GPS在工程测量中的应用研究

武汉大学

毕 业 设 计（论文）

题目：GPS在工程测量中的应用研究

专 业： 摄影测量与遥感技术

学 院 ：武汉大学测绘学院

学 号： 201063173037

姓 名： guowenlong

论文指导教师： 唐雪华

摘 要

众所周知GPS(RTK)的问世，为测绘工作带来了巨大的变化，它打破了传统的测量模式，具有很多优点，如精度均匀、效率高、实时性等优点。和常规测量相比它不需要遵循分级布网、逐级控制的原则，从而简化了控制测量的繁锁工作,而且在地物障碍造成的难通视地区，只要能满足它的基本工作条件， GPS（RTK）就能轻松快速的进行高精度定位作业。GPS（RTK）技术受通视条件、能见度、气候、季节等因素的影响和限制较小。它不但打破了内外业的界线，减少了测量工作流程，而且从首级控制到最终成图，实行一体化作业，从而大大减轻了室外作业的强度，缩短了成图周期。但同时也受到卫星、天空环境、高程异常等的限制，随着GPS技术的发展和完善，这些问题将会逐步得到解决。本文论述了GPS(RTK)的组成、基本原理、作业流程，同时结合它在测绘工程中作业的例子，通过对其数据进行精度分析，进而说明GPS（RTK）在测量中得到了广泛的应用。

GPS是当今信息社会最活跃，发展最快的科学技术之一，并且GPS与GIS的两者有机结合将成为人们收集、处理信息最强有力的工具。GPS技术已渗透到土地测绘当中并发挥着重要作用。本文在综述了GPS在地籍测量中的应用，同时分析了利用GPS RTK技术进行勘测定界放样的有效性和实用性分析，最后指出了GPS在土地测绘中的应用前景。

关键词：GPS，原理；测量；应用

目 录

摘要 .............................................. 错误！未定义书签。

Abstract ......................................... 错误！未定义书签。 第1章绪论 ........................................................ 1

1.1引言 ............................................................................................................................ 1

1.2研究的背景及意义 .................................................................................................... 2 1.3国内外研究现状 ........................................................................................................ 2 1.4在实测中仍有一些限制和缺点 ................................................................................ 3 第2章GPS测量原理及其技术概述 ................................. 4

2.1GPS的应用及发展前景 ............................................................................................. 4 2.2GPS系统构成 ............................................................................................................. 5

2.2.1空间星座部分 .................................................................................................. 5 2.2.2地面监控部分 .................................................................................................. 5 2.2.3用户设备部分 .................................................................................................. 6 2.3GPS测量的原理 ......................................................................................................... 6 2.4GPS高程测量 ............................................................................................................. 8

2.4.1GPS高程测量原理 ........................................................................................... 8 2.4.2高程系统之间的转化 ...................................................................................... 8 2.5坐标系统及选择 ...................................................................................................... 10

2.5.1坐标系 ............................................................................................................ 10 2.5.2坐标转换 ........................................................................................................ 11 2.6本章小结 .................................................................................................................. 13 第3章RTK测量原理及其概述 .................................... 14

3.1 GPS（RTK）基本介绍 ........................................................................................... 14

3.1.1 GPS（RTK）的组成及基本原理 ................................................................. 14 3.1.2 GPS（RTK）的作业流程 ............................................................................. 15 3.2RTK系统的优越性 .................................................................................................. 16 3.3RTK网 ...................................................................................................................... 17 3.4RTK误差来源 .......................................................................................................... 17

3.4.1RTK定位的误差 ............................................................................................ 17 3.4.2同仪器和GPS卫星有关的误差 ................................................................... 17 3.4.3同信号传播有关的误差 ................................................................................ 17 3.5本章小结 ................................................................................................................. 18 第4章GPS布网的方案研究 ....................................... 18

4.1起算点的影响因素 .................................................................................................. 18

4.1.1起算数据的检验方法 .................................................................................... 19 4.1.2起算点精度对平面精度的影响 .................................................................... 19 4.1.3讨论与结论 .................................................................................................... 20 4.2GPS布网 ................................................................................................................... 20 4.3观测时间 .................................................................................................................. 21 4.4多路径效应 .............................................................................................................. 22

I

4.5本章小结 .................................................................................................................. 22 第5章数据采集及数据分析 ....................................... 23

5.1天宝GPS 静态测量数据采集 ................................................................................ 23 5.2 GPS(RTK)和静态（GPS）的测量数据 ................................................................. 23 5.3利用静态GPS双观测之差评估观测精度的计算与分析 ..................................... 26 5.4 本章小结 ................................................................................................................. 27 结论 .............................................................. 28

参考文献 ......................................................... 28 致谢 .............................................................. 30 附录 .............................................................. 31

II

第1章 绪论

1．1引言

全球定位系统(GPS)是英文Global Positioning System的字头缩写词的简称。它的含义是利用导航卫星进行测时和测距以构成全球定位系统。它是由美国国防部主导开发的一套具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航定位系统。GPS是以卫星为基础的无线电卫星导航定位系统,它具有全能性、全球性、全天候、连续性和实时性的精密三维导航与定位功能,而且具有良好的抗干扰性和保密性。因此,GPS技术率先在大地测量、工程测量、航空摄影测量、海洋测量、城市测量等测绘领域得到了应用,并在军事、交通、通信、资源、管理等领域展开了研究并得到广泛应用。目前，二十多颗GPS卫星已覆盖了全球，每颗卫星均在不间断地向地球播发调制在两个频段上的卫星信号。在球上任何一点，均可连续地同步观测至少4颗GPS卫星，从而保障了全球、全天候的连续地三维定位。如图1.1所示:

图1.1GPS卫星导航

在测量领域较早就开始采用GPS技术，最初它主要用于建立各种类型和等级的测量控制网，目前它除了仍大量用于这些方面外，在测量领域的其它方面也得到了充分的应用。如:用于各种类型的施工放样、测图、变形观测、航空摄影测量、海测和地理信系统中地理数据的采集等。尤其在各种类型的测量控制网的建立这一方面，GPS定位技术己基本上取代了常规测量手段，成为主要的技术手段。1997年由国家测绘局完成了A级、B级网的布设与平差，全网由756点组成，其中A级网27点，基线水平方向相对精度为2×10-8，垂直分量相对精度7×10-8。布设A级网的目的就是在全国范围内确定精确的地心坐标，建立起我国新一代地心参考框架及其与国家坐标系的转换参数,作为高精度卫星大地网的骨架，并奠定地壳运动及地球动力学研究的基础。作为我国高精度坐标框架的补充以及为满足国家建设的需要，在国家人级网的基础上，建立了国家B级网。经整体平差后，点位地心坐标精度达±0.1m，B级点基线水平分量精度优于4×10-7，垂直分量精度优于8×10-7 。新布设成的国家A、B级网已成为我国现代大地测量和基础测绘的基本框架。

GPS技术的发展为大地测量提供了一种新的高精度的测量手段。由于GPS测量不需要两点间通视、不受天气影响、能直接获得三维坐标等优点，CPS技术已成为大地测量的主要手段。

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