第五章.小地区控制测量完成

1、1第五章第五章 小地区控制测量小地区控制测量51 控制测量概念在绪论中已讲过，测量工作的基本原则是“从整体到局部” 、 “先控制后碎部” ，其涵义就是在测区内，先建立测量控制网，用来控制全局，然后根据控制网测定控制点周围的地形或进行建筑施工放样测量。这样不仅可以保证整个测区有一个统一的、均匀的测量精度，而且可以增加作业面，从而加快测量速度。所谓控制网，就是在测区内选择一些有控制意义的控制点构成几何图形。依控制网的功能可分为平面控制网和高程控制网。按控制网控制的范围，可分为国家控制网、城市控制网、小区域控制网和图根控制网。测定控制点平面坐标的工作，称为平面控制测量；测定控制点高程的工作，称为高程

2、控制测量。一、国家控制网一、国家控制网国家控制网是在全国范围内按统一的方案建立的控制网，它是用精密的仪器和精密的方法测定，按最小二乘法原理科学地进行测量数据处理，合理的分配测量误差，进而求得观测值的最或是值，最后求得控制点的平面坐标和高程。国家控制网依其精度可分为一、二、三、四等四个级别，而且是由高级到低级逐级加以控制。就平面控制而言，先在全国范围内，沿经纬线方向布设一等锁，作为平面控制骨干。在一等锁内再布设二等全面网，作为全面控制的基础。为了测图和其它工程建设的需要，再在二等网的基础上加密三、四等控制网。建立国家平面控制网，主要是用三角测量和精密导线测量。对国家高程控制网，首先是在全国范围内

3、布设纵、横一等水准路线，在此基础上布设二等水准闭合或附合路线，再在一等三角锁二等三角锁图 5-1 国家平面控制网12341、一等水准路线 2、二等水准路线3、三等水准路线 4、四等水准路线图 5-2 国家高程控制网图 5-2 国家高程控制网2二等水准路线上加密三、四等闭合或附合水准路线。国家高程控制测量，主要采用精密水准测量。图 51 和图 52 分别为国家平面控制网和高程控制网的布设形式。 二、城市控制网二、城市控制网城市控制网是在国家控制网的基础上建立起来的，目的在于为城市规划、市政建设、工业民用建筑设计和施工放样服务。城市控制网建立的方法与国家控制网相同，只是控制网的精度有所不同。为了满

4、足不同目的的要求，城市控制网也要分级建立。三、小地区控制网三、小地区控制网所谓小地区控制网，是指在面积小于 15 平方公里范围内建立的控制网。它的建立原则上应与国家或城市控制网相连，形成统一的坐标系和高程系。但当连接有困难时，为了建设的需要，也可以建立独立控制网。小区域控制网，也要根据面积大小分级建立，其面积和等级的关系，如表 51。表 51 小区域控制网布设要求四、图根控制网四、图根控制网直接以测图为目的建立的控制网，称图根控制网。其控制点称图根点。图根控制网也应尽可能与上述各种控制网连接，形成统一系统。个别地区连接有困难时，也可建立独立图根控制网。由于图根控制专为测图而做，所以图跟点的密度

5、和精度要满足测图要求。表 52 是对平坦地区图根点密度的规定。对山区或特困地区，图根点的密度，可适当增大。 根据专业性质对测量的要求以及测量的发展趋势，本章主要介绍小区域控制测量中常用的导线测量。表 52 图根控制点密度测图比例尺1：5001：10001：20001：5000图根点个数/ km215050155每幅图图根点个数91012152052 导线测量的外业工作测区面积 首 级 控 制 图根控制 215km2一级小三角或一级导线 二级图根 0.52 km2二级小三角或二级导线二级图根 0.5 km2以下 图根控制 3一、导线测量概述一、导线测量概述导线测量是建立平面控制网的形式之一。在测

6、区内，选择若干个控制点，由直线连接各控制点而形成的连续折线图形，称为导线，其转折点称为导线点，连接导线点的直线称为导线边，相邻导线边之间的水平角称导线转折角。导线布设比较灵活，只需要两相邻导线点通视，导线边便于量取就可以，所以特别适宜于隐蔽地区，如建筑区、森林区等视野不够开阔的地方。导线测量根据所使用的仪器、工具的不同，可分为经纬仪钢尺导线和光电测距导线两种。它是建立小地区平面控制网的主要方法之一。其等级及技术要求见表 5-3。表 5-3 钢尺量距与光电测距导线的主要技术要求测回数等级导线长度（km）平均边长（m）测角中误差（）量距较差相对误差或测距中误差DJ2DJ6方位角闭合差（）导线全长相

7、对闭合差钢尺量边一级二级三级图根2.51.81.21.0M/10002501801201.5 最大视距5812201/200001/150001/100001/3000211432110n16n24n40n1/100001/70001/50001/2000光电测距一级二级三级图根3.62.41.51.5M/100030020012058122015cm15cm15cm15cm211432110n16n24n40n1/140001/100001/60001/4000注：M 为测图比例尺分母；n 为测站数。根据测区内及其附近已知控制点情况和测区的自然地理条件，导线可以布设成以下三种形式：（一）闭合

8、导线起止于同一已知点的导线，组成闭合多边形，AB123ab4图 5-3 闭合导线4这种导线称为闭合导线。如图 53，导线从一已知高级控制点 B 和已知方向 AB 出发，经过导线点 1、2、3、4 后，又回到已知点 A。它本身存在着严密的几何条件，具有检核作用。（二）附合导线布设在两已知点间的导线，称附合导线。如图 54，导线从一已知高级控制点A 和已知方位角A出发，经过导线点1、2、3、4 后，最后附合到另一个已知高级控制点 C 和巳知方向上。此种布设CD形式，具有检核观测成果的作用。（三）支导线支导线是从一个已知点和一个已知方位角出发，既不附合到另一已知点，又不回到原起始点的导线，称为支导线

9、。 如图 53 中的 3ab。支导线没有图形检核条件，发生错误不易发现。所以仅限于图根点加密时使用。布设点数 2-3 个。二、导线测量的外业工作二、导线测量的外业工作导线测量外业工作包括：选点、测角和量距等。（一） 选点 选点要注意下列几点：点应选在地面坚实而视野开阔的地方，便于安置仪器，测量碎部。点位能长期保存。相邻导线点要互相通视，便于角度测量，地面比较平坦，或坡度比较均匀，便于丈量距离。导线点要均匀布设全测区，不能集中于某一局部，以便控制整个测区。同一等级的导线相临边长相差不宜过大，以免引起较大的测角误差。导线点选定后应埋设标志，临时性导线点可用较长的木桩打入地下，永久性的导线点可用长水

10、泥桩或石桩埋入地下，也可利用地面上固定的标志，导线点应进行编号。在桩上钉一小钉或刻上十字表示点位，在桩顶或侧面写上编号。并应画一草图，草图标明导线点位置和导线点周围地物，以便寻找。（二）量距导线测量有条件时，最好采用光电测距仪测量边长，一、二级导线可采用单向观测，2 测回。各测回较差应15mm，三级及图根导线 1 测回。图根导线也可用检定过的钢尺，往返丈量导线边各一次，往返丈量的相对精度在平坦地区应不低于 1/3000，起伏变化稍大的地区也不应低于 1/2000，特殊困难地区允许到 1/1000，如符合限差要求，可取往返中数为该边长的实长。图 5-4 附和导线5（三）测角对闭合导线和附合导线一

11、般观测前进方向的左角。用 DJ6型经纬仪观测一个测回，两个半测回角值之差不超过时，即可取平均值作为角值。40为推算各导线边的方位角，计算导线点的坐标，在导线与高级控制点连接时，要加测连接角，若导线为独立系统，则需用罗盘仪或其它方法测定起始边方位角。各等级钢尺量距和光电测距导线的主要技术见表 5-3。53 导线测量的内业计算导线测量内业计算的目的就是计算各导线点的坐标(x,y)。计算之前，应全面检查导线测量外业记录，数据是否齐全，有无记错、算错，成果是否符合精度要求，起算数据是否准确。然后绘制导线略图，把各项数据注于图上相应位置。一、闭合导线坐标计算一、闭合导线坐标计算（一）角度闭合差的计算与调

12、整n 边形的内角和应为： （5-1）1802n理观测值的总和 测应等于理论值，但由于角度观测值不可避免地存在误差，使两者不相等，而产生的差异称为角度闭合差f （5-2） 1802nf测理测各级导线角度闭合差的允许值是不同的，应查取表 6-3。图根导线的允许值为： （5-3）nf 40久式中 n 为角的个数。若闭合差大于允许值成果不合格。应仔细检查原始记录，分析原因，有目的的返工。 若ff 允，可将闭合差按“反符号，平均分配”的原则对角度进行改正，每个角的改正数为： （5-4） nfV/若角度改正数不恰为整秒数，可酌情调整凑整。 使改正后之内角和应为 (n2) 180，以作计算校核。(二)导线边

13、坐标方位角推算N1234123412图 5-5 方位角推算12236根据起始边的坐标方位角及改正后角值推算其它各导线边的坐标方位角。见图 5-5。(适于测左角) （55） 即前一边的坐标方位角等于后180左后前一边的方位角加左角加或减 180或 （适于测右角） （5180右后前6） 式中 前 、后分别为相邻导线边前、后边的坐标方位；左、 右分别为相邻导线边所夹的左、右转折角。本例观测左角，按(55)式推算出导线各边的坐标方位角，列入表 54 的第 5 栏。在推算过程中必须注意：1.如果算出的 前360，则应减去 360；前0 时，应加 360；2.最后推算出起始边坐标方位角，它应与原值相等，否

14、则应重新检查计算。（三）坐标增量的计算及其闭合差的调整 1坐标增量的计算 如图 56，设点 1 的坐标 x1、y1和 12 边的坐标方位角 12均为已知，边长 D12也已测得，则点 2 的坐标为：x2=x112xy2=y112 y式中 12、12 称为坐标增量，也就是导线两端点的坐标值之差。xy上式说明，欲求待定点的坐标，必须先根据两点间的边长和坐标方位角求出坐标增量。由图 56 中的几何关系，可写出坐标增量的通用计算公式：= D cosx= D sin y 坐标增量的计算，一般采用函数型电子计算器进行。利用其极坐标化为直角坐标的功能，快速准确。亦可利用程序型计算器编制计算程序，甚是方便。坐标

15、增量闭合差的计算与调整 从图 57 中可以看出，闭合导线纵、横坐标增量代数和的理论值应为零，即 0理x 0理yx212y12x1yx12yyx1212o图 5-6 坐标增量计算（57）（58）（59）7实际上由于量边的误差和角度闭合差调整后的残余误差的影响，往往，理x均不等于零，而产生纵坐标增量闭合差 fx与横坐标增量闭合差 fy，即理y测xfx测yfy从图 58 中明显看出，由于 fx、fy的存在，使导线不能闭合，1的长度 fD称1为导线全长闭合差，并用下式计算fD= （511）22yxff仅从 fD值的大小还不能完全评定导线测量的精度，应当将 fD与导线全长相比，以D分子为 1 的分数来表

16、示导线全长相对闭合差，即 NfDDfKDD1/1 表 5-3 闭合导线坐标计算表增量计算值改正后的增量坐 标点号观测角（ ）改正后角度（ ）坐标方位角( )边长（m）xyxyXY1125 30 00105.22-2-61.10+2+85.66-61.12+85.68500.00500.002+13107 48 30107 48 4353 18 4380.18-2+47.90+2+64.30+47.88+64.32438.88585.683+1273 00 20 73 00 32306 19 15129.34-3+76.61+2-104.21+76.58-104.19486076650.004+

17、1289 33 5089 34 02215 53 1778.16-2-63.32+1-45.82-63.34-45.81563.34545.811+1389 36 3089 36 43125 30 00500.00500.002359 59 10360 00 00392.90+0.09-0.070.000.00图 5-8 闭合导线闭合差计算（510）（512）8200013500190.39211.0DfK11.0fff07.0yf08404f09.0 xf00003600195359D2y2xDyx 测允测理测采用导线全长相对闭合差 K 来衡量导线测量的精度，K 的分母越大，精度越高。不同等

18、级的导线全长相对闭合差的容许值 K容可在相应规范中查得，如图根导线 K容为 l2000。若 K 超过 K容，则说明成果不合格，首先应检查内业计算有无错误，然后检查外业观测成果，必要时重测。若 K 不超过 K容，则说明符合精度要求，可以进行增量闭合差调整，即将 fx，fy 按照“反其符号，按边长成正比例分配”的原则配赋到各边的纵、横坐标增量中去。以 Vxi 、Vyi 分别表示第 i 边的纵、横坐标增量改正数，Di表示第 i 条边的边长，则 ixxiDDfV iyyiDDfV纵、横坐标增量改正数之和应满足下式： xxfV yyfV因此，改正后的坐标增量，为：ixiy=Vxiixix=Vyi iyi

19、y（四）计算各导线点的坐标根据起点已知坐标及改正后的坐标增量，用下式依次推算各待定点的坐标x前x后ixy前y后 iy最后还应推算出起点的坐标，其值应与已知的数值相等，以作校核。算例见表54。二、二、 附合导线坐标计算附合导线坐标计算图 5-9 附合导线方位角计算（513）（515）（516）（514）42139附合导线的坐标计算步骤与闭合导线相同。仅由于两者形式不同，致使角度闭合差与坐标增量闭合差的计算稍有区别。下面着重介绍 其不同点。（一）角度闭合差的计算设有附合导线如图 59 所示，用(55)式根据起始边坐标方位角及观测的左AB角(包括连接角和)可以算出终边 CD 的坐标方位角。ACCD1

20、80BAA1A=180 121A1=18023122=18034233 =180c4344=180CDc4c=6180CDBA测写成一般公式为：=n180表 5-3 （51）终始测表 5-4 附合导线坐标计算表10角度闭合差 f用下式计算：f= n180 （518）终终始终测附合导线角度闭合差调整及各边方位角推算与闭合导线相同。（二）坐标增量闭合差的计算附合导线的两端均为高级点，各边坐标增量代数和的理论值应等于终、始两点的已知坐标值之差，即=x终x始理x=y终y始 理y 由于导线边长测量存在误差，使得按(519)式计算的 和 ，与理论测x测y值不相等，两者之差即为坐标增量闭合差，即： 始终测x

21、xxfx yyyfy终测增量计算值改正后的增量坐 标点号观测角（ ）改正后角度（ ）坐标方位角( )边长（m）xyxyXYB237 59 302507.691215.63A(1)+699 01 0099 01 06157 00 36225.85+5-207.91-4+88.21-207.86+88.172299.831303.802+6167 45 36167 45 42144 46 18139.03+3-113.57-3+80.20-113.54+80.172186.291383.973+6123 11 24123 11 3087 57 48172.57+3+6.13-3+172.46+6.

22、16+172.432192.451556.404+6189 20 36189 20 4297 18 30100.07+2-12.73-2+99.26-12.71+99.242179.741655.645+6179 59 18179 59 24C(6)+6129 27 24129 27 3097 17 54102.48+2-13.02-2+101.65-13.00+101.632166.741757.27D46 45 24200013500190.39211.0DfK11.0fff07.0yf08404f09.0 xf00003600195359D2y2xDyx 测允测理测（519）（520）1

23、1附合导线的导线全长闭合差、全长相对闭合差和容许相对闭合差的计算，以及增量闭合差的调整，与闭合导线相同。附合导线全过程的坐标计算，见表 55 的算例。5-4 高程控制测量高程控制测量主要用水准测量方法，确定控制点的高程。小区域高程控制测量，根据情况可采用三、四等水准测量和电磁波测距三角高程测量。本节仅就三、四等水准测量和三角高程测量予以介绍。一、一、 三、四等水准测量三、四等水准测量三、四等水准测量，除用于国家高程控制网的加密外，一般在小区域建立首级高程控制网也用三、四等水准测量。关于三、四等水准测量的外业工作和等外水准测量基本上一样。三、四等水准点可以是单独埋设标石，也可用平面控制点标志代替

24、，即平面控制点和高程控制点共用。三、四等水准测量应由二等水准点上引测。现将三、四等水准测量的要求和施测方法介绍如下：（一）三、四等水准测量对水准尺的要求 通常是双面尺，两根标尺黑面的底数均为 0，红面的底数一根为 4.687m，另一根为 4.787m。两根标尺应成对使用。（二）主要技术要求 视线长度和读数误差的限差规定见表 56，高差闭合差的规定见表 57。表 56 视线长度和读数误差限差规定表等级标准视线长度 （m）前后视距差 （m）前后视距累计差（m）红黑面读数差 （mm）红黑面高差之差 （mm） 三 四7510030 50501002030305.0表 57 高差闭合差规定表往返较差或环

25、线闭合差等级 每公里高差中误差（mm）附合路线长度（km）水准仪型号水准尺平地山地三645DS3双面12L4n四1015DS3双面20L6n12 （三）三、四等水准测量的方法1一个测站上的观测顺序（参见表 58）后视黑面尺，读上、下丝读数（1） 、 （2）及中丝读数（3） ， （括号中的数字代表观测和记录顺序） ；前视黑面尺，读取下、上丝读数（4） 、 （5）及中丝读数（6） ；前视红面尺，读取中丝读数（7） ；后视红面尺，读取中丝读数（8） 。这种“后前前后”的观测顺序，主要是为了抵消水准仪与水准尺下沉产生的误差。四等水准测量每站的观测顺序也可以为“后后前前” ，即“黑红黑红” 。表中各次中

26、丝读数（3） 、 （6） 、 （7） 、 （8）是用来计算高差的，因此，在每次读取中丝读数前，都要注意使符合气泡严密重合。表 58 三（四）等水准测量观测手薄下丝下丝后尺上丝前尺上丝中丝水准尺读数后视距离前视距离测站编号点号前后视距差累积差方向及尺号黑面红面K+黑红平均高差备 注（1）（2）（9）（11）（4）（5）（10）（12）后前后前（3）（6）（15）（8）（7）（16）（14）（13）（17）（18）1A转11.5871.21337.40.20.7550.37937.60.2后 02前 02后前1.4000.567+0.8336.1875.255+0.93201+1+0.83252转

27、 1转22.1111.73737.40.12.1861.81137.50.3后 02前 01后前1.9241.9980.0746.6116.7860.17501+1-0.07453转 2转31.9161.54137.50.22.0571.68037.70.5后 01前 02后前1.7281.8680.1406.5156.5560.04101+1-0.14054转 3转41.9451.68026.50.22.1211.85426.70.7后 02前 01后前1.8121.9870.1756.4996.7730.2740+11-0.17455转 4B0.6750.23743.8+0.22.9022

28、.46643.60.5后 01前 02后前0.4662.6842.2185.2547.3712.1171012.2175校核计算： 末站（18）=0.513 （9）-（10）=182.6-183.1=-0.5 （15）+（16）0.100= （-1.774+（-1.675）-0.100）=-21211.7745 （18）= -1.77452测站的计算、检核与限差（）视距计算后视距离（9）=（1）（2）100前视距离（10）=（4）（5）100前、后视距差（11）=（9）（10） ，三等水准测量，不得超过 3m；四等水准测量，不得超过m。前后视距累积差（12）=本站（11）前站（12） ，三等不

29、得超过6m，四等不得超过10m（）黑、红面读数差：前尺（13）=（6）K（7）后尺（14）=（3）+K（8）K、K分别为前尺、后尺的红黑面常数差。三等不得超过 2mm，四等不得超过mm。（）高差计算：黑面高差（15）=（3）（6）红面高差（16）=（8）（7）检核计算（17）=（14）（13）=（15）（16）0.100，三等不得超过3mm，四等不得超过 5mm。高差中数（18）= （15）（16）0.100/2上述各项记录、计算见表 58。观测时若发现本测站某项限差超限，应立即重测本测站。只有各项限差均检查无误后，方可搬站。每页计算的总检核在每测站检核的基础上，应进行每页计算的检核。（15）

30、=（3）（6）（16）=（8）（7）（9）（10）=本页末站（12）前页末站（12）2（18）= （15）（16） ，测站数为偶数2（18）= （15）（16）0.00， 测站数为奇数。水准路线测量成果的计算、检核三、四等附合或闭合水准路线高差闭合差的计算、调整方法与普通水准测量相同，其高差闭合差的限差见表 57。14二、三角高程测量二、三角高程测量当两点间地形起伏较大而不便于施测水准时，可应用三角高程测量的方法测定两点间的高差而求得高程。该法较水准测量精度低，常用作山区各种比例尺测图的高程控制。 （一）三角高程测量的原理三角高程测量的原理如图10 所示，已知点的高程，欲求点高程。可将仪器安置

31、在点，照准点目标，测得竖角 ，量取仪器高 i 和目标 v。如果用测距仪测得两点间的斜距，则高差DhAB=siniv （521） D如果已知两点间的水平距离，则高差 hAB= tgiv （522） B 点高程为： hAB （523） （二）三角高程测量的观测与计算进行三角高程测量，当 v=i 时，计算方便。当两点间距大于 300m 时，应考虑地球曲率和大气折光对高差的影响。为了消除这个影响，三角高程测量应进行往、返观测，即所谓的对向观测。也就是由 A 观测 B，又由 B 观测 A。往、返所测高差之差不大于限差时（对向观测较差h 容0.1Dm） ，取平均值作为两点间的高差，可以f抵消地球曲率和大气

32、折光差的影响。对图根控制进行三角高程测时，竖角 用 J6级经纬仪测 12 个测回，为了减少折光影响，目标高应大于 1m 。仪器高 i 和目标高 v 用皮尺量出，取至厘米。表 59 是三角高程测量观测与计算实例。表 59 三角高程测量的高差计算 起算点AB欲求点BC往返往返水平距离 D（m）581. .38581. .38488. .01488. .01竖直角 113830-112400+65215-63430仪器高 i（m）1. .441. .491. .491. .50目标高 v（m）2.503. .003. .002.50球气差改正f（m）+0.02+0. .02+0. .02+0. .0

33、2高差（m）+118. .74118. .72+57. .3157. .23图 5-10 三角高程测量原理iDHAvhHB大地水准面ABD15平均高差（m）+118.73+57.275-5 全球定位系统(GPS)简介GPS(Global Positioning System)即全球卫星定位系统,是当今测绘高新技术之一。一一 、GPS 全球卫星定位系统的组成全球卫星定位系统的组成GPS 定位系统由三部分组成，即由 GPS 卫星组成的空间星座部分，由若干地面站组成的控制部分和以接收机为主体的广大用户部分。三者有各自独立的功能和作用，但又是有机地配合而缺一不可的整体系统。(一)空间星座部分1、GPS

34、 卫星分布 空间部分由 GPS 卫星组成。覆盖全球上空的 GPS 卫星星座，必须保证在各处能时时观测到高度角 15以上的 4 颗卫星。目前，GPS 工作卫星星座(Block2)共有 24(21 十 3)颗卫星，均匀分布在倾角为 55的 6 个轨道上，每轨均分布 4 颗卫星，相邻轨道之间的卫星还要彼此叉开 40，运行周期为12 恒星时，运行高度 20200km，以保证全球均匀覆盖，保证地面上任何地点，任何时刻至少可以观测到 4 颗卫星，最多可以观测到 11 颗卫星，从而保障全球全天侯连续、实时、动态导航和定位。如图 511。 2、GPS 卫星的作用 全球定位系统中，GPS空间星座部分的主要功能是

35、：接收、储存和处理地面控制系统发射来的导航电文及其他有关信息；向用户连续不断地发送导航与定位信息；并提供时间标准，卫星本身的空间实时位置及其他在轨卫星的概略位置；接收并执行地面控制系统发送的控制指令，如调整卫星姿态和启用备用时钟、备用卫星等。 (二)地面控制部分地面控制部分负责监控全球定位系统的工作，由 1 个主控站、5 个监控站和 3 个注入站组成。1、主控站 卫星操控中心位于科罗拉多斯普林斯附近的佛肯空军基地，其任务是收集各监控站送来的跟踪数据，计算卫星轨道钟差和大气层的修改参数并发送至各注入站，转发至各卫星。主控站本身还是监控站，另外可诊断卫星的工作状态，进行调度。所以主控站是整个地面控

36、制系统的技术中心和行政管理中心。2、监控站 坚控站是无人值守的数据自动采集中心。共有 5 个，除主控站以外。还有夏威夷和北太平洋上的卡瓦加兰岛、印度洋的迭哥伽西亚岛、大西洋的阿松森岛图 5-11 GPS 卫星星座16上设立监控站，装备有 P 码接收机和精密铯钟，对所接收到的卫星进行连续的 P 码伪距跟踪测量，将采集到的数据连同当地气象观测资料和时间信息处理后传送到主控站，用以确定卫星的轨道。3、注入站 共有 3 个与三大洋的卡瓦加兰岛、迭哥伽西亚岛和阿松森群岛上的监控站并置，其主要功能是将主控站发送来的卫星星历、钟差信息和导航电文和其它控制指令等，每天一次地注入到卫星上的存贮器中。(三)用户部

37、分用户设备部分，包括 GPS 接收机硬件、数据处理软件和微处理机及其终端设备等。GPS 接收机是用户设备部分的核心，一般由主机、天线和电源三部分组成。其主要功能是跟踪接收 GPS 卫星发射的信号并进行变换、放大、处理，以便测量出 GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间；解译导航电文；实时计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。根据用途不同，GPS 接收机可分为导航型接收机、测地型接收机和授时型接收机。 二、二、GPSGPS 定位的基本原理定位的基本原理利用 GPS 进行定位的基本原理就是把卫星视为“飞行”的控制点，在已知其瞬间坐标的条件下，以 GPS 卫星和用户接收机天线之间的距离为观测量，

38、进行空间距离后方交会，从而确定地面接收机的位置。地面接收机可以在任何地点、任何时间、任何气候条件下进行连续观测，并且在时钟控制下，测定出卫星信息到达接收机的时间 t，进而确定卫星与接收机之间的距离 为： （5-itc24）式中 c 为信号传播速度；i 为有关的改正数之和。如图 5-12，1、2、3 为已知瞬时位置的三颗卫星，设在时刻ti在测站点 P 用GPS 接收机同时测量 P 点至三颗 GPS 卫星的距离为1、2、3，通过 GPS 电文解译出此刻三颗卫星的三维坐标分别为（x1，y1，z1） ， （x2，y2，z2） ， （x3，y3，z3） 。用距离后分交会的方法求解 P 点的三维坐标（xP

39、，yP，zP）观测方程为： 21212121zzyyxxppp （5- 22222222zzyyxxppp25） 23232323zzyyxxppp213123图 5-12 GPS 定位原理17求解上列方程，即得 P 点的空间直角坐标xp，yp，zp。（一）伪距法定位原理测距码伪距就是由卫星发射的测距码到观测站的传播时间(时间延迟)乘以光速所得出的量测距离，而非真正的站星距离，习惯上简称为伪距，用 表示。可见伪距观测值，须顾及卫星钟差、接收机钟差以及大气层折射延迟。钟差，我们定义为某时刻钟面时与 GPS 标准时之差。假设，卫星在某一时刻 j 发出一个信号，该时刻的 GPS标准时为 Tj，卫星钟

40、的钟面时刻为 tj，该信号到达接收机 k 钟面时刻为 tk，而此时相应的标准时为 Tk，于是伪距测量的时间延迟即为 tk与 tj之差。在理想的情况下，时延 就等于卫星信号的传播时间 t，将传播速度 C 乘以时延 ，就可以求得卫星至接收机的距离 （526）CCttjk 考虑到卫星钟和接收机钟不完全同步的影响，电离层（高度处于501000km 的大气层）和对流层（处于 50km 以下的大气层）对传播速度的影响，所以真正距离 与伪距离 之间的关系式为： （527）tbCVCVptpi10式中 ，分别表示电离层折射改正和对流层折射改正；pipt ，tbV分别表示卫星钟的钟差改正和接收机的钟差改正。ta

41、V（二）载波相位测量上面介绍的测码伪距定位是以测距码作为量测信号的，由于测距码的波长较长，难以达到较高的精度。而载波相位测量不使用码信号，不受码控制的影响，属于非码测量系统。载波信号的波长要短得多，其中 1信号波长为 19cm，2信号波长为24cm。所以把载波作为量测信号，对载波进行相位测量就能达到很高的精度，如目前的测地型接收机载波相位测量一般为 1-2mm，有的精度更高。若将卫星信号中的载波作为测距信号，量测出载波在接收机处的相位和卫星R处的相位，并求出相位差（均以周数为单位） ，那么卫星至接收机sRs的距离。 为载波的波长。但实际上是无法获得的，所以必须让接收机Ds也产生频率相同的载波。

42、假设卫星与接收机完全同步，那么任何时刻这两个载波的相位都严格相同。于是就能用接收机载波的相位替代卫星的载波相位。所以某时Rs刻的载波相位观测值，就是该时刻接收机产生的载波的相位和接收到的来自卫星R的载波相位之差。显然，为了测定距离 D，中既应包含整波段数，sRs也应包含不足一个波段的小数。实际上，载波信号是一种周期性的正弦信号，相位测定只能测定不足一个波长的小数部分，无法测定其整波长个数，因而存在着整周数的不确定问题，使解算过程变得复杂。18整周数的算法，请参阅有关资料，在此不再详述。 三、三、GPSGPS 定位测量的模式定位测量的模式利用 GPS 卫星定位的方法基本上可归结为两类：一种是差分

43、型，即联测测站间的相对定位；另一种是非差分型的，测定结果是测站的绝对位置。（一）绝对定位法亦称单点定位，它使用一台 GPS 接收机，通过观测至少四颗以上卫星的测码伪距或伪距与相应的历元差分以及其它传感器的观测量，确定用户天线在 WGS-84 地心坐标系中的绝对坐标。根据用户 GPS 接收机所处的状态，可分为静态绝对定位和动态绝对定位。1、静态绝对定位 接收机天线处于固定不动的状态。用以确定观测站绝对坐标的方法。这是因为能连续测定卫星至测站的伪距和相位，可获得充分的多余观测量，以便提高定位精度。2、动态绝对定位 当用户接收机安置在运动的载体上而处于动态的情况下，确定载体瞬间绝对位置的方法。此时一

44、般只能得到没有（或很少）多余观测的实时解，视所用观测量精度及美国政府政策的影响，精度可达 10100m。这种方法常用于飞机、船舶、陆地车辆等运动物体的定位和导航。（二）相对定位法相对定位法属差分型，用户利用两台以上接收机分别安置在各测站点上，同步观测相同的 GPS 卫星，利用所获得的测码伪距或载波相位观测量，确定它们在地心坐标系中的坐标或测站点间的距离（或称基线向量） 。在多测站上同步观测相同卫星的条件下，卫星的轨道误差、卫星钟差、接收机钟差及对流层和电离层的折射误差等对观测量的影响都具有一定的相关性，所以，利用这些观测量的不同组合进行相对定位，可以有效地消除或减弱上述误差的影响。故相对定位是

45、目前 GPS 测量中精度最高的，也是最常用的定位方式。相对定位法又分为静态相对定位和动态相对定位。1、静态相对定位 是指在在基线的端点安置的接收机固定不动，这样可以通过重复观测，取得足够的多余观测值，以提高定位精度。一般均采用载波相位观测值为基本观测量，它是目前 GPS 测量中精度最高的一种定位方式，广泛应用于大地测量、精密工程测量和地球图 5-13 静态相对定位8基准站1234567出发点图 5-14 动态相对定位基准站流动站观测基线迁站路线图 5-15 快速静态相对定位19动力学研究等中。大量实践证明，对中等长度的基线（100500km） ，其相对定位精度可达-，甚至更高。如图 5-13。

46、6107102、动态相对定位 是将一台接收机安置在固定的参考测站点上，另一台接收机安置在运动的载体上，两台接收机同步观测相同的卫星信号，以实时确定运动点相对于参考点的位置。如图 5-14。3、快速静态相对定位 是在测区的中部选择一个测站点，可称为基准点（如图5-15） ，并安置一台接收机，要求连续跟踪所有卫星，另一台接收机依次到各测站去流动设站，每点观测 1-2min，当流动站与基准站相距 20km 以内，精度可达毫米级。此法与上述静态法相比，显著提高了静态定位的效率。4、准动态相对定位 在测区内选择一个基准站，并安置接收机，连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机分别在待测点上进行流动测量，如图

47、5-16 所示。先在 1 点观测 12min，在保持相对锁定的状态下，到 2、3各点观测数秒钟，定位精度可达厘米级。此法可用于加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及线路测量。四、四、GPSGPS 测量工作概述测量工作概述GPS 测量应用于大地测量，其工作分为内业和外业两部分。内业工作主要包括 GPS 测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等；外业工作包括选点、建立观测标志、野外观测以及成果检核等。GPS 测量的工作程序分为：GPS 网的技术设计、选点与建立标志、外业观测、成果检核与数据处理。(一)GPS 网的技术设计GPS 网的技术设计要根据网的用途和用户要求来设计，主要包括网的精度指

48、标的确定和网的图形设计。其中网的精度指标要根据网的用途和测绘行业标准(全球定位系统(GPS)测量规范)来确定，布网形式则根据实际情况，本着高质量、低成本地完成既定任务。(二)选点与建立标志选点时，应满足以下要求：点位应选在交通方便、易于安置接收设备的地方，且视野开阔，以便于同常规地面控制网的联测；GPS 点应避开对电磁波接收有强烈吸收、反射等干扰影响的金属和其他障碍物体，如高压线、高层建筑等。点位选定后，应按要求埋石，以便保存。最后，应绘制点之标记、测站环视图和GPS 网选点图，作为提交的选点技术资料。(三)外业观测外业观测是指利用 GPS 接收机采集来自 GPS 卫星的电磁信号，其作业过程大

49、致分为天线安置、接收机操作和观测记录。外业观测应严格按照技术设计时所拟定的观测计划进行实施，只有这样，才能协调好外业观测的进程，提高工作效率，保证测量基准站1234567810911图 5-16 准动态相对定位20成果的精度。（四）成果检核与数据处理观测成果的外业检核是确保外业观测质量、实现预期定位精度的重要环节。所以，当观测任务结束后，必须在测区及时对外业观测数据进行严格的检核；并根据情况采取淘汰或必要的重测、补测措施。只有按照规范要求，对各项检核内容严格检查，确保准确无误，才能进行数据处理。五、五、GPSGPS 技术的应用技术的应用GPS 性能优异，应用范围极广。可以说，凡是需要定位和导航

50、的部门，都可以采用 GPS。从世界整体情况看，我国在 GPS 定位技术的理论研究和开发应用等方面异军突起，具有较高的水平，取得了瞩目的成绩。如果说 80 年代 GPS 技术崭露头角，那么 90 年代则已经走向成熟。人们可以看到 GPS 已经深入到人们的日常生活，进入千家万户。随着测地型 GPS 接收机、导航型接收机、手持型 GPS 的普及，它们已经广泛地应用在航海、航空、铁路、交通、石油、煤炭、地质、地震、公安、气象、旅游、农业、林业等诸多部门。在测绘界，从全国高精度的测量控制网到地区、部门的局部控制网，从大地测量、工程测量、摄影与遥感、地球物理和地球动力学等方面得到了广泛的应用，产生了巨大的

51、经济效益和社会效益。六、六、GPSGPS 在农林业中的应用在农林业中的应用（一）GPS 在农业领域中的应用农业生产中要达到增产高效的目的，除了适时种植高产作物，加强田间管理等技术措施外，弄清土壤性质，监测农作物产量、分布、合理施肥以及播种和喷撒农药等也是农业生产中重要的管理技术。尤其是现代农业生产走向大农业和机械化道路，大量采用飞机撒播和喷药，为降低投资成本，如何引导飞机作业做到准确投放，也是十分重要的。利用 GPS 技术，配合遥感技术(RS)和地理信息系统(GIS)，能够做到监测农作物产量分布、土壤成分和性质分布，做到合理施肥、播种和喷撒农药，节约费用，降低成本，达到增加产量提高效益的目的。利用差分 GPS 技术可以做到：1土壤养分分布调查在播种之前，可用一种适用于在农田中运行的采样车辆按一定的要求在农田中采集土壤样品。车辆上配置有 GPS 接收机和计算机，计算机中配置地理信息系统软件。采集样品时，GPS 接收机把样品采集点的位置精确地测定出来，将其输入计算机，计算机依据地理信息系统将采样点标定，绘出一幅土壤样品点位分布图。2监测作物产量在联合收割机上配