GPS城市控制网设计毕业论文 本文简介：
梧州市GPS城市控制网设计目录梧州市GPS城市控制网设计目录…………..……………………1中文摘要………………………………………….……………….3英文摘要…………………………………………………………..4第一章引言………………………………………………………5第二章GPS控制网布设要求与原则第一节网
GPS城市控制网设计毕业论文 本文内容：
梧州市GPS城市控制网设计
目录
梧州市GPS城市控制网设计目录…………..
……………
………1
中文摘要………………………………………….
……………….3
英文摘要…………………………………………………………..
4
第一章
引言………………………………………………………
5
第二章
GPS控制网布设要求与原则
第一节
网的等级精度指标…………………………………8
第二节
布网原则……………………………………………9
第三节
网形设计的基本形式与连接方式…………………10
第四节
GPS控制网设计方案同常规网的比较与优选……13
第五节
选点埋石……………………………………………18
第六节
仪器检查……………………………………………20
第三章
梧州市GPS控制网设计
第一节
工程项目名称目的设计依据………………………21
第二节
测区概况……………………………………………21
第三节
已有资料分析利用…………………………………23
第四节
方案设计与技术分析………………………………24
第五节
方案比较与优选……………………………………26
第六节
观测方案的设计与工作实施………………………33
第四章
GPS成果的检核与数据处理
第一节
已知点的可靠性检验………………………………41
第二节
GPS外业观测成果的检核…………………………43
第三节
数据预处理…………………………………………46
第四节
GPS网平差设计……………………………………47
第五节
GPS网平面坐标转换设计…………………………48
第五章
GPS高程设计
第一节
模型确定……………………………………………54
第二节
高程拟合方法………………………………………55
第三节
水准精度估算………………………………………57
结束语………………………………………………………………59
致谢…………………………………………………………………60
主要参考文献………………………………………………………61
附录一（踏勘报告）………………………………………………62
附录二（大地坐标系有关说明）…………………………………64
附录三（GPS点之记）……………………………………………65
附录四（GPS点环视图）…………………………………………66
附录五（GPS点标石类型）………………………………………67
附录六（GPS测量手簿记录格式）………………………………69
中文摘要
摘要
本设计针对梧州市城市发展的实际情况，结合梧州市的城市发展规划和城市建设管理方案，通过GPS控制网与常规三角控制网的经济技术分析比较，优选出GPS控制网设计。随后用两种不同的GPS设计方案的比较优选出其中的一种方案。最后又进行了优选的GPS设计方案的网形设计、技术分析、GPS数据处理、平面坐标转换以及GPS正常高设计等。关键词：GPS控制网
方案设计可靠性检验
数据处理
经济技术分析ABSTRACT
OF
ENGLISH
ABSTRACT
This
design
of
GPS
control
network
aim
arts
the
actual
circumstance
that
development
of
WuZhou
City,
and
combination
the
develop
programming
of
WuZhou
City
and
manage
the
project
with
city
developments,
and
comparing
the
GPS
control
network
with
normal
triangle
control
network
economic
technique
of
control
net
and
regulations
the
analysis
comparison,
then
select
the
GPS
control
net
design
as
the
best
design.
Use
the
comparison
two
different
GPS
control
network
project
design
then
the
better
project
is
selected
among
them
later
on.
Finally
again
process
the
better
GPS
design
the
net
form
of
the
project
the
design、technique
analysis、the
GPS
data
handle、convert
the
ordinate
and
the
GPS
usual
height
etc.KEY
WORDS:
GPS
control
net
Project
design
Dependable
examinationData
handles
Economic
and
technique
analysis第一章
引
言
全球定位系统
(Global
Positioning
System－GPS)是以卫星为基础的无线电导航系统，具有全能性（航空、航天、陆地、海洋）、全球性、全天性、连续性和实时性的导航、定位和定时的功能，能为各类用户提供精密的三维坐标、速度、时间。1957年10月，世界上第一颗人造卫星的成功发射，使得空间科学得以迅速发展，人类进入了一个崭新的时代。为了满足军事部门和民用部门，对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部便开始组织海路空三军，共同研究建立了新一代卫星系统的计划。这就是目前所称的“授时与测距导航系统/全球定位系统”
，通常称为“全球定位系统”。
近年来，GPS
定位技术在我国已得到蓬勃发展。在我国大地测量、精密工程测量、地壳运动监测、资源勘察和城市控制网等方面的应用及其所取得的成经验，进一步展示了GPS定位技术的显著优越性和巨大潜力。二十一世纪，GPS定位技术将得到进一步的发展，应用将更为广泛，从而将为我国的经济建设、国防建设的发展和科学技术的进步做出新的贡献。
在城市控制网方面，用常规的方法来完成将受到多方面因素的限制，那么，GPS（全球定位系统）将逐步取代常规测绘方法来担当此任。
GPS测量除了较常规大地测量精度均匀和它可以直接获得空间三维直角坐标外，其优越性还体现在以下几个方面：
1.
设计和布点方便灵活
GPS测量成果与地面分布图形无关，而且不要求点间相互通视，从而使布网设计和实际选点基本不受约束，具有比较充分的灵活性，在建立工程控制网时可以省略对工程无用的过渡点。
2.不受时间、气候条件限制
测量工作者可以实现全天24小时作业，不受阴天黑夜、起雾刮风、下雨下雪等气候影响，这就大大减少了完成任务的时间，提高了工作效率。
3.定位精度和计算结果精度高
用载波相位观测量做相对定位，目前能达到的典型精度是10（1ppm），观测时间只需要1小时，这是其它定位手段难以达到的。而且其计算结果也优于《城市测量规范》要求的城市基本控制网的精度指标。
4.观测时间短、操作简便
随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，观测时间变得越来越短，目前，20km以内的相对静态定位仅需15～20分钟，动态相对定位测量时，流动站出发时观测1～2分钟，然后可以随时定位，每站仅需几秒钟。随着GPS接收机的不断改进，自动化程度也越来越高，接收机的体积也越来越小，重量越来越轻，使GPS测量操作越来越简便。
5.费用低
影响测量成本的因素主要有两个：一个是设备费用，另一个是工作费用。根据GPS测量的特点：不需通视、时间短、精度高，同时省去了一些常规测量方法所需的通视造标的费用、工期缩短减少了工作费用。尽管目前GPS接收机的价格还比较高，随着市场的扩大，其价格会大幅度的降低。
6.功能多、应用广
GPS系统不仅可用于测量、导航，还可以用于测速、测时，并且其应用领域仍然在不断扩大。
近几年，我国已建成了北京、武汉、上海、西安、拉萨、乌鲁木齐等永久性的GPS跟踪站，进行对GPS卫星的精密定轨，为高精度的GPS
定位测量提供观测数据和精密星历服务，致力于我国自主的广域差分GPS方案的建立，参与全球导航卫星系统（GNSS）和GPS增强系统（WASS）的筹建。同时，我国已着手建立自己的卫星导航系统（双星定位系统），能够生产导航型和测地型GPS接收机。GPS技术的应用正向更深层次发展。第二章
GPS控制网布设要求与原则
第一节
网的等级及精度指标
根据国家测绘局部分的中华人民共和国测绘行业标准<<全球定位系统(GPS)测量规范>>国家建设部的<<城市测量规程>>和测区的实际情况,决定在梧州市布设城市三等GPS控制网。城市三等GPS控制网的精度指标见下表：
表2－1
城市三等GPS控制网的精度指标
等级
固定误差a(mm)
比例误差系数b(ppm)
相邻点最小距离（km）
相邻点最大距离（km）
相邻点平均距离（km）
三等
≤10
≤5
1
10
5～2
GPS测量的精度标准通常用GPS网中的相邻点之间距离中误差表示，其形式为：
(2-1)
式中：
————
GPS基线向量的距离（弦长）中误差（㎜）
a
————GPS接收机标称精度中的固定误差
（㎜）
b
————GPS接收机标称精度中的比例误差系数
(ppm)
D
————GPS网中相邻点间的距离（Km）
本次设计使用的GPS接收机是施工单位所拥有的南方NGS-200,其标称精度是：
＝5mm±2ppm
第二节
布网原则
GPS网的布设比起常规网来有许多优越之处，其对于测站点之间不要求通视，并且不像常规网那样对网形有特殊的要求，但在布设GPS网时一般要遵循以下原则：
1.GPS网的布设应根据其作业目的，作业时卫星分布以及可用状况，预期达到的精度，成果可靠性以及效率综合考虑，按照优化设计原则进行网形设计。
2.GPS网一般应由一个或若干个独立观测环构成，也可采用附和线路形式，以构成检核条件，提高网的可靠性。
3.GPS网中两相邻点距离按照规定布设，但考虑本次布网若有特殊情况，个别点的间距允许超出此规定。
4.GPS网的点与点间尽管不要求通视，但考虑到以后利用常规测量方法联测、加密，所以要保证每个点至少有一个能通视的方向。
5.布设GPS网点时，应尽量与测区以前的地面控制点重合，重合点的总数不得少于三个，在特殊情况下方可例外。
6.GPS网点应选择在交通良好，易于到达且不容易破坏的地方，以便减少迁站的时耗，提高工作效率。
7.GPS网点应设在易于安装接受设备，视野开阔，远离大功率无线电发射源且附近无大面积水域或强烈干扰卫星信号接受的物体的地方。
8.GPS网中的点除利用已有水准点联测高程外，应根据需要适当进行高程联测。三等网可依照具体情况联测一定数目的高程点，可采用等外水准测量或与其精度相当的方法进行。
第三节
网形设计的基本形式与连接方式
一、GPS网的特征条件和相关计算
观测时段数：
（2－2）
式中：C为观测时段数；n为网点数；m为每点设站次数；N为接收机台数。
J=C×N×(N-1)/2J
=n-1
J
=C×(N-1)J
=C×(N-1)-(n-1)
J：观测基线总数J：必要基线数
J
：独立基线数J
：多余基线数
二.GPS网的布设形式
根据测区地形以及对点位精度要求的不同，GPS网形的基本形式有以下几种：
1.
三角形网
如图2－1所示图2－1
此种形式的GPS网几何图形结构坚固，具有良好的自检能力，能有效地发现观测成果的粗差，确保网的可靠性。这种网形的缺点是观测量较大，当接收机数量较少时，使观测工作的时间大为延长。因此，这种网形布设在梧州市内，用来满足梧州市的发展需要。
2.
环形网
如图2－2所示图2－2
这种网形有较好的自检能力和可靠性，工作量也较小，但其非直接观测的基线边精度较直接观测的基线边要低，相邻点间的基线精度分布不均应。这种形式的网主要布设在城郊，以满足城乡发展的需要。
3.
符合线路和星形网
如图2－3，图2－4所示
图2－3
图2－4
这两种图形结构简单，布设灵活，但是自检能力和发现粗差的能力很差，此种形式网用在山区或偏远乡镇，因为那里交通不便且发展速度较慢，布设这种形式的网形既经济又有效率。
三、GPS网的连接形式
根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式、边点连式四种基本形式。
1.
点连式
指的是相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接，这种方式布网几何强度很弱，没有或少有非同步图形闭合条件，如图2－5：此种网一般不单独布设。
图2－5图2－6
2.
边连式
边连式是指同步图形之间由一条公共基线连接，如图2－6。这种布网方案，网的几何强度较高且有较多的复测边和非同步图形闭合条件。在相同的仪器台数条件下，观测时段数将比点连式大大增加,多用于精度要求较高的控制网。
3.
网连式
网连式是指相邻同步图形之间有两个以上的公共点相连接，这种方法需要4台以上的接收机。显然，这种密集的布图方法，它的几何强度和可靠性指标是相当高的，但花费的经费和时间较多，一般适于较高精度的控制测量。
4.边点连式
如图2－7边点连式是把点连式
和边连式有机地结合起来，组成GPS网，
既能保证网的几何强度，提高网的可靠指标，又能减少外业工作量，降低成本，
是一种理想的布网方法。
图2－7
5.三角锁(或多边形)连接
如图2－8，用点连式或边连式组成连续发展的三角锁同步图形，从连接形式适用于狭长地区的GPS布网，如铁路公路和管线工程勘测。
图2－86.导线网形连接(环形图)
将同步图形布设为直伸状，形如导线结构的GPS网，各独立边应组成封闭状，形成非同步图形，用于检核GPS点的可靠性。适用于精度较低的GPS布网。该布网方法也可与点连式结合起来布设。
第四节
GPS控制网设计方案同常规网的比较与优选
由于GPS测量与常规测量的方法和原理不尽相同，因此两者在测量前的准备工作，测量时的作业过程，测量实施过程的费用也不同。
1.GPS测量与常规测量方法和原理的比较
经典大地测量基本上是用三角测量或导线测量来建立平面网，用三角高程测量或水准测量来建立高程网，其已知点是地面上的高等级控制点。使用的主要是基于光学原理的各类仪器（如经纬仪、水准仪、光电测距仪以及全站仪等）来完成各项测量工作。因为观测原理是基于光学原理并且已知点选择在地面上，观测时要互相通视，所以点位的选择要考虑到点与点之间的通视条件以及网点所构成的图形强度。
GPS测量利用的是GPS卫星点位系统，其已知点是天空上的卫星，测量时只需要在地面上某几点安置GPS接收机来同步接收GPS卫星发出的卫星信号，就可测出GPS点位坐标以及基线向量，因为已知点选择在空中并且工作原理基于载波和电码，所以它不要求地面点的相互通视，点位三选择也可以是任意的（只需满足GPS观测要求即可）。
2.
GPS测量与常规测量的作业过程举例比较
由于本次设计控制面积较大，设计时间也比较紧迫，所以没有对整个梧州市全面设计一套常规网方案，仅取其中的重点发展城区萃华村这一块进行常规网设计（见下页图2－9，图2－10），并且以此和同一地块的GPS网设计方案作一个比较，通过比较得出常规网与GPS网之间的优越性差别。
2－9
GPS网设计图图2－10
常规网设计图
⑴常规网工作安排设计如下：
由8人共分4组，每组2人，适当时可以重新分配人手。一组置测站，三组置镜站，且测站固定由一个组专门负责，专人记录，专人观测（这样有利于观测精度，加速作业过程）。观测安排如下表2－2：
表2－2
常规网外业观测工作安排
时间
观测站
镜站第一天上午
高旺
萃华村
木材厂
大涧岭
下午
木材厂
萃华村
高旺
大涧岭第二天
上午
竹柜背
萃华村
木材厂
潘屋
下午
潘屋
萃华村
竹柜背
新兴村第三天上午
新兴村
萃华村
竹柜背
潘屋
下午
大涧岭
萃华村
高旺
新兴村第四天
上午
萃华村
竹柜背
潘屋
新兴村
木材厂
大涧岭
高旺
下午
萃华村
竹柜背
潘屋
新兴村
木材厂
大涧岭
高旺此次工作中采用的仪器为全站仪，镜站使用与全站仪配套的站牌和三棱反光镜。为提高测边精度，本次设计测距采用对向测距，精测四条边作为已知边，其中两条用来检核。三角网观测按照三等要求去完成。水平角观测按全圆方向法观测6个测回，垂直角观测4个测回。
⑵GPS网工作安排设计如下：
本次测量工作由6人分3组完成，每组2人，仪器采用单位的三台套GPS接收机（南方NGS200）,按照三等城市测量规范要求进行，并且用全站仪测出其中两条边作为检核边，测边工作与GPS测量工作同时进行，具体安排见表2－3：
表2－3
GPS网外业观测工作安排
日期
起止时间
观测站号第
一
天
8：00～9：00
萃华村
竹柜背
潘屋
10：30～11：30
萃华村
新兴村潘屋
14：00～15：00
萃华村
新兴村大涧岭
16：30～17：30
萃华村
大涧岭
高旺第二天
8：00～9：00
萃华村
高旺
木材厂
10：30～11：30
萃华村
木材厂
竹柜背通过以上比较可以得出，使用GPS测量比常规方法测量节省了人力，节省了很大一部分工作时间，并且GPS自带的后处理软件也比常规测量平差方法更方便快捷。
3.GPS测量与常规测量实施过程的费用比较
F=Am+Bn+C
（2－3）
其中：
F：成本函数A：GPS设一次站的费用
m：网的总摆站数B：站埋石费用
n：总埋石点数
C：资料费用
因为所选择的点位都是新点位，所以按每个点都需要埋石造标，收费标准按照2002年1月国家测绘局最新颁布的《测绘工程产品价格》计算，计算结果如下：
三角控制测量造标采用的是低型标，按Ⅱ级地类计算每点价格为13957.93元，共有7个点，埋石造标总价值为：
13957.93×7＝97705.5元
控制测量中，三等三角点观测Ⅱ级地类每点价格为7924.18元，三等测距导线Ⅱ级地类每条边价格为6359.1元，则观测费用为：
7924．18×7＋6359.1×8＝106342.2元
所以，常规控制网测量的总费用为：
97705.5＋106342.2＝204047.7元
GPS控制网测量造标采用的是普通标石，按Ⅱ级地类计算每点价格为7587.57元，观测费用按Ⅱ级地类计算每点价格为6360.78元，，所以GPS测量的总费用为：
7587.57×7＋7212.01×7＋6359.1×4＝129033.5元
由以上比较可以看出，GPS控制网局部设计已经比常规网表现出很大的优越性，工作时间减少了两天多，费用降低了7万多元，而整个梧州市控制网设计中共有32个点，那么，节省下来的人力、物力、财力将是一个很大的数目，所以采用GPS测量明显优于常规测量方法。本次设计决定布设GPS控制网，采用GPS测量方法完成各项测量工作。
第五节
选点与埋石
一、本次设计利用了梧州市原有的许多控制点，结合单位已经实测的几个新控制点（由单位提供的1：100000地形图上取得详见附图）并且增加了几个GPS新点。尽管GPS测量观测站之间不一定要求相互通视，而且网的图形结构也比较灵活，选点工作比常规控制测量的选点要简便。但由于点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和保证测量结果的可靠性有着
重要的意义，所以在选点工作开始前，除搜集和了解有关测区的地理情况和原有测量控制点分布及标架﹑标型﹑标石完好状况，绝对其适宜的点位外，在选定GPS点点位时还应遵循以下原则：
1.点位周围应便于安置天线和GPS接收机。视野开阔。视场内周围障碍物的高度角一般应小于15o；
2.观测站附近不应有大面积水域，或对电磁波反射（或吸收）强烈的物体，以减弱多路径效应的影响；
3.点位远离无线电发射源以及高压线，离无线电发射源的距离不得小于200m;远离高压输电线，其距离不得小于50m。以避免周围磁场对信号的干扰；
4.点位应选择在交通方便的地方,以提高作业效率；
5.点位应选择在地面基础坚固的地方，以便于保存；
6.选定点位时，应考虑到用其它测量手段联测和扩展，当所选点位置需要进行水准联测时，选点人员应实地踏勘水准路线，提出有关建议。
7.选定的GPS点，还应考虑到观测站附件要有良好的电力设备和通信设备（电话、电报或邮电），以供应测站之间的联络和设备用电；
8.在利用旧点时，应检查标石的完整性和稳定性；
9.点位选定后，不论新点或旧点，均应按规定绘制点之记以及点的环视图（详见附录三）。
二、埋石
本次设计的GPS网点采用普通型标石，用20cm长不锈钢棒制作中心标志，并且在标石表面制有GPS、等级、施测单位名称、施测时间等字样。要求及形式如下：
1.
各种天线墩必须附有强制对中装置；
2.
埋石工作应严格按照GPS测量规范要求进行。
3.
各种GPS点的标石类型（详见附录五）
选点与埋石工作完成后，应提交以下技术资料：
①
点之记以及点的环视图（详见附录四）；
②
GPS网选点网图(测区较小、选点、埋石与观测一期完成时，可以用展点图代替)；
③
土地占用批准文件与测量标志委托保管书；
④
选点工作技术总结(包括详细的交通情况，车的种类、车次以及通视、供电、充电情况等)。
第六节
仪器检查
在测量之前要对仪器进行检验，一般要进行三项检验：一般检视、通电检验、实测检验。三项检验都合格后方可使用。
第三章
梧州市GPS控制网设计
第一节
工程项目名称目的设计依据
一、工程项目名称
梧州市GPS控制网设计
随着经济的不断发展，城市的规模也在不断地扩大，原来的城市控制网已经显示出它的不适应性和局限性。为了满足梧州市未来的规划、建设和发展的需要，在充分了解梧州市的十年规划与近期建设计划的基础上，结合梧州市原有的三角点、导线点，用GPS技术布设更大规模的控制网。
二、工程设计依据
1.国家测绘局1992年6月发布的中华共和国测绘行业标准<<全球定位系统(GPS)测量规范>>；
3.
国家建设部1998年审定并发布的<<全球定位系统城市测量技术规程>>；
4.
国家建设部1985年分布的《城市测量规范》；
5.
梧州市近期发展规划。
第二节
测区概况
1.测区简介：
设计区位于广西壮族自治区东部，桂江、浔江与西江的汇合处，北纬23o25′至23o55′，东经111o09′至111o29′，市域面积4577平方公里，市域人口84.7万，建成区面积13平方公里，城市人口21.1万。管辖3个城区（83个区委会），1个郊区（3个乡，19个村）。1988年3月，国务院决定，将梧州市及所辖苍梧县列为沿海经济开发区。
梧州市有汉、壮、瑶、满、回、苗、彝、侗、仫佬、毛南等10个民族，其中汉族人口占99％以上。此外，测区有美、英、法、澳、日等43个国家和地区的华侨4800多人，外籍华人4000多人，定居港澳的同胞15000多人。
测区地处广西山字构造的东南翼，东北高、西南低，北部多山，南部多丘陵，山上多林木，终年郁郁葱葱。北回归线通过城南镜屏山，市区平均海拔24米，属亚热带季风气候，夏长而多雨，冬短无严寒。年平均温度21.1℃,一月平均温度11.9℃，七月平均温度28.9℃,年平均降雨量1503.6毫米，全年平均日照1915小时，无霜期为350天。
由于梧州市地处三江水运枢纽的特殊地理位置，素有广西“水上门户”之称，有大型码头6座，其中简易集装箱码头1座，有机械200多台，货物吞吐量达12000顿以上。50至500顿级的货运船850多艘，客轮每天从港口开出30多班船，客运量近万人次。梧州港已成为珠江水系仅次于广州港的第二大港，也是中国十大内河港口之一。
梧州市交通比较发达，有二级公路通往桂林、柳州、南宁、广州等地，水路可由西江顺水而下至珠江，途经各大码头。在梧州市长洲岛建有区级飞机场，有各大航班通往桂林、南宁、广州、深圳等地。
2.测区规划与发展：
为了适应城市日益发展的需要，梧州市决定在近期开展几项重点项目工程。根据梧州市国土资源局提供的规划资料显示，梧州市准备在旺甫公社附近兴建一片工业园区，在龙珠附近兴建大型体育馆，将新里村附近区域划作火车站用地，将潘屋、白后、五亮地作为开发新城区第一站，并且落户梧州的桂林至梧州的桂梧高速公路准备兴建，落脚梧州的南宁至广州的高速公路也在计划中，长洲岛也正计划兴建一个大型的水利枢
纽工程。各大项目正在紧锣密鼓地筹划之中。
基于这些工程与控制整个城区，配合城市的发展的目的，本次设计决定作一个三等的城市GPS控制网，全面控制整个城市管辖区域。
第三节
已有资料分析利用
1.本次设计所采用的地形图是五、六十年代梧州市及所辖区域1：50000的地形图，该图于1955年4月航测，1957年2月调绘，1966年7月修测，1967年制图和出版。本图采用：
1954年北京坐标系；
1954年黄海高程系，等高距为10米；
1965年版图式。
2.本次设计所采用的参考地形图有：
①1966年调绘，1967年版图式梧州市以及其所辖区域（包括有梧州市、太平、大漓口、旺步、寨岭）1：10000的地形图；
②1969年编绘，1969年版图式梧州市1：100000的地形图（该图是由单位提供）。
3.该网布设成为东西长26㎞，南北长20㎞的略显弧形的控制网，控制面积大约为200平方公里。
4.设计区使用的旧点资料有：3个三等三角点，16个四等导线点，1个三等水准点，7个城市四等控制点（该点由单位所提供，详见附图）。经踏勘和查询了解，所有旧点均完好无损，可以加以利用。
第四节
方案设计的技术指标
本次布网采用相对定位的方法。采用单位所拥有的GPS接收机中的三台结合测区的实际情况设计，为了加强GPS的定位精度，提高几何强度和可靠性，并且最大限度地节省人力物力财力，决定采用三角网结合环形网，同步环之间采用边点连接方式。
1.仪器选用：
本次设计外业测量主要使用我单位的三台GPS接收机，其相关的主要指标如下：
仪器南方测绘NGS200
台数3台
频率单频
通道数
8通道
标称精度5mm+2ppm
此外还有GPS测量所用的通风干湿温度计与空盒气压计等，各仪器的使用过程可参考<<全球定位系统(GPS)测量规范>>。
2.数据采集技术设计：
测量模式：静态测量
卫星高度角：
≥15°
有效观测卫星数：
≥4
几何精度因子GDOOP
：
≤6
观测时段长度：
≥60min
平均重复设站数≥2
数据采样间隔：15s
3.
GPS的主要技术指标见表3－1:
表3－1
GPS的主要技术指标
等级
平均距离（km）
a(mm)
b(mm)
最弱边相对中误差
三等
2～5
≤10
≤5
1/45000
等级
闭合环边数（条）
标称精度
卫星高度角
三等
≤10
≤10mm＋5ppm
≥15°
等级
有效观测卫星数
平均重复设站数
时段长度（min）
三等
≥4
≥1.6
≥454.观测方法：
本次GPS网采用载波相位静态相对定位模式，所使用的仪器的标称精度可达5mm+2ppm，完全满足精度要求。其作业方法是：将三套接收机设备分别安置在网中三角形的三个端点上，对三条基线边同步观测4颗卫星1小时左右。这种模型的特点是：观测过的基线边应构成一种闭合图形，以便于观测成果的
检验，提高成果的可靠性和GPS网平差后的精度。
第五节
方案设计比较与分析优选
在梧州市规划区设计三等的GPS控制网，本着重点城区、待开发城区重点控制，一般城区尽量控制的原则，结合优化设计原理，在此设计了两种方案，它们的网形设计见方案图一、方案图二（方案图一、方案图二见下页图），通过这两种方案的比较，最后优选出一种较为合理的方案作为本次设计的最后方案。
一、方案比较
1.方案一与方案二的设计方式比较
两个设计方案区都以梧州市为中心，沿苍梧公路、桂梧公路、桂江和西江整体布设GPS控制网，在重点发展城区网点密度稍大。方案一采用三角网的布网形式（详见方案一图），三角网具有良好的自检能力，能有效地发现观测成果的粗差，确保网的可靠性。方案二是在方案一的基础上，采用三角网和环形网相结合的布网方式（详见方案二图），方案设计的指导思想是在满足精度的基础上，尽量减少人力、物力、财力，而且对于一些偏远的乡镇、山村，由于其经济发展速度较慢，对点位精度要求不高，可以布设环形网。
2.技术分析比较
为了从上面的两个方案中选出最优方案，下面从技术上面分析比较：
表
3－2
两个方案的主要特征值比较方案一
方案二
总点数
32
32
总基线数
84
75
独立基线数
56
50
必要观测基线数
31
31
多余观测基线数
25
19
复测基线数
10
9
观测时段数
28
25
平均每点设站率
2.63
2.34
总体可靠性指标3.经济费用分析比较
对于方案一，总点数为32个，总设站数为84站，按当前800元/站来计算，800×84＝6.74万元，再用全站仪对其中5条边进行检核，由于测距Ⅱ级地类为6400元/条，所以测距费用为6400×5＝3.2万元，数据处理时Ⅱ级地类为每站849元，则平差费用为849×84＝7.13万元，所以方案一的总费用为
＝6.74+3.2+7.13＝17.07万元
对于方案二，总点数为32个，总设站数为75站，按当前800元/站来计算，800×75＝6万元，再用全站仪对其中4条边进行检核，由于测距Ⅱ级地类为6400元/条，所以测距费用为6400×4＝2.56万元，数据处理时Ⅱ级地类为每点849元，则平差费用为849×75＝6.37万元，所以方案一的总费用为
＝6+2.56+6.37＝14.93万元
方案二比方案一节约了大约2万多元。
4.精度分析比较
对于两种方案的精度，因为点位相差不大，边长也相差不大，所以两种方案的精度也相差不大，都符合三等城市测量规范的要求。
从以上分析可以看出，方案二比方案一花费少，技术指标相差不大，精度都能满足要求，所消耗的人力、物力、财力、时间都比方案一少，所以，方案二比方案一要优，故本设计选择方案二。
二、首选方案特征分析
本次设计的GPS网采用的是三角网和环形网相结合，该网由32个点组成，其中旧网点19个，它们包括3个国家三等三角点（孔离顶、白云山、太平山），15个四等导线点（大山、三山顶、木桶顶、蜈蚣山、青叶山、新兴村、中团村、恩义村、大涧岭、火流岭、扶典埇、大山头、龙珠、鸡爬石顶、下典口），1个国家三等水准点（大埇村），9个城市GPS控制点（潘屋、竹柜背、平簪、木材厂、萃华村、高旺、石角埇、河西、旺步头），4个GPS新点（上平、太平、大利埇、社埇口）。本网所控制的总面积为200平方公里，平均每点控制6.25平方公里。
1.方案设计的主要特征值
表3－3方案设计的主要特征值
总点数
32
总基线数
75
独立基线数
50
必要观测基线数
31
多余观测基线数
19
复测基线数
9
同步环总数
25
异步环总数
10
设站总数
66
观测时段数
25
平均每点设站率
2.34
最短边边长
1.7km
最长边边长
6.6km
平均边边长
3.7km
已知三等三角点
3个
已知四等导线点
15个
已知四等GPS点
9个
GPS新点
4个
已知三等水准点
1个
总体可靠性指标
表3－4
独立测量次数及所占比例
一次设站点数
4
占总点数比例
5.3%
二次设站点数
18
占总点数比例
48%
三次设站点数
7
占总点数比例
28%
四次设站点数
1
占总点数比例
5.3%
五次设站点数
2
占总点数比例
13.4%2.精度指标
设计网中最弱边边长相对中误差为：图形中平均边长相对中误差为：以上计算结果均满足城市三等精度要求。
同步环全长闭合差限差为：式中：——环中相邻点间的平均距离误差
n
——
闭合环中的边数
现同步环中的平均距离取三等GPS控制网网形中的平均边长，则其限差为：
＝1.45ppm
3.经济费用
由以上的比较分析可以得知，本网的经济费用约为14.93万元。
第六节
观测方案的设计与工作实施
根据以上比较，优选方案二，GPS外业测量观测方案设计原理以及作业安排如下：
一、拟定观测计划的主要依据是：GPS网的规模大小、点位精度要求、GPS卫星星座几何图形强度、参加工作的接收机数量、交通、通讯及后勤保障
(食宿、供电)。
二、观测计划的主要内容包括：
1.编制GPS卫星的可见性预报表：在高度角≥15度的限制下，输入测区中心某一测站的概略坐标，输入日期和时间，应使用不超过20天的星历文件，即可编制GPS卫星的可见性预报图。
2.选择卫星的几何强度图形：在GPS定位中所测卫星与观测站所组成的几何图形，其强度因子可用空间位置因子(GDOP)来代表，无论是绝对定位还是相对定位，GDOP值应≤6。
3.选择最佳的观测时段：在卫星≥4颗且分布均匀，GDOP值≤6的时段就是最佳时段。
4.观测区域的设计与划分：当GPS网的点数较多，网的规模较大，而参加观测的接收机数量有限，交通和通讯不便时，可实行分区观测。为了增强网的整体性，提高网的精度，相邻分区应设置公共观测点，且公共点数量不得少于3个。
5.编制作业调度表：作业组在观测前应根据测区的地形、交通状况、网的大小、精度的高低、仪器的数量、GPS网设计、卫星预报表和测区的天时、地理环境等编制作业调度表，以提高工作效率。作业调度表包括观测时段、测站号、测站名称及接收机号等（详见本次设计的作业调度表）。
三、观测工作主要包括：天线安置、观测工作、观测记录和观测数据的质量判定等。
1.天线安置
⑴
在正常点位，天线应架设在三脚架上，并安置在标志中心的上方直接对中，天线基座上的圆水准气泡必须整平。
⑵
在特殊点位，当天线需要安置在三角点站标的观测台或回光台上时，应先将站标顶部拆除，以防止对GPS信号的遮挡。这时可将标志中心反投影到观测台和回光台上，作为安置天线的依据。如果站标顶部无法拆除，接收机天线若直接安置在标架内观测，就会造成卫星信号中断，影响GPS测量精度。在这种情况下，可进行偏心观测。偏心点选在离三角点100m以内的地方，归心元素应以解析法精密测定。
⑶
天线的定向标志线应指向正北，并顾及当地磁偏角的影响，以减弱相位中心偏差的影响。天线定向误差依定位精度不同而异，一般不应超过正负3—5°。
⑷
刮风天气安置天线时，应将天线进行三方向固定，以防倒地碰坏。雷雨天气安置天线时，应注意将其底盘接地，以防雷击天线。
⑸
架设天线不宜过低，一般应距地面1m以上。天线架设好后在圆盘天线间隔120度的三个方向分别量取天线高，三次测量结果之差不应超过3mm，取其三次结果的平均值记入测量手薄中，天线高记录取值1mm。
⑹
测量气象参数：在高精度GPS测量中，要求测定气象元素。每时段气象观测应不少于3次(时段开始、中间、结束)气压读至0.1mbar，气温读至0.1℃，对一般城市及工程测量只记录天气情况。
⑺
复查点名并记入测量手簿中
。用电缆将天线与接收机进行连接，经检查无误后，方能通电使用仪器。
2.开机观测
开机作业的主要目的是捕获GPS卫星信号，并对其进行跟踪、处理和量测，以获得所需要的定位信息和测量数据。天线安置完成后，在离开天线时当位置的地面上安放GPS接收机，接通接收机与电源、天线、控制器的连接电缆，并经过预热和静置，即可启动接收机进行观测。
接收机锁定卫星并开始记录数据后，观测员可按照仪器随机提供的操作手册进行输入和查询操作，在掌握有关操作系统之前，不要随意按键和输入，一般在正常接收过程中禁止更改任何设置参数。
通常来说，在外业观测工作中，以其操作人员应注意以下事项：
⑴
当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后，方能接通电源，启动接收机。
⑵
开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后，方能输入有关测站和时段的控制信息。
⑶
接收机在开始记录数据后，应注意查看有关测量卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及变化、存储介质记录等情况。
⑷
一个时段观测过程中，不允许进行以下操纵：关闭又重新启动；进行再测试（发现故障除外）；改变卫星高度角；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功能键。
⑸
每一观测时段中，气象元素一般应在开始、中、末各观测记录一次，当时段较长时可适当增加观测次数。
⑹
在观测过程中要特别注意供电情况，除在出测前认真检查电池容量是否充足外，作业中观测人员不要远离接收机，听到仪器的低电报警要及时予以处理，否则可能会造成仪器内部数据的破坏后丢失。对观测时段较长的观测工作，建议尽量采用太阳能电池或汽车电瓶进行供电。
⑺
仪器高一定要按规定始末各量测一次，并及时输入接收机内存卡及记入测量手簿之中。
⑻
接收机在观测过程中不要靠近接收机使用对讲机；雷雨季节架设天线要防止雷击，雷雨过境时应关机停测，并卸下天线。
⑼
观测站的全部预定作业项目，经检查均已按规定完成，且记录与资料都完整无误后方可迁站。
⑽
观测过程中要随时查看仪器内存或硬盘容量，每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬软盘上，确保观测数据不丢失。
3.观测记录
⑴
观测记录
观测记录由GPS接收机自动进行，均记录在存储介质(如硬盘、硬卡或记忆卡等)上，其主要内容有：
a．载波相位观测值及相应的观测历元；
b．同一历元的测码伪距观测值；
c．GPS卫星星历及卫星钟差参数；
d．实时绝对定位结果；
e．测站控制信息及接收机工作状态信息。
⑵
测量手簿
测量手簿是在接收机启动前及观测过程中，由观测者随时填写的。其记录格式在现行<<规范>>和<<规程>>中略有差别，视具体工作内容选择进行。为便于使用，这里列出<<规程>>中城市与工程GPS网观测记录格式供参考。
GPS外业观测手薄
______________工程GPS外业观测手薄
观测者姓名________
日期
____年____月____日
测站号________
天气状况________
测站号______时段号______
测站近似坐标
:
本测站为
______
新点
经度:E_____
o_____
′
______
等大地点
纬度:N_____
o_____
′
______
等水准点
高程:_____________
(m)
___________________
记录时间:__北京时间__
UTC__区时
开录时间_________
结束时间_________
接收机号___________
天线号__________
天线高___________测后校正值___________
1._________2.__________3.__________平均值__________
天线高量取方式略图测站略图及障碍物情况观测状况记录
1.电池电压___________(块条)
2.接收卫星号_____________________________________
3.信噪比(SNR)____________________________________
4.故障情况_______________________________________
5.备注备注栏应记载观测过程中发生的重要问题，问题出现发生的时间及其处理方式等。
观测记录和测量手簿都是GPS精密定位的依据，必须认真、及时填写，坚决杜绝事后补记或追记。
3.记录要求
外业观测中，存储在存储介质上的数据文件应及时拷贝一式两份，分别保存在专人保管的防水、防静电的资料箱内。存储介质的外面，适当处应贴制标签，注明文件名、网区名、点号、时段名、采集日期、测量手簿编号等。
接收机内存数据文件在转录到外存介质上时，不得进行任何剔除或删除，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。
四.本次梧州市GPS控制网外业工作作业调度表设计如下：
表3－5
外业工作作业调度表
日期时段号起止时间
GPS观测站及接收机号
1号机
2号机
3号机1
日
1
8：00～9：00
孔离顶
大山
中团村
2
10：30～11：30
大埇村
大山
新兴村
3
14：30～15:30
中团村
恩义村
新兴村
4
16:30～17：30
大涧岭
恩义村
新兴村2
日5
8：00～9：00
三山顶
大埇村
潘屋
6
10：30～11：30
三山顶
木桶顶
竹柜背
7
14：30～15:30
新兴村
大涧岭
萃华村
8
16:30～17：30
高旺
大涧岭
火流岭
3
日
9
8：00～9：00
新兴村
萃华村
潘屋
10
10：30～11：30
竹柜背
萃华村
潘屋
11
14：00～15:00
萃华村
竹柜背
木材厂
12
15:40～16：40
高旺
竹柜背
木材厂
13
17：20～18：20
平簪
河西
木材厂4
日
14
8：00～9：00
木桶顶
竹柜背
上平
15
10：30～11：30
平簪
太平
上平
16
14：30～15:30
太平
蜈蚣岭
石角埇
17
16:30～17：30
河西
白云山
石角埇5
日
18
8：00～9：00
社埇口
青叶山
蜈蚣岭
19
10：30～11：30
大利埇
青叶山
蜈蚣岭
20
14：30～15:30
大利埇
白云山
扶典埇
21
16:30～17：30
鸡爬石顶
龙珠
扶典埇6
日
22
8：00～9：00
河西
火流岭
旺步头
23
10：30～11：30
扶典埇
大山头
旺步头
24
14：30～15:30
鸡爬石顶
下典口
龙珠
25
16:30～17：30
太平山
大山头
龙珠第四章
GPS成果的检核与数据处理
第一节
已知点可靠性检验
GPS测量所获得的三维坐标属于WGS-84大地坐标系（地心坐标系），而梧州市使用的是54北京坐标系（地参坐标系），为了保证旧系统中许多资料的可用性，必须进行新旧坐标转换。然而，当已知点的地参坐标存在粗差时，转换结果必然受到歪曲，因此，本设计有必要设计一项措施对已知点的可靠性进行检验。
检验公式以及检验方法：
对于GPS网点的坐标转换，通常采用BURSA-WOLF模型，针对梧州市的情况有（4－1）
式中：
=1,2,…n
为GPS与地面网重合点号
为54北京坐标（地参坐标）
为WGS-84坐标（地心坐标）
为坐标平移量
K
为尺度变化参数
R
为旋转矩阵（正交矩阵）
若规定地面某点g为地参坐标系原点，则由式（4－1）可得g的模型等式，同时与其之差可以表示为：（4－2）
式中：
从（4－2）式可以看出，各点相对于地参坐标原点的基线向量的变化，只涉及到三个旋转角（旋转矩阵R的三个独立参数）和尺度变化参数K。
若已知点有较大的误差或粗差，必然会引起尺度变化参数K的变化，当然，旋转矩阵也会产生变化，因此可以用尺度变化参数的变化情况来检验已知点的可靠性。方法是，按全组合的方法将已知点分成几个组，若由各组分别求得的尺度变化参数K呈现出一致性，则说明各已知点可靠。反之，说明已知点存在问题。
再经过列出误差方程和解法方程，最后解得尺度变化参数K的表示式为：
（4－3）
对于已知点的大地高未知的情况，通常是先将GPS网进行无约束平差后的GPS三维基线向量及其方差——协方差阵转换到已知点所属的高斯平面坐标系中，然后进行二维约束平差。由前面的推导方法，得到二维变换时的尺度变化参数K的表达式：
（4－4）
式（4－4）中的
为先将GPS网无约束平差后各点的三维坐标转换成大地坐标，再利用高斯投影正形公式求得的相应点的平面坐标,然后反求得相对于地参坐标系原点的基线向量。第二节
GPS外业观测成果的检核
外业观测成果的检核是保证外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节。当外业观测任务完成后，必须在测区对观测资料的质量进行检核，以便发现不合格成果，并根据情况采取相应的解决措施。
一、一般性检查、核实
根据各个测站每一个时段的信息文件，按下列各项逐项检查。
⑴站名和站名号是否输入有误；
⑵时段号是否输入有误；
⑶开关机是否按规定同步；
⑷天线高和气象数据测量结果是否符合要求；
⑸是否观测了所有的预报卫星；
⑹有没有发生短暂的失锁或故障报警，是否已排除故障；
⑺实时定位解是否收敛平稳；
⑻资料是否齐全。
二、每个时段同步边观测数据的检核
1.数据剔除率:
剔除的观测值个数与应获取的观测值个数的比值称为数据剔除率。在同一时段观测值的数据剔除率，其值应小于10﹪。
2.采用单基线处理模式时，对于采用同一种数学模型的基线解，其同步时段中的任一三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差不得超过下表4－1所列限差。
表4－1
同步坐标分量及环线全长相对闭合差限差(ppm·D)
限差类型
等级
坐标分量相对闭合差
环线全长相对闭合差
三等
3.0
5.0三、重复观测边的检核
同一条基线边若观测了多个时段，则可得到多个边长结果。这种具有多个独立观测结果的边就是重复观测边。对于重复观测边的任意两个时段的长度较差，均应小于相应等级规定精度(按平均边长计算)的2倍。
四、同步观测环的检核
当环中各边为多台接收机同步观测时，由于各边是不独立的，所以其闭合差应恒为零。但是由于模型误差和处理软件的内在缺陷，使得这种同步环的闭合差实际上仍可能不为零。这种闭合差一般数值很小，不至于对定位结果产生明显影响，所以也可把它作为成果质量的一种检核标准。
一般规定,三边同步环中第三边处理结果与前两边的代数和之差值应小于下列数值。
；（4－5）
；
（4－6）
；
（4－8）；
（4－9）
所有闭合环的分量闭合差不应大于，而环闭合差：
（4－10）
五、异步观测环检核
无论采用单基线模式或多基线模式结算基线，都应在整个GPS网中选取一组完全的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差应符合下式：(4-11)(4-12)
(4-13)
(4-14)
以上各式中：
——环中相邻点间的平均距离误差；——各闭合图形闭合差的限值；
——各闭合图形中的基线边数；
六、补测与重测
1.施测要求，外业有缺测、漏测，或数据处理后，观测数据不能满足规定时，有关成果应予以补测。
2.当检核发现，边观测数据或闭合环超限时，经分析后，应对其中部分或全部成果进行重测。
3.需进行补测或重测边。应尽量安排一起进行同步观测。第三节
数据预处理
数据预处理的主要目的是对原始数据进行编辑、加工整理、分流并产生各种专用信息文件，为进一步的平差计算做准备。它的基本内容是：
1.数据传输；
2.数据分流；
3.统一数据文件格式；
4.卫星轨道的标准化；
5.探测周跳、修复载波相位观测值；
6.对观测值进行必要改正。
第四节
GPS网平差设计
GPS网平差有两种基本形式，即整体平差和分阶段平差。其中整体平差是指GPS网的原始观测值经过各项改正后，组成误差方程，按最小二乘法构成法方程，一并解算出所有的待定系数，这种方法由于观测量大，待定的参数多，平差工作复杂，需要大型的高速计算机，其优点是理论上严密，整体性好。而分阶段平差是先按同步观测的原始数据，进行分压平差，解算出各站间的基线向量（坐标差），然后以这些基线向量为观测值及其相关权阵为权，进行GPS网的相关平差，解算出各点的三维坐标及其相应的方差——协方差和权逆阵等。这种GPS网平差比较简单，可以在现代的微机上进行。根据当前的实际情况和梧州市布设网形的特征以及精度要求，本网平差宜采用分阶段平差。
在各项质量检验都符合要求后，以独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差作为观测信息，以一个点的WGS-84坐标系三维坐标作为起算依据，进行GPS网的无约束平差。无约束平差提供的是各控制点在WGS-84坐标系中的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的总改正数，基线边长以及点位和边长的精度信息。
在无约束平差确定的有效观测量基础上，在国家坐标系下进行三维约束平差。以已知点坐标作为强制约束的固定值进行三维约束平差。
第五节
GPS网平面坐标转换设计
GPS定位成果是属于WGS－84大地坐标系，而实际使用的成果往往是属于某一国家坐标系或地方坐标系。因此，必须进行坐标转换。
本次设计的测区，所用的坐标系为54－北京坐标系，测区内的控制点均属于54－北京坐标系，所以要求把WGS－84坐标系转换为54北京坐标系。本次的坐标转换设计采用布尔沙模型，其步骤是先将GPS网在WGS－84坐标系进行平差，求出网中已知点的空间坐标，再将其转换为大地坐标，然后从大地坐标投影到高斯平面上。具体过程如下：
一、WGS－84坐标系中的GPS控制网三维平差
设任意两点i，j的GPS基线向量观测值为，又设网中各点在WGS－84坐标系中的直角坐标为未知参数，并记为：（4－15）
其中为坐标近似值，为改正值，符号“^”表示平差值。因为观测值是WGS－84坐标系中的三维坐标差，故它们与未知参数间有以下十分简单的关系式：（4－16）
式中表示的改正值。由此可写出相应的误差方程为：（4－17）
其中=－；=－；=－。
在WGS－84坐标系中进行GPS网平差时，一般取GPS基线向量提供的尺度和方位作为尺度基准和方位基准，取单点定位的某个点的三维坐标或取某个已知点的坐标作为位置基准，实用上取该点的坐标参数改正值为0。设该点为，则有基准方程：
（
4－18）
将由式（4－17）组成的全部误差方程和式（4－18）的基准方程写为：（4－19）
（4－20）
其中包含全网各点的坐标未知参数，V表示全部GPS基线向量观测值的改正值，L是由GPS基线向量构成的常数项，也可视为全网的观测值，而式（4－20）中的为：
=
（4－21）
又设全网GPS基线向量观测值的方差阵和权阵为和，则未知参数的解为：
（4－22）
式中。而的协因数阵为：（4－23）
其中G应满足：
AG=0
通常取为：
=
（4－24）
实际计算时也可以将式（4－18）代入式（4－19），在误差方程（4－19）式中消去,，然后按最小二乘法间接平差法求解及其协因数阵。
对GPS网在WGS－84坐标系进行三维平差主要有两个作用：
1.检查GPS基线向量是否有粗差和明显的系统误差，并考察GPS网的内部精度和GPS基线向量的观测精度。
2.提供GPS网中各点相对于某点的大地高数据，以便进一步求各点的大地高。
二、三维坐标转换
对WGS－84坐标三维平差后，接着进行的就是把WGS－84坐标系转换为空间直角坐标系。
设有两个空间直角坐标系O1－X1Y1Z1和O2－X2Y2Z2这两个坐标系的原点O1和O1不重合，坐标轴不平行，对应的坐标轴之间存在三个微小的旋转角记为
的尺度为1，而设O2－X2Y2Z2的尺度为1＋一般称任意点Pi在两个坐标系中的坐标（,,
）和（,,）之间的关系式为三维坐标系转换模型。布尔沙（Bursa）模型为:
(4-25)
式中：是O1在O2－X2Y2Z2中的坐标，成为平移参数，也称,,为旋转参数，为尺度参数。
三、空间直角坐标系转换为大地直角坐标系
将空间直角坐标转换为大地坐标，可以运用下列公式：
(
4-26)
式中：x,y,z为经空间平差后的GPS点坐标，a,b均为WGS-84大地坐标的椭球基本参数及几何物理常数。
四、大地坐标转换为高斯－克吕格平面坐标
计算公式如下：
（4－27）式中：
x为自赤道起的子午线弧长；
（4－28）
N为卯酉曲率半径；t为计算大地精度与投影中央子午线经度之差。即：（4－29）
上面（4－28）式和（4－29）式中的参数均为克氏椭球参数。
通过上述投影，此时所得的GPS点在高斯平面上的坐标为x、yd任属于WGS－84坐标。利用已知点在此平面上的两种坐标值（54北京坐标值和WGS－84坐标值），用布尔莎坐标转换模型按下式求解出该平面上的转换参数。
(4-30)
式中：
----坐标平移量；
----54北京坐标（地参坐标）；
——WGS-84坐标（地心坐标）；
K——尺度因子；
Q——旋转参数。
最后，利用已求出的转换参数代入下式，求出其它GPS点在54北京坐标系中的平面坐标。第五章
GPS高程设计
GPS相对定位得到的三维基线向量经平差后，可以得到高精度的大地高差，在GPS网平差后，得到的是各GPS点的WGS-84大地高H8，而实际应用中，地面点的高程采用正常高系统，所以要用一定的方法将大地高转换为正常高Hr。设地面点的正常高为Hr，则大地高与正常高之间的关系可以用图5－1来表示：地表面
Hr近似大地水准面参考椭球面
图5－1
由图可知：
=Hr＋
（5－1）
式中：为高程异常
目前，精确计算各GPS点的正常高最常用的方法是GPS水准高程。第一节
模型确定
目前用于GPS水准高程计算的模型可分为两类：一类是移动法拟合模型，它属于点逼近；一类是样条函数模型，它属于分片逼近。鉴于梧州市多为丘陵、山地，整个测区的大地水准面起伏较大，故采用分片逼近的样条函数拟合模型较为有利。
根据测区中已知点的平面坐标x、y和高程异常有如下样条关系：
(5－2)
(5－3)
式中：
；
；
；
；
；
、为已知点的坐标，x、y为待定坐标，A、B为待定系数，为点的负载，D为刚度。
第二节
高程拟合方法
根据高程拟合与当地大地水准面的起伏趋势有着密切关系这一特征，拟合方式分为三种：平面拟合、平面相关拟合、曲面拟合。考虑到测区的实际情况，本次设计决定采用平面相关拟合方法，其具体处理过程如下：
1.根据GPS观测量进行高程平差求出各点在WGS－84参考系上的高程。
2.利用莫洛琴斯基公式逐点计算出WGS－84坐标系转换到本地参考系的。
(5－4)
式中：
、、为WGS－84坐标系的长半轴、扁率以及该点的大地坐标；、为本地参考系的长半轴和扁率。
；；
，，为WGS－84坐标系转换到本地坐标系的三维转换系数。
3.以测区已知水准点作为基准点，然后计算
(5－5)(5－6)
由(5－5)、(5－6)式得：
(5－7)
设基准点值下标为0，则
(5－8)
对于任一个GPS点都有
(5－9)
设为真值，为计算值，则
＝()+
(5－10)
由此得到(5－11)
4.利用已知水准点的两种高程进行拟合
令
则：
(5－12)
式中，在已知水准点上为已知项，然后利用进行拟合。
对于平面相关拟合：
(5－13)
式中：，为该点至基准点南北和东西向的距离，、、为待定系数。
第三节
水准精度估算
利用GPS进行城市测高，在一定程度上能满足要求，但必须对部分点进行水准联测以进行检验其准确度和可靠性，从而保证网的质量。用GPS测定正常高的误差主要包括以下几种：
1.
(5-14)
式中,为GPS水准平均边长
经计算，
2.GPS测定大地高误差
(5-15)
式中：
为采用仪器标称精度
为相邻两点间边长距离的误差(单位：mm)
故GPS测定大地高的误差为
(5-16)
3.坐标转换误差
由于GPS测出的大地高属于WGS－84坐标系，在转换成54北京坐标系时，一般只考虑两个坐标系之间的平移参数和椭球的差别，这样对高程的影响值为：
(5-17)
式中：i、k表示基线两单点号，B、L、N、M为纬度、经度、卯酉圈和子午圈曲率半径。
拟合计算误差：一般认为，只要有足够的已知点，模型的误差可认为以内。
综合上述四项误差，可对本网的精度估算公式如下：
(5-18)结束语
本次设计是为了适应梧州市的经济发展，迎合梧州市市区的整体规划需要，在原城市常规控制网的基础上进行GPS控制网的设计，将整个梧州市管辖区域用GPS网控制下来，以利于将来的城市发展。
经历了两个多月的学习与探索，我顺利地完成了“梧州市GPS城市控制网设计”这一毕业论文设计的各项工作，在学习中，我掌握了许多有关GPS测量方面的知识和原理，并且从中学会了许多设计思路和比较方法，让我从感性的设计中学到了理性的思想，本次设计让我的经验和能力都有了很大的提高。致谢
在整个论文的设计过程中，我得到了许多人的帮助和指导，其中有同学间的相互探讨与学习，同学们及时纠正我的设计中的某些错误，并提供一些可供参考的设计思路，在此我深表感谢。给我帮助最大的要数我的指导老师XX了，在开始设计前，他给我各种参考资料，为我制定设计方向和设计方法，在我的设计过程中，他及时给予我不同程度的指导并纠正论文设计的从未和不足。并且对我提出了工作结合实际，设计结合生产这一指导思想，同时还带领我们同组成员作GPS外业工作，增强我们的操作能力，在此，我表示由衷地感谢。另外，值得一提的是梧州市国土局技术服务站的罗锦新站长，在我的设计中，他不辞辛劳地向我介绍测区的相关情况，并拿出测区的相关图纸供我参考。在此，我向他表示深深地感谢。最后，还要感谢图书馆给予我的各种帮助的工作人员。
主要参考文献
⒈《大地坐标转换与GPS控制网平差计算及软件系统》，刘大杰、白征东，同济大学出版社，1997.5
⒉《GPS测量》，高成发，人民交通出版社，1999.10
3.
《GPS卫星测量原理与应用》，周忠谟、易杰军，测绘出版社，1992.12
4.
《全球定位系统（GPS）测量规范》，国家测绘局发布，1992.10
5.
《全球定位系统城市测量技术规程》，北京市测绘设计研究院，建设部发布，1997.4
6.
《测绘工程产品价格》，国家测绘局颁布，2002.1
7.
《GPS测量原理及应用》，徐绍铨、张华海、杨志强、王泽民，武汉测绘科技大学出版社，1998.10
8.
《GPS网平差前已知点的可靠性检验》，周光文、黄筱蓉，测绘通报，1997.2
9.
《中国国家A级网的数据处理和精度评估》，测绘学报，1996.2
10.
《GPS网数据质量控制》，测绘通报，2000.9
11.
《GPS测量中的选点、构网与推进》，四川测绘，1994.2
12.
《GPS在城市控制测量应用中的研究》，测绘通报，2000.9附录一
踏勘报告
对于梧州市的GPS控制网设计，根据需要，在经过图纸上初步选定点位以后，我利用去梧州市国土局面试的机会，对梧州市测区进行了为期两天的实地踏勘。
本次设计使用的地图是1965年板式，图纸比较老，加上城市发展较快，测区内的许多地物地貌都发生了很大的变化，农田变成了高楼大厦、小山土丘变为平地，有些导线点。水准点可能已被破坏或移动，所以我这次踏勘的主要目的是检查测区内本次设计所用到的国家三等三角点、国家四等导线点和一些水准点的完好性和可用性，了解测区的大致情况，了解测区的交通条件、地理位置，了解测区的现状和发展，了解所选点位是否满足GPS网点点位要求，并针对各种情况，对所选点位进行修正和改进。
由于在梧州市踏勘的时间比较紧，同时还要忙于面试，没有能够对测区内所选点位进行完全踏勘，仅对市内的一些点位和所选的GPS选点进行了踏勘和了解，踏勘所用的交通工具是梧州市国土局的小汽车，在一天的时间里我踏勘了以下点位：国家三等三角点（白云山），国家四等导线点（扶典埇、火流岭、大涧岭、新兴村、木桶顶、蜈蚣岭、青叶山），单位提供的GPS点位（潘屋、竹柜背、萃华村、木材厂、高旺、河西、石角埇、旺步头），设计所选的GPS新点（上平、太平、大利埇），当然，由于时间关系，也不是每点必到，有些点位是单位一直使用或曾经使用过的，对其具体情况已经有所了解，就免了实地踏勘。同时，对于那些距离市区比较远的点位，我也尽最大努力查询资料了解，并委托单位的同事帮忙踏勘，事后我在打电话了解情况。
在这次的实地踏勘过程中，梧州市国土局的工作人员给了我很大的帮助，因为原来所选的一些点位在实地上不符合要求，单位向我提供了城市发展规划报告，并给了我城市四等GPS点的一些资料，帮助我进行点位踏勘，使我顺利地完成了梧州市GPS控制网设计点位的选择。
经过踏勘，由于梧州市规划局的重点保护和当地人民的保护意识强，所选的旧点都保护完好，没有破坏和移动，新选的GPS点位都尽可能布设在交通方便、通讯方便且易于保护的地方。
这次踏勘的GPS网点点位满足以下要求：
1.
点位选择在远离大功率无线电发射台和高压输电线，其距离基本上都大于200m（根据目估）。
2.
点位附近没有大面积水域或对电磁波反射（或吸收）强烈的物体。
3.
点位周围土质良好，其视场内周围障碍物高度角小于15°。
4.
所选的点位，同时顾及了常规测量方法的联测，每个GPS新点都保证了至少一个的相邻点通视方向。附录二
大地坐标系的有关说明
1.
WGS-84大地坐标系的地球椭球基本参数及其几何物理常数。
⑴．椭球基本参数：
长半径
地球引力常数（含大气层）
；
正常化二阶带谐系数
；
地球自转角速度
；
⑵主要几何和物理常数：
短半径
;
扁率
;
第一偏心率平方
；
第二偏心率平方
；
椭球正常重力位
；
赤道正常重力位
；
2．54北京坐标系参考椭球的基本几何参数：
长半径
；
短半径
;
扁率
；
第一偏心率平方
；
第二偏心率平方
；
GPS城市控制网设计毕业论文 本文关键词：毕业论文，控制，城市，设计，GPS
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