《建筑工程测量》第6章 全球定位系统

建筑工程测量第6章全球定位系统6.1卫星定位系统基本知识6.2GPS定位原理6.3GPS测量的实施6.4常规RTK技术6.5CORS技术应用6.1.1GPS的组成6.1.2

GPS坐标系统6.1卫星定位系统基本知识章目录6.1.1GPS的组成节目录章目录（一）空间星座部分a）GPS卫星星座b）卫星图6-1GPS卫星星座及卫星6.1.1GPS的组成节目录章目录（二）地面监控部分GPS的地面监控系统主要由分布在全球的五个地面站组成，按其功能分为主控站（MCS）、注入站（GA）和监测站（MS）三种。主控站一个，设在美国科罗拉多的斯普林斯（ColoradoSprings）。

注入站现有3个，分别设在印度洋的迭哥加西亚（DiegoGarcia）、南太平洋的卡瓦加兰（Kwajalein）和南大西洋的阿松森群岛（Ascencion）。监测站共有5个，监测站分布情况如图6-2所示。图6-2GPS地面监测站6.1.1GPS的组成节目录章目录（三）用户设备部分

全球定位系统的用户设备部分，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信号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。GPS接收机根据其用途可分为导航型、大地型和授时型；根据接收的卫星信号频率，又可分为单频（L1）和双频（Ll、L2）接收机等。6.1.2GPS坐标系统节目录章目录图6-3WGS84世界大地坐标系6.2.1GPS基本定位原理6.2.2

载波相位测量6.2

GPS定位原理章目录6.2.3

相对定位6.2GPS定位原理节目录章目录用户接收天线在测量中所处的状态1静态定位2动态定位定位的结果1绝对定位2相对定位6.2.1GPS基本定位原理节目录章目录（一）伪距的概念及伪距测量（二）绝对定位

GPS绝对定位又称单点定位，即利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS84坐标系中相对坐标系原点——地球质心的绝对位置。

GPS卫星能够按照星载时钟发射某一结构为“伪随机噪声码”的信号，称为测距码信号（即粗码C/A码或精码P码）。该信号从卫星发射经时间t后，到达接收机天线；t乘以电磁波在真空中的速度C，就是卫星至接收机的空间几何距离ρ，即为伪距。6.2.2载波相位测量节目录章目录

载波相位测量顾名思义，是利用GPS卫星发射的载波为测距信号进行测量。由于载波的波长（λL1＝19cm，λL2＝24cm）比测距码波长要短得多，因此，对载波进行相位测量，就可能得到较高的测量定位精度。6.2.3相对定位节目录章目录

考虑到GPS定位时的误差来源，当前普遍采用的观测量线性组合方法称之为差分法，其具体形式有三种，即所谓的单差法、双差法和三差法。（一）单差法所谓单差，即不同观测站同步观测相同卫星p所得到的观测量之差，也就是在两台接收机之间求一次差；它是GPS相对定位中观测量组合的最基本形式。（二）双差法双差就是在不同测站上同步观测一组卫星所得到的单差之差，即在接收机和卫星间求二次差。（三）三差法三差法就是用不同历元同步观测同一组卫星所得观测量的双差之差，即在接收机、卫星和历元间求三次差。6.3.1GPS网的技术设计6.3.2

选点与建立标志6.3.3外业观测6.3.4数据处理6.3GPS测量的实施章目录6.3.5观测成果的质量检核6.3.1GPS网的技术设计节目录章目录式中，a为固定误差（mm）；

b为比例误差系数（ppm）；

D为相邻点间的距离（km）。（一）GPS测量的精度指标等级平均边长/km固定误差a/mm比例误差系数b/1×10-6约束点间的边长相对中误差约束平差后最弱边相对中误差二等9≤10≤21/2500001/120000三等4.5≤10≤51/1500001/70000四等2≤10≤101/1000001/40000一级1≤10≤201/400001/20000二级0.5≤10≤401/200001/10000表6-1卫星定位系统测量控制网的主要技术要求6.3.1GPS网的技术设计节目录章目录（二）网形设计在实际布网设计时应注意以下几个原则：（1）为顾及原有测绘成果资料的延续应用，应采用原有坐标系统.（2）尽管不要求GPS网的点与之点间通视，但考虑到利用常规测量加密的需要，每点应有一个以上通视方向。（3）GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或符合路线。（4）GPS网形应有利于同步观测边、点的联结。a）点连式（7个三角形）b）边连式（15个三角形c）边点混合连式（10个三角形）图6-4GPS基本网形6.3.2选点与建立标志

选点时，应满足以下要求：

（1）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；（2）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；（3）点位应选在交通方便，有利于其他观测手段扩展和联测的地方。

观测记录的形式一般有两种：一种由接收机自动形成，并保存在机载存储器中，供随时调用和处理，这部分内容主要包括接收到的卫星信号、实时定位结果及接收机本身的有关信息。另一种是测量手簿，由操作员随时填写，其中包括观测时的气象元素等其他有关信息。观测记录是GPS定位的原始数据，也是进行后续数据处理的唯一依据，必须妥善保管。6.3.3外业观测节目录章目录6.3.4数据处理

为了获取GPS观测基线向量，并对观测成果进行质量检核，首先要进行GPS数据的预处理。根据预处理结果对观测数据的质量进行分析评价，保证观测成果的设计精度。数据传输，将GPS接收机记录的观测数据传输到计算机，采用随机软件将各种数据分类整理，剔除无效观测数据和冗余信息，形成各种数据文件。探测周跳、修复载波相位观测值，录入野外测站记录信息，如测站高等。基线结算利用随机软件对原始数据进行编辑、加工整理、分流并产生各个专用信息文件。基线解算利用随机软件采用自动处理的方式进行。节目录章目录6.3.5观测成果的质量检核节目录章目录（一）观测成果的外业检核（二）野外返工补测

对经过检核出现超限的基线，应进行野外返工观测，基线返工应注意以下问题：

（1）无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格独立基线相连结，则在该点上应补测或重测不少于一条独立基线。（2）可以舍弃在复测基线边长较差、同步环闭合差、独立环闭合差检验中超限的基线，但必须保证舍弃基线后的独立环所含基线数，（3）由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项限差技术规定时，可按技术设计要求另增选新点进行重测。

（1）同步边观测数据的检核。（2）重复观测边的检核。（3）同步观测环检核。（4）异步观测环检核。6.3.5观测成果的质量检核节目录章目录3．GPS网平差无约束平差中，基线向量的改正数绝对值应满足下式：VΔx≤3σVΔy≤3σVΔz≤3σ式中，σ为该等级基线的精度（按平均边长计算）。约束平差中，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（dv△x、dv△y、dv△z）应符合下式要求：dvΔx≤2σdvΔy≤2σ

dvΔz≤2σ式中，σ为相应等级基线的规定精度（按平均边长计算）。6.4.1RTK技术原理6.4.2

RTK作业模式与应用6.4.3RTK作业模式注意的问题6.4常规RTK技术章目录6.4.1RTK技术原理

常规RTK技术极大地方便了需要动态高精度服务的用户，但它需满足以下生产作业条件：（1）测量范围。（2）通信数据链路。（3）模糊度求解。

目前，实时动态测量采用的作业模式主要有以下几种：（1）快速静态测量。（2）准动态测量。（3）动态测量。6.4.2RTK作业模式与应用节目录章目录6.4.3

RTK作业模式注意的问题

在作业中我们需要注意以下事项来更好地完成工作任务：（1）RTK基准站应选在远离大功率电视塔、微波站、高频大功率雷达和发射天线等干扰源，基准站和流动站之间距离控制在5km之内。（2）测量过程中，尽可能地检测一定数量测区内和测区外围的控制点，以便发现异常情况，剔除原控制网的粗差点，便于做好与已有地形图或测区的接边工作。（3）测量时需采用一些方法来提高测量精度。（4）RTK技术加密图根控制点和采集界址点坐标，其精度完全满足地形测量的要求，避免了常规测量方法连续支站所造成的误差累积，提高了成果的整体精度。（5）由于存在卫星可见度、信号屏蔽等问题。节目录章目录6.5.1CORS基本原理6.5.2

CORS系统的构成6.5CORS技术应用章目录6.5.1CORS基本原理

CORS基本工作原理是利用GPS导航定位技术，在一个区域根据需要按一定距离