文档介绍：1 绪论
GPS(全球卫星定位系统)是随着现代科学的发展而新兴起来的一种先进的导航,定位技术,具有传统测量所不具有的优点,随着社会的发展,GPS技术在工程测量中的地位日益重要。
在公路的控制测量当中,随着经济的快速发展,公路作为重要的现代交通基础设施,其道路工程建设的等级也不断的提高,从而对测量工作提出了更高的要求,传统的测量技术很难满足道路工程优质,准确,快速的要求,而GPS技术的出现,为公路测量展示了良好的应用前景[2]。
目前GPS在公路控制测量中的应用主要是建立公路工程控制网,控制网包括平面控制网和高程控制网。平面控制网是公路平面控制测量的主干控制网,沿线各种工程的平面控制均应联系在该主干控制网上。建立平面控制网的主要工作就是建立首级平面控制网并根据《公路勘测规范》规定以及现场勘测条件对其进行加密。高程控制网即是因为GPS定位系统得到的控制点坐标为三维坐标,其中就包含WGS-84坐标系统下的大地高,通过高程拟合分析,在联测点的大地高和水准高程己知的情况下,可以计算出高程异常拟合参数,进而计算待测点的水准高程[6]。
本文首先对GPS系统和定位原理加以介绍,然后讨论了长度变形问题,主要研究了应用GPS建立公路平面控制网和高程控制网的方法和技术流程,最后通过工程实例加以说明。
2 GPS定位原理与误差源分析
GPS定位原理
基本定位原理
GPS定位的基本原理,就是把卫星视为“飞行”的控制点,在已知其瞬时坐标(可根据卫星轨道参数计算)的条件下,以GPS卫星和用户接收天线之间的距离为基本观测量,进行空间距离后方交会,从而确定接收机天线处的位置[1]。
在一个测站上只需3个独立距离观测量。GPS采用的是时差测距原理,即通过测量GPS信号从卫星传播到用户接收机的时间差计算距离,由于卫星钟与用户接收机钟不同步,因此,观测的测站至卫星间的距离称为伪距。卫星钟差可以通过卫星导航电文提供的钟差参数修正,接收机钟差难以预先准确确定,可将其作为未知参数与观测站坐标在数据处理中一并解出。在一个测站上,除了三个待定位置参数外,还需要增加一个接收机钟差参数,因而至少应有4个同步伪距观测量,即至少必须同步观测4颗GPS卫星。
图1-2 GPS定位原理示意图
-2The schematic diagram of GPS positioning principle
设在某时刻接收机观测了n (n>3)颗GPS卫星,测得n个伪距。对某一伪距有:
(1-1)
式中:为卫星到接收机间的几何距离; 、分别为卫星钟差和接收机钟差改正数,为电离层延迟改正和对流层延迟改正,为观测误差。几何距离与卫星坐标
、接收机坐标(X,Y,Z)之间有下列关系:
(1-2)
卫星坐标和卫星钟差可以根据卫星导航电文求得,上式中只包含四个未知数。若用户同时对四颗卫星进行了伪距测量,即可解出接收机位置(X,Y,Z)和接收机钟差VTb。其常用的解算方法如下:
设:R为地心至用户距离的矢量,为地心至第颗卫星的距离矢量;为用户至第颗卫星的距离矢量,为单位矢量。于是有:

而,令, 是加上电离层折射改正和对流层改正后测站至第个卫星的距离。令;则:
(1-3)
式中:
其矩阵形式为:
式中:和称为几何矩阵,与用户和卫星间的集合图形有关。
(1-4)
依据最小二乘法,用户状态矩阵为:
(1-5)
绝对定位与相对定位概念
按照参考点的位置不同,分为绝对定位和相对定位两类。
其中绝对定位也称为单点定位,是指的独立确定待定点在坐标系中的位置。由于目前GPS系统采用WGS-84系统,因而其绝对定位的结果也属于该系统。绝对定位的优点在于一台接收机即可独立定位,但定位精度较差。而根据接收机天线的运动状态不同,又可分为动态绝对定位与静态绝对定位。当接收机天线处于运动的状态时,确定其瞬时的绝对位置的定位方法称为动态绝对定位,由于接收机载体的运动状态,故而得到的接收机天线的坐标是一个连续变化的量,因此,确定每一瞬间天线坐标的观测方程只有极少甚至没有多余观测。因此定位精度较低,往往只有几十米的精度。而静态绝对定位是指在接收机天线处于静止的条件下,确定测站的三维地心坐标。它可以连续地测定观测站至卫星的伪距,可获得充分的多余观测量,通过后处理可以提高定位的精度。静态绝对定位和动态绝对定位统称为伪距法定位[7]。
GPS的相对定位是指的在确定同步跟踪相同的GPS信号的若干台接收机之间的相对位置的方法,它采用载波相位观测量为基本观测量,由于载波波长较短,其测量精度远高于伪距测量精度,并且可以有效地削弱卫星星历误差、信号传播误差以及接收机钟不同步误差对定位的影响,定位精度较高。其应用时需要用两台接