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第一章 绪论1

1.1全球导航定位系统（GNSS）的发展1

1.1.1 GPS系统1

1.1.2 GLONASS系统2

1.1.3 Galileo系统2

1.1.4中国北斗全球卫星导航系统2

1.2 GPS系统的构成3

1.2.1空间卫星星座部分3

1.2.2地面监控系统部分4

1.2.3用户接收机部分5

1.3 GNSS定位技术在水利水电工程中的应用前景5

1.3.1应用情况及关键技术5

1.3.2应用前景分析6

第二章 高精度GPS定位技术与数据处理方法7

2.1概述7

2.2 GPS接收机观测量7

2.2.1伪距观测量7

2.2.2载波相位观测量8

2.2.3多普勒频移9

2.3高精度GPS定位中的误差源及改正方法10

2.4 GPS卫星定位的数学模型10

2.4.1伪距定位10

2.4.2精度降低因子（DOP-Delusion of Precision）12

2.4.3载波相位平滑伪距14

2.4.4载波相位相对定位14

2.5 GPS定位模式与定位精度16

2.6高精度GPS数据处理分析软件介绍（GAMIT/GLOBK）17

2.6.1基线分析软件GAMIT的模块与功能18

2.6.2 GAMIT软件的安装18

2.6.3 GAMIT软件的使用19

第三章 基于GPS定位技术建立水利水电工程测量坐标系的方法25

3.1常用坐标系和基准概述25

3.1.1建立坐标系的一般原理26

3.1.2大地测量坐标系统26

3.1.3平面直角坐标系统28

3.1.4高程系统28

3.1.5本章部分符号的意义和相关约定28

3.2常用坐标转换29

3.2.1大地测量坐标系变换29

3.2.2地图投影（BL→xy）30

3.2.3地图投影反算（xy→BL）38

3.2.4基准变换40

3.2.5投影面的转换41

3.3水利水电工程坐标系42

3.3.1水利水电工程的分类及特点42

3.3.2水利水电工程坐标系的作用43

3.3.3水利水电工程坐标系的建立43

3.4 GPS水利水电工程坐标系的建立方法49

3.5基于GPS定位技术建立水利水电工程坐标系的工程应用50

3.5.1四川康定巴郎沟水电站GPS施工控制网实例分析50

3.5.2江汉兴隆水利枢纽GPS施工控制网实例分析51

3.5.3南水北调工程中线干线工程实例分析53

3.6小结54

第四章 水利水电工程GPS定位中观测值系统误差的研究与分析55

4.1水利水电工程GPS定位中气象改正方法的研究与分析55

4.1.1对流层延迟改正原理55

4.1.2气象参数的确定56

4.1.3青海引大济湟工程输水隧洞GPS施工控制网实例分析56

4.2高精度GPS定位中天线相位中心变化的研究与分析59

4.21天线相位中心变化及对高精度GPS数据处理的影响特性分析59

4.22天线相位中心变化改正原理60

4.2.3天线相位中心变化的改正方法61

4.2.4天线相位中心变化双差残余项的影响特性分析64

4.3小结68

4.3.1气象改正对GPS数据处理的影响特性分析68

4.3.2天线相位中心变化双差残余项的影响特性分析68

第五章 GNSS现代化及基于多星系统的基线向量处理方法69

5.1 GNSS现代化计划69

5.1.1 GPS现代化的提出69

5.1.2 GPS现代化中的军事部分69

5.1.3 GPS现代化中的民用部分70

5.2 GLONASS现代化计划70

5.3基于GPS + GLONASS的多星系统基线向量处理方法70

5.3.1 GPS基线解算的数学模型70

5.3.2 GPS + GLONASS联合处理基线的数学模型74

5.3.3质量控制与检核75

5.3.4高精度GNSS基线向量处理方法分析75

5.3.5联合使用多星系统的高精度基线解算工程实例分析76

5.4小结80

第六章 GPS基线向量与地面观测值的联合平差及关键技术问题81

6.1引言81

6.2联合GPS基线向量与地面边长观测值的三维平差模型及其软件实现81

6.2.1在三维坐标系中的联合平差模型81

6.2.2 GPS三维联合平差计算程序85

6.2.3数据格式的要求88

6.3联合GPS基线向量与地面观测值的二维平差模型88

6.3.1一般说明88

6.3.2二维平面坐标系中平差模型——模式一89

6.3.3二维平面坐标系中平差模型——模式二93

6.3.4二维平面坐标系中平差模型——模式三94

6.3.5二维平面坐标系中平差模型——模式四94

6.4汉江兴隆水利枢纽控制网联合平差实例分析95

6.4.1观测简介95

6.4.2 GPS基线处理95

6.4.3 GPS三维联合平差96

6.4.4 GPS二维联合平差结果及分析98

6.5小结103

第七章 GPS水利水电工程带状网的优化设计理论及方向中误差控制105

7.1水利水电工程带状GPS控制网及特点105

7.1.1概述105

7.1.2 GPS控制网设计105

7.1.3 GPS网基准106

7.1.4外业观测106

7.2 GPS水利水电工程带状控制网优化设计的理论基础107

7.2.1概述107

7.2.2 GPS控制网优化设计的质量准则108

7.2.3 GPS控制网的分级优化设计113

7.3 GPS控制网的方向中误差116

7.3.1 GPS控制网方向中误差的概念116

7.3.2 GPS控制网基线向量的方差阵估算方法117

7.3.3 GPS控制网方向中误差估算121

7.4青海引大济湟输水隧洞GPS施工控制网实例分析123

7.4.1施工控制网网型123

7.4.2施工控制网优化设计123

7.4.3 GPS施工控制网方向中误差实例分析125

7.5南水北调中线引江济汉工程C级控制网设计127

7.5.1测量方案设计的工作依据127

7.5.2测量方案设计的工作流程128

7.6小结129

第八章 隧洞洞外GPS控制测量对隧洞贯通的误差影响分析130

8.1隧洞洞外控制测量的方法及特点130

8.1.1隧洞性质及用途130

8.1.2洞外控制测量布设的方法及特点131

8.2洞外GPS控制测量对隧洞贯通的误差影响分析133

8.2.1贯通误差的含义133

8.2.2贯通误差的允许值133

8.2.3洞外GPS控制测量对隧洞贯通的误差影响134

8.3工程应用136

8.3.1工程简介136

8.3.2设计贯通误差136

8.3.3控制网实施137

8.4小结140

第九章 水利水电工程坝址区GPS大地高转换为正常高的拟合模型141

9.1概述141

9.2 GPS高程拟合方法141

9.2.1利用重力测量方法求高程异常141

9.2.2数学模型拟合法141

9.2.3平差转换法142

9.2.4联合平差法142

9.2.5神经网络方法142

9.3二次多项式曲面拟合法142

9.4转换GPS高程的神经网络方法143

9.4.1神经网络原理143

9.4.2 Levenberg-Marquardt算法144

9.4.3神经网络的结构和算法优化145

9.5工程实例分析146

9.5.1模型的建立与精度分析146

9.5.2神经网络模型的网络输入探讨148

9.6小结148

第十章 利用GPS定位技术进行长距离跨河高程传递149

10.1概述149

10.2 GPS大地高与正常高的关系及其转换149

10.2.1大地高与正常高的关系149

10.2.2高程转换原理及方法150

10.3 GPS跨河高程传递场地布置与观测151

10.3.1高程传递场地布置151

10.3.2观测152

10.4 GPS跨河正常高差未知参数计算方法研究153

10.4.1 GPS基线解算要求153

10.4.2常规计算方法153

10.4.3基于面拟合的正常高差未知参数估计154

10.5工程应用155

10.5.1南京长江四桥工程控制网测量155

10.5.2汉江兴隆施工控制网测量156

10.6小结157

第十一章 高精度GPS单点定位技术及其在水利水电工程中的应用试验158

11.1 GPS精密单点定位技术的发展背景158

11.1.1 GPS精密单点定位技术的提出158

11.1.2 GPS精密单点定位技术的研究现状158

11.2 GPS精密单点定位技术的特点及研究难点161

11.2.1 GPS精密单点定位与相对定位的比较161

11.2.2 GPS精密单点定位与标准单点定位的比较161

11.2.3 GPS精密单点定位的关键技术与难点问题162

11.3 GPS精密单点定位技术直接确定ITRF框架坐标162

11.3.1 GPS精密单点定位的基本162

11.3.2 GPS精密单点定位的3种数学模型163

11.4 GPS精密单点定位技术的误差源及改正方法165

11.4.1与测站有关的误差源165

11.4.2与卫星有关的误差源168

11.4.3与信号传播路径有关的误差171

11.4.4影响精密单点定位精度的其他因素172

11.5 GPS精密单点定位技术在水利水电工程中的应用试验172

11.5.1试验方案设计172

11.5.2 GPS精密单点定位与事后相对定位的比较分析173

11.5.3 GPS精密单点定位与实时相对定位（RTK）的比较分析174

11.6联合多星系统的GNSS精密单点定位技术175

11.6.1引言175

11.6.2 GLONASS精密轨道与精密卫星钟差产品的获取176

11.6.3 GPS与GLONASS联合精密单点定位函数模型176

11.6.4算例分析177

11.7结论及展望177

第十二章 GPS定位技术用于工程变形监测178

12.1概述178

12.1.1 GPS定位技术用于变形监测的特点178

12.1.2 GPS变形监测的应用现状178

12.1.3 GPS变形监测的主要技术和方法181

12.1.4本节小结185

12.2 GPS监测网的优化设计185

12.2.1 GPS监测网设计的指导思想185

12.2.2监测网的优化设计内容186

12.2.3工作基准网的设计186

12.2.4监测网的设计187

12.3 GPS监测网的实施187

12.3.1观测站组成187

12.3.2标型设计187

12.3.3 GPS观测纲要188

12.3.4垂直位移监测188

12.4 GPS监测网的数据处理188

12.4.1 GPS数据处理应遵循的一般原则188

12.4.2监测网的数据处理189

12.4.3监测数据的输出与管理190

12.5变形监测实例191

12.5.1滑坡概述191

12.5.2布网方案191

12.5.3实施情况192

12.5.4数据处理及精度分析192

12.5.5成果分析195

12.6小结197

第十三章 基于GPS定位技术的水利水电工程大型施工机械安全监测与应急指挥198

13.1概述198

13.2大型施工机械安全监测的特点及重要意义198

13.3大型施工机械安全监测的技术方法198

13.3.1传统的人工值守方法198

13.3.2无人值守的GPS定位方法200

13.4 GPS定位技术在广西龙滩水电施工机械防碰撞系统开发及应急指挥中的应用200

13.4.1广西龙滩水电施工机械布置概况200

13.4.2大型水电施工机械监控GPS信号采集系统的设计与实现202

13.4.3 GPS定位技术用于动态监测大坝施工吊车运行防撞系统的研究205

13.5小结209

第十四章 GPS数据处理软件比较分析及独立坐标转换计算方法210

14.1概况210

14.2 GPS数据处理软件210

14.2.1 GAMIT软件210

14.2.2 Trimble Geomatics Office（简称TGO）211

14.2.3 CosaGPS211

14.2.4长江委黄汝麟软件212

14.3各软件实现的功能及局限性212

14.3.1软件功能比较212

14.3.2各软件的特点分析215

14.4 GPS测量数据处理软件的选择方法215

14.5小结216

参考文献217