GPS在施工過程中的運用培訓課件

全球定位系統(tǒng)

GPS基本原理以及在施工過程中的運用全球定位系統(tǒng)

GPS基本原理以及在施工過程中的運用內(nèi)容綱要一、GPS概況二、GPS系統(tǒng)組成三、GPS定位模式四、GPS靜態(tài)定位和RTK五、GPS應用六、常見問題內(nèi)容綱要一、GPS概況一、GPS概況一、GPS概況概述

GPS實際就是美國利用衛(wèi)星導航進行測時和測距,以構(gòu)成全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。是美國國防部主要為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設(shè)施進行高精度導航和定位的需要而建立的。自1973年美國軍方批準成立聯(lián)合計劃局開始GPS的研究工作到1993年系統(tǒng)建成,該工程歷時20年，耗資300億美元，成為繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的第三項龐大空間計劃。它從根本上解決了人類在地球上的導航和定位問題，在軍事和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。給導航和定位技術(shù)帶來了巨大的變化。概述 GPS實際就是美國利用衛(wèi)星導航進行測時和測距1、定位精度高應用實踐已經(jīng)證明，單點定位（導航）2-6米，靜態(tài)相對測量（大地測量）10-6-10-9，GPS相對定位精度在50KM以內(nèi)可達10-6，100-500KM可達10-7，1000KM可達10-9。在300-1500m工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，動態(tài)可達厘米級。2、功能多、應用廣GPS系統(tǒng)具有很多功能，提供多種結(jié)果供使用，不僅可用于導航、測量、授時、測圖等，還可用于測速、測時。3、觀測簡便，觀測時間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15KM以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。減少野外工作時間和勞動強度GPS測量的優(yōu)勢（一）1、定位精度高GPS測量的優(yōu)勢（一）GPS測量的優(yōu)勢（二）

5、可提供三維坐標經(jīng)典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測。GPS可同時精確測定測站點的三維坐標。目前GPS水準可滿足四等水準測量的精度。6、GPS設(shè)備操作簡便、重量輕、體積小、耗電省隨著GPS接收機不斷改進，自動化程度越來越高，有的已達“傻瓜化”的程度；接收機的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動強度。使野外工作變得輕松愉快。4、測站間無須通視GPS測量的優(yōu)勢（二）4、測站間無須通視GPS測量的優(yōu)勢（二）7、全天候作業(yè)

目前GPS觀測可在一天24小時內(nèi)的任何時間進行,不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等天氣的影響。GPS測量的優(yōu)勢（二）7、全天候作業(yè)GPS的特點：精度更高的定位系統(tǒng)由美國國防部發(fā)展與維護基于衛(wèi)星的空間定位使用時某些精度受到美國國會相關(guān)法規(guī)限制信號開放使用不受限制GPS的特點：精度更高的定位系統(tǒng)其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)國際民航組織（ICAO)的GNSS俄羅斯的GLONASS歐洲空間局的Galileo（伽利略）系統(tǒng)中國的北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)國際民航組織（ICAO)的GNSS二、GPS系統(tǒng)組成二、GPS系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)的組成GPS由三個獨立的部分組成：

空間部分：30顆衛(wèi)星。

地面控制系統(tǒng)：1個主控站，4個注入站，6個監(jiān)測站。

用戶設(shè)備部分：接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，以獲得必要的導航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導航和定位工作。GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。GPS系統(tǒng)的組成GPS由三個獨立的部分組成：

1、空間部分－GPS星座GPS的空間部分是由24顆GPS工作衛(wèi)星所組成的。24顆衛(wèi)星分布在6個傾角為55°的近圓軌道上繞地球運行，軌道間交角60°。衛(wèi)星距地面20200km。衛(wèi)星的運行周期約為11h58min恒星時，人們每天提前4分鐘見到同一顆衛(wèi)星。目前可用的衛(wèi)星通常有30顆之多。5個多小時出現(xiàn)在地平線以上（每顆星）衛(wèi)星重464千克，主體呈圓形，直徑1.5米。1、空間部分－GPS星座GPS的空間部分是由24顆GPSGPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星的作用發(fā)送衛(wèi)星定位信號發(fā)送測距碼：載波（L1和L2)、C/A-碼和P-碼(偽隨機噪聲碼）發(fā)送衛(wèi)星星歷參數(shù)：廣播星歷（計算衛(wèi)星位置）和概略星歷（衛(wèi)星位置預報）發(fā)送鐘差改正參數(shù)發(fā)送電離層和對流層改正參數(shù)發(fā)送導航定位信號，并用導航電文報告自己的位置以及其它在軌衛(wèi)星的位置接收地面注入站發(fā)送到衛(wèi)星的導航電文和其它信息，并通過GPS信號發(fā)送給用戶接收地面主控站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度指令。其他（監(jiān)測核試驗L3和軍事用途L4)GPS衛(wèi)星的作用發(fā)送衛(wèi)星定位信號2、地面控制系統(tǒng)地面監(jiān)控部分主要由1個主控站（MasterControlStation，簡稱MCS）、4個地面天線站（GroundAntenna）和6個監(jiān)測站（MonitorStation）組成。主控站位于美國科羅拉多州的謝里佛爾空軍基地，是整個地面監(jiān)控系統(tǒng)的管理中心和技術(shù)中心。另外還有一個位于馬里蘭州蓋茨堡的備用主控站，在發(fā)生緊急情況時啟用。2、地面控制系統(tǒng)地面監(jiān)控部分主要由1個主控站（Mast注入站目前有4個，分別位于南太平洋馬紹爾群島的瓜加林環(huán)礁，大西洋上英國屬地阿森松島，英屬印度洋領(lǐng)地的迪戈加西亞島和位于美國本土科羅拉多州的科羅拉多斯普林斯。注入站的作用是把主控站計算得到的衛(wèi)星星歷、導航電文等信息注入到相應的衛(wèi)星。注入站同時也是監(jiān)測站，另外還有位于夏威夷和卡納維拉爾角2處監(jiān)測站，故監(jiān)測站目前有6個。監(jiān)測站的主要作用是采集GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)和當?shù)氐沫h(huán)境數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給主控站。注入站目前有4個，分別位于南太平洋馬紹爾群島的瓜加林環(huán)礁，大3、用戶部分GPS的用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應的用戶設(shè)備如計算機等組成。作用是接收GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號，利用這些信號進行導航定位等工作。3、用戶部分GPS的用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件用戶接收機接收機功能：接收GPS衛(wèi)星信號并測定衛(wèi)星至地面站的距離接收衛(wèi)星發(fā)送的導航電文，獲得衛(wèi)星星歷、鐘差改正等參數(shù)計算觀測瞬間的衛(wèi)星位置、求解接收機位置接收機構(gòu)成：天線和前置放大器跟蹤和接收單元（鎖相環(huán)）處理和計算單元存儲單元控制和顯示單元電源單元用戶接收機接收機功能：用戶接收機部分基本部分：GPS接收機、GPS天線輔助部分：電源,固定和對中裝置等你的位置：37o23.323’N122o02.162’W用戶接收機部分基本部分：GPS接收機、GPS天線輔助部分：電GPS接收機捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收GPS信號并將它變換、放大和處理，測量信號傳播時間進以計算三維坐標甚至速度、時間接收機不僅需要機內(nèi)軟件，還需要GPS數(shù)據(jù)后處理軟件包才完整按接收的載波頻率類別多少，分為單頻（L1）和雙頻（L1、L2）GPS接收機捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收GPS信號并將它變換、放大和GPS坐標系WGS-84：a=6378137m，f=1/298.257223563aba=長半軸b=短半軸balfH橢球模型GPS坐標系WGS-84：a=6378137m，f=1/29三、GPS定位模式s1s2s3s4三、GPS定位模式s1s2s3s4GPS定位模式C/A碼單點定位15--25米（5.7M)P-碼單點定位1--3米偽距實時差分(RTD)亞米級載波相位實時差分(RTK)厘米級靜態(tài)相對定位毫米-厘米級快速靜態(tài)定位厘米級相對動態(tài)定位（后處理）厘米-分米級GPS定位模式C/A碼單點定位15點位測定原理衛(wèi)星可被看作是在固定的軌道上運動空中觀測目標每顆衛(wèi)星播發(fā)獨立的時間碼進行距離測量常規(guī)GPS接收儀內(nèi)置較為廉價的鐘，這些鐘的計時精度比衛(wèi)星上內(nèi)置鐘的精度低得多無線電電波以光速傳播(距離=光速x時間)設(shè)想一下接收儀上鐘的誤差對距離測定的影響1/10秒的測時誤差將引起30,000Km的距離誤差1/1,000,000秒的測時誤差將引起300m的距離誤差點位測定原理衛(wèi)星可被看作是在固4段距離解決了緯度，經(jīng)度，高程和時間四個未知數(shù)這就類似于測邊交會問題的解決原理點位確定4段距離解決了緯度，經(jīng)度，高程和時

點位測定

精度10-30m單機定位用于導航，其定位精度大約在10到30m左右點位測定精度10-30m單機定

差分定位技術(shù)在測定流動站的座標時與之相關(guān)聯(lián)的參考站的設(shè)置是必須的參考站(A)的座標須已知衛(wèi)星必須同時被跟蹤差分定位削減衛(wèi)星及接收儀鐘的誤差影響大氣影響削減至最小精度達0.5cm-5mBaselineVectorBA差分定位技術(shù)在測定流動站的座偽距差分測量精度可達0.5m-5m此種測量形式一般稱為DGPS基線向量差分定位技術(shù)BA偽距差分測量精度可達0.5m-5如果使用載波差分或同時使用載波差分及偽距差分則定位精度可達5-10mm+1ppm基線向量差分定位技術(shù)BA如果使用載波差分或同時使用載波四、GPS靜態(tài)定位和RTK四、GPS靜態(tài)定位和RTKGPS定位的基本原理是根據(jù)幾何與物理的一些基本原理，利用空間分布的衛(wèi)星及其與地面點間距離來交會出地面點位置，從測量的角度來說，它與測距后方交會法相似。為了減少衛(wèi)星本身及信號傳播過程產(chǎn)生的各種誤差、克服美國的限制政策，人們經(jīng)過多年研究和實踐，總結(jié)出多種不同用途、不同精度的定位技術(shù)和方法，在工程施工中應用較多的主要是靜態(tài)相對定位（載波相位靜態(tài)相對定位）和實時動態(tài)相對定位（RTK）兩種。GPS定位的基本原理是根據(jù)幾何與物理的一些基本原理，靜態(tài)相對定位技術(shù)在工程施工控制網(wǎng)中的應用

工程設(shè)計控制網(wǎng)，尤其是鐵路工程大多采用整體線路控制網(wǎng)，橋隧沒有單獨作測量設(shè)計，這給我們布設(shè)橋隧施工控制網(wǎng)帶來很多不便，最大的問題就是缺少高等級控制點，且又必須保證線路前后銜接平順。為滿足施工要求，我們需要根據(jù)標段內(nèi)的地形、結(jié)構(gòu)物等一系列因素增設(shè)控制加密點以及控制性工程（特大橋、長大隧道）的獨立控制網(wǎng)，這就應用到了靜態(tài)相對定位技術(shù)，兩臺或兩臺以上的接收機分別安置在一條基線或數(shù)條基線的端點，同步觀測45min以上，測量精度和可靠性非常高（可達5mm＋1ppm）。靜態(tài)相對定位技術(shù)在工程施工控制網(wǎng)中的應用

工程設(shè)計控靜態(tài)相對定位技術(shù)解決方案1、準備工作文件整理：包括收集規(guī)范、設(shè)計文件等資料，用GPS接收機測量測區(qū)概略的地理坐標（經(jīng)緯度），并接收最新的星歷文件，檢查接收機狀態(tài)。人員及設(shè)備配置：橋隧工程施工GPS控制網(wǎng)一般應由三角形或四邊形構(gòu)成，因此，接收機的數(shù)量一般為3～6臺套，且采用雙頻接收機；根據(jù)儀器配置，安排足夠的技術(shù)人員及通勤車輛。一般每臺套接收機配置1名技術(shù)人員，地形條件差的地方根據(jù)需要適當增加技術(shù)人員；為加快進度，保證配備2輛專門的通勤車輛。靜態(tài)相對定位技術(shù)解決方案1、準備工作2、布網(wǎng)方案工程施工控制網(wǎng)的精度和可靠性要求高，因此，GPS控制網(wǎng)的圖形多采用邊連式或網(wǎng)連式；控制網(wǎng)精度等級一般采用C級，隧道長度超過6km應采用B級。GPS測量對控制網(wǎng)圖形強度沒有特別要求，但宜避免連續(xù)幾個點接近于成一條直線，尤其是位于長大直線段的橋梁工程控制網(wǎng)。線路、橋梁控制網(wǎng)每1～2km布設(shè)一對控制點，兩點間距離盡量控制在300～500m。隧道則在每個洞口布設(shè)3個以上的控制點，并盡可能相互通視。為了保證橋隧軸線與設(shè)計位置相吻合，并與相鄰構(gòu)筑物銜接平順，應盡量采用設(shè)計控制點，并向相鄰標段延伸兩個控制點，且距離不短于500m。注意事項2、布網(wǎng)方案GPS測量對控制網(wǎng)圖形強度沒有特別要求，但

3、選點及埋樁

所有控制點應滿足GPS觀測要求且相鄰兩點需要通視，便于施工放樣或常規(guī)測量聯(lián)測、擴展，點位埋設(shè)要求穩(wěn)定、堅固。3、選點及埋樁4、編制觀測計劃為了保證觀測作業(yè)高效、有序、結(jié)果準確可靠，減少返工，在外業(yè)觀測前應制定周密的計劃。編制依據(jù)：控制網(wǎng)的精度、衛(wèi)星星歷文件（不得超過20天）、接收機數(shù)量以及交通狀況。確定最佳觀測時段：首先設(shè)置測區(qū)地理位置和衛(wèi)星高度角，選擇衛(wèi)星多于5顆且分布均勻、衛(wèi)星的幾何圖形強度PDOP值小于6的時段。編制內(nèi)容：包括測量順序及時間、人員分工等。4、編制觀測計劃5、外業(yè)測量

觀測應符合規(guī)定的基本技術(shù)要求（時段長、采樣間隔、重復設(shè)站數(shù)等），并嚴格遵照儀器操作規(guī)程、按制定的計劃實施。作業(yè)過程中應指定一人擔任總調(diào)度，以便根據(jù)情況及時調(diào)整觀測計劃。

作業(yè)中應特別注意：線纜連接牢靠、天線整平置中（對中誤差小于1mm、三方向天線高互差小于3mm）、點名核對正確、電池電量充足，避免遮擋或振動天線、防雷電、不在附近使用對講機等無線電設(shè)備，密切監(jiān)視接收機狀態(tài)。5、外業(yè)測量GPS在施工過程中的運用培訓6、數(shù)據(jù)預處理

主要任務(wù)是檢查外業(yè)記錄填寫是否完整、是否按計劃完成、有無漏測、原始數(shù)據(jù)上傳至電腦后處理軟件，同時輸入點名和天線高，方便后期數(shù)據(jù)處理。

當有不同類型的接收機同步作業(yè)時，可將每臺接收機接收的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準格式后，用統(tǒng)一的基線解算軟件進行解算；也可以分別進行基線解算后再導入到同一平差軟件進行平差。6、數(shù)據(jù)預處理7、基線解算首先設(shè)置基線處理形式（衛(wèi)星高度角、電離層改正方式、對流層改正模型等）；然后進行解算，檢查基線質(zhì)量控制參數(shù)（比率Ratio、參考變量、均方根RMS）、有效同步衛(wèi)星數(shù)及同步時長、殘差是否滿足要求，如不滿足，則通過調(diào)整衛(wèi)星高度角或?qū)πl(wèi)星信號進行刪減等手段使基線解算結(jié)果滿足要求；最后導出合格的基線解算結(jié)果。

用單點定位計算各測站的近似坐標三差分計算

未知量:X、Y、Z精度:米級浮動雙差分

未知量:X、Y、Z、N1、N2…Nn-1精度:20厘米級固定雙差分未知量:X、Y、Z精度:毫米-厘米級靜態(tài)相對定位基線解算步驟7、基線解算用單點定位計算各測站的近似坐標靜態(tài)相對定位基8、三維無約束平差在數(shù)據(jù)后處理軟件中，設(shè)置（輸入）控制網(wǎng)等級、測區(qū)平均經(jīng)緯度、大地高、起算點三維坐標等，然后進行平差，檢查重復基線差、環(huán)閉合差等是否滿足要求。9、二維約束平差輸入已知點坐標（施工坐標系中的坐標）和方位角、已知邊長等約束條件，進行約束平差（一點一方向或二維聯(lián)合平差），檢查最弱點、最弱邊、誤差橢圓等是否滿足測量設(shè)計要求。10、成果整理、形成完整的報告，上報監(jiān)理及業(yè)主審批。8、三維無約束平差RTK測量的概念基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電傳送給運動中的流動站，流動站接收后將載波相位觀測值實時進行差分處理得到兩站相對坐標；加上基準站坐標得出流動站W(wǎng)GS－84坐標通過轉(zhuǎn)換參數(shù)求出當?shù)刈鴺讼迪碌娜S坐標RTK測量的概念基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測GPS在施工過程中的運用培訓RTK點位選擇基準站上空開闊，以保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤和衛(wèi)星信號的質(zhì)量基準站周圍200m內(nèi)無大功率無線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線，減少電磁波對衛(wèi)星信號的干擾基準站遠離高層建筑、大片水域等，減少多路徑影響基準站應該交通便利、易于保存RTK點位選擇基準站上空開闊，以保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤和衛(wèi)星信GPS在施工過程中的運用培訓采用RTK技術(shù)進行道路紅線征地及中樁測量放樣1、將首級控制點的坐標（WGS-84坐標和施工坐標系坐標）導入到手簿，執(zhí)行點校正；2、將線路平面曲線資料輸入到手簿中；3、選擇首級控制點（最好是參加點校正的點）架設(shè)基準站、啟動電臺，流動站在電臺作用范圍內(nèi)進行放樣、測量中樁及征地紅線等。

RTK技術(shù)的優(yōu)點：1～2人即可作業(yè)，而且實時顯示測點坐標、偏差及精度，測量、定位速度快（即時顯示坐標及偏差，測量中樁高程約3s。）。采用RTK技術(shù)進行道路紅線征地及中樁測量放樣1、將首級控制點五、GPS應用五、GPS應用GPS給多種行業(yè)帶來了革命性的技術(shù)變革導航--精度大大提高、實時性和全天候、車輛實時管理調(diào)度授時校頻--穩(wěn)定度相當于銫鐘測量應用三維定位一次完成全球統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)作業(yè)效率提高、勞動強度大大減輕可完成常規(guī)方法不能完成的任務(wù)全天候、實時、高精度、高動態(tài)軍事應用-沙漠風暴取得成功最重要的技術(shù)、彈道測定、炮兵定位、姿態(tài)測定……GPS給多種行業(yè)帶來了革命性的技術(shù)變革導航--精度大大提高、

用常規(guī)的測圖方法（如用全站儀）通常是先布設(shè)控制網(wǎng)點，這種控制網(wǎng)一般是在國家高等級控制網(wǎng)點的基礎(chǔ)上加密次級控制網(wǎng)點。最后依據(jù)加密的控制點和圖根控制點，測定地物點和地形點在圖上的位置并按照一定的規(guī)律和符號繪制成平面圖。

GPS新技術(shù)的出現(xiàn)，可以高精度并快速地測定各級控制點的坐標。特別是應用RTK新技術(shù)，甚至可以不布設(shè)各級控制點，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準控制點，便可以高精度并快速地測定界址點、地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件可以在野外一次測繪成電子地圖，然后通過計算機和繪圖儀、打印機輸出各種比例尺的圖件。應用RTK技術(shù)進行定位時要求基準站接收機實時地把觀測數(shù)據(jù)（如偽距或相位觀測值）及已知數(shù)據(jù)（如基準站點坐標）實時傳輸給流動站GPS接收機，流動站快速求解整周模糊度，在觀測到四顆衛(wèi)星后，可以實時地求解出厘米級的流動站動態(tài)位置。這比GPS靜態(tài)、快速靜態(tài)定位需要事后進行處理來說，其定位效率會大大提高。故RTK技術(shù)一出現(xiàn)，其在測量中的應用立刻受到人們的重視和青睞。

GPS在地形、地籍及房地產(chǎn)測量中的應用GPS在地形、地籍及房地產(chǎn)測量中的應用GPS在施工過程中的運用培訓GPS在施工過程中的運用培訓GPS在航海航空導航中的應用

GPS航海導航應用若按照航路類型劃分、GPS航海導航可以分為五大類：遠洋導航；海岸導航；港口導航；內(nèi)河導航；湖泊導航。

GPS航空導航應用洋區(qū)空域航路內(nèi)陸空域航路終端區(qū)導引進場/著陸機場場面監(jiān)視和管理特殊區(qū)域?qū)Ш剑甾r(nóng)業(yè)、林業(yè)等。

GPS在航海航空導航中的應用

GPS在海洋測繪中的應用

海洋測繪主要包括海上定位、海洋大地測量和水下地形測量。海上定位通常指在海上確定船位的工作。主要用于艦船導航，同時又是海洋大地測量不可缺少的工作。海洋大地測量主要包括在海洋范圍內(nèi)布設(shè)大地控制網(wǎng)，進行海洋重力測量。在此基礎(chǔ)上進行水下地形測量，測繪水下地形圖，測定海洋大地水準面。此外海洋測繪的工作還包括海洋劃界、航道測量以及海洋資源勘探與開采（如海洋漁業(yè)、海上石油工業(yè)、大陸架以及專屬經(jīng)濟區(qū)的開發(fā)）、海底管道的敷設(shè)、近海工程（如海港工程等）、打撈、疏浚等海洋工程測量、平均海面測量、海面地形測量以外，還有海流、海面變化、板快運動以及海嘯等測量。

GPS在海洋測繪中的應用GPS在施工過程中的運用培訓

GPS在航空攝影測量中的應用近年來，GPS動態(tài)定位技術(shù)的飛速發(fā)展導致了GPS輔助航空攝影測量技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。從根本上解決常規(guī)方法“第一年航空攝影，第二年野外控制聯(lián)測，第三年航測成圖”的作業(yè)周期長，成本高的缺點目前該技術(shù)已進入實用階段，在國際和國內(nèi)已用于大規(guī)模的航空攝影測量生產(chǎn)。實際表明該技術(shù)可以極大地減少地面控制點得數(shù)目，縮短成圖周期，降低成本。GPS在航空攝影測量中的應用GPS在施工過程中的運用培訓GPS在公安、交通系統(tǒng)中的應用

1、車輛GPS定位與無線通信系統(tǒng)相結(jié)合的指揮管理系統(tǒng)；

2、應用GPS差分技術(shù)的指揮管理系統(tǒng)。GPS在公安、交通系統(tǒng)中的應用GPS在軍事領(lǐng)域的應用手持機在軍隊領(lǐng)域的應用GPS在基地的應用導彈跟蹤測量中、低軌衛(wèi)星的軌道測量航天器的軌道測量及返回控制航天器的交會對接靶場多目標測量大地精確位置確定測量設(shè)備的精度鑒定高精度的時頻基準高精度測量數(shù)據(jù)的電離數(shù)據(jù)的電離誤差校正常規(guī)武器和電子靶場GPS在軍事領(lǐng)域的應用GPS在其他領(lǐng)域中的應用

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應用林業(yè)管理方面的應用旅游及野外考察中的應用

GPS在其他領(lǐng)域中的應用六、常見問題六、常見問題1、儀器選型問題。接收機型號、生產(chǎn)廠家眾多，精度和基本功能相似，但穩(wěn)定性、抗干擾能力、接收和處理信號能力、困難條件下跟蹤能力、初始化速度相差很大，尤其是RTK作業(yè)。用于工程施工測量尤其是橋隧控制測量的儀器，穩(wěn)定和可靠性壓倒一切，因此，應多渠道、全方位調(diào)查、了解，并盡可能通過實測檢驗。2、布網(wǎng)問題?？刂凭W(wǎng)應采用邊連式和網(wǎng)連式，長大隧道進、出口間控制點聯(lián)接方式最好采用網(wǎng)連式，以增加檢核條件，提高可靠性。3、觀測時段選擇。實施外業(yè)觀測前應收集最新的衛(wèi)星星歷，選擇衛(wèi)星數(shù)大于5，且PDOP值小于8（B級網(wǎng)應小于6）的時段安排觀測。1、儀器選型問題。接收機型號、生產(chǎn)廠家眾多，精度和基本功GPS主要誤差源

觀測噪聲:多路徑效應,接收機內(nèi)部噪聲,相位中心偏差接收機鐘差和鐘漂電離層延遲(50km--1000km),對流層延遲(50km以內(nèi))軌道誤差衛(wèi)星鐘差

GPS主要誤差源觀測噪聲:多路徑效應,接收機內(nèi)部謝謝!謝謝!演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！全球定位系統(tǒng)

GPS基本原理以及在施工過程中的運用全球定位系統(tǒng)

GPS基本原理以及在施工過程中的運用內(nèi)容綱要一、GPS概況二、GPS系統(tǒng)組成三、GPS定位模式四、GPS靜態(tài)定位和RTK五、GPS應用六、常見問題內(nèi)容綱要一、GPS概況一、GPS概況一、GPS概況概述

GPS實際就是美國利用衛(wèi)星導航進行測時和測距,以構(gòu)成全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。是美國國防部主要為滿足軍事部門對海上、陸地和空中設(shè)施進行高精度導航和定位的需要而建立的。自1973年美國軍方批準成立聯(lián)合計劃局開始GPS的研究工作到1993年系統(tǒng)建成,該工程歷時20年，耗資300億美元，成為繼阿波羅登月計劃和航天飛機計劃之后的第三項龐大空間計劃。它從根本上解決了人類在地球上的導航和定位問題，在軍事和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。給導航和定位技術(shù)帶來了巨大的變化。概述 GPS實際就是美國利用衛(wèi)星導航進行測時和測距1、定位精度高應用實踐已經(jīng)證明，單點定位（導航）2-6米，靜態(tài)相對測量（大地測量）10-6-10-9，GPS相對定位精度在50KM以內(nèi)可達10-6，100-500KM可達10-7，1000KM可達10-9。在300-1500m工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，動態(tài)可達厘米級。2、功能多、應用廣GPS系統(tǒng)具有很多功能，提供多種結(jié)果供使用，不僅可用于導航、測量、授時、測圖等，還可用于測速、測時。3、觀測簡便，觀測時間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15KM以內(nèi)時，流動站觀測時間只需1-2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。減少野外工作時間和勞動強度GPS測量的優(yōu)勢（一）1、定位精度高GPS測量的優(yōu)勢（一）GPS測量的優(yōu)勢（二）

5、可提供三維坐標經(jīng)典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測。GPS可同時精確測定測站點的三維坐標。目前GPS水準可滿足四等水準測量的精度。6、GPS設(shè)備操作簡便、重量輕、體積小、耗電省隨著GPS接收機不斷改進，自動化程度越來越高，有的已達“傻瓜化”的程度；接收機的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動強度。使野外工作變得輕松愉快。4、測站間無須通視GPS測量的優(yōu)勢（二）4、測站間無須通視GPS測量的優(yōu)勢（二）7、全天候作業(yè)

目前GPS觀測可在一天24小時內(nèi)的任何時間進行,不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等天氣的影響。GPS測量的優(yōu)勢（二）7、全天候作業(yè)GPS的特點：精度更高的定位系統(tǒng)由美國國防部發(fā)展與維護基于衛(wèi)星的空間定位使用時某些精度受到美國國會相關(guān)法規(guī)限制信號開放使用不受限制GPS的特點：精度更高的定位系統(tǒng)其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)國際民航組織（ICAO)的GNSS俄羅斯的GLONASS歐洲空間局的Galileo（伽利略）系統(tǒng)中國的北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)其他衛(wèi)星定位系統(tǒng)國際民航組織（ICAO)的GNSS二、GPS系統(tǒng)組成二、GPS系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)的組成GPS由三個獨立的部分組成：

空間部分：30顆衛(wèi)星。

地面控制系統(tǒng)：1個主控站，4個注入站，6個監(jiān)測站。

用戶設(shè)備部分：接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，以獲得必要的導航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導航和定位工作。GPS接收機硬件一般由主機、天線和電源組成。GPS系統(tǒng)的組成GPS由三個獨立的部分組成：

1、空間部分－GPS星座GPS的空間部分是由24顆GPS工作衛(wèi)星所組成的。24顆衛(wèi)星分布在6個傾角為55°的近圓軌道上繞地球運行，軌道間交角60°。衛(wèi)星距地面20200km。衛(wèi)星的運行周期約為11h58min恒星時，人們每天提前4分鐘見到同一顆衛(wèi)星。目前可用的衛(wèi)星通常有30顆之多。5個多小時出現(xiàn)在地平線以上（每顆星）衛(wèi)星重464千克，主體呈圓形，直徑1.5米。1、空間部分－GPS星座GPS的空間部分是由24顆GPSGPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星的作用發(fā)送衛(wèi)星定位信號發(fā)送測距碼：載波（L1和L2)、C/A-碼和P-碼(偽隨機噪聲碼）發(fā)送衛(wèi)星星歷參數(shù)：廣播星歷（計算衛(wèi)星位置）和概略星歷（衛(wèi)星位置預報）發(fā)送鐘差改正參數(shù)發(fā)送電離層和對流層改正參數(shù)發(fā)送導航定位信號，并用導航電文報告自己的位置以及其它在軌衛(wèi)星的位置接收地面注入站發(fā)送到衛(wèi)星的導航電文和其它信息，并通過GPS信號發(fā)送給用戶接收地面主控站發(fā)送到衛(wèi)星的調(diào)度指令。其他（監(jiān)測核試驗L3和軍事用途L4)GPS衛(wèi)星的作用發(fā)送衛(wèi)星定位信號2、地面控制系統(tǒng)地面監(jiān)控部分主要由1個主控站（MasterControlStation，簡稱MCS）、4個地面天線站（GroundAntenna）和6個監(jiān)測站（MonitorStation）組成。主控站位于美國科羅拉多州的謝里佛爾空軍基地，是整個地面監(jiān)控系統(tǒng)的管理中心和技術(shù)中心。另外還有一個位于馬里蘭州蓋茨堡的備用主控站，在發(fā)生緊急情況時啟用。2、地面控制系統(tǒng)地面監(jiān)控部分主要由1個主控站（Mast注入站目前有4個，分別位于南太平洋馬紹爾群島的瓜加林環(huán)礁，大西洋上英國屬地阿森松島，英屬印度洋領(lǐng)地的迪戈加西亞島和位于美國本土科羅拉多州的科羅拉多斯普林斯。注入站的作用是把主控站計算得到的衛(wèi)星星歷、導航電文等信息注入到相應的衛(wèi)星。注入站同時也是監(jiān)測站，另外還有位于夏威夷和卡納維拉爾角2處監(jiān)測站，故監(jiān)測站目前有6個。監(jiān)測站的主要作用是采集GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)和當?shù)氐沫h(huán)境數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給主控站。注入站目前有4個，分別位于南太平洋馬紹爾群島的瓜加林環(huán)礁，大3、用戶部分GPS的用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件及相應的用戶設(shè)備如計算機等組成。作用是接收GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號，利用這些信號進行導航定位等工作。3、用戶部分GPS的用戶部分由GPS接收機、數(shù)據(jù)處理軟件用戶接收機接收機功能：接收GPS衛(wèi)星信號并測定衛(wèi)星至地面站的距離接收衛(wèi)星發(fā)送的導航電文，獲得衛(wèi)星星歷、鐘差改正等參數(shù)計算觀測瞬間的衛(wèi)星位置、求解接收機位置接收機構(gòu)成：天線和前置放大器跟蹤和接收單元（鎖相環(huán)）處理和計算單元存儲單元控制和顯示單元電源單元用戶接收機接收機功能：用戶接收機部分基本部分：GPS接收機、GPS天線輔助部分：電源,固定和對中裝置等你的位置：37o23.323’N122o02.162’W用戶接收機部分基本部分：GPS接收機、GPS天線輔助部分：電GPS接收機捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收GPS信號并將它變換、放大和處理，測量信號傳播時間進以計算三維坐標甚至速度、時間接收機不僅需要機內(nèi)軟件，還需要GPS數(shù)據(jù)后處理軟件包才完整按接收的載波頻率類別多少，分為單頻（L1）和雙頻（L1、L2）GPS接收機捕獲、跟蹤衛(wèi)星，接收GPS信號并將它變換、放大和GPS坐標系WGS-84：a=6378137m，f=1/298.257223563aba=長半軸b=短半軸balfH橢球模型GPS坐標系WGS-84：a=6378137m，f=1/29三、GPS定位模式s1s2s3s4三、GPS定位模式s1s2s3s4GPS定位模式C/A碼單點定位15--25米（5.7M)P-碼單點定位1--3米偽距實時差分(RTD)亞米級載波相位實時差分(RTK)厘米級靜態(tài)相對定位毫米-厘米級快速靜態(tài)定位厘米級相對動態(tài)定位（后處理）厘米-分米級GPS定位模式C/A碼單點定位15點位測定原理衛(wèi)星可被看作是在固定的軌道上運動空中觀測目標每顆衛(wèi)星播發(fā)獨立的時間碼進行距離測量常規(guī)GPS接收儀內(nèi)置較為廉價的鐘，這些鐘的計時精度比衛(wèi)星上內(nèi)置鐘的精度低得多無線電電波以光速傳播(距離=光速x時間)設(shè)想一下接收儀上鐘的誤差對距離測定的影響1/10秒的測時誤差將引起30,000Km的距離誤差1/1,000,000秒的測時誤差將引起300m的距離誤差點位測定原理衛(wèi)星可被看作是在固4段距離解決了緯度，經(jīng)度，高程和時間四個未知數(shù)這就類似于測邊交會問題的解決原理點位確定4段距離解決了緯度，經(jīng)度，高程和時

點位測定

精度10-30m單機定位用于導航，其定位精度大約在10到30m左右點位測定精度10-30m單機定

差分定位技術(shù)在測定流動站的座標時與之相關(guān)聯(lián)的參考站的設(shè)置是必須的參考站(A)的座標須已知衛(wèi)星必須同時被跟蹤差分定位削減衛(wèi)星及接收儀鐘的誤差影響大氣影響削減至最小精度達0.5cm-5mBaselineVectorBA差分定位技術(shù)在測定流動站的座偽距差分測量精度可達0.5m-5m此種測量形式一般稱為DGPS基線向量差分定位技術(shù)BA偽距差分測量精度可達0.5m-5如果使用載波差分或同時使用載波差分及偽距差分則定位精度可達5-10mm+1ppm基線向量差分定位技術(shù)BA如果使用載波差分或同時使用載波四、GPS靜態(tài)定位和RTK四、GPS靜態(tài)定位和RTKGPS定位的基本原理是根據(jù)幾何與物理的一些基本原理，利用空間分布的衛(wèi)星及其與地面點間距離來交會出地面點位置，從測量的角度來說，它與測距后方交會法相似。為了減少衛(wèi)星本身及信號傳播過程產(chǎn)生的各種誤差、克服美國的限制政策，人們經(jīng)過多年研究和實踐，總結(jié)出多種不同用途、不同精度的定位技術(shù)和方法，在工程施工中應用較多的主要是靜態(tài)相對定位（載波相位靜態(tài)相對定位）和實時動態(tài)相對定位（RTK）兩種。GPS定位的基本原理是根據(jù)幾何與物理的一些基本原理，靜態(tài)相對定位技術(shù)在工程施工控制網(wǎng)中的應用

工程設(shè)計控制網(wǎng)，尤其是鐵路工程大多采用整體線路控制網(wǎng)，橋隧沒有單獨作測量設(shè)計，這給我們布設(shè)橋隧施工控制網(wǎng)帶來很多不便，最大的問題就是缺少高等級控制點，且又必須保證線路前后銜接平順。為滿足施工要求，我們需要根據(jù)標段內(nèi)的地形、結(jié)構(gòu)物等一系列因素增設(shè)控制加密點以及控制性工程（特大橋、長大隧道）的獨立控制網(wǎng)，這就應用到了靜態(tài)相對定位技術(shù)，兩臺或兩臺以上的接收機分別安置在一條基線或數(shù)條基線的端點，同步觀測45min以上，測量精度和可靠性非常高（可達5mm＋1ppm）。靜態(tài)相對定位技術(shù)在工程施工控制網(wǎng)中的應用

工程設(shè)計控靜態(tài)相對定位技術(shù)解決方案1、準備工作文件整理：包括收集規(guī)范、設(shè)計文件等資料，用GPS接收機測量測區(qū)概略的地理坐標（經(jīng)緯度），并接收最新的星歷文件，檢查接收機狀態(tài)。人員及設(shè)備配置：橋隧工程施工GPS控制網(wǎng)一般應由三角形或四邊形構(gòu)成，因此，接收機的數(shù)量一般為3～6臺套，且采用雙頻接收機；根據(jù)儀器配置，安排足夠的技術(shù)人員及通勤車輛。一般每臺套接收機配置1名技術(shù)人員，地形條件差的地方根據(jù)需要適當增加技術(shù)人員；為加快進度，保證配備2輛專門的通勤車輛。靜態(tài)相對定位技術(shù)解決方案1、準備工作2、布網(wǎng)方案工程施工控制網(wǎng)的精度和可靠性要求高，因此，GPS控制網(wǎng)的圖形多采用邊連式或網(wǎng)連式；控制網(wǎng)精度等級一般采用C級，隧道長度超過6km應采用B級。GPS測量對控制網(wǎng)圖形強度沒有特別要求，但宜避免連續(xù)幾個點接近于成一條直線，尤其是位于長大直線段的橋梁工程控制網(wǎng)。線路、橋梁控制網(wǎng)每1～2km布設(shè)一對控制點，兩點間距離盡量控制在300～500m。隧道則在每個洞口布設(shè)3個以上的控制點，并盡可能相互通視。為了保證橋隧軸線與設(shè)計位置相吻合，并與相鄰構(gòu)筑物銜接平順，應盡量采用設(shè)計控制點，并向相鄰標段延伸兩個控制點，且距離不短于500m。注意事項2、布網(wǎng)方案GPS測量對控制網(wǎng)圖形強度沒有特別要求，但

3、選點及埋樁

所有控制點應滿足GPS觀測要求且相鄰兩點需要通視，便于施工放樣或常規(guī)測量聯(lián)測、擴展，點位埋設(shè)要求穩(wěn)定、堅固。3、選點及埋樁4、編制觀測計劃為了保證觀測作業(yè)高效、有序、結(jié)果準確可靠，減少返工，在外業(yè)觀測前應制定周密的計劃。編制依據(jù)：控制網(wǎng)的精度、衛(wèi)星星歷文件（不得超過20天）、接收機數(shù)量以及交通狀況。確定最佳觀測時段：首先設(shè)置測區(qū)地理位置和衛(wèi)星高度角，選擇衛(wèi)星多于5顆且分布均勻、衛(wèi)星的幾何圖形強度PDOP值小于6的時段。編制內(nèi)容：包括測量順序及時間、人員分工等。4、編制觀測計劃5、外業(yè)測量

觀測應符合規(guī)定的基本技術(shù)要求（時段長、采樣間隔、重復設(shè)站數(shù)等），并嚴格遵照儀器操作規(guī)程、按制定的計劃實施。作業(yè)過程中應指定一人擔任總調(diào)度，以便根據(jù)情況及時調(diào)整觀測計劃。

作業(yè)中應特別注意：線纜連接牢靠、天線整平置中（對中誤差小于1mm、三方向天線高互差小于3mm）、點名核對正確、電池電量充足，避免遮擋或振動天線、防雷電、不在附近使用對講機等無線電設(shè)備，密切監(jiān)視接收機狀態(tài)。5、外業(yè)測量GPS在施工過程中的運用培訓6、數(shù)據(jù)預處理

主要任務(wù)是檢查外業(yè)記錄填寫是否完整、是否按計劃完成、有無漏測、原始數(shù)據(jù)上傳至電腦后處理軟件，同時輸入點名和天線高，方便后期數(shù)據(jù)處理。

當有不同類型的接收機同步作業(yè)時，可將每臺接收機接收的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準格式后，用統(tǒng)一的基線解算軟件進行解算；也可以分別進行基線解算后再導入到同一平差軟件進行平差。6、數(shù)據(jù)預處理7、基線解算首先設(shè)置基線處理形式（衛(wèi)星高度角、電離層改正方式、對流層改正模型等）；然后進行解算，檢查基線質(zhì)量控制參數(shù)（比率Ratio、參考變量、均方根RMS）、有效同步衛(wèi)星數(shù)及同步時長、殘差是否滿足要求，如不滿足，則通過調(diào)整衛(wèi)星高度角或?qū)πl(wèi)星信號進行刪減等手段使基線解算結(jié)果滿足要求；最后導出合格的基線解算結(jié)果。

用單點定位計算各測站的近似坐標三差分計算

未知量:X、Y、Z精度:米級浮動雙差分

未知量:X、Y、Z、N1、N2…Nn-1精度:20厘米級固定雙差分未知量:X、Y、Z精度:毫米-厘米級靜態(tài)相對定位基線解算步驟7、基線解算用單點定位計算各測站的近似坐標靜態(tài)相對定位基8、三維無約束平差在數(shù)據(jù)后處理軟件中，設(shè)置（輸入）控制網(wǎng)等級、測區(qū)平均經(jīng)緯度、大地高、起算點三維坐標等，然后進行平差，檢查重復基線差、環(huán)閉合差等是否滿足要求。9、二維約束平差輸入已知點坐標（施工坐標系中的坐標）和方位角、已知邊長等約束條件，進行約束平差（一點一方向或二維聯(lián)合平差），檢查最弱點、最弱邊、誤差橢圓等是否滿足測量設(shè)計要求。10、成果整理、形成完整的報告，上報監(jiān)理及業(yè)主審批。8、三維無約束平差RTK測量的概念基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測值、基準站坐標等用無線電傳送給運動中的流動站，流動站接收后將載波相位觀測值實時進行差分處理得到兩站相對坐標；加上基準站坐標得出流動站W(wǎng)GS－84坐標通過轉(zhuǎn)換參數(shù)求出當?shù)刈鴺讼迪碌娜S坐標RTK測量的概念基準站實時地將測量的載波相位觀測值、偽距觀測GPS在施工過程中的運用培訓RTK點位選擇基準站上空開闊，以保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤和衛(wèi)星信號的質(zhì)量基準站周圍200m內(nèi)無大功率無線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線，減少電磁波對衛(wèi)星信號的干擾基準站遠離高層建筑、大片水域等，減少多路徑影響基準站應該交通便利、易于保存RTK點位選擇基準站上空開闊，以保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤和衛(wèi)星信GPS在施工過程中的運用培訓采用RTK技術(shù)進行道路紅線征地及中樁測量放樣1、將首級控制點的坐標（WGS-84坐標和施工坐標系坐標）導入到手簿，執(zhí)行點校正；2、將線路平面曲線資料輸入到手簿中；3、選擇首級控制點（最好是參加點校正的點）架設(shè)基準站、啟動電臺，流動站在電臺作用范圍內(nèi)進行放樣、測量中樁及征地紅線等。

RTK技術(shù)的優(yōu)點：1～2人即可作業(yè)，而且實時顯示測點坐標、偏差及精度，測量、定位速度快（即時顯示坐標及偏差，測量中樁高程約3s。）。采用RTK技術(shù)進行道路紅線征地及中樁測量放樣1、將首級控制點五、GPS應用五、GPS應用GPS給多種行業(yè)帶來了革命性的技術(shù)變革導航--精度大大提高、實時性和全天候、車輛實時管理調(diào)度授時校頻--穩(wěn)定度相當于銫鐘測量應用三維定位一次完成全球統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)作業(yè)效率提高、勞動強度大大減輕可完成常規(guī)方法不能完成的任務(wù)全天候、實時、高精度、高動態(tài)軍事應用-沙漠風暴取得成功最重要的技術(shù)、彈道測定、炮兵定位、姿態(tài)測定……GPS給多種行業(yè)帶來了革命性的技術(shù)變革導航--精度大大提高、

用常規(guī)的測圖方法（如用全站儀）通常是先布設(shè)控制網(wǎng)點，這種控制網(wǎng)一般是在國家高等級控制網(wǎng)點的基礎(chǔ)上加密次級控制網(wǎng)點。最后依據(jù)加密的控制點和圖根控制點，測定地物點和地形點在圖上的位置并按照一定的規(guī)律和符號繪制成平面圖。

GPS新技術(shù)的出現(xiàn)，可以高精度并快速地測定各級控制點的坐標。特別是應用RTK新技術(shù)，甚至可以不布設(shè)各級控制點，僅依據(jù)一定數(shù)量的基準控制點，便可以高精度并快速地測定界址點、地形點、地物點的坐標，利用測圖軟件可以在野外一次測繪成電子地圖，然后通過計算機和繪圖儀、打印機輸出各種比例尺的圖件。應用RTK技術(shù)進行定位時要求