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1、 本科学生毕业论文GPS-RTK技术在道路横断面测量中的应用系部名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 二一五年五月 摘 要本论文主要研究了全球定位系统GPS-RTK技术及南方CASS地形图成图软件和纬地公路设计软件联合用于公路断面测量的方内容，提出了利用上述硬件和软件结合进行内外业一体化的公路断面测量方法。论文简要介绍了GPS系统的组成、主要工作特点以及在公路工程中的应用现状；论述了GPS-RTK的工作原理、外业测量的过程、以及在公路工程断面测量中应用的优势；论文介绍了南方CASS地形图成图软件地表模型的建立和等高线的绘制方法、纬地公路设计软件的线路设计和数模建立以及断面图绘制
2、的方法。论文通过庄盖高速公路2标段的断面测量实例，验证了文中提出的利用GPS-RTK及南方CASS软件和纬地软件相结合的一体化公路断面测量的方法，实践证明，该方法是可行的，达到了提高效率和自动化程度的目的，断面数据精度也得到了提高，为快速进行断面测量和地面土方计算提供了解决方案。论文还论述了GPS-RTK与常规水准仪相结合，解决现状测区高程拟合的问题。关键词: GPS-RTK；公路断面测量；GPS控制网；南方CASS；纬地软件ABSTRACT This paper is a Global Positioning System (GPS) for the measurement of the c
3、ontent of highway projects, the main research will be the Global Positioning System (GPS) RTK technology for the road section survey, and with latitude in the South CASS software and graphics within the industry to calculate Earthwork.An outline of the GPS system, the composition of the main feature
4、s and the status of highway engineering; discusses the GPS-RTK cross-section measurement in the application of highway engineering advantages; from the basic principle of GPS positioning, detailed analysis of the GPS- RTK surveying outside the process: systematic study of latitude in the South CASS
5、with software use. Papers with CASS and latitude to the south of software use, comprehensive study of the road GPS RTK operation mode of the characteristics of measurement and the application of GPS RTK technology road measurements (including road surface, profile, cross section) the entire process,
6、 and highlights South CASS combining with the latitude to the process of drawing cross-section and earthwork calculations. GPS RTK paper discusses the combination with conventional water level to solve specific engineering problems, CASS and the latitude of the South proposed to combine the concept
7、drawing, saving time. Key words：GPS-RTK；Road section survey；GPS Control Network；South CASS；Hintsoft 目 录第1章 绪论11.1GPS原理及其应用11.2GPS卫星定位技术的发展41.3 RTK技术在道路测量中的应用及优缺点51.3.1 RTK技术在道路测量中的应用51.3.2RTK技术在道路测量中的优缺点61.4影响RTK成果精度的因素71.5 GPS展望与我国的北斗卫星导航系统8第2章 GPS-RTK测量相关概念92.1RTK技术的基本原理92.2RTK线路测量的设计与实施92.2.1方案设计
8、92.2.2外业实施102.3 WGS-84坐标系和我国常用坐标系102.3.1测量常用的坐标系统102.3.2 GPS定位成果的坐标转换11第3章 公路断面测量163.1公路断面测量的现状163.2传统公路断面测量方法与现测量方法的比较及实际应用183.2.1传统公路断面测量方法与流程183.2.2现公路断面测量方法与流程193.2.3传统公路断面测量方法与现测量方法的比较193.2.4 GPS-RTK在公路断面测量中的实际应用20第4章 GPS-RTK在公路断面测量中的应用224.1 GPS-RTK技术测量断面的原理224.2 GPS-RTK断面测量的外业实施224.3 GPS-RTK断面
9、测量内业数据处理234.3.1内业数据处理的几种软件234.3.2数据导入和预处理244.3.3公路主线线形设计264.3.4数模的建立与应用294.3.5绘制断面图294.4小结314.4.1关于生成文件324.4.2纵断面设计时应注意的问题32第5章 结论345.1 GPS-RTK在断面测量中一体化的优势34参考文献35致谢36 第1章 绪 论1.1GPS原理及其应用GPS是全球定位系统是（global positioning system）的英文缩写，是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航定位系统。GPS卫星定位测量是利用GPS系统解决大地测量的一项空间技术。它的含义
10、是：利用导航卫星进行测时和测距，以构成全球定位系统。GPS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广泛的应用，在物探测量工作中广泛普及及应用。对于物理点的放样已经不再仅仅是采用测角和量距，而是借助GPS导航卫星信号来确定地面点的准确位置。GPS卫星定位系统由3部分组成：空间部分、地面监控部分和用户接收设备部分。其中GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20200km的上空,均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55。此
11、外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码,一组称为C/A码(Coarse/Acquisition Code11023MHz);一组称为P码(Procise Code 10123MHz),P码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/A码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。地面控制部分由一个主控站,5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟
12、和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。 用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接
13、收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用
14、户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1
15、微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。 导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。其应用领域广泛，主要有以下几点1：在大地测量、工程测量中的应用： 由于GPS系统具有精度高、速度快、费用省、操作简便，现今建立大地及工程控制网基本上是采取GPS定位技术，取代了常规手段。国家A级和B级GPS大地控制网分别于1996年
