《GPS测量定位技术》课程教学大纲

《GPS测量定位技术》课程教学大纲 、课程的地位、作用 在人类社会即将步入21世纪时刻,以信息高速公路、数字地球为龙头的全球信息 化浪潮正扑面而来。“3S”(全球定位系统、遥感和地理信息系统)支撑着整个信息社会的 信息网络,成为现代信息社会发展的迫切需要 目前,我国的GPS应用又显两大亮点。亮点一:以车载导航为核心的移动目标监控、 管理与服务市场快速启动。并出现了为汽车拥有者提供财产监控、导航服务、报警寻车等服 务。亮点二:面向个人消费者的移动信息终端将大为流行。随着卫星导航定位设备的小型化 甚至芯片化,各种嵌入式电子产品种类极大丰富,并与人们的生活越来越紧密地结合在一起 遵循高等教育的技术领先规律,经过多次调研,征求专家意见,《GPS定位技术》 课程被列为我院三年制髙等职业技术教育一门必修的专业基础课。它是学生学习专业知识, 专门技术及获取新知识能力的重要课程,同时也是学生将来生活、工作实践中的一个重要工 具。该课程的主要任务是:讲授GPS卫星定位的基本原理、GPS定位的误差来源及其影响 GPS卫星定位的设计与实施、GPS定位的数据处理,培养学生使用GPS接收机在水利水电工 程勘测、大地控制网、施工控制网和工程的施工放样中进行定位工作的能力。通过学习本课 程,学生应达到如下要求 1.掌握GPS应用于定位的特点(观测站间无需通视、定位精度高、观测时间短、操 作简单、全天候作业、提供三维坐标) 2.掌握GPS定位的基本概念和传统测量方法的区别:GPS的RTK(动态实时定位) 技术在图根级控制测量和工程施工放样中的应用 3.通过学习掌握GPS的软件操作和分析解决实际问题的能力;及时了解GPS发展的 新动向。 4.培养学生操作GPS接收机的能力、GPS外业作业能力、GPS软件处理外业数据的 能力 5.培养学生的认识能力和自觉获取新知识的能力:培养学生严谨求实的科学态度和 精神 、教学内容和教学要求 (一)绪论 、知识点和教学要求

《GPS 测量定位技术》课程教学大纲 一、课程的地位、作用 在人类社会即将步入 21 世纪时刻，以信息高速公路、数字地球为龙头的全球信息 化浪潮正扑面而来。“3S”（全球定位系统、遥感和地理信息系统）支撑着整个信息社会的 信息网络，成为现代信息社会发展的迫切需要。 目前，我国的 GPS 应用又显两大亮点。亮点一：以车载导航为核心的移动目标监控、 管理与服务市场快速启动。并出现了为汽车拥有者提供财产监控、导航服务、报警寻车等服 务。亮点二：面向个人消费者的移动信息终端将大为流行。随着卫星导航定位设备的小型化 甚至芯片化，各种嵌入式电子产品种类极大丰富，并与人们的生活越来越紧密地结合在一起。 遵循高等教育的技术领先规律，经过多次调研，征求专家意见，《GPS 定位技术》 课程被列为我院三年制高等职业技术教育一门必修的专业基础课。它是学生学习专业知识， 专门技术及获取新知识能力的重要课程，同时也是学生将来生活、工作实践中的一个重要工 具。该课程的主要任务是：讲授 GPS 卫星定位的基本原理、GPS 定位的误差来源及其影响、 GPS 卫星定位的设计与实施、GPS 定位的数据处理，培养学生使用 GPS 接收机在水利水电工 程勘测、大地控制网、施工控制网和工程的施工放样中进行定位工作的能力。通过学习本课 程，学生应达到如下要求： 1．掌握 GPS 应用于定位的特点（观测站间无需通视、定位精度高、观测时间短、操 作简单、全天候作业、提供三维坐标）。 2．掌握 GPS 定位的基本概念和传统测量方法的区别；GPS 的 RTK（动态实时定位） 技术在图根级控制测量和工程施工放样中的应用。 3．通过学习掌握 GPS 的软件操作和分析解决实际问题的能力；及时了解 GPS 发展的 新动向。 4．培养学生操作 GPS 接收机的能力、GPS 外业作业能力、GPS 软件处理外业数据的 能力。 5．培养学生的认识能力和自觉获取新知识的能力；培养学生严谨求实的科学态度和 精神。 二、教学内容和教学要求 （一）绪论 1、知识点和教学要求

(1)理解 GPS系统的应用和发展前景:其相对于其它定位系统的特点和GPS应用于测量工作 的特点:美国的GPS政策 (2)了解 卫星的个数及寿命:卫星的运行周期及发射功率:原子钟的精度:定位信号频率 GPS的地面控制系统和用户设备;GPS定位技术的发展及在测量中的应用 2、能力培养要求 初步具有GPS发展前景的认识的能力。 (二)GPS定位的坐标系统和时间系统 1、知识点和教学要求 (1)掌握 参心坐标系中的1954年北京坐标系(BJZ54(原))、1980年国家大地坐标系(GDZ80) 和1954年新北京坐标系(BJZ54)参心坐标系的特点:地心坐标系的特点;参心坐标系与地 心坐标系之间的区别和WGS-84大地坐标系;建立地心坐标系的意义和方法 (2)理解 天球坐标系中的岁差与章动及天球坐标系的建立:GPS的时间系统 (3)了解 地心坐标系的表述形式;天球坐标系统中的天极、天球子午圈、时圈、黄道、黄赤 交角、黄极;时间系统中的世界时、历书时、原子时、协调世界时、力学时。 2、能力培养要求 初步具有几种坐标系的认识的能力。 (三)GPS系统的组成与GPS信号 知识点和教学要求 (1)掌握 GPS定位系统的三部分组成;卫星星历的概念;卫星信号的内容、结构及传播。 (2)理解 监控系统的作用;投入的可用GPS卫星状况:用户接收机的用途:卫星的运动及其 轨道。 (3)了解

（1）理解 GPS 系统的应用和发展前景；其相对于其它定位系统的特点和 GPS 应用于测量工作 的特点；美国的 GPS 政策。 （2）了解 卫星的个数及寿命；卫星的运行周期及发射功率；原子钟的精度；定位信号频率； GPS 的地面控制系统和用户设备；GPS 定位技术的发展及在测量中的应用。 2、能力培养要求 初步具有 GPS 发展前景的认识的能力。 （二）GPS 定位的坐标系统和时间系统 1、知识点和教学要求 （1）掌握 参心坐标系中的 1954 年北京坐标系（BJZ54（原））、1980 年国家大地坐标系（GDZ80） 和 1954 年新北京坐标系（BJZ54）参心坐标系的特点；地心坐标系的特点；参心坐标系与地 心坐标系之间的区别和 WGS-84 大地坐标系；建立地心坐标系的意义和方法。 （2）理解 天球坐标系中的岁差与章动及天球坐标系的建立；GPS 的时间系统。 （3）了解 地心坐标系的表述形式；天球坐标系统中的天极、天球子午圈、时圈、黄道、黄赤 交角、黄极；时间系统中的世界时、历书时、原子时、协调世界时、力学时。 2、能力培养要求 初步具有几种坐标系的认识的能力。 （三）GPS 系统的组成与 GPS 信号 1、知识点和教学要求 （1）掌握 GPS 定位系统的三部分组成；卫星星历的概念；卫星信号的内容、结构及传播。 （2）理解 监控系统的作用；投入的可用 GPS 卫星状况；用户接收机的用途；卫星的运动及其 轨道。 （3）了解

GPS信号的结构;测距码产生;导航电文的内容:天线的作用与分类 2、能力培养要求 初步具有了解GPS定位系统组成的认识的能力。 (四)GPS卫星定位的基本原理 1、知识点和教学要求 (1)掌握 GPS定位的基本概念;静态定位与动态定位;单点定位和相对定位:伪距定位,载 波相位测量原理及载波相位测量方法。 (2)理解 主动式测距和被动式测距;伪距及其测定与计算:动态定位的特点。 (3)了解 GPS测速原理和定时原理。 2、能力培养要求 初步具有GPS载波相位测量的认识能力。 (五)GPS卫星定位的误差来源及其影响 1、知识点和教学要求 (1)理解 接收机钟误差:相位中心位置误差的产生与消减方法。 (2)了解 电离层折射误差、对流层折射误差、多路径误差的产生与消减方法;卫星星历误差、 卫星钟误差、相对论效应的产生与消减方法。 2、能力培养要求 初步具有提高GPS接收机观测精度的能力。 (六)GPS卫星定位测量的设计与实施 1、知识点和教学要求 (1)掌握 建立GPS网的技术依据和规范要求:GFS测量的精度分级:作业基本技术规定:GPS 网的布网原则:卫星空间分布的几何图形强度设计;GPS定位网的测设方案;最佳观测时段 的选择:数据处理

GPS 信号的结构；测距码产生；导航电文的内容；天线的作用与分类。 2、能力培养要求 初步具有了解 GPS 定位系统组成的认识的能力。 （四）GPS 卫星定位的基本原理 1、知识点和教学要求 （1）掌握 GPS 定位的基本概念；静态定位与动态定位；单点定位和相对定位；伪距定位，载 波相位测量原理及载波相位测量方法。 （2）理解 主动式测距和被动式测距；伪距及其测定与计算；动态定位的特点。 （3）了解 GPS 测速原理和定时原理。 2、能力培养要求 初步具有 GPS 载波相位测量的认识能力。 （五）GPS 卫星定位的误差来源及其影响 1、知识点和教学要求 （1）理解 接收机钟误差；相位中心位置误差的产生与消减方法。 （2）了解 电离层折射误差、对流层折射误差、多路径误差的产生与消减方法；卫星星历误差、 卫星钟误差、相对论效应的产生与消减方法。 2、能力培养要求 初步具有提高 GPS 接收机观测精度的能力。 （六）GPS 卫星定位测量的设计与实施 1、知识点和教学要求 （1）掌握 建立 GPS 网的技术依据和规范要求；GPS 测量的精度分级；作业基本技术规定；GPS 网的布网原则；卫星空间分布的几何图形强度设计；GPS 定位网的测设方案；最佳观测时段 的选择；数据处理

(2)理解 GPS网的联测设计中应注意的问题;野外选点埋石的选择与外业成果的记录;野外 数据的检核:技术总结与上交资料 (3)了解 单频、双频GPS接收机类型的选择:最佳GPS接收机应具备的条件;美国天宝导航 公司、美国阿士泰克公司、瑞士徕卡公司生产的GPS接收机基本情况。 2、能力培养要求 初步具有GPS网的布设能力和GPS接收机的操作能力。 (七)GPS卫星定位的数据处理 1、知识点和教学要求 (1)掌握 数据处理的内容;基线向量的解算方法;坐标系统的转换原因;GPS网平差的目的 与过程 (2)理解 星历预报的重要性;数据传输过程;基线向量的误差分析与判断。 了解 测高及其数据处理;拟合法确定正常高程:GPS作三、四等水准加密,过河水 准测量,变形监测的应用。 2、能力培养要求 初步具有数据处理的能力 (八)GPS实时动态定位(RTK)原理 1、知识点和教学要求 (1)掌握 实时动态定位的基本思想:相对于静态定位增加的仪器设备及应用范围及精度 (2)理解 RIK的初始化过程:单、双频RTK接收机的区别 (3)了解 RTK的作业速度和作业效率;观测数据的实时处理过程 2、能力培养要求

（2）理解 GPS 网的联测设计中应注意的问题；野外选点埋石的选择与外业成果的记录；野外 数据的检核；技术总结与上交资料。 （3）了解 单频、双频 GPS 接收机类型的选择；最佳 GPS 接收机应具备的条件；美国天宝导航 公司、美国阿士泰克公司、瑞士徕卡公司生产的 GPS 接收机基本情况。 2、能力培养要求 初步具有 GPS 网的布设能力和 GPS 接收机的操作能力。 （七）GPS 卫星定位的数据处理 1、知识点和教学要求 （1）掌握 数据处理的内容；基线向量的解算方法；坐标系统的转换原因；GPS 网平差的目的 与过程。 （2）理解 星历预报的重要性；数据传输过程；基线向量的误差分析与判断。 （3）了解 GPS 测高及其数据处理；拟合法确定正常高程；GPS 作三、四等水准加密，过河水 准测量，变形监测的应用。 2、能力培养要求 初步具有数据处理的能力。 （八）GPS 实时动态定位（RTK）原理 1、知识点和教学要求 （1）掌握 实时动态定位的基本思想；相对于静态定位增加的仪器设备及应用范围及精度。 （2）理解 RTK 的初始化过程；单、双频 RTK 接收机的区别。 （3）了解 RTK 的作业速度和作业效率；观测数据的实时处理过程。 2、能力培养要求

初步具有GPS动态测量的能力。 、课程实践环节 (一)技能训练 技能训练项目 (1)天宝4800GPS接收机的认识和使用 (2)星历预报 (3)GPS静态定位外业观测 (4)GPS数据处理软件(TG0)的平差过程 (5)GPS数据处理成果的计算与输出 (6)GPS实时动态定位(RTK)的认识 (7)RTK基准站与流动站的启动 (8)利用RIK进行图根级控制测量 (9)利用RTK进行工程施工放样 技能训练要求 (1)通过以上技能训练,应能达到熟悉GPS接收机的正确操作步骤,正确地进行 外业观测记录。 (2)通过以上技能训练,能用GPS软件观看卫星的星历预报,了解基线的预处理 简单的网平差过程 (3)通过以上技能训练,初步掌握利用RTK进行工程测量的操作过程 (二)课程实习 详见课程实习大纲 四、学时分配 序 学时分配 教学内容名称 理论课技能训小计 绪论 2 2|GPS定位的坐标系统和时间系统 3GPS系统的组成与GPs信号 4|GPS卫星定位的基本原理 5GPS卫星定位的误差来源及其影响 222 00000

初步具有 GPS 动态测量的能力。 三、课程实践环节 （一）技能训练 1．技能训练项目 （1）天宝 4800GPS 接收机的认识和使用 （2）星历预报 （3）GPS 静态定位外业观测 （4）GPS 数据处理软件（TGO）的平差过程 （5）GPS 数据处理成果的计算与输出 （6）GPS 实时动态定位（RTK）的认识 （7）RTK 基准站与流动站的启动 （8）利用 RTK 进行图根级控制测量 （9）利用 RTK 进行工程施工放样 2．技能训练要求 （1）通过以上技能训练，应能达到熟悉 GPS 接收机的正确操作步骤，正确地进行 外业观测记录。 （2）通过以上技能训练，能用 GPS 软件观看卫星的星历预报，了解基线的预处理， 简单的网平差过程。 （3）通过以上技能训练，初步掌握利用 RTK 进行工程测量的操作过程。 （二）课程实习 详见课程实习大纲。 四、学时分配 序 号 教学内容名称 学时分配 理论课 技能训 练 小计 1 绪论 2 0 2 2 GPS 定位的坐标系统和时间系统 2 0 2 3 GPS 系统的组成与 GPS 信号 2 0 2 4 GPS 卫星定位的基本原理 2 0 2 5 GPS 卫星定位的误差来源及其影响 2 0 2

6|GPS定位测量的设计与实施 6 6 12 7|GPS控制网的数据处理 4 4 8|GPS实时动态定位 4 8 12 总复习 18 44 五、说明 1.本教学大纲完成课程的建议学时数为44学时。 2.本教学大纲中的学时分配是指导性的,任课教师在执行时可适当调整。 3.本课程与其他课程的衔接与分工 本课程可在控制测量、工程测量、地籍测量与土地管理、数字化测图、地理信息系 统、工程摄影测量讲课之中或之后进行。 4.各教学单元重点、难点和深广度的教学说明 (1)GPS测量技术是一门新的实践性较强的学科,应充分应用现代化的教学设备 以加强直观性。 (2)让学生理解GPS测量技术与常规的测量技术的不同点和相同点;外业工作的 特点及内业计算的特点:上交成果的内容。 (3)课堂教学应着重讲解基本概念,基本原理和基本方法,技能训练及实习应着 重基本技能训练 5.作业要求 本课程的作业均为思考题,目的是加深同学对每一章节的印象 6.推荐教材和参考文献 推荐教材: 《GPS测量定位技术》周建郑化学工业出版社 《GPS定位原理与技术》周建郑黄河水利出版社 (1)《卫星大地测量学》王昆杰等测绘出版社 (2)《GPS精密测地系统原理》李庆海等测绘出版社 (3)《GPS卫星测量原理与应用》周忠谟等测绘出版社 (4)《GPS测量定位技术》周建郑化学工业出版社

6 GPS 定位测量的设计与实施 6 6 12 7 GPS 控制网的数据处理 4 4 8 8 GPS 实时动态定位 4 8 12 9 总复习 2 0 2 合 计 26 18 44 五、说明 1．本教学大纲完成课程的建议学时数为 44 学时。 2．本教学大纲中的学时分配是指导性的，任课教师在执行时可适当调整。 3．本课程与其他课程的衔接与分工 本课程可在控制测量、工程测量、地籍测量与土地管理、数字化测图、地理信息系 统、工程摄影测量讲课之中或之后进行。 4．各教学单元重点、难点和深广度的教学说明 （1）GPS 测量技术是一门新的实践性较强的学科，应充分应用现代化的教学设备， 以加强直观性。 （2）让学生理解 GPS 测量技术与常规的测量技术的不同点和相同点；外业工作的 特点及内业计算的特点；上交成果的内容。 （3）课堂教学应着重讲解基本概念，基本原理和基本方法，技能训练及实习应着 重基本技能训练。 5．作业要求 本课程的作业均为思考题，目的是加深同学对每一章节的印象。 6．推荐教材和参考文献 推荐教材： 《GPS 测量定位技术》 周建郑 化学工业出版社 《GPS 定位原理与技术》 周建郑 黄河水利出版社 参考文献： （1）《卫星大地测量学》 王昆杰等 测绘出版社 （2）《GPS 精密测地系统原理》 李庆海等 测绘出版社 （3）《GPS 卫星测量原理与应用》 周忠谟等 测绘出版社 （4）《GPS 测量定位技术》 周建郑 化学工业出版社

(5)《GPS导航原理与应用》王惠南科学出版社 (6)《GPS原理及应用》李天文科学出版社 (7)国家基础地理信息中心(http://ngcc.sbsm.gov.cn/ (8)国家遥感中心(http://www.nrscc.gov.cn/index.asp (9)中国全球定位系统技术应用协会(hp://w, gps. org. cn/ (10)《测绘科技通讯》国家测绘局测绘标准化研究所主办 (11)《遥感信息》科学技术部国家遥感中心主办 (12)《测绘学报》中国测绘学会主办 (13)《中国测绘》中国测绘报社主办

（5）《GPS 导航原理与应用》 王惠南 科学出版社 （6）《GPS 原理及应用》 李天文 科学出版社 （7）国家基础地理信息中心（http://ngcc.sbsm.gov.cn/） （8）国家遥感中心（http://www.nrscc.gov.cn/index.asp） （9）中国全球定位系统技术应用协会（http://www.gps.org.cn/） （10）《测绘科技通讯》 国家测绘局测绘标准化研究所主办 （11）《遥感信息》 科学技术部国家遥感中心主办 （12）《测绘学报》 中国测绘学会主办 （13）《中国测绘》 中国测绘报社主办