GPS原理及工程安全监测应用

基础篇

1绪论

1.1GPS概况与发展历程

1.1.1早期的卫星定位技术

1.1.2全球定位系统（GPS）发展历程

1.1.3美国政府GPS政策与现代化进程

1.2GPS组成及特点

1.2.1GPS的组成

1.2.2GPS的特点

1.3其他卫星导航定位系统

1.3.1全球导航卫星系统（GLONASS）

1.3.2伽利略卫星导航定位系统（GALILEO）

1.3.3北斗卫星导航系统（BDS或COMPASS）

2GPS坐标系统和时间系统

2.1天球坐标系

2.1.1天球的基本概念

2.1.2天球坐标系分类

2.2地球坐标系

2.2.1常用地球坐标系形式

2.2.2参心坐标系和地心坐标系

2.3协议坐标系

2.3.1协议天球坐标系

2.3.2协议地球坐标系

2.3.3协议天球坐标系与协议地球坐标系的转换

2.4GPS常用坐标系统与高程系统

2.4.1WGS—84坐标系

2.4.2ITRF（国际地球参考框架）

2.4.3我国常用大地坐标系

2.4.4地方独立坐标系

2.4.5GPS高程系统

2.5GPS坐标转换与基准转换

2.5.1坐标转换

2.5.2基准转换

2.6时间系统

2.6.1时间系统概述

2.6.2世界时系统

2.6.3原子时（AtomicTime，AT）

2.6.4力学时（DynamicalTime，DT）

2.6.5协调世界时

2.6.6GPS时间系统

原理篇

3GPS卫星运动与信号构成

3.1卫星的无摄运动

3.1.1概述

3.1.2开普勒定律

3.1.3真近点角fs

3.2卫星的受摄运动

3.2.1卫星运动的摄动力

3.2.2地球引力场摄动力对卫星轨道的影响

3.2.3日、月引力对卫星轨道摄动影响

3.2.4太阳光压对卫星轨道的影响

3.2.5其他摄动力对卫星轨道的影响

3.3GPS卫星星历及卫星位置计算

3.3.1预报星历

3.3.2后处理星历

3.3.3GPS卫星位置计算

3.4GPS卫星信号

3.4.1测距码

3.4.2载波

3.4.3导航电文

4GPS定位误差

4.1GPS定位误差概述

4.1.1GPS定位误差分类

4.1.2消除或削弱误差影响的方法和措施

4.2与卫星有关的误差

4.2.1卫星时钟误差

4.2.2卫星星历误差

4.2.3相对论效应误差

4.3与信号传播有关的误差

4.3.1电离层折射误差

4.3.2对流层折射误差

4.3.3多路径效应

4.4与接收机有关的误差

4.4.1接收机时钟误差

4.4.2接收机位置误差

4.4.3接收机天线相位中心位置误差

4.5其他误差

4.5.1地球自转的影响

4.5.2地球潮汐的影响

4.5.3引力延迟

5GPS定位原理

5.1GPS观测值及组合

5.1.1码伪距观测值

5.1.2载波相位观测值

5.1.3多普勒观测值

5.1.4组合观测值

5.2单点定位

5.2.1伪距单点定位

5.2.2精密单点定位

5.2.3单点定位的定位精度的评价

5.3相对定位

5.3.1静态相对定位

5.3.2动态相对定位

5.3.3周跳探测与修复方法

5.3.4整周未知数的确定方法

5.4差分GPS定位

5.4.1差分GPS原理

5.4.2实时动态差分定位技术（RTK）

5.4.3连续运行参考站（CORS）

应用篇

6水电站堆石坝心墙碾压过程监测与质量评价应用

6.1引言

6.2GPS支持下的心墙碾压过程监测与质量评价相关技术设计

6.2.1总体技术路线

6.2.2监测指标体系设计

6.2.3监测硬件平台设计

6.2.4监测软件系统设计

6.2.5监测数据库结构设计

6.2.6相关重要算法设计

6.3应用案例——大渡河瀑布沟水电站大坝心墙碾压过程监测与质量评价系统

6.3.1工程概况

6.3.2硬件组装与校核

6.3.3软件系统的开发

6.3.4系统应用情况

7高速客运专线施工控制网监测应用

7.1引言

7.2高速客运专线施工控制网监测技术

7.2.1控制网选点

7.2.2标石埋设

7.2.3控制网图形设计

7.2.4外业观测实施

7.2.5内业数据处理

7.3应用案例——石武客专郑州至武汉段精密工程控制测量

7.3.1工程概况

7.3.2外业实施

7.3.3测量数据处理

7.4应用展望

8大型桥梁施工期安全监测与应急救援应用

8.1引言

8.2桥梁施工安全监测技术

8.2.1基于GPS的桥梁安全监测方法

8.2.2桥梁建设危险源分析

8.2.3应急救援预案研究

8.3应用案例——武汉二七长江大桥施工期安全监测与应急救援系统

8.3.1工程概况

8.3.2系统功能

8.3.3系统实现

8.3.4应用展望

参考文献2100433B

《GPS原理及工程安全监测应用》可作为安全工程、土木工程、水利工程、铁路工程领域相关专业科研人员和从事卫星导航定位技术、地理信息系统等工程技术人员的参考书，也可作为高等院校有关专业本科生及研究生的教材。

内容提要

本书为中国全球定位系统技术应用协会《教育与发展》专业委员会组织编写，旨在

普及GPS知识，推广GPS应用技术。本书系统论述GPS的基本原理、测量方法、应用范

围、测量技术设计与实施，数据处理与实用数学模型。本书特点概念清晰，通俗易懂，适

应面宽，应用性强。可作GPS 课程（40学时）的教材，可作测量工程技术人员参考用书。

系统地介绍了GPS全球卫星导航定位系统的基础知识及其发展，包括系统的组成、与卫星定位相关的坐标和时间参考系统、卫星轨道、卫星信号、定位原理、GPS信号接收机及全球卫星导航定位系统（GNSS）的近期发展动态。书中重点介绍了GPS静态和动态定位的原理，讨论了GPS卫星定位中的有关误差及其处理措施、GPS测量中网的设计与实施作业；详细介绍了GPS定位中的数据处理。《21世纪高等院校教材:GPS测量原理及应用》还较全面地概述了GPS定位测量技术的应用，最后对几种常用的空间大地测量技术作了简要介绍。

《21世纪高等院校教材:GPS测量原理及应用》可作为高等院校测绘类本科生或相关专业研究生教材，也可作为测绘专业的科技人员和从事定位与导航工作的科技人员及高等院校相关专业师生的参考书。