GPS控制网设计ppt课件

1 第五章GPS测量的技术设计与外业工作 2 目录第一节GPS测量中的几个基本概念第二节GPS技术设计的依据第三节GPS网的精度和密度设计第四节GPS网的基准设计第五节GPS网的图形设计 第六节GPS测量的外业工作 3 内容概要 观测时段和时段长度同步观测 基线向量和GPS基线向量网同步观测基线闭合环和环的闭合差同步观测环 同步环 和同步环检验独立基线向量独立观测环 异步环 和独立观测环检验 4 观测时段和时段长度 观测时段从测站上开始接收卫星信号起至停止接收卫星信号间的连续工作的时间段 是GPS测量的基本单位 时段长度观测时段所持续的时间 5 同步观测 基线向量和GPS基线向量网 同步观测两台或两台以上的GPS接收机对同一组卫星信号进行的观测 基线向量利用进行同步观测的接收机所采集的观测数据计算出的接收机间的三维坐标差 与计算时所采用的卫星轨道数据同属一个系统 GPS基线向量网采用GPS技术布设的测量控制网 由GPS点和基线向量所构成 6 同步观测基线 定义利用同一时段的多个同步观测站所采集的观测数据所计算出的若干基线向量 一个时段中 同步观测基线的数量若在某时段共有n台接收机进行了同步观测 则共可得到n n 1 2条同步观测基线 7 8 闭合环和环的闭合差 闭合环由多条基线向量首尾相连所构成的图形 由5条基线向量所构成的闭合环 9 闭合环和环的闭合差 环的闭合差闭合差 组成闭合环的基线向量按同一方向 顺时针或逆时针 的矢量和 分量闭合差 组成闭合环的基线向量按同一方向 顺时针或逆时针 矢量的各个分量的和 全长闭合差 分量闭合差的平方和开方 分量闭合差 全长闭合差 10 同步观测环 同步环 和同步环检验 同步观测环 同步环 三台或三台以上的GPS接收机进行同步观测所获得的基线向量 完全由同一观测时段的基线向量 所构成的闭合环 同步环与非同步环 11 同步观测环 同步环 和同步环检验 同步环检验定义 检验同步环的闭合差大小 特性理论上 采用严密算法所得到的同步环 无论观测值中是否含有误差 其环闭合差必为零 构成同步环的基线向量之间是线性相关的 实践中 如果算法不严密 目前大多数的商用软件均属于此种情况 其环闭合差通常不为零 但通常很小 结论 同步环闭合差很小 还不能说明基线解算结果一定能够满足精度要求 12 独立基线向量 定义 线性无关的一组基线向量 满足下面条件之一的为独立基线向量 未构成闭合环的一组基线向量 例如 一条基线向量 未构成闭合环的一组同步观测基线 虽构成了闭合环 但并非所有基线都来自同一观测时段 提示完全由同步观测基线所构成的闭合环之间是线性相关的 是一组非独立基线向量 GPS网应由相互独立的基线向量构成 13 独立基线向量 同步观测基线向量的最大线性无关组及选取方式 14 独立观测环 异步环 和独立观测环检验 独立观测环 异步环 定义 由相互函数独立 线性无关 的基线向量所构成的闭合环 就是前面的非同步环 独立环与非独立环 15 独立观测环 异步环 和独立观测环检验 独立观测环检验定义 检验独立观测环的闭合差大小特性 与同步环闭合差不同 即使采用严密算法 并且计算过程中未发生错误 独立观测环的闭合差通常也不为零 也不一定是个微小量结论 独立观测环闭合差的大小 可作为评定基线解算结果质量的有力指标 16 第二节技术设计的依据 17 内容概要 测量任务书或测量合同书GPS测量规范及规程其他规范及规程 18 测量任务书或测量合同书 发布单位上级主管部门甲方作用明确项目的目标和要求 19 测量任务书或测量合同书 内容点位要求分布 密度 数量 标志及观测设施精度要求等级 点位误差 相邻点间距离误差进度要求提交成果的时间成果要求坐标参照系 是否需要高程成果 提交资料的内容 20 GPS测量规范及规程 发布单位国家相关机构或行业主管部门技术监督局国家测绘局建设部作用规定测量成果的质量规范实施的步骤 要求 21 GPS测量规范及规程 现有规范 规程全球定位系统 GPS 测量规范 GB T18314 2001 国家质量技术监督局 国家标准 2001全球定位系统 GPS 测量规范 CH2001 92 国家测绘局 1992全球定位系统 GPS 测量型接收机检定规程CH8016 1995全球定位系统城市测量技术规程 CJJ73 97 建设部 行业标准 1997 22 GPS测量规范及规程 23 GPS测量规范及规程 规范的内容 国家测量规范的内容 24 GPS测量规范及规程 规范的内容 城市测量技术规程 25 其他规范及规程 若暂无与工程相对应的GPS规范时 可参照与该工程对应的常规测量规范中的质量要求 然后以此为依据 套用GPS规范 26 第三节GPS网的精度和密度设计 27 内容概要 GPS测量的等级及其用途各级GPS测量的精度指标各级GPS点的密度指标 28 GPS测量的等级及其用途 我国GPS测量规范所规定的网的等级 29 GPS测量的等级及其用途 我国城市测量规程所规定的网的等级 30 各级GPS测量的精度指标 相邻点间基线长度标准差 标准差 单位mm 固定误差 单位mm 比例误差 单位ppm 相邻点间的距离 单位Km 31 各级GPS测量的精度指标 相邻点间基线长度的精度要求 32 各级GPS测量的精度指标 点位及基线长度年变化率的精度要求 33 各级GPS点的密度指标 GPS网中相邻点间的平均距离 34 第四节GPS网的基准设计 35 GPS网的基准 GPS网的基准包括位置基准尺度基准方位基准 36 GPS网的位置基准 位置基准的确定自由网平差或拟稳平差对网的尺度无影响固定一点 最小约束平差 对网的尺度无影响固定多点 约束平差 对网的尺度有影响 37 GPS网的尺度基准 尺度基准的确定GPS基线向量测距边已知点间的固定边固定多个已知点其他空间技术观测量 VLBI SLR等 38 GPS网的方位基准 方位基准的确定GPS基线向量起始方位固定多个已知点其他空间技术 如VLBI 提供的方位 39 第五节GPS网的图形设计 40 内容概要 GPS网形设计的内容 GPS网的基本图形图形设计中的注意事项GPS网的特征条件 41 GPS网图形设计的内容 一般控制网图形设计的内容与精度和可靠性有关的点位设计观测设计 观测点 测回数等 GPS网图形设计的内容观测设计 同步观测图形 重复观测次数 观测参数设置 观测时长要求 注意 GPS网无与精度和可靠性直接相关的图形设计问题 点位观测环境方面的问题除外 42 GPS网图形设计的内容 如果假定对应基线向量的质量一样 则在下面两个图形中 对应各点的可靠性和精度是完全一样的 43 GPS网图形设计的内容 两点重要提示GPS网的图形强度与基线向量的数量和分布有关GPS点的精度和可靠性与与其相连的基线向量数密切相关 相连的基线向量数越多 精度和可靠性越高 44 GPS网图形设计的内容 GPS网布设时的重复设站次数 观测时段数 GPS点反复进行设站观测的次数复测边 重复边 的布置复测边 同一基线向量不同时段的观测结果 45 GPS网的基本图形 三角形网多边形网附和导线网星形网 46 三角形网定义 以三角形作为基本图形所构成的GPS网特点优点 几何强度高 抗粗差能力强 可靠性高缺点 工作量大提高图形强度的方法加测对角线 GPS网的基本图形 47 GPS网的基本图形 多边形网定义 以多边形 边数 4 作为基本图形所构成的GPS网特点 效率高 工作量较小 图形强度虽不如三角形网保证及提高图形强度的方法对多边形边数加以限制 48 GPS网的基本图形 附和导线网定义 附和导线 或称附和路线 作为基本图形所构成的GPS网特点效率高 工作量较小 图形强度虽不如三角形网和多边形网保证及提高图形强度的方法对多边形边数加以限制 仍能保证一定的强度 49 GPS网的基本图形 星形网 单基准站 定义 从一个已知点上分别与各待定点进行相对定位 待定点间一般无任何联系 所构成的GPS网特点 作业速度快 但抗粗差能力极差提高可靠性的方法 从两个已知点 基准站 上对同一待定点 流动站 进行观测 适当复测应用 界址点 碎部点和低等级控制点 图根点 工作模式 GoandStop RTK 50 GPS网的基本图形 多基准站定义 两台以上的接收机 基准站 固定不间断观测 其余接收机流动观测 待定点间一般无联系 所构成的GPS网特点 抗粗差能力较差应用 界址点 碎部点和低等级控制点 图根点 工作模式 GoandStop RTK提高可靠性的方法 适当复测 51 图形设计中的注意事项 布网形式AA A B级GPS网应布设成连续网 除边缘点外 每点至少应与3个点相连 C D E级GPS网可布设成多边形或附和导线 52 图形设计中的注意事项 各级GPS网中最大独立闭合环或附和导线的边数满足下表要求 53 图形设计中的注意事项 AA A B级GPS网点应与永久GPS跟踪站联测 联测站数满足下表要求 54 图形设计中的注意事项 AA A B级GPS网点应与参加过全国天文大地网整体平差的三角点 导线点及一 二等水准点重合新布设的GPS网应与附近已有的国家高等级GPS点进行联测 联测点数不少于2个大陆 岛 礁之间的A B级GPS网的边长可视实际情况变通 重要岛礁与大陆之间的联测点数不得少于3个 55 图形设计中的注意事项 为求得GPS点在某一参考坐标系中的坐标 应与该坐标系中的原有控制点进行联测 联测点数不得少于3个 56 图形设计中的注意事项 框架网的采用当控制网的范围较大时 可采用分级布设的方法 即首先布设点数较少但等级较高的框架网 然后再部分项目所要求等级的全面网 57 图形设计中的注意事项 确定正常高时的注意事项为求得GPS点的正常高 应进行高程联测 联测应满足下表要求 58 GPS网的特征条件 总基线数独立基线数必要基线数多余基线数 59 GPS网的特征条件 若某GPS网由n个点组成 每点的设站次数为m 用N台GPS接收机进行观测观测时段数C 总基线数J总 独立基线数J独 必要基线数J必 多余基线数J多 60 GPS网设计书 编写提纲概述 测区位置 项目概况技术依据 规范 标准 坐标系统与起算数据网形设计质量检核选点埋石外业观测数据处理 软件 处理方法 包括基线解算与网平差 成果资料 61 第六节GPS测量的外业工作 62 选点与埋设标志注意事项 1 点位应紧扣测量目的布设 2 便于联测和扩展 3 点位交通方便 便于安置设备 视野开阔 4 点位远离大功率无线电发射源和高压输电线 5 点位附近避免有对电磁波发射强烈的物体 6 点位应选于地面基础好的地方 7 点位选好后 按规定绘制点记 63 2 GPS接收机的检验 观测中所选用的接收机 必须对其性能与可靠性进行检验 合格后方可参加作业 对新购和经修理后的接收机 应按规定进行全面的检验 接收机全面检验的内容 包括一般性检视 通电检验和实测检验 1 一般性检验主要检查接收机设备各部件及其附件是否齐全 完好 紧固部分是否松动与脱落 使用手册及资料是否齐全等 另外 天线底座的圆水准器和光学对中器 应在测试前进行检验和校正 2 通电检验接收机通电后有关信号灯 按键 显示系统和仪表的工作情况 以及自测试系统的工作情况 当自测正常后 按操作步骤检验仪器的工作情况 3 实测检验测试检验是GPS接收机检验的主要内容 其检验方法有 用标准基线检验 已知坐标 边长检验 零基线检验 相位中心偏移量检验等 64 3 GPS卫星预报与观测调度卫星几何分布及可接收卫星数与精度息息相关 根据软件可预报 65 编排作业调度表作业小组应在观测前根据测区地形 交通状况 控制网的大小 精度的高低 仪器的数量 GPS网的设计 星历预报表和测区的天气 地理环境等编制作业调度表 以提高工作效益 66 GPS作业调度表 67 4 观测作业观测作业的主要任务是捕获GPS卫星信号 并对其进行跟踪 处理和量测 以获得所需要的定位信息和观测数据 68 5 观测成果的外业检核观测成果的外业检核是外业工作的最后一个环节 每当观测任务结束 必须对观测数据的质量进行分析并作出评 以确保观测成果和定位结果的预期精度 外业检核的主要内容 1 每个时段同步边观测数据的检核1 数据剔除率 2 平差值的中误差 2 重复观测边的检核3 环闭合差的检核4 同步观测环检核 69 1 GPS观测成果的检验 1 基线长度中误差基线处理后基线长度中误差应在标称精度值内 对于20km以内的短基线 双差求解模型可有效地消除电离层的影响 其相应的中误差小于0 01 0 02m 若超过此项限差 基线解算成果的可信性就较差 同时基线的单位权方差主要反映偶然误差 一般也应小于0 01m 70 2 基线求解的整周参数的整周性对于20km以内的短基线 其求解的整周模糊度应具有良好的整数特性 若在基线平差解算中 有一两个模糊度与相近整数相差到0 15 0 20 则该成果较好 当差值超过0 30时 所求的结果往往不太可靠 此时 可采用换基准参考卫星 以及去掉周跳出现较多的某颗卫星或截去信号条件较差的一段时间的信号等措施 重新再求解基线 71 3 基线观测值残差分析一些基线解算的软件中 通常都具有以图或表的形式给出一个测段中每颗卫星与基准参考卫星之间观测值残差的功能 若每颗卫星的残差图形均在纵坐标零周附近 则该基解算较好 若某颗星的残差起伏较大 则表明该星的单差可能有问题 可考虑删去该星 若残差图中出现突然的跳跃或尖峰时 表明周跳未完全消除 若所有星的残差图形都不好 很可能是基准参考星的问题 可改用另一颗卫星作为基准参考星 72 4 基线浮点解与固定解之差以平差解算的实数作为整周未知参数获得的解为浮点解 实数解 而将实数取整后的整数作为整周未知参数获得的解为固定解 两者之间的基线向量坐标应符合良好 在短基线情况下 两者的基线向量坐标差达分米级时 则处理结果可能有问题 5 同步多边形闭合差检查采用单基线处理模式 对于采用同一种数学模型获得的基线解 由其同步时段若干基线组成的同步多边形环的坐标分量相对闭合差和全长闭合差应满足 73 式中n为多边形的边数 为GPS网相应级别规定的观测精度 74 6 异步环多边形闭合差检查由若干条独立基线边构成的异步闭合环 其闭合差应符合下式规定 异步环多边形闭合差的大小 是基线向量质量检核的主要指标 如果闭合差超限 应及时分析原因 对其中部分成果进行重测 75 7 重复基线边较差检查同一条GPS基线边若观测了多个时段 可得多次基线边观测结果 同一条基线边任意两个