工程GPS控制网设计

1、山东科技大学山东科技大学 测绘测绘10-110-1班班 卫星定位技术的优势有哪些？卫星定位技术的优势有哪些？ 卫星定位技术与常规控制及测量技术相比，有许卫星定位技术与常规控制及测量技术相比，有许 多优点，如多优点，如 不要求控制点间通视不要求控制点间通视 网的几何形状几点之间的距离长短可以不受限制网的几何形状几点之间的距离长短可以不受限制 外业时间基本上不受天气条件的约束外业时间基本上不受天气条件的约束 内外业和结合、自动化程度高，等等。内外业和结合、自动化程度高，等等。 卫星定位技术用于测图控制网、工程控制网和变卫星定位技术用于测图控制网、工程控制网和变 形监测控制网的另一优点是可以同时得到

2、控制点形监测控制网的另一优点是可以同时得到控制点 的三维坐标，也会就是说，能够的三维坐标，也会就是说，能够同时获得控制点同时获得控制点 的平面坐标和高程的平面坐标和高程。 一一 GPS网的基准设计网的基准设计 GPSGPS网的基准设计就是设计网的基准设计就是设计GPSGPS往事应当明往事应当明 确确GPSGPS定位测量最终提供的点位坐标属于什定位测量最终提供的点位坐标属于什 么坐标系统和高程系统。么坐标系统和高程系统。 GPSGPS的卫星坐标是的卫星坐标是WGS-84WGS-84坐标系统的坐标，坐标系统的坐标， GPSGPS定位测量所得到的坐标也就属于定位测量所得到的坐标也就属于WGS-84W

3、GS-84 坐标，而城市河工程测量一般需要国家或坐标，而城市河工程测量一般需要国家或 地方坐标系坐标，因此需要将地方坐标系坐标，因此需要将GPSGPS所测的坐所测的坐 标进行转换。标进行转换。 u布测布测GPSGPS网时网时 ，需联测一定数量的国家或，需联测一定数量的国家或 地方坐标的已知控制点，以便将地方坐标的已知控制点，以便将GPSGPS点的点的 WGS-84WGS-84坐标转换为国家或地方坐标。坐标转换为国家或地方坐标。 uGPSGPS定位测量所取得的高程属于定位测量所取得的高程属于WGS-84WGS-84大地大地 高程，高程，GPSGPS网布设时，如果联测一定数量的网布设时，如果联测一

4、定数量的 水准高程点，则可将水准高程点，则可将GPSGPS大地高程转换为水大地高程转换为水 准高程。准高程。 所以，设计所以，设计GPSGPS网时，网时，联测联测一定数量一定数量 的具有国家或地方坐标系坐标的控的具有国家或地方坐标系坐标的控 制点和具有水准高程的控制点，制点和具有水准高程的控制点，以以 便将观测的便将观测的GPSGPS点点 的的WGS-84WGS-84坐标坐标转转 换换为国家或地方坐标，将为国家或地方坐标，将GPSGPS大地高大地高 程转换为水准高程，这便是程转换为水准高程，这便是GPSGPS网基网基 准设计的基本内容。准设计的基本内容。 GPSGPS基准设计中，首先要考虑的应

5、当是联测基准设计中，首先要考虑的应当是联测 测区内附近高等级的具有测区内附近高等级的具有WGS-84WGS-84坐标的控坐标的控 制点，通过制点，通过GPSGPS观测数据处理，观测数据处理，GPSGPS点能够点能够 获得高精度的获得高精度的WGS-84WGS-84坐标。坐标。 然后，根据测图或工程需要，联测一定数然后，根据测图或工程需要，联测一定数 量高等级的国家或地方坐标系的控制点量高等级的国家或地方坐标系的控制点 （一般（一般3 3个以上），联测一定数量的水准高个以上），联测一定数量的水准高 程点（一般程点（一般5 5个以上）。个以上）。 联测的点又叫公共点联测的点又叫公共点，设计时要求公

6、共点，设计时要求公共点 点位分布均匀。点位分布均匀。 二、二、GPS网形设计网形设计 1.1.同步观测环与同步观测环与GPSGPS网形结构网形结构 GPSGPS定位技术应用于工程控制测量主要是按定位技术应用于工程控制测量主要是按 照照静态相对定位的模式进行。静态相对定位的模式进行。 所谓所谓相对定位相对定位，就是用两台以上的，就是用两台以上的GPSGPS接收接收 机，分别安置在地面不同的控制点上，同时机，分别安置在地面不同的控制点上，同时 对相同的对相同的GPSGPS卫星（卫星（4 4颗以上）进行同步观测，颗以上）进行同步观测， 根据对卫星的观测数据，解算出根据对卫星的观测数据，解算出 两点之

7、两点之 间的三维坐标差（又叫基线向量），间的三维坐标差（又叫基线向量），已知其已知其 中一点的三维坐标，便可求得另一点的三维中一点的三维坐标，便可求得另一点的三维 坐标。坐标。 如果同时用三台如果同时用三台GPSGPS接收机进行相对定位，接收机进行相对定位， 可以同时结算三条基线向量，三条基线向可以同时结算三条基线向量，三条基线向 量构成同步观测环。如果同时用四台量构成同步观测环。如果同时用四台GPSGPS接接 收机进行相对定位，可以同时结算六条基收机进行相对定位，可以同时结算六条基 线向量。如图线向量。如图3-253-25所示，用所示，用N N台接收机进行台接收机进行 相对定位，可以同时结算

8、出相对定位，可以同时结算出N(N-1)/2N(N-1)/2条基条基 线向量，构成多个同步三角形观测环。线向量，构成多个同步三角形观测环。 GPSGPS网形实际实质上就是将不网形实际实质上就是将不 同时间段同时间段GPSGPS同步观测图形连同步观测图形连 成一定的网形。成一定的网形。同步观测图形同步观测图形 之间连接的方式有之间连接的方式有点连接点连接、边边 连接连接和和边点混合连接边点混合连接几种方式。几种方式。 图图3-263-26为用三台为用三台GPSGPS接收机进接收机进 行多个时段观测的行多个时段观测的GPSGPS网形结网形结 构。图构。图3-263-26（a a）为三个同步）为三个同

9、步 时间段之间的，时间段之间的， 连接网形；连接网形； 图图3-263-26（b b）为五个同步时间）为五个同步时间 段之间的边连接网形，有四条段之间的边连接网形，有四条 重复观测边；图重复观测边；图3-263-26（c c）为）为 四个同步时间段之间的边点混四个同步时间段之间的边点混 合连接网形，有两条重复观测合连接网形，有两条重复观测 边。显然，同样的边。显然，同样的GPSGPS点数，点数， （a a）的工作量最小，（）的工作量最小，（b b）网）网 的工作量最多，（的工作量最多，（C C）网适中，）网适中， 但是（但是（b b）网的精度最高）网的精度最高。 对于对于GPSGPS导线网形，

10、可以认为是用两台导线网形，可以认为是用两台GPSGPS接收机接收机 按静态相对定位的方法分别在不同时间段测量相按静态相对定位的方法分别在不同时间段测量相 邻两点基线边，从已知点开始用解算的坐标差求邻两点基线边，从已知点开始用解算的坐标差求 取个取个GPSGPS点的坐标值点的坐标值GPSGPS网的构成是相邻观测基线网的构成是相邻观测基线 的点连接。的点连接。 2.独立基线与必要观测基线 前已述及，用前已述及，用N N台接收机台接收机 进行相对相对定位，每个进行相对相对定位，每个 时间段可以同时结算出时间段可以同时结算出 N(N-1)/2N(N-1)/2条观测基线，其条观测基线，其 中，有中，有N

11、-1N-1条是独立基线。条是独立基线。 因为其中任意一条基线可因为其中任意一条基线可 以用其余以用其余N-1N-1条基线计算条基线计算 出来。例如图出来。例如图3-253-25中（中（a a） （b b）(c)(c)同步观测环独立同步观测环独立 基线个数分别为基线个数分别为1 1、2 2、3 3。 图图3-263-26中，（中，（a a）(b)(b)（c c） 网的独立基线个数分别为网的独立基线个数分别为 6 6、1010、8 8。 GPSGPS网中，设网点数为网中，设网点数为n n其中有一个点的坐标已知，其中有一个点的坐标已知， 要求其余要求其余N-1N-1个未知点的坐标必须要测定个未知点的

12、坐标必须要测定N-1N-1条基线条基线 向量。也可以说必要观测基线数为向量。也可以说必要观测基线数为N-1N-1条。条。 图图3-263-26中，（中，（a a）（）（b b）(c)(c)网网 ，假如已知点都是一，假如已知点都是一 个未知点个都是个未知点个都是6 6个则必要观测基线数都是个则必要观测基线数都是6 6条。显条。显 然，多余观测基线个数分别为然，多余观测基线个数分别为0 0、4 4、2 2条。条。工程工程 测量规范测量规范规定，独立观测基线总数不以少于必要规定，独立观测基线总数不以少于必要 观测基数的观测基数的1.51.5倍。照此规定图倍。照此规定图3-263-26中（中（a a）

13、(b)(b)（c c） 网中独立基线条数分别为网中独立基线条数分别为1.01.0、1.71.7、1.31.3倍。如果倍。如果 每个网中都有每个网中都有2 2个已知坐标点，则必要观测基线条个已知坐标点，则必要观测基线条 数分别为数分别为5 5条，多余观测技基数分别为条，多余观测技基数分别为5 5条，多余观条，多余观 测基数分别为测基数分别为1 1、5 5、3 3条，独立基线条数分别为必条，独立基线条数分别为必 要观测基数是要观测基数是1.21.2、2.02.0、1.61.6倍。倍。 3.异步观测环 在构成闭合多边形环路的所有基线向量中，在构成闭合多边形环路的所有基线向量中， 只要有非同步观测基线

14、向量，则该多边形只要有非同步观测基线向量，则该多边形 闭合环路叫做异步观测环，简称异步环。闭合环路叫做异步观测环，简称异步环。 不同时间段观测的独立基线组成的闭合环不同时间段观测的独立基线组成的闭合环 都是异步环。都是异步环。 工程测量规范工程测量规范规定，规定，GPSGPS控制网应由独控制网应由独 立观测边构成一个或若干个闭合环或附合立观测边构成一个或若干个闭合环或附合 路线，各等级控制网中构成闭合环或符合路线，各等级控制网中构成闭合环或符合 路线的边数不宜多于路线的边数不宜多于6 6条。条。 综上所述，综上所述，GPSGPS网形设计在某种意义上又叫网形设计在某种意义上又叫 观测时段设计。观

15、测时段设计。GPSGPS网形设计是采用点连接网形设计是采用点连接 或边连接或边点混合连接的方式将各时间或边连接或边点混合连接的方式将各时间 段观测的基线连接成一定的网形。采用边段观测的基线连接成一定的网形。采用边 连接的连接的GPSGPS网有较多是重复观测基线，网的网有较多是重复观测基线，网的 精度比采用点连接的精度比采用点连接的GPSGPS网精度高。高精度网精度高。高精度 的工程控制网设计时，应采用边连接的网的工程控制网设计时，应采用边连接的网 形结构，一般测图控制网采用边点混合连形结构，一般测图控制网采用边点混合连 接既可保证精度要求。接既可保证精度要求。 三、三、GPS网精度计算网精度计

16、算 对于对于GPSGPS网，网设计完成后要对精度进网，网设计完成后要对精度进 行精度估算。根据行精度估算。根据GPSGPS观测使用的接收观测使用的接收 机台数机台数N N，选区全部或，选区全部或N-1N-1条独立基线设条独立基线设 计计GPSGPS网是观测图形，根据精度要求，网是观测图形，根据精度要求， 确定观测方案。详细原理见第八章中有确定观测方案。详细原理见第八章中有 关内容。关内容。 四、四、GPS网观测纲要设计网观测纲要设计 选点要求：选点要求： GPSGPS网形设计完成后，要到实地选定并埋网形设计完成后，要到实地选定并埋 设标石。点位选定要求周围高度角设标石。点位选定要求周围高度角1

17、515以以 上不应有障碍物，点位附近不应有强的电上不应有障碍物，点位附近不应有强的电 磁波辐射源。磁波辐射源。 根据设计的根据设计的GPSGPS网形和精度等级，确定观测网形和精度等级，确定观测 时间段的长度，制定观测实施计划。观测时间段的长度，制定观测实施计划。观测 日期拟定后，用日期拟定后，用GPSGPS接收机数据处理软件依接收机数据处理软件依 据测区概略经纬度河高程作出卫星预报据测区概略经纬度河高程作出卫星预报 （卫星对观测站的几何图形强度因子（卫星对观测站的几何图形强度因子PDOPPDOP 值应小于值应小于6 6），最终确定观测时间段。），最终确定观测时间段。 GPSGPS网设计的最后部

18、分应提出何种软件进行网设计的最后部分应提出何种软件进行 数据处理机最终提供的成果。数据处理机最终提供的成果。 由于由于对空中卫星观测条件的限制对空中卫星观测条件的限制，GPSGPS定位定位 测量不能完全取代工程控制测量。测量不能完全取代工程控制测量。GPSGPS定位定位 测量与导线测量和水准测量相结合，是工测量与导线测量和水准测量相结合，是工 程测量的主要方法。程测量的主要方法。 用用GPSGPSRTKRTK技术测定测图用的图根控制点，技术测定测图用的图根控制点， 目前也是较为广泛应用的一种方法。需要目前也是较为广泛应用的一种方法。需要 注意的是，测量时要求卫星条件要好（至注意的是，测量时要求卫星条件要好（至 少少5 5颗卫星以上），流动站点距离基准点不颗卫星以上），流动站点距离基准点不 能太远，而且要有能太远，而且