GPS测量实施与设计

1、第八章第八章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 (1) GPS测量的技术设计 ；(2)外业准备及 技术设计书；(3)作业模式；(4)外业实施 ； (5)技术总结和上交资料 2 GPS测量的步骤测量的步骤: v测前准备测前准备项目立项、技术设计、实地踏勘、设备项目立项、技术设计、实地踏勘、设备 检定、资料收集整理，人员组织；检定、资料收集整理，人员组织； v数据采集数据采集使用使用GPS接收机在野外观测接收机在野外观测GPS卫星，卫星， 接收接收GPS卫星发送的导航定位信号和采集测站信息；卫星发送的导航定位信号和采集测站信息； v数据处理数据处理将外业观测得到的数据进行平差计算，将外

2、业观测得到的数据进行平差计算， 以求得待测地面点的坐标及其精度评定。以求得待测地面点的坐标及其精度评定。 3 GPS测量的过程测量的过程测前、测中、测后测前、测中、测后 测前测前 工程项目的提出 测区位置及其范围 提交成果的内容 用途和精度等级 点位分布及点数 时限要求 投资经费 技术设计 测绘资料的搜集与整 理 仪器的检验 测中测中 n实地了解测区情况 n卫星状况预报 n确定作业方案 n外业观测 n数据传输与转储 测后测后 n基线处理与质量评估 n网平差处理与质量评 估 n技术总结 n成果验收 4 第一节第一节 GPS网技术设计网技术设计 v技术设计的目的：技术设计的目的： l确定确定GPS

3、测量的精度指标（等级测量的精度指标（等级, 仪器仪器, 观测时段观测时段, 边长）边长） lGPS测量的基准设计（已知条件，坐标转换）测量的基准设计（已知条件，坐标转换） l确定确定GPS网布设方案（点位选择，图形的选择）网布设方案（点位选择，图形的选择） v技术设计的依据技术设计的依据 ：测量规范(规程) +测量任务书 v技术设计的内容：技术设计的内容： l精度和密度设计精度和密度设计 l基准设计基准设计 l图形设计图形设计 5 一、设计依据（一、设计依据（ 测量规范测量规范/规程规程 + GPS测量任务书测量任务书 ） 1. GPS测量规范(规程) 全球定位系统(GPS)测量规范，1992

4、年国家测 绘局发布的测绘行业标淮； 全球定位系统城市测量技术规程； 1998年建 设部发布的行业标准； 各部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其 它GPS测量规程或细则。 6 7 （测量合同） 施工单位上级主管施工单位上级主管 测量合同甲方单位测量合同甲方单位 测量任务书测量任务书 GPS网精度、密度指标网精度、密度指标 GPS网经济指标网经济指标 规范规范/规程规程点连接方法、点连接方法、 测站数、时段测站数、时段 8 二、GPS测量技术设计的内容 1. 精度和密度设计精度和密度设计 2. 基准设计基准设计 3. 图形设计图形设计 (1) 国家国家GPS测量精度分级测量精度分级 (01年

5、规范年规范) 级别分类级别分类 主要用途主要用途固定误差固定误差a(mma(mm) ) 比例误差比例误差b(pmmb(pmmD) ) AAAA AAAA级网主要用于全球性的级网主要用于全球性的 地球动力学研究，地壳形地球动力学研究，地壳形 变测量和精密定轨变测量和精密定轨 3 30.010.01 A A A A级网一般为区域地球动级网一般为区域地球动 力学研究和地壳形变测量；力学研究和地壳形变测量； 5 50.10.1 B B B B级网为局部形变测量和级网为局部形变测量和 各种精密工程测量；各种精密工程测量； 8 81 1 C C C C级网大中城市及工程测级网大中城市及工程测 量的基本控制

6、网；量的基本控制网； 10105 5 D,ED,E D D、E E级网主要用于中小城级网主要用于中小城 市，城镇及测图、地籍、市，城镇及测图、地籍、 土地信息，房产，物探，土地信息，房产，物探， 勘测，建筑施工等的控制勘测，建筑施工等的控制 测量。测量。 101010201020 1. 国家国家GPS测量的精度标准和密度标准测量的精度标准和密度标准 10 (2) 城市或工程城市或工程GPS控制网精度分级控制网精度分级 11 各等级GPS相邻点间弦长精度用下式表示： 式中： GPS基线向量的弦长中误差(mm)， a GPS接收机标称精度中的固定误差 (mm) b GPS接收机标称精度中的比例误差

7、系数 (ppm.D) d GPS网中相邻点问的距离(km)。 12 (3) GPS网点密度标准 v 不同的等级的不同的等级的GPS网规定了平均距离；网规定了平均距离； v 相邻点间最小距离应为平均距离的相邻点间最小距离应为平均距离的1/21/3； v 相邻点间最大距离应为平均距离的相邻点间最大距离应为平均距离的23倍；倍； v 特殊情况，个别点的间距允许超出表中的规定。特殊情况，个别点的间距允许超出表中的规定。 13 p 2. GPS网的基准设计网的基准设计 GPS网：由由GPS基线向量构成。基线向量构成。“网网”的作用的作用: (1)应用上，应用上， 将多个点统一到同一基准下；将多个点统一到

8、同一基准下；(2)质量控制上，提供进行质质量控制上，提供进行质 量控制的检核条件，以评定测量精度。量控制的检核条件，以评定测量精度。 (1) GPS网的基准：GPS成果所采用的坐标系统和起算数据， 位置基准：给定起算点坐标 方位基准：给定起算方位角或基线起算方位 尺度基准：起算点之间的距离 包括 14 (2) GPS网的基准设计应考虑的问题： GPS点的个数：大中城市GPS控制网应与附近国家控制 点联测3个以上。小城市或工程控制可以联测23个点。 GPS点的分布：均匀，距离远，以减少尺度比误差影响， 并尽量构成长边图形。 联测高程点：联测的高程点需均匀分布于网中，对丘陵 或山区联测高程点应按高

9、程拟合曲面的要求进行布设。 具体联测宜采用不低于四等水难或与其精度相等的方法 进行。 了解投影参数和椭球参数，以使得GPS坐标系统与过去 坐标系统尽量保持一致。 基准可靠性与可用性检核。 15 例：E级GPS控制网 点数：23 起算点：3个 基线：46条 观测时间：45min 控制面积：40km2 最大点位误差：12mm 点数：46 起算点：2个 基线：101条 观测时间：45min 控制面积：25km2 最大点位误差：9mm 点数：9 起算点：3个 基线：17 观测时间：45min 控制面积：5km2 最大点位误差：14mm 16 3. GPS网的图形设计网的图形设计 (1) GPS网的基本

10、概念 观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作 的时间; 同步观测：两台及以上接收机同时对同一组卫星进行观测; 同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向 量所构成的闭合环; 独立观测环：由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环; 异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有 非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观测环; 独立基线：对于N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同 步观测基线，其中独立基线数为N-1; 非独立基线：除独立基线外的其它基线 。 17 (2) 网特征条件 p式中：c - 为观测时段数； p n - 为网点数； p m - 为每点设站次数

11、； p N - 为接收机数。 GPS网中： 总基线数： J总=CN (N-1)/2 必要基线数： J必= n-1 独立基线数: J独=C(N-1) 多余基线数: J多=C(N-1)-(n-1) 18 （3）GPS网同步图形构成及独立边的选择 A. 同步基线数(一个时段的GPS基线数)： J = N (N-1)/2，其 中N-1条独立边。 B. N3时，同步闭合环最少个数：T=J-(N-1)=(N-1)(N-2)/2 C. 独立边 同步图形 19 （4）GPS网图形设计 -布网形式 A.点连式点连式 B.边连式边连式 C.网连式网连式 D.混连式混连式 常用的：常用的： 同步闭合环的闭合差：理论

12、上应为0；但实际常常并不严格 等于0。所以为了有效发现粗差，要进行GPS网图形设计 。 GPS网图形设计 ：根据所布设的GPS网的精度要求和其它 要求，设计出由独立边构成的多边形网。 20 A. 点连式 形式：相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。 优点：作业效率高，图形扩展迅速。 缺点：图形强度低，如果连接点发生问题，将影响到后面的 同步图形。 21 B. 边连式 形式：相邻的同 步图形间有一条边 （即两个公共点） 相连。 优点：作业效率 较高，图形强度较 强。 缺点：观测时段 增加。 22 C. 网连式 形式：相邻的同步图形间有2个（含2个）以上的公共点相连。 优点：图形强度最强，可靠性高

13、，用于高精度控制测量。 缺点：作业效率低，花费高。 23 D. 边点混合式 l形式：根据具体情况， 灵活采用以上几种情况。 l优点：图形强度最强， 可靠性高；成本低，是最 常用的方式，灵活实用。 24 E. 导线网连式 形式：同步图形布设为直伸状，各独立边组成封闭状， 形成非同步图形，用以检核GPS点的可靠性。 优点：效率高。 适用范围：精度较低的GPS布网。 25 F. 星形网连式 形式：以一台接收机作为基准站，在某个测站上连续观测，其余 的接收机在此基准站观测期间，在其周围流动，每到一点就进行 观测，流动的接收机之间一般不要求同步，这样，流动的接收机 每观测一个时段，就与基准站间测得一条同

14、步观测基线，所有这 样测得的同步基线就形成了一个以基准站为中心的星形网络。 优点：效率高。 缺点：图形强度弱 适用范围：D，E。 26 A. 规范规定： lAA，A，B级GPS网应布设成连续网，除边缘点外，每点 的连接点数应不少于3点； lC、D、E级GPS网可布设成多边形或附合路线： B. 一般原则：一般原则： l网中不存在自由基线； l网中的闭合条件中基线数不可过多； l应遵循每点至少独立设站观测两次； （5）布设的技术依据 27 第二节第二节 GPS观测纲要（技术设计书）观测纲要（技术设计书） 一、设计依据： 1.网点分布 2.精度要求 3.接收机数 4.星座 5.作业条件 二、观测纲要

15、的内容： 1.作业接收机数量配置 2.测区划分 3.观测进程日历 4.可视卫星预测 5.最佳观测时段选择 6.接收机调度计划 28 第三节第三节 GPS测量作业模式测量作业模式 1. 静态定位模式静态定位模式 2. 快速静态定位模式快速静态定位模式 3. 准动态定位模式准动态定位模式 4. 往返式重复设站模式往返式重复设站模式 5. 动态测量作业模式动态测量作业模式 29 一、 。 30 2. 特点：基线构成几何图形，检核条件充分。 3. 定位精度：5mm+1ppmD 4. 适用范围： 建立全球性或国家级大地控制网 建立地壳运动或工程变形监测网 建立长距离基线 陆、海联测 精密、大型工程测量定

16、位 31 二、GPS 快速静态相对定位模式 1.作业方法：在测区中部设置基准站，安置接收机连续跟 踪观测 4 颗卫星；另一台接收机依次分别置于待定点， 同步观测 4颗卫星12min。 2.特点: 流动接收机不需连续跟踪卫星；基线不适宜构 成几何图形，检核条件不充分。 3.定位精度：相对基准站5mm+1ppmD 4.要求： 4 颗卫星;流动站与基准站相距离15km 5. 适用范围： 大地控制网加密 工程测量定位 地籍测量 勘界 地形测量 32 三 33 ， 。 34 四 1. 作业方法：建立一个基准站连续观测可见卫星； 相对基准点基线中误差为5mm+1ppmD 。 3.应用范围： 控制测量及控制

17、网加密 取代导线测量及三角测量 工程测量 地籍测量 35 五 1. 作业方法 ； 。 36 2. 特点： 运动载体连续自动定位 5 颗卫星；定位速度快； 基线不适宜构成几何图形，检核条件不充分。 3. 定位精度：相对基准站12cm。 4. 要求： 5 颗卫星； 流动站与基准站相距离300m。 39 二、埋石（点之记） v不同等级的不同等级的GPS测量选用相应的标石测量选用相应的标石 A ： 基岩标石基岩标石 A,B ：基本标石：基本标石 CE ：普通标石：普通标石 GPS点之记 41 三、观测 （1）天线安置）天线安置 v 注意：对中误差一般不能超过注意：对中误差一般不能超过3mm ；天线的定

18、向标志线；天线的定向标志线 应当指北；天线安置后需量天线高应当指北；天线安置后需量天线高 （2）观测作业）观测作业 v 注意：注意： （3）外业成果记录）外业成果记录 观测记录：观测记录： 测量手簿测量手簿 ：观测时间，天线高，气象条件等等记录：观测时间，天线高，气象条件等等记录 各站严格按照观测时间计划进行观测各站严格按照观测时间计划进行观测 通电之前检查电缆连接是否正确通电之前检查电缆连接是否正确 检查接收机有关指示是否正确检查接收机有关指示是否正确 检查接收机数据是否已经记录检查接收机数据是否已经记录 观测过程中不得重新启动接收机观测过程中不得重新启动接收机 42 四、数据传输，质量控制 v 重复基线 v 同步环检测 v 异步环检测 43 第五节第五节 技术总结和上交资料技术总结和上交资料 一、技术总结 v 项目来源 v 测区范围和位置 v 测区已有测量标志情况 v 施测单位，作业时间，技术依据，作业人员情况 v 接收设备的类型，数量，检验情况 v 选点和埋石情况 v 观测实测情况，时段选择，补测与重测情况 v 观测数据质量的检核情况 v 工作量与定额计算 v 成果中尚存在的问题与必须说明的其他情况 44 二、上交资料和成果验收 1. 提交资料：提交资料： 技术设计书； 数据处理过程中生成的