第1章绪论
1.1研究意义
全球定位系统(GPS)的全称是“导航卫星授时与测距全球定位系统” (navigationsatellite timing and ranging global positioning system, NAVSTAR GPS)。该系统由美国国防部于1973年批准建设，并于1994年全部建成投入运行。全球定位系统(GPS)具有全能性、全球性以及全天候性。因此，GPS现已经被广泛的运用于工程测量、海洋测量、资源勘探、大地测量、导航、海岛暗礁定位、地球动力学、精细农业、卫星精确定轨等多学科领域，从而给测绘学科带来了一场深刻的技术变革。
随着国民经济的飞速发展，我国加大了各项基础设施建设的投入。在建和规划中的许多大型工程建设项目亦越来越多，其对工程测量的要求亦越来越高。工程测量不仅仅要求精度高，而且还要能横跨数省甚至全国的大范围区域。比如，高速铁路的建设，不仅需要高精度、高跨度的精密测量方法与理论，而且还需要高精度、高可靠性的数据处理方法和软件。此外，特大型的跨海大桥以及特长險道等亦是如此。GPS技术运用到工程测量以前，在进行线路测量时，主要沿线路延伸方向釆用初测导线方法建立贯穿线路全线的平面控制网，此时的平面控制网测量成果属于垂线坐标系统。初测导线方法建立的线路平面控制网，它忽略了各测站处垂线不平行性以及水准面不重合性，是一个覆盖全线的统一、连续的平面直角坐标系统。为了较其它坐标系区别，把这个坐标性定义为道路工程渐变平面直角坐标系。
GPS是典型的法线系统的大地测量手段，在其引入我国数十年以来，现已广泛运用于工程测量领域，在大范围内其精度优于全站仪，而全站仪观测值属于垂线系统，在小范围内其精度优于GPS。可以说，GPS与全站仪各有优点。因此，GPS适用于首级控制和整体控制，硕博论文网sblunwen.com是国内专业的硕士论文网站，提供小学德育论文题目，小学德育教育论文，小学德育案例，教师评职称论文题目，教师论文发表服务。联系方式：QQ 1847080343，电话13795489978。全站仪适用于放样、碎步测量、变形监测等领域。由于全站仪与GPS各自的优点，全站仪与GPS现己普遍混用在工程测量平面控制中GPS建立首级控制网，然后再用全站仪加密控制网。此时，就存在分级建网、分级平差以及原始数据误差的处理等问题且目前的GPS平面坐标系统与道路工程渐变平面直角坐标系统并不相同，其基准线与基准面均不相同。
GPS所建立的平面坐标系统基准线为测站法线，基准面为WGS84椭球面。GPS平面坐.标系统与道路工程渐变平面直角坐标系下的观测值存在两化改正(包括水平方向值和距离)。比如，现在的高速铁路精密工程测量，水平方向值的两化改正被高速铁路等测量规范所忽略。其中，水平方向值两化改正中的垂线偏差改正是主要的系统误差源。根据最新高阶重力场模型EGM 2008推算表明，两化改正中的垂线偏差值对观测值水平方向值的改正值在极端环境情况下理论值可达±50 “。这种系统误差，在高精度、大跨度的精密工程测量里，可能会产生一定影响。
1.2国内外研究现状
运用GPS建立平面控制网，通常是测定地面上两点间的相对位置，获取其在WGS-84坐标系下的三维基线向量(AZ,A[AZ)(又称GPS向量)及其方差阵，然后运用这些基线构成基线向量网，也就是GPS测量平面控制网。GPS网平差也就是以WGS-84坐标系下的GPS三维基线向量为观测值的平差数据处理，以及相关精度的评定。
第2章GPS工程控制网坐标系统转换及平差模型
GPS三维基线向量(AX,Ar,AZ)是WGS-84坐标系下的三维坐标差。平差过程中以及平差完成后的GPS网控制成果的转换，都需要运用坐标转换。木章将介绍几种常用的坐标系统及其相互间转换的原理和方法，最后介绍几种常用的GPS工程控制网平差数学模型。
2.1 GPS工程控制网平差的几种常用坐标系
2.1.1空间直角坐标系
大地测量中使用的坐标系一般都与参考椭球发生一定的联系，如图2-1所示。空间直角坐标系的原点0位于参考椭球的中心，Z轴指向参考椭球的北极7V ,轴指向首子午面与赤道的交点j，；r轴位于赤道面上，且按右手坐标系与X轴呈90。夹角。地面点P的空间直角坐标可用该点在x，y,Z坐标轴上的投影来表示。空间直角坐标系可分为地心空间直角坐标系和参心空间直角坐标系，以地球中心为坐标系原点对应于地心空间直角坐标系，以参考椭球中心为坐标系原点对应于参;已、空间直角坐标系。
第3章 道路工程GPS网平差处理................................. 36-56
3.1 引言................................. 36
3.2 GPS平面坐标系................................. 36-38
3.3 道路工程渐变平面直角坐标系................................. 38-39
3.4 EGM 2008地球重力场模型简介................................. 39-41
3.5 道路工程平面坐标系统一性理论................................. 41-52
3.6 算例分析................................. 52-56
第4章坐标系下GPS网平差软件的研制 .................................56-64
4.1 软件设计的总体思想................................. 56-57
4.1.1 软件开发的目标与原则................................. 56
4.1.2 网平差软件开发工具................................. 56-57
4.2 网平差软件总体结构设计................................. 57-60
4.2.1 网平差软件功能设计................................. 57-58
4.2.2 软件数据处理流................................. 58
4.2.3 软件辅助功能菜单设计 .................................58-59
4.2.4 软件主程序界面 .................................59-60
4.3 软件主要功能模块设计................................. 60-64
结论
本文从GPS工程控制网平差数学模型出发，总结了 4种常用GPS网平差数学模型。这四种平差方法，各有优缺点。三维平差模型，其平差的整体性好，平差结果既包含了点的平面位置，而且还可以得到地面点的三维空间位置及其精度，很好地解决了平面位置与高程位置统一问题。三维约束平差特别适用于全国大范围甚至全球性的GPS控制网。而为了避免三维平差时高程误差对平面位置精度的不利影响，因而将GPS三维基线向量中平面信息与高程信息分开处理，以保证平面位置的高精度。所以，产生了二维平差模型。二维平差模型算法简单，更易编程实现，其平差成果可直接运用于工程测量各种目的。但由于二维平差过程中平面位置分量和高程位置分量分开处理，并且存在高斯投影长度变形，故二维平差模型算法不严密，它只适用于小范围GPS工程控制网平差。
随着GPS的普及与技术进步，原木属于大地测量手段的GPS已越来越多地应用于工程测量。而当前建立工程平面控制网常用的方法是：首先用GPS建立大范围内的首级控制网，然后再运用全站仪对首级控制网进行加密。GPS网平差成果属于法线系统下的成果，全站仪观测值成果属于垂线系统下的成果。这两种坐标系间水平方向值和距离值均存在两化改正。而水平方向值的两化改正中，短边的照准点标高差改正以及截面差改正等的影响相对较小，可以忽略；而垂线偏差改正影响较为主要。忽略这些改正将产生系统误差，这种系统偏差，对高精度、大跨度的精密工程测量来说，会产生一定影响。
为了解决上述问题，木文学习了道路工程渐变平面直角坐标系这个概念，并学习了如何在道路工程渐变平面直角坐标系下实现GPS工程控制网平差这一系统理论。建立并完善了其数学模型与随机模型，并推导了相应的数学公式。最后，基于道路工程渐变平面直角坐标系这一系统理论，以Visual studio 2008.NET为开发平台，Visual C#语言为开发工具，独立研制了一套道路工程渐变平面直角坐标下GPS工程控制网平差软件。该软件界面友好，实现了在道路工程平面直角坐标系下GPS工程控制网平差的功能。
通过算例验证分析，木软件能达到一定精度要求，为大跨度、高精度线状精密工程GPS平面控制提供一种解决思路。此外，木软件特色之处还在于包括了常规的三网平差模块、重力场正演计算模块、高程拟合模块、高斯投影來标正反算计算模块以及坐标转换模块。