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 CosaGPS 211
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