3、用户接收部分用户接收部分基础设备就是GPS信号接收机、机内软件和GPS数据后处理软件包。其作用是接收、跟踪、变换和测量GPS卫星所发射GPS信号，以达成导航和定位目标。GPS信号接收机任务是：跟踪可见卫星运行，捕捉一定卫星高度截至角待测卫星信号，并对GPS信号进行变换、放大和处理，解译出GPS卫星所发送导航电文，测量出GPS信号从卫星到接收机天线传输时间，实时地计算出测站三维位置、三维速度和时间。静态定位中，GPS接收机在捕捉和跟踪GPS卫星过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号传输时间，利用GPS卫星在轨已知位置，解算出接收机天线所在位置三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体运动轨迹。载体上GPS接收机天线在跟踪GPS卫星过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体瞬间三维位置和三维速度。多年来，中国引进了很多类型GPS测地型接收机。多种类型GPS测地型接收机用于精度相对定位时，其双频接收机精度可达5mm+1ppmD（D为距离，单位为km，下同），单频接收机在一定距离内精度可达10mm+1ppmD，用于差分定位时精度可达亚米级至厘米级。现在，多种类型GPS信号接收机体积越来越小，质量越来越轻，便于野外观察。二、技术特点GPS可为各类用户连续提供动态目标三维位置、三维速度立即间信息。GPS测量关键特点以下。1、功效多、用途广GPS系统不仅能够用于测量、导航，还能够用于测速、测时。测速精度可达0.1m/s，测时速度可达几十毫微妙。其应用领域不停扩大。2、定位精度高大量试验和工程应用表明，用载波相位观察量进行静态相对定位，在小于50km基线上，相对定位精度可达110。210。，而在100500km基线上可达10 s10，。伴随观察技术和数据处理方法改善，可望在大于1000km距离上，相对定位精度达成或优于10。在实时动态定位（RTK）和实时差分定位（RTD）方面，定位精度可达成厘米级和分米级，能满足多种工程测量要求。其精度如表6-1所表示。伴随GPS定位技术及数据处理技术发展，其精度还将深入提升。3、实时定位利用全球定位系统进行导航，即可实时确定运动目标三维位置和速度，可实时保障运动载体沿预定航线运行，亦可选择最好路线。尤其是对军事上动态目标导航，含有十分关键意义。4、观察时间短现在，利用经典静态相对定位模式，观察20km以内基线所需观察时问，对于单频接收机在1h左右，对于双频接收机仅需1520min。采取实时动态定位模式，流动站初始化观察15min后，并可随时定位，每站观察仅需几秒钟。利用GPS技术建立控制网，可缩短观察时间，提升作业效益。5、观察站之间无需通视经典测量技术需要保持良好通视条件，又要保障测量控制网良好图形结构。而GPS测量只要求测站15。以上空间视野开阔，和卫星保持通视即可，并不需要观察站之间相互通视，所以不再需要建造觇标。这一优点即可大大降低测量工作经费和时间（通常造标费用约占总经费3050）。同时，也使选点工作变得很灵活，完全能够依据工作需要来确定点位，可通视也使电位选择变得更灵活，可省去经典测量中传算点、过渡点测量工作。不过也应指出，GPS测量即使不要求观察站之间相互通视，但为了方便用常规方法联测需要，在布设GPS点时，应该确保最少一个方向通视。6、操作简便GPS测量自动化程度很高。对于“智能型”接收机，在观察中测量员关键任务只是安装并开关仪器、量取天线高、采集环境气象数据、监视仪器工作状态，而其它工作，如卫星捕捉、跟踪观察和统计等均由仪器自动完成。结束观察时，仅需关闭电源，收好接收机，便完成野外数据采集任务。 .假如在一个测站上需要作较长时问连续观察，还可实施无人值守数据采集，经过网络或其它通信方法，将所采集观察数据传送到数据处理中心，实现全自动化数据采集和处理。GPS用户接收机通常重量较轻、体积较小。现在有很多GPS接收机是天线、主机、电源组合在一起一体机，白化程度较高，野外测量时仅“一键”开关，携带和搬运全部很方便。7、可提供全球统一三维地心坐标经典大地测量将平面和高程采取不一样方法分别施测。GPS测量中，在正确测定观察站平面位置同时，能够正确测量观察站大地高程。GPS测量这一特点，不仅为研究大地水准面形状和确定地面点高程开辟了新路径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中应用，提供了关键高程数据。GPS定位是在全球统一WGS一84坐标系统中计算，所以全球不一样点测量结果是相互关联。8、全球全天候作业GPS卫星较多，且分布均匀，确保了全球地面被连续覆盖，使得在地球上任何地点、任何时候进行预观察工作，通常情况下，除雷雨天气不宜观察，通常不受天气情况影响。所以，GPS定位技术发展是对经典测量技术一次重大突破。第二节 控制网设计GPS测量工作和经典测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。其中，外业工作关键包含选点、建立测站标志、野外观察作业和结果质量检核等；内业工作关键包含GPS测量技术设计、测后数据处理及技术总结等。控制网设计包含控制网设计依据、设计精度和设计网形。一、GPS网技术1、GPS网技术设计标准技术设计是建立GPS控制网第一步，也是确保GPS网在满足正确、可靠、经济前提下，满足建设需要关键性工作。GPS网技术设计应遵照以下基础标准，即确定适宜精度标准，选择适用测量基准，严格按摄影应规范要求选点并设置点位标志。（1）、精度确定依据网用途及工程控制精度要求确定GPS网测量对应精度等级，精度等级划分应参摄影应行业GPS测量规范。（2）、选点和埋设GPS点位选择好坏，对于GPs观察工作顺利进行和结果可靠性有着关键影响，所以，在实地选点前应依据测量任务目标和测区情况等，搜集测区已经有各类控制点和地形图等资料，方便于选点工作。在选点时应遵照以下标准：点位周围应便于安置接收设备，视野开阔视场内障碍物高度角不宜超出15。点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、电台微波站等）及电压输电线和微波无线电信号传送通道，以避免周围磁场对GPS信号干扰；点位周围不应有强烈反射卫星信号物体（如大型建筑物等）；点位应选在交通方便，并有利于用其它测量手段扩展和联测，以提升作业效率；点位应选在地面基础稳固地方，以利于点位保留；点位埋设宜用混凝土现场浇筑形式埋设为不锈钢标志，埋深应在当地永久冻土层以下0.3米，桩面注记字体应朝向正北。2、GPS网组成概念观察时段：测站上开始接收卫星信号到观察停止，连续工作时间段，简称时段。同时观察：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行观察。同时观察环：三台或三台以上接收机同时观察取得基线向量所组成闭合环，简称同时环。独立观察环：由独立观察所取得基线向量组成闭合环，简称独立环。异步观察环：在组成多边形环路全部基线向量中，只要有非同时观察基线向量，则该多边形环路叫异步观察环，简称异步环。独立基线：对于N台GPS接收机组成同时观察环，独立基线数为Nl。非独立基线：除独立基线外其它基线叫非独立基线，总基线数和独立基线数之差即为非独立基线数。理论上，同时闭合环中各基线向量坐标差之和（即闭合差）应为零，但因为有时各台GPS接收机并不是严格同时，同时闭合环闭合差并不等于零。有GPS规范要求了同时闭合差限差，对于同时很好情况，应遵守此限差要求，但当因为某种原因，同时不是很好时，应合适放宽此项限差。高速铁路工程测量规范已经对此不作要求。当同时闭合环闭合差较小时，通常只能说明GPS基线向量计算合格，并不能说明GPS基线观察精度高，也不能发觉接收信号受到干扰而产生一些粗差。为了确保GPS观察效果可靠性，有效地发觉观察结果中粗差，必需使GPS网中独立基线组成一定几何图形称独立观察环。GPS控制网图形也应该由一个或若干个独立观察环组成。GPS构网基础图形可分为：三角形网、环形网、星形网。3、GPS网基准GPS测量取得GPS基线向量，是属于WGS一84坐标系三维坐标差，而实际上我们需要是国家坐标系或地方独立坐标系中坐标结果。所以，在进行GPS网技术设计时，必需明确GPS结果所采取坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采取基准。GPS网基准包含网位置基准、方位基准和尺度基准。通常来说，方位基准以给定起算方位角值来确定，或由GPS基线向量方位作为方位基准；尺度基准由起算点间距离确定，或由地面电磁波测距边确定，也能够由GPS基线向量距离确定；GPS网位置基准，通常是由给定起算点坐标值及其精度确定。为求定GPS点在地面坐标系坐标，应在地面坐标系中选定起算数据。在选择起算点时，既要考虑充足利用旧资料，又要使新建GPS网不受旧资料精度较低影响。在高速铁路控制网布设中，每隔一定间距应联测高等级平面控制点，但沿线国家高级控制点之间精度较低，基础平面控制网CP I经国家点约束后使高精度CP I控制网发生扭曲变形，大大降低了CP I控制点间相对精度，部分地段经国家点约束后CP I控制点间甚至不能满足1/180 000要求。所以，高速铁路平面控制测量首先采取GPS精密定位测量方法建立高精度框架控制网CP0，作为高速铁路平面控制测量起算基准，也为平面控制网复测提供了基准。GPS网位置基准，可选择以下方法之一：（1）选择网中一点坐标值并给定其方位角（一点一方向）；（2）在网中选若干点坐标值并加以固定；（3）选网中若干点（直至全部点）坐标值，并给以合适权。约束平差在确定网位置基准同时，对GPS网方向和尺度也会产生影响，当网中已知点坐标含有较大误差，或其权难以可靠地确定时，将会对网定向和尺度产生不利影响，比如前面所讲高速铁路CP I控制网约束平差。所以，对于一个大范围GPS网，在含有一组分布适宜、高精度已知点时（CP0框架控制网），为改善GPS网定向和尺度，约束平差法才含相关键意义。在通常情况下，对于部分区域性GPS网，如桥梁和隧道工程GPS网，其是否正确地在地心坐标系统，并不尤其关键，所以，这时多采取固定一点坐标及其方位角经典自由网平差法为宜（一点一方向平差）。4、设计网形布设GPS控制网观察作业方法关键以下多个：点连式、边连式、网连式和混连式：（1）、点连式所谓点连式就是在观察作业时，相邻同时图形间只经过一个公共点相连（见图6.3）。这么，当有m台仪器共同作业时，每观察一个时段，就能够测得m一1个新点，当这些仪器观察了s个时段后.就能够测得S（m一1）+1个点。点连式观察作业方法优点是作业效率高，图形扩展快速；它缺点是图形强度低，假如连接点发生问题，将影响到后面同时图形。（2）、边连式所谓边连式就是在观察作业时，相邻同时图形间有一条边（即两个公共点）相连见图6.4）。这么，当有m台仪器共同同作业时，每观察一个时段，就能够测得m一2个新点，当这些仪器观察观察了S个时段后，就能够测得S（m一2）+2个点。边连式观察作业方法含有很好图形强度和较高作业效率。（3）、网连式所谓网连式就是在作业时，相邻同时图形问有3个（含3个）以上公共点相连见图6.5）。这么，当有m台仪器共同作业时，每观察一个时段，就能够测得m一k个新点，当这些仪器观察了s个时段后，就能够测得k+s（m一k）个点。采取网连式观察作业方法所测设GPS网含有很强图形强度，但网连式观察作业了式作业效率很低，（4）、混连式在实际GPS作业中，通常并不是采取单独上面介绍某一个观察作业模式，而是依据具体情况，有选择灵活采取这多个方法作业，这种观察作业方法就是混连式。她实际上是点连式、边连式和网连式结合体。观察工作，或数据采集，是GPS测量关键外业工作，所以，当观察工作开始之前，仔细地确定观察计划，对于顺利地完成观察任务，保障测量结果精度，提升效益是极为关键。确定观察计划依据是：GPS网布设方案，规模大小，精度要求，GPS卫星星座，参与作业GPS接收机数量和后勤保障条件（运输、通信）等。观察计划关键内容应包含：GPS卫星可见性图及最好观察时间选择，采取接收机类型和数量，观察区划分和观察工作进程和接收机高度计划等。第三节 外业测量一、测量外业工作1、观察计划观察工作或数据采集，是GPS测量关键外业工作，所以，当观察工作开始之前，仔细地确定观察计划，对于顺利地完成观察任务，保障测量结果精度，提升效益是极为关键。确定观察计划依据是：GPS网布设方案，规模大小，精度要求，GPS卫星星座，参与作业GPS接收机数量和后勤保障条件（运输、通信）等。观察计划关键内容应包含：GPS卫星可见性图及最好观察时间选择，采取接收机类型和数量，观察区划分和观察工作进程和接收机高度计划等。2、野外观察外业观察工作量，和用户要求精度和采取接收机类型和数量，和作业模式等原因相关。GPS网观察工作量设计，除要考虑观察工作效率外，还必需确保网精度和可靠性。当参与作业接收机数为ki，则每一时段可得观察基线向量数为ki（ki一1）/2。其中包含独立观察向量数（ki一1）和多出观察向量数（ki一1）（ki一2）/2。因为增加多出观察量，会提升网可靠性，所以，作业中合适增加接收机数量，不仅会提升工作效率，同时也将显著地增加多出观察量。另外，为了有利于外业观察数据检核，增加可靠性，通常依据不一样精度要求，基线测量中，同时观察时段数以立即段长度有不一样要求。在外业观察中，仪器操作人员应注意以下事项：（1）当确定外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后，方可接通电源，开启接收机。（2）开机后接收机相关指示显示正常并经过自检后，方能输入相关测站和时段控制信息。（3）接收机在开始统计数据后，应注意查看相关观察卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其改变、存放介质统计等情况。（4）一个时段观察过程中，不许可进行以下操作：关闭又重新开启;进行自测试（发觉故障除外）；改变卫星高度角设置；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功效键。（5）需要统计气象要素时，在每一观察时段始、中、末要各观察统计一次，当初段较长时可合适增加观察次数。（6）在观察过程中要尤其注意供电情况，除在出测前认真检验电池容量是否充足外，作业中观察人员不要远离接收机，听到仪器低电压报警要立即给予处理，不然可能会造成仪器内部数据破坏或丢失。对观察时段较长观察工作，提议尽可能采取太阳能电池板或汽车电瓶进行供电。（7）仪器高一定要按要求始、末各量测一次，并立即输入仪器及记入测量手簿之中。（8）接收机在观察过程中不要靠近接收机使用对讲机；雷雨季节架设天线要预防雷击，雷雨过境时应关机停测，并卸下天线。（9）观察站全部预定作业项目，经检验均己按要求完成，且统计和资料完整无误后方可迁站。（10）观察过程中要随时查看仪器内存或硬盘容量，每日观察结束后，应立即将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观察数据不丢失。3、观察统计在外业观察工作中，全部信息资料均须妥善统计。统计形式关键有以下两种：（1）观察统计。观察统计由GPS接收机自动进行，均统计在存放介质（如硬盘、硬卡或记忆卡等）上，其关键内容有：载波相位观察值及对应观察历元；同一历元测码伪距观察值；GPS卫星星历及卫星钟差参数；实时绝对定位结果；测站控制信息及接收机工作状态信息。（2）测量手簿。测量手簿是在接收机开启前及观察过程中，由观察者随时填写。其统计格式在现行规范和规程中略有差异，视具体工作内容选择进行。观察统计和测量手簿全部是GPS精密定位依据，必需认真、立即填写，果断杜绝事后补记或追记。外业观察中存放介质上数据文件应立即拷贝一式两份，分别保留在专员保管防水、防静电资料箱内。存放介质外面，合适处应贴制标签，注明文件名、网区名、点名、时段名、采集日期、测量手簿编号等。接收机内存数据文件在转录到外存介质上时，不得进行任何剔除或删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合操作指令。4、数据预处理数据预处理软件是GPS接收设备关键组成部分。对其所含有功效，通常是经过实测计算工作来进行检验。对测量型GPS接收机，其关键检验内容包含：卫星预报及观察计划确定功效检验；静态定位软件和网平差软件功效检验；快速静态定位软件和实时定位软件功效检验等，而且经过上述检验，在数据处理精度，使用自动化水平，对观察数据筛选，周跳判别和修复，整周未知数解算能力和网平差功效等方面，对数据作出评价。二、测量数据处理每一个厂商所生产接收机全部会配置对应数据处理软件，它们在使用方法上全部会有各自不一样特点。不过，不管是哪种软件，它们在使用步骤上却是大致相同。GPS数据处理过程依次为：原始观察数据读入、外业输入数据检验和修改、基线解算控制参数、基线解算、基线质量检验。1、原始观察数据读入在进行基线解算时，首先需要读取原始GPS观察值数据。通常说来，各接收机厂商随接收机一起提供数据处理软件全部能够直接处理从接收机中传输出来GPS原始观察值数据，而由第三方所开发数据处理软件则不一定能对各接收机原始观察数据进行处理，要处理这些数据，首先需要进行格式转换。现在，最常见格式是RINEX格式.对于按此种格式存放数据，大部分数据处理软件全部能直接处理。2、外业输入数据检验和修改在读入了GPS观察值数据后，就需要对观察数据进行必需检验，检验项目包含测站名、点号、测站坐标、天线高等。对这些项目进行检验目标，是为了避免外业操作时失误操作。3、基线解算控制参数基线解算控制参数用以确定数据处理软件采取何种处理方法来进行基线解算，设定基线解算控制参数是基线解算时一个很关键步骤，经过控制参数设定，能够实现基线精化处理。4、基线解算基线解算过程通常是自动进行，无需过多人工干预。5、基线质量检验基线解算完成后，基线结果并不能立即用于后续处理，还必需对基线质量进行检验，只有质量合格基线才能用于后续数据处理，假如不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量。基线质量检验需要经过数据删除率、RATIO、RDOP、RMs、同时环闭和差、异步环闭和差和反复基线较差等来进行。6、GPS网平差（1）提取基线向量要进行GPS网平差，首先必需提取基线向量，构建GPS基线向量网。提取基线向量时需要遵照以下几项标准：必需选择相互独立基线，若选择了不相互独立基线，则平差结果会和真实情况不相符合。所选择基线应组成闭合几何图形。选择质量好基线向量，基线质量好坏，能够依据同时环闭合差、异步环闭合差和反复基线较差来判定。选择能组成边数较少异步环基线向量。选择边长较短基线向量。（2）三维无约束平差在组成了GPS基线向量网后，需要进行GPS网三维无约束平差，经过无约束平差关键达成以下多个目标：依据无约束平差结果，判别在所组成GPS网中是否有粗差基线，如发觉含有粗差基线，需要进行对应处理，必需使得最终用于构网全部基线向量均满足质量要求。调整各基线向量观察值权，使得它们相互匹配。（3） 约束平差或联合平差在进行完三维无约束平差后，需要进行约束平差或联合平差，平差可依据需要在三维空问进行或二维空间中进行。约束平差具体步骤是：指定进行平差基准和坐标系统。指定起算数据。检验约束条件质量。进行平差解算。（4） 质量分析和控制在这一步，进行GPS网质量评定，在评定时能够采取基线向量更正数进行。依据基线向量更正数大小，能够判定出基线向量中是否含有粗差。若在进行质量评定时，发觉有质量问题，需要依据具体情况进行处理，假如发觉组成GPS网基线中含有粗差，则需要采取删除含有粗差基线、重新对含有粗差基线进行解算或重测含有粗差基线等方法加以处理。假如发觉部分起算数据有质量问题，则应该放弃有质量问题起算数据。三、铁路GPS测量数据处理软件铁路GPS测量数据处理软件有Leica Geo Office （LGO）软件和科傻系列软件GPS工程测量网通用平差软件包（CosaGPS V5.1）。1、Leica Geo Office（LGO）软件Leica Geo Office（瑞士莱卡综合办公软件）软件经过LEICA Geo Office来开拓数据潜能，管理和浏览自己TPS、GPS和Level数据。LEICA Geo Office是一个直观，图形化视窗多任务环境，使用简单而方便。全部组成成份全部有一个类似外观，能够进行无缝连接和协作。TPS、GPS和Level数据全部经过一个标准化工具和数据步骤来处理。内建HELP包含有用教程，并提供提议和信息。2、科傻系列软件GPS工程测量网通用平差软件包（CosaGPS V5.1）CosaGPS V5.1有以下优点：（1）功效全方面。软件含有在世界空间直角坐标系（WGS一84）进行三维向量网平差（无约束平差和约束平差）、在椭球面上进行卫星网和地面网三维平差、在高斯平面坐标系进行二维联合平差、针对工程独立网固定一点一方向平差、高程拟合等功效，并带有常见工程测量计算工具，能够实现多种坐标转换。（2）整体性好。全部软件集成在统一环境下，编辑器、文档、图形、数据处理模块均自主编写；采取多文档，可同时处理多项任务；采取工程管理模式，可方便进行各类数据操作。（3）解算容量大，运算速度快。软件设计采取节省内存快速算法，在现有大部分微机操作系统windows 98，windows ，windows XP上，可整体解算数千个控制点GPS控制网，内存不够时则采取外存作缓冲，所以还可解算更大规模GPS工程网。（4）操作简明，使用方便。在windows 98，windows ，windows XP系统环境下运行，可采取表格方法或文本方法进行数据录入，大部分操作采取“傻瓜式选项。对于输入量较少已知数据和参数，采取表格方法输入；对于大批量数据，则采取文件方法输入。四、三维平差、平面坐标转换和精度评定1、三维平差依据平差所进行坐标空间，可将GPS网平差分为三维平差和二维平差。（1）三维平差：平差在三维空间坐标系中进行，观察值为三维空间中观察值，解算出结果为点三维空问坐标。GPS网三维平差，通常在三维空间直角坐标系或三维空间大地坐标系下进行。（2）二维平差：平差在二维平面坐标系下进行，观察值为二维观察值，解算出结果为点二维平面坐标。二维平差通常适合于小范围GPS网平差。2、平面坐标转换同一坐标系内，空间三维直角坐标、大地坐标和高斯平面直角坐标这三种不一样坐标表示形式之间能够方便地进行转换。不一样坐标系之间，也能够经过参数转换和椭球投影转换进行坐标数值转变。（1）同一坐标系内坐标转换同一坐标系内，大地坐标和高斯平面直角坐标能够经过高斯投影正、反算公式进行交换。高斯投影正、反算公式形式复杂，但早已实现程序模块化，能够十分方便地在众多测量程序中进行交换。只要选定椭球形状参数、投影带宽和投影采取中央子午线经度，就能够计算得到大地坐标在对应投影带中高斯平面直角坐标（高斯投影正算），或对应投影带中高斯平面直角坐标所对应大地坐标（高斯投影反算）。高斯投影正算公式实现了空间三维直角坐标到平面直角坐标转换，含有十分关键应用意义。高斯投影是由德国科学家高斯于19世纪20年代确定，后经德国大地测量学家克吕格于19对投影公式加以补充，故称为高斯 克吕格投影，简称为高斯投影。高斯投影在英、美国家称为横轴墨卡托投影（UTM）。高斯投影中央经线长度比等于1，UTM投影要求中央经线长度比为0.9996。高斯投影含有以下基础特点：高斯投影中央经线是和赤道垂直直线，其它经线均为凹向并对称于中央经线曲线，其它纬线均为以赤道为对称轴向两极弯曲曲线，经纬线成直角相交；中央经线投影长度变形比等于1，即没有长度变形，其它经线长度比均大于1，长度变形为正；在同一条经线上，长度变形随纬度降低而增大，在赤道处为最大；在同一条纬线上，长度变形随经差增加而增大，且增大速度较快；面积变形也是距中央经线愈远，变形愈大；高斯投影后角度没有变形；为了确保地图精度，采取分带投影方法，立即投影范围东西界加以限制，使其变形不超出一定程度，这么把很多带结合起来，可成为整个区域投影。在高斯投影上，要求以中央经线为x轴，赤道为y轴，两轴交点为坐标原点。X坐标值在赤道以北为正，以南为负；y坐标值在中央经线以东为正，以西为负。中国在北半球，x坐标皆为正值。y坐标在中央经线以西为负值，利用起来很不方便。为了避免y坐标出现负值，将各带坐标纵轴西移5 O（km，立即全部y值全部加500km（加常数）。因为采取了分带方法，各带投影完全相同，某一坐标值（z，y），在每一投影带中全部有一个，在全球则有60个一样坐标值，不能确切表示该点位置。所以，在y值前需冠以带号，这么坐标称为通用坐标。中国高铁平面精测网对投影长度变形有严格控制，要求最大变形比不超出10mm/km。尽管能够经过细分投影带，或抬高投影面高程方法来限制投影长度变形比。不过，在平面直角坐标使用过程中，这种方法将增加了大量坐标换带计算工作。 高斯投影坐标换带计算方法为：先将某一投影分带内高斯平面直角坐标转换成通用大地坐标，然后重新设定投影中央子午线和带宽，就能够得到在新投影带中高斯平面直角坐标，图6.6所表示。空间三维直角坐标和高斯平面直角坐标之间不能直接相互转换，其必需经过大地坐标这个中间转换过程才能实现相互转换，即它们之间转换是间接。具体过程图6。7所表示。空间三维直角坐标大地坐标标高斯平面直角坐标（2）不一样坐标系之间坐标转换不一样坐标系之间坐标转换通常采取参数转换方法。其中，平面直角坐标之间转换采取四参数法（两个平移参数、一个旋转参数、一个尺度参数），空间直角坐标之间转换采取七参数法（三个平移参数、三个旋转参数、一个尺度参数）。假如包含平面直角坐标和空问直角坐标之问转换，还必需增加考虑椭球参数变换问题。平面直角坐标系之间坐标转换图6.8所表示，坐标系XOY原点在坐标系XOY中坐标为a、b，X轴和X轴之夹角为臼。能够认为坐标系xOY原是和坐标系xoy重合，后因为O分别平移了a、b之距离，而且坐标系二坐标轴ox和Oy又相对0x和0y逆时针旋转了臼角而得到。在二坐标系之间引入一个辅助坐标系XOY使它二坐标轴Ox”和0Y分别和Ox、Oy平行：在xOY系中有一点P，其坐标为（XY），则由坐标系平移公式和坐标系旋转公式可得：故有考虑不一样坐标系之间尺度（长度）因子m，即：上式即坐标系平移和旋转后新、旧坐标系中某一点坐标关系式。只要转换参数是正确已知，则能够十分方便地进行坐标在不一样坐标系之间转换。一样道理，对于两个空间直角坐标有以下坐标转换关系（见图6.9）：假如转换参数未知，不过已知一定数量点（平面坐标转换需要2个以上，空间直角坐标转换需要3个以上），其在两个坐标系中坐标全部正确已知，则能够利用数学上最小二乘标准进行转换参数求估。估量出来参数能够用以其它点坐标转换。当平面直角坐标和空间直角坐标之问进行转换时，因为包含高斯投影，所以需要确定两种不一样坐标系所采取参考地球椭球是否相同。假如不一样，则要进行椭球参数改变。具体过程示意图6.10所表示。3、精度评定（1）基线向量解算及精度分析基线解算采取厂家提供随机软件按静态相对定位模式进行，基线解算采取卫星广播星历坐标作为基线解起算数据。基线向量异步环闭合差是检验基线向量网质量一项关键技术指标，当它满足限差要求时，能说明组成基线向量网全部基线解算质量合格、结果可靠。按高速铁路工程测量规范（TB 10601）要求GPS控制基线向量网全部异步环闭合差应符合下式要求：其中 式中：n为闭合环边数；一为标准差，即基线向量弦长中误差，mm；a为固定误差；6为百分比误差；d为闭合环平均边长，km。（2）网平差精度分析网平差包含三维无约束平差、三维约束平差和二维约束平差，平差数据采取基线向量双差固定解进行。首优异行三维无约束平差，以检定基线向量网本身内符合精度及其系统误差和粗差，然后再进行三维约束平差和二维约束平差。各等级GPS测量控制网关键技术指标，应符合表6.3要求。五、高程转换1、多种高程系统及相互关系多种高程系统及相互关系图6.11所表示。2、GPS水准基础原理现有大地高，又有正常高点称为公共点。对于公共点有：若假设网中其它点上高程异常相同，即参考椭球面和似大地水准面平行，则非公共各点高程可由下式得：3、GPS水准方法（1）等值线图法：从高程异常图或大地水准面差距图分别查出各点高程异常或大地水准面差距，然后分别采取下面两式可计算出正常高和正高。（2）地球模型法：地球模型法本质上是一个数字化等值线图，现在国际上较常采取地球模型有OSU91EGM96等。中国有CQG，各个省有省级厘米级似大地水准面模型。（3）高程拟正当：利用在范围不大区域中，高程异常含有一定几何相关性这一原理，采取数学方法，求解正高、正常高或高程异常。石家庄至武汉客运专线（河北邢台段）GPS控制测量，正线全长840.7公里，设计速度目标值350公里/小时，输送能力单向8000万人/年，沿线设高邑西、邢台东、邯郸东、安阳东、鹤壁东、新乡东、郑州东、许昌东、漯河西、驻马店西、明港东、信阳东、大悟和横店东14个车站，建设总工期4年半。测区属山区，在东径111o44-112o30，北纬34o49-35o08。行政隶属山西省垣曲县和河南省渑池县、新安县、济源市、孟津县。测区东西长约70km，南北方向宽约 8km，总体呈带状分布，补设桩点分布在黄河干流和 39条大小支流上，测区地形条件复杂，地势高低起伏，沟壑纵横交叉，大部分地域悬崖峭壁，气候复杂，人迹罕至，交通十分困难。所以决定采取GPS接收机对其进行控制测量。其测量步骤图1所表示：六、GPS网技术设计测量工作实施第一步就是GPS网技术设计，它包含GPS网精度指标确实定，GPS网网形设计及GPS网基准设计三方面。（1）GPS网精度指标，关键取决于工程对控制网要求。精度指标通常以网中相邻点间弦长精度来表示，其形式为：中： 为标谁差（mm）;a为固定误差（mm）;b为百分比误差系数（PPm），d为相邻点间距离（km）。（2）GPS网精度指标是GPS网技术设计一个关键参量，设计中要依据用户要求及相关规范慎重确定。表1就是其相关规范要求（3）GPS网图形设计关键取决于用户要求，同时还和接收机类型和数量、经费、时间等条件相关，在本例中因为是高速铁路，所以适宜把网形设计成带状。 图2是其首级平面控制网示意图（4）GPS网基准包含网位置基准、方向基准和尺度基准。而网基谁确实定是经过网整体平差计算来实现。GPS网整体平差中，可能含有两类观察量，即相对观察量（如基线向量）和绝对观察量（如点在WGS84中坐标值）。七、外业施测首级控制网根据二级精度施测，GPS首级控制网采取边连接形式布网，全网为22个点，基线361条.闭合环11271个，然后进行了控制网加密，首级控制网和加密网均按静态方法观察。GPS外业观察采取经检验合格8台套Trimble双频接收机，为期三天。选点和观察均根据GPS测量规范进行。（1）选点要求： 点位应选在视野开阔、交通方便、有利扩展、易于保留地方。 点位要远离大功率无线电发射源、高压电线等，以免电磁场对信号干扰。 点周围高度角15度以上不要有障碍物，以免信号被遮挡或吸收。 每点最好和某一点通视，方便后续测量工作使用。 选点结束后，按要求埋设标石，并填写点之记。（2）编制卫星可见性预报表，然后依据卫星预报表编制观察计划。表2为首级控制观察计划表：（3）观察：依据GPS作业调度表安排进行观察，采取静态相对定位，卫星高度角15， 时段长度为90分钟，采样间隔15秒。在待测点上安置仪器（对中、整平、定向），量取天线高，测量气象数据，开机观察，当各项指标达成要求时，按接收机提醒输入相关数据，则接收机自动统计，观察者填写测量手簿。八、数据处理采取徕卡企业LGO软件，对观察数据进行传输，输入点名及天线高，剔除统计时间短于20 min及出现周跳部分卫星数据，再进行基线预处理，解算基线。第四节 LGO-GPS内业处理软件操作步骤1、新建项目和原始数据输入 （1）打开LGO软件，打开项目图标，右击项目新建一个项目。（3）点击输入，输入原始数据