工學(xué)GPS定位系統(tǒng)在公路工程控制測(cè)量中應(yīng)用視距測(cè)量程序畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、太原理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書畢業(yè)生姓名：專業(yè)：測(cè)繪工程學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師所屬系（部）：二八年五月太原理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱書題目：GPS定位系統(tǒng)在公路工程控制測(cè)量中的應(yīng)用/視距測(cè)量程序 系 測(cè)繪工程 專業(yè) 姓名 設(shè)計(jì)時(shí)間：2008 年3月24日2008年6月2日 評(píng)閱意見：成績(jī)： 指導(dǎo)教師：（簽字） 職務(wù)：200 年月日太原理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄卡 資源 系 測(cè)繪工程 專業(yè) 姓名答 辯 內(nèi) 容問 題 摘 要評(píng) 議 情 況 記錄員： （簽名）成 績(jī) 評(píng) 定指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)答辯組評(píng)定成績(jī)綜合成績(jī)注：評(píng)定成績(jī)?yōu)?00分制，指導(dǎo)教師為30%，答辯組為70%。 專業(yè)答辯組組長(zhǎng)：（簽名） 200 年月日摘 要本

2、文介紹了GPS的特點(diǎn)、發(fā)展及應(yīng)用、GPS的組成及工作原理，外業(yè)測(cè)量、根據(jù)GPS測(cè)量的技術(shù)特點(diǎn)，論述了GPS在307國(guó)道實(shí)際測(cè)量工作中的應(yīng)用。第二部分主要講述了視距測(cè)量的原理，然后根據(jù)視距測(cè)量的原理編寫了用視距測(cè)量中的三種視距計(jì)算方法：傾斜視距、三角高差、水平視距。關(guān)鍵詞： GPS；307國(guó)道工程；控制測(cè)量；視距測(cè)量； GPS is global positioning system from the United States in the 1970s started to develop, which lasted 20 years, the cost of 20 billion U.S.

3、dollars in the second generation of satellite navigation systems, the current, GPS technology has been widely used in geodesy, resource exploration, crustal movement, Cadastral, and other fields, particularly in the areas of measurement. In this paper, the GPS feature of the development and applicat

4、ion, GPS and the composition of principle, field measurement, workflow, GPS baseline solution, such as the basic principle. GPS measurements in accordance with the technical characteristics, on the GPS in 307 countries, the actual measurement of work.The second part mainly on the principle of measur

5、ing the line-of-sight, and then the-horizon measured in accordance with the principles prepared by the-horizon measured in the three-horizon calculated as follows: tilt-horizon, the 1.30 height difference, level-horizon. Key words: GPS; 307 National Road project; control measurement; the-horizon mea

6、surement目 錄11111第二節(jié) GPS定位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀3345第二章 GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)6第一節(jié) GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成6678第二節(jié) GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)10一、 概述10二、 GPS信號(hào)接收機(jī)的組成及原理11第三節(jié) GPS衛(wèi)星定位原理1414二、 GPS幾種定位方式16第四節(jié) GPS導(dǎo)航定位誤差18一、 與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差18192023第一節(jié) 影響GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)的因素23第二節(jié) GPS網(wǎng)的布設(shè)232324一、 WGS-84大地坐標(biāo)系24二、 1954年北京坐標(biāo)系25三、 1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系25四、 新1954年北京坐標(biāo)系26五、 GPS時(shí)間系統(tǒng)26272

7、727292930303031313232343434343535二、 數(shù)據(jù)處理374040404243444548484949515151515253535556565656565657646468參考文獻(xiàn)80致 謝81第二節(jié) GPS定位技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀第二章 GPS衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)第一節(jié) GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的組成GPS的用戶部分由GPS接收機(jī)、數(shù)據(jù)處理軟件及相應(yīng)的用戶設(shè)備如計(jì)算機(jī)、氣象儀器等組成，在測(cè)量領(lǐng)域，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，體積小、重量輕便于攜帶的GPS定位裝置和高精度的技術(shù)指標(biāo)為工程測(cè)量帶來了極大的方便。例如：我們?cè)诳刂茰y(cè)量中使用了臺(tái)南方測(cè)繪儀器公司的NGS9600型靜態(tài)GPS接收

8、機(jī)，其技術(shù)指標(biāo)為：測(cè)量精度：5mm2×106 mm靜態(tài)測(cè)量，20+1×106mm（高程）。這些技術(shù)指標(biāo)充分地滿足了控制測(cè)量的精度要求。以下是GPS信號(hào)接收機(jī)的類型（2）雙頻接收機(jī)：同時(shí)使用多個(gè)載波及其調(diào)制波進(jìn)行導(dǎo)航定位測(cè)量。第二節(jié) GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航定位信號(hào)一、概述GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)由載波、測(cè)距碼和導(dǎo)航電文組成。導(dǎo)航電文是由GPS衛(wèi)星向用戶播發(fā)的一組反映衛(wèi)星在空間位置、衛(wèi)星的工作狀態(tài)、衛(wèi)星鐘的修正參數(shù)、電離層延遲修正參數(shù)等重要數(shù)據(jù)的二進(jìn)制代碼，也稱數(shù)據(jù)碼（D碼）。它是用戶利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)一組不可少的數(shù)據(jù)。 二、 GPS信號(hào)接收機(jī)的組成及原理GPS接收機(jī)電源有兩種，一

9、種為內(nèi)電源，一般采用鋰電池，主要用于RAM存儲(chǔ)器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。另一種為外接電源，這種電源常用于可充電的12V直流鎘鎳電池組，或采用汽車電瓶。當(dāng)用交流電時(shí)，要經(jīng)過穩(wěn)壓電源或?qū)Ｓ秒娫唇粨Q器。第三節(jié) GPS衛(wèi)星定位原理利用接收到的衛(wèi)星信號(hào)（測(cè)距碼）或載波相位，均可進(jìn)行靜態(tài)定位。實(shí)際應(yīng)用中，為了減弱衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對(duì)流層的折射誤差的影響，常采用載波相位觀測(cè)值的各種線形組合（即差分值）作為觀測(cè)值，獲得兩點(diǎn)之間高精度的GPS基線向量（即坐標(biāo)差）。二、 GPS幾種定位方式1、偽距測(cè)量定位偽距法定位是由GPS接收機(jī)在某一時(shí)刻測(cè)出得到四顆以上GPS衛(wèi)星的偽距以及已知的衛(wèi)星

10、位置，采用距離交會(huì)的方法求定接收機(jī)天線所在點(diǎn)的三維坐標(biāo)。所測(cè)偽距就是由衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)到達(dá)GPS接收機(jī)的傳播時(shí)間乘以光速得到的量測(cè)距離。由于衛(wèi)星鐘、接收機(jī)鐘的誤差以及無線電信號(hào)經(jīng)過電離層和對(duì)流層中的延遲，實(shí)際測(cè)出的距離/與衛(wèi)星到接收機(jī)的幾何距離有一定的差值，因此一般稱量出的距離為偽距。用C/A碼進(jìn)行測(cè)量的偽距為C/A碼偽距。用P碼測(cè)出的偽距為P碼偽距。偽距法定位雖然一次定位精度不高（P碼定位誤差約為10m，C/A碼定位誤差為2030m），但因其具有定位速度快，且無多值性問題等優(yōu)點(diǎn)，仍然是GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行導(dǎo)航的最基本方法。同時(shí)，所測(cè)偽距又可作為載波相位測(cè)量中解決整周數(shù)不確定問題（模糊度）的

11、輔助資料。2、 載波相位測(cè)量定位在GPS信號(hào)中由于已用相位調(diào)整的方法在調(diào)制了測(cè)距碼和導(dǎo)航電文，因而接收到的載波的相位已不再連續(xù)，所以在進(jìn)行載波相位測(cè)量以前，首先要進(jìn)行解調(diào)工作，設(shè)法將調(diào)制在載波上的測(cè)距碼和衛(wèi)星電文去掉，重新獲取載波，這一工作稱為重建載波。重建載波一般可采用兩種方法，一種是碼相關(guān)法，另一種是平方法。采用前者，用戶可同時(shí)提取測(cè)距信號(hào)和衛(wèi)星電文，但用戶必須知道測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)；采用后者，用戶無須掌握測(cè)距碼的結(jié)構(gòu)，但只能獲取載波信號(hào)而無法獲得測(cè)距碼和衛(wèi)星電文3、差分GPS定位第四節(jié) GPS導(dǎo)航定位誤差一、 與GPS衛(wèi)星有關(guān)的誤差 第一節(jié) 影響GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)的因素GPS外業(yè)涉及面很廣，因

12、而外業(yè)階段的技術(shù)設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)管理問題，經(jīng)綜合大致有以下一些因素應(yīng)加以考慮： (1)同測(cè)站有關(guān)的因素：網(wǎng)點(diǎn)密度；布網(wǎng)方案；時(shí)段分配、重復(fù)設(shè)站和重合點(diǎn)的設(shè)計(jì)； (2)同觀測(cè)衛(wèi)星有關(guān)的因素：觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)；衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量；圖形強(qiáng)度因子；衛(wèi)星高度角；星歷來源。 (3)同儀器有關(guān)的因素：接收機(jī)，用于精密相對(duì)定位時(shí)至少為兩臺(tái)；天線，若天線設(shè)計(jì)質(zhì)量和穩(wěn)定性欠佳，會(huì)帶來一系列的誤差；記錄設(shè)備，可以是盒式數(shù)據(jù)磁帶或軟磁盤。 (4)后勤面的因素：動(dòng)用接收機(jī)臺(tái)數(shù)及其來源和使用期間；測(cè)區(qū)內(nèi)各時(shí)段，機(jī)組的調(diào)度；其他外業(yè)裝備，主要是效能工具和通訊設(shè)備。 第二節(jié) GPS網(wǎng)的布設(shè)否則，需埋設(shè)方位樁，且用GPS聯(lián)測(cè)。（2）G

13、PS點(diǎn)間距離應(yīng)按規(guī)范要求設(shè)計(jì)，可考慮靈活變動(dòng)，以便于低等級(jí)控制點(diǎn)加密，小間中距相鄰點(diǎn)位應(yīng)進(jìn)行直接聯(lián)測(cè)。一、 WGS-84大地坐標(biāo)系二、 1954年北京坐標(biāo)系20世紀(jì)50年代，我國(guó)采用了克拉索夫斯基橢球參數(shù)，并與前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系進(jìn)行聯(lián)測(cè)，通過計(jì)算建立了我國(guó)大地坐標(biāo)系，定名為1954年北京坐標(biāo)系。其中高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面差距重新平差結(jié)果為依據(jù)，按我國(guó)的天文水準(zhǔn)路線傳算過來的。因此1954年北京坐標(biāo)系可以認(rèn)為是前蘇聯(lián)1942年坐標(biāo)系的延伸。它的原點(diǎn)不在北京，而在前蘇聯(lián)的普爾科沃，相應(yīng)的橢球?yàn)榭死鞣蛩够鶛E球。三、 1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系（5） 橢球定位參數(shù)以我國(guó)范圍內(nèi)高程異

14、常值平方和等于最小為條件解。四、 新1954年北京坐標(biāo)系1954年新北京坐標(biāo)系的成果，就是將1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系的空間直角坐標(biāo)經(jīng)三個(gè)平移參數(shù)平移變換至克拉索夫斯基橢球中心，就成了新北京坐標(biāo)系的成果。所以說，新北京坐標(biāo)系的成果實(shí)際上就是從1980年大地坐標(biāo)系整體平差成果轉(zhuǎn)換而來的。五、 GPS時(shí)間系統(tǒng)是GPS網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)實(shí)地定點(diǎn)、埋石GPS觀測(cè)計(jì)劃準(zhǔn)備基線向量解算數(shù)據(jù)傳輸野外定位觀測(cè)及記錄GPS網(wǎng)平差成果輸出打印質(zhì)量合格否 3、操作：按規(guī)定時(shí)間打開GPS接收機(jī)，輸入測(cè)站名，衛(wèi)星截止高度角，衛(wèi)星信號(hào)采樣間隔等。GPS接收機(jī)記錄的數(shù)據(jù)有：GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差參數(shù)；觀測(cè)歷元的時(shí)刻及偽距觀測(cè)值和

15、載波相位觀測(cè)值；GPS絕對(duì)定位結(jié)果；測(cè)站信息。圖4-4 GPS數(shù)據(jù)傳輸對(duì)話框二、 數(shù)據(jù)處理 307國(guó)道復(fù)線水峪-坡頭工程GPS導(dǎo)線控制網(wǎng)成果表點(diǎn)名點(diǎn)號(hào)X坐標(biāo)Y坐標(biāo)H高程備注柏山BAIS106333.354109156.840797.290高程已知點(diǎn)白泉BQOO105422.553105925.108728.836已知點(diǎn)鼻頭山BTSH105340.834115967.976931.500高程已知點(diǎn)馮家莊FJZB103189.618101694.541827.089已知點(diǎn)近井點(diǎn)JJDH104520.00396246.100841.140高程已知點(diǎn)馬家坡橋MJPQ100114.02693090.57

16、5755.524已知點(diǎn)南天之廟NTZM102562.21399051.339854.990已知點(diǎn)武校水準(zhǔn)點(diǎn)S001105287.037100584.442861.057水準(zhǔn)點(diǎn)辛興水準(zhǔn)點(diǎn)XXSZ99731.03892338.611761.936水準(zhǔn)點(diǎn)官溝BY01100610.35293895.111773.378官溝水池BY02101290.55794021.206835.260大垴梁BY03102091.43094374.352931.776前莊BY04103024.96895006.136887.044北頭咀BY05103956.83295248.780867.650大村北BY0610537

17、4.47796849.274907.482大村東BY07104835.34297907.185915.292漢河溝煤礦BY08104798.04299619.196942.201太行武校西BY09105301.647100308.655912.893硫酸廠南BY10105515.418101458.774884.233上煙西BY11105765.831102762.814817.250糧庫北BY12106189.256103841.354779.874林里BY13106500.198104786.474731.656白泉三岔口BY14106257.425105654.052726.563東梁莊

18、口BY15106055.835106942.544698.335道班東BY16106170.746107923.400699.340小河北BY17106782.919108959.612666.195大麥峪BY18107153.125110283.346649.374水峪BY19106936.382111498.874631.412疙套一號(hào)BY20107394.147112572.055627.587疙套二號(hào)BY21107478.195113260.430613.085巨城一號(hào)BY22107791.611113980.080607.724巨城二號(hào)BY23107463.623114702.197580.097 參考文獻(xiàn)致 謝經(jīng)過兩個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。本篇論文雖然凝聚著自己的汗水，但卻不是個(gè)人智慧的產(chǎn)品，沒有老師的指引和贈(zèng)予，沒同學(xué)們的幫助和支持，我在大學(xué)的學(xué)術(shù)成長(zhǎng)肯定會(huì)大打折扣。當(dāng)我打完畢業(yè)論文的最后一個(gè)字符，涌上心頭的不是長(zhǎng)途跋涉后抵達(dá)終點(diǎn)的欣喜，而是源自心底的誠摯謝意。我首先要感謝我的