第六章GPS测量的设计及实施

1、第第六六章章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施主要内容主要内容6 6.1 .1 GPSGPS测量的技术设计测量的技术设计6 6.2 .2 GPSGPS测量的外业准备及技术设计书编写测量的外业准备及技术设计书编写6 6.3 GPS.3 GPS测量的外业实施测量的外业实施6 6.4 GPS.4 GPS测量的作业模式测量的作业模式6.5 6.5 数据预处理及观测成果的质量检核数据预处理及观测成果的质量检核6.6 6.6 技术总结与上交资料技术总结与上交资料6.7 RTK 6.7 RTK 技术简介技术简介第六章第六章 GPSGPS测

2、量的设计与实施测量的设计与实施 GPS测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为 和 两大部分。选点(即观测站址的选择)建立观测标志野外观测作业成果质量检核GPS测量的技术设计测后数据处理技术总结在实际工作中GPS测量也可划分为：第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.1 GPS6.1 GPS测量的技术设计测量的技术设计 精度指标的确定精度指标的确定 网的图形设计网的图形设计 网的基准设计网的基准设计1 1、GPSGPS网技术设计的依据网技术设计的依据2 2、GPSGPS网的精度、密度设计网的精度、密度设计3 3、GPSGPS网的基准设计网的基准设计4 4、GPSG

3、PS网构成的几个基本概念及网网构成的几个基本概念及网的的特征条件特征条件5 5、GPSGPS网的图形设计网的图形设计第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 GPS测量规范(规程)是国家测绘管理部门或行业部门制定的技术法规。目前GPS网设计依据的规范(规程)有: n GPSGPS测量规范测量规范( (规程规程) ) 2009年国家质量监督检验检疫总局：全球定位系统(GPS)测量规范以下简称规范； 1999年国家质量技术监督局发布的差分全球定位系统(DGPS) 技术要求； 1998年建设部发布的行业标准全球定位系统城市测量技术规程，况以下简称规程； 各部委根据本部门GPS工作的

4、实际情况制定的其他GPS测量规程或细则。 6.1.1 GPS6.1.1 GPS网技术设计的依据网技术设计的依据 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的 。这种技术文件是 的，它规定了测量任务的范围、目的、它规定了测量任务的范围、目的、精度和密度要求，提交成果资料的项目和时间要求，精度和密度要求，提交成果资料的项目和时间要求，完成任务的经济指标等完成任务的经济指标等。n 测量任务书测量任务书第六章第

5、六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.1.2 GPS6.1.2 GPS网的精度、密度设计网的精度、密度设计n GPSGPS测量精度标准及其分类测量精度标准及其分类表表6-1 GPS6-1 GPS测量测量精度分级精度分级（一）（一）第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施表表6-2 GPS6-2 GPS测量测量精度分级精度分级（二）（二）注：当边长小于注：当边长小于200mm200mm时，以边长中误差小于时，以边长中误差小于20mm20mm来衡量来衡量第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施)1.6()(22dban 各等级各等级GPSGPS相

6、邻点间弦长精度估算相邻点间弦长精度估算式中： GPS基线向量的弦长中误差(mm)， 亦即等效距离误差; 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 系数(ppm); d GPS网中相邻点间的距离(km)。 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 现行规范、规程对GPS网中两相邻点间距离视其需要作出了如表6-3的规定。表表6-3 GPS6-3 GPS网中相邻点间的距离网中相邻点间的距离n GPSGPS点的密度标准点的密度标准第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.1.3 GPS6.1.3 GPS网的基准设计网的

7、基准设计GPS基线向量WGS-84坐标系实际坐标 国家坐标系或地方独立坐标系明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据基准设计1. 1. 什么是什么是GPSGPS基准设计？基准设计？第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施2.GPS2.GPS网的基准网的基准位置位置方位方位尺度尺度给定的起算方位角；给定的起算方位角；GPSGPS基准向量的方位。基准向量的方位。地面的电磁波测距边；地面的电磁波测距边；两个以上的起算点间距离；两个以上的起算点间距离；GPSGPS基线向量的距离。基线向量的距离。给定的起算点坐标给定的起算点坐标第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施

8、3. 3. 基准设计时应注意的问题：基准设计时应注意的问题：1) 为求定GPS点在地面坐标系的坐标，应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点若干个。2) 对网内重合的高等级控制点，适当的构成长边图形。3) 联测高程点以求得GPS点的正常高。4) 新建GPS网的坐标系应尽量与测区原有坐标系统一致。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.1.4 GPS6.1.4 GPS网构成的几个基本概念及网的特征条件网构成的几个基本概念及网的特征条件1. GPS1. GPS网图形构成的几个基本概念网图形构成的几个基本概念 测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段，简称时段

9、。 两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。 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，简称同步环。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环。 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，简称异步环。 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； 除独立基线外的其他基线叫非独立基线，总基线数与独立基线数之差即为非独立基线数。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实

10、施测量的设计与实施2. GPS网特征条件的计算网特征条件的计算)2 . 6(NmnC观测时段数计算公式)3 . 6(2/) 1(NNCJ总 总基线数：)4 . 6(1 nJ必 必要基线数： 独立基线数 ：) 5 . 6 () 1(NCJ独 多余基线数：)6 . 6() 1() 1(nNCJ多网点数网点数每点设每点设站次数站次数接收机数接收机数第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 根据(6.3)式，对于由N台GPS接收机构成的同步图形中，一个时段包含的GPS基线(或简称GPS边)数为：)7 .6(2/)1(NNJ 但其中仅有N-1条是独立的GPS边，其余为非独立的GPS边。

11、当同步观测的GPS接收机数N3时，同步闭合环的最少个数为)8 . 6(2/ )2() 1() 1(NNNJT3. GPS3. GPS网同步图形的构成及独立边的计算网同步图形的构成及独立边的计算第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 接收机数N与GPS边数J 和同步闭合环数T（最少个数）的对应关系如表6-4所示。 表表6-4 N与与J、T关系如表关系如表第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施设某一城市D级GPS控制网，由32个GPS点组成，准备采用6台接收机进行观测，每点观测2个时段，试完成下述内容：1）一个时段的同步基线数和独立基线数；2）该GPS网总的

12、观测时段数；3）该GPS网的总基线数、必要基线数、独立基线数、多余基线数。n GPS网特征条件计算示例网特征条件计算示例第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施1）一个时段的同步基线数和独立基线数 一个时段的同步基线数： 一个时段的独立基线数：152/562/ ) 1(NNJ同516) 1( NJ独2）该GPS网总的观测时段数67.106/232NmnC 式中，C为观测时段数；n为网点数；m为每点设站次数；N为接收机台数。时段数不能为小数，且不能小于计算的数字，故该GPS网总的观测时段数为11时段。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施3）该GPS网总基线

13、数、必要基线数、独立基线数、多余基线数 总基线数： 必要基线数： 独立基线数： 多余基线数：1652/56112/ ) 1(NNCJ总311321 nJ必55) 16(11) 1(NCJ独243155) 1() 1(nNCJ多第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施4. 同步闭合环的闭合差同步闭合环的闭合差1)理论上，闭合差应为02)由于各台接收机并不严格同步，所以闭合差并不等于03)有的规范规定了同步闭合差的限差注意：闭合差较小，只说明基线向量的计算合格，注意：闭合差较小，只说明基线向量的计算合格，不能说明不能说明GPS边的观测精度高，也不能发现信号中边的观测精度高，也不能

14、发现信号中存在的粗差存在的粗差第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施5. 5. 探测观测结果中的粗差探测观测结果中的粗差1)使GPS网中的独立边构成一定的几何图形，可以是由数条独立边构成的非同步多边形（三边形、四边形、五边形）2)当GPS网中有若干个起算点时，可由两个起算点之间的数条独立边构成附合路线第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 在J条同步观测的基线中，如何选择如何选择(N-1)(N-1)条独立基线，具有一定的任意性条独立基线，具有一定的任意性。参加同步观测的仪器越多，选取独立基线向量的可能方式便迅速增加。这就为选用独立基线向量，以构成最佳的G

15、PS网形，提供了充分的选择性。在实际工作中，可根据对GPS网的要求和经验来确定。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 如对于用四台接收机同步观测得到的同步图形中，可选择的独立基线如下： 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施当具有多时段的观测成果时，独立基线向量的选取，一般应以构成闭合图形为优。例如，用4台仪器进行了2个时段的同步观测，这时可得6条独立基线向量，其选取的基本方式，可取以下五种：双时段观测的基线向量双时段观测的基线向量 单时段观测的基线向量单时段观测的基线向量 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ( e ) 第六章第六章 GP

16、SGPS测量的设计与实施测量的设计与实施.5 5 GPS GPS网的图形设计网的图形设计1.常规测量中对控制网的图形设计是一项非常重要的工作 GPSGPS图形设计时图形设计时, ,因不要求同步观测通视因不要求同步观测通视, , 图图形设计具有较大的灵活性形设计具有较大的灵活性2.GPS网的图形设计主要取决于用户要求.经费.时间.人力以及所投入接收机类型.数量和后勤保障条件.注意注意: :选择什么样的组网选择什么样的组网, ,取决于工程所要求的精度取决于工程所要求的精度. .野外条野外条件及件及GPSGPS接收机台数接收机台数. .第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设

17、计与实施 GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。n GPSGPS网图形设计的一般原则网图形设计的一般原则 GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个(不足时应联测)且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法(或相当精度的方法)进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料。 为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和

18、容易到达的地方。 为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于300m。 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施n GPSGPS网图形的基本类型网图形的基本类型 根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有四种基本方式: 点连式点连式 边连式边连式 网连式网连式 边点混合连接边点混合连接第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施12345678910 点连式点连式: 同步网之间仅有一点相连接组成的异步网。同步网之间仅有一点相连接组成的异步网。 特点：工作量最小，但无重复基线检核。特点：工作量最

19、小，但无重复基线检核。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 混连式异步网混连式异步网: : 同步网之间由点连式与边连式混合同步网之间由点连式与边连式混合使用组成的异步网。使用组成的异步网。特点：布网比较灵活，工作量与检核条件特点：布网比较灵活，工作量与检核条件 比较适中。比较适中。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 GPS网中的三角形由独立观测边组成。根据经典大地测量的经验已知，这种图形的几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效的发现

20、观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 这种网形的主要缺点是观测工作量较大，尤其当接收机的数量较少时，将使观测工作的总时间大为延长。因此通常只有当网的可靠性和精度要求较高时，才单独采用这种图形。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成的网，称为环形网。这种网形与经典大地测量中的导线网相似，其图形的结构强度比三角网为差。不难理解，由于这时网的自检能力和可靠性与闭合环中所含基线边的数量有关，所以，一般根据网的不同精度要求，一般规定闭合环中

21、包含的基线边，不超过一定的数量。例如，对于一、二、三等网，基线边数分别不超过4、5、6条。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 环形网的优点是观测工作量较小，且具有较好的自检性和可靠性，其缺点主要是非直接观测的基线边(或间接边)精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 作为环形网的特例，在实际工作中还可按照网的用途和实际情况，采用所谓。这种附合线路与经典大地测量中的附合导线相类似。采用这种图形的条件是，附合线路两端点间的已知基线向量，必须具有较高的精度，另外附合线路所包含的基线边数也不能超过一定的限制。

22、三角形网和环形网是大地测量和精密工程测量中普通采用的两种基本图形。通常，根据情况往往采用上述两种图形的混合网形。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间不构成任何闭合图形，所以其检验与发现粗差的能力差。 这种网形的主要优点，是观测中只需要两台GPS接收机，作业简单。因此在快速静态定位和准动态定位等快速作业模式中，均采用这种网形。它广泛地应用于工程测量、边界测量、地籍测量和碎部测量等。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.6.2 2 GPSGPS测量的外业准备及技术设计书编写测量的外业准备及技术设计书编写n 布设

23、布设GPSGPS网的工作步骤：网的工作步骤：测前：测前： 立项：目的、范围、点位数量与分布、精度要立项：目的、范围、点位数量与分布、精度要求、成果内容、时间限制、经费求、成果内容、时间限制、经费 技术设计技术设计 测绘资料的收集测绘资料的收集 仪器仪器选型及检验选型及检验； 测区踏勘测区踏勘 设备器材筹备及人员组织设备器材筹备及人员组织；第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施测中：测中： 选点、埋石；选点、埋石； 观测期间卫星状态的预报；观测期间卫星状态的预报； 确定作业方案：确定作业方案： 外业观测；外业观测； 内业数据处理：内业数据处理： 数据传输、转储、备份；数据传输

24、、转储、备份； 基线解算；基线解算； 质量评估质量评估。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施测后：测后： 测量结果分析：测量结果分析： 网平差网平差 质量评估质量评估 技术总结：根据整个技术总结：根据整个GPS GPS 网的网的布设及数据处理情况，进行全面的布设及数据处理情况，进行全面的技术总结。技术总结。 结果验收。结果验收。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 交通情况交通情况 水系分布情况水系分布情况 植被情况植被情况 控制点分布情况控制点分布情况 居民点分布情况居民点分布情况 当地的风俗民情当地的风俗民情back第六章第六章 GPSGPS测量

25、的设计与实施测量的设计与实施6 6.2.2 .2.2 资料收集资料收集 各类图件各类图件 各类控制点成果各类控制点成果 测区内有关地质、气象、交通、测区内有关地质、气象、交通、 通信方面的资料通信方面的资料 城乡及乡村行政区划表城乡及乡村行政区划表back第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 筹备仪器、计算机及配套设备筹备仪器、计算机及配套设备 筹备机动设备及通讯设备筹备机动设备及通讯设备 筹备施工器材，计划油料及材料的消耗筹备施工器材，计划油料及材料的消耗 组件施工队伍，拟定施工人员名单及岗位组件施工队伍，拟定施工人员名单及岗位 进行详细的投资预算进行详细的投资预算ba

26、ck第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 拟定观测计划的主要依据是：拟定观测计划的主要依据是： 1）GPS网的规模大小； 2）点位精度要求； 3）GPS卫星星座几何图形强度； 4）参加作业的接收机数量； 5）交通、通信及后勤保障(食宿、供电等)。6.2.4 6.2.4 拟订外业观测计划拟订外业观测计划第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 观测计划的主要内容应包括：观测计划的主要内容应包括： 编制GPS卫星的可见性预报图； 选择卫星的几何图形强度； 选择最佳的观测时段(环视图）； 观测区域的设计与划分； 编排作业调度表； 当作业仪器台数、观测时段数及点

27、数较多时，也可以在每天出测前采用GPS测量外业观测通知单进行调度。 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施例：假设有4台静态GPS接收机，对E级GPS施工控制网（如图2个已知控制，新布设5个施工控制点）进行观测作业，以及作业当天的卫星星历PDOP值预报图，如何调度4台GPS接收机进行野外观测作业？第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 GPS网与地面网的联测，可根据测区地形变化和地面控制点的分布而定。规程规定：6.2.5 6.2.5 设计设

28、计GPSGPS网与地面网的联测方案网与地面网的联测方案 1 1、为求得、为求得GPSGPS点在某一参考坐标系中的坐标，点在某一参考坐标系中的坐标，应与该参考坐标系中的原有控制点联测，联应与该参考坐标系中的原有控制点联测，联测的总点数不得少于测的总点数不得少于3 3点；点；2 2、为求得、为求得GPSGPS网点的正常高，应根据需要适网点的正常高，应根据需要适当进行高程联测。当进行高程联测。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6 6 GPS GPS接收机的选型及检验接收机的选型及检验 GPS接收机是完成测量任务的关键设备，其性能要求和所需的接收机数量与测量的精

29、度有关。接收机的选用接收机的选用第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施接收机的选用接收机的选用第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 观测中所有采用的接收设备，都必须对其性能与可靠性进行检验，合格后方能参加作业。尤其对于新购置的没备，应按规定进行全面的检验。接收接收机全面检验的内容，包括一般性检视、通电检验和机全面检验的内容，包括一般性检视、通电检验和实测检验。实测检验。具体检验内容参见全球定位系统(GPS)测量规范。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 一般检验：设备部件和附件、使用手册和资料、园水准器和光学对点器 通电检验：信号

30、灯、按键、显示系统和仪表以及自检测系统 实测检验：主要包括：l 零基线检验：主要检验接收机内部噪声水平l 相位中心偏移量检验：在标准基线、比较基线场或GPS检测场上进行l 不同测程精度指标的测试第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施back第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6 7 技术设计书编写技术设计书编写（结合实例）（结合实例）1. 任务来源及工作量任务来源及工作量l GPS项目的来源、下达任务的用途和意义；l GPS测量点的数量（包括新定点数、约束点数、水准点数、检查点数

31、）；l GPS点的精度指标及坐标高程系统。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施2. 测区概况测区概况l 测区隶属的行政管辖；l 测区范围的地理坐标、控制面积；l 测区的交通状况和人文地理；l 测区的地形及气候状况；l 测区控制点的分布及对控制点的分析、利用和评价。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施3. 布网方案布网方案 GPS网点的图形及基本连接方法； GPS网结构特征的测算；点位布设图的绘制。4. 选点和埋标选点和埋标 GPS点位的基本要求；点位标志的选用及埋设方法；点位的编号等。5. 观测观测 观测工作的基本要求；观测纲要的制定；对数据采集提出

32、注意的问题。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6. 数据处理数据处理 数据处理的基本方法及使用的软件；起算点坐标决定的基本方法；闭合差检验及点位精度评定指标。7. 完成任务的措施完成任务的措施 要求措施具体，方法可靠，能在实际工作中贯彻执行。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.3 6.3 GPSGPS测量的外业实施测量的外业实施 GPS测量外业实施包括：、等工作。6.6.3 3.1 .1 选点工作选点工作 选点工作应遵守以下原则： 观测站(即接收天线安置点)应远离大功率的无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的干扰。接收机天

33、线与其距离一般不得小于200m；第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 观测站附近不应有大面积的水域或对电磁波反射(或吸收)强烈的物体，以减弱多路径效应的影响； 观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视场开阔。在视场内周围障碍物的高度角，根据情况一般不应大于1015，以减弱多路径效应的影响； 观测站应选在交通方便的地方，并且便于用其它测量手段联测和扩展。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 对于基线较长的GPS网，还应考虑观测站附近具有良好的通讯设施(电话与电报、邮电)和电力供应，以供观测站之间的联络和设备用电。 点位选定后(包括方位点)，均应按规定绘

34、制点之记，其主要内容包括点位及点位略图，点位的交通情况以及选点情况等。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.6.3 3. .2 2 标志埋设标志埋设 为了保持点位，以便长期利用GPS测量结果和进行重复观测，GPS网点一般应设置具有中心标志的标石，以精确标志点位，点的标石和标志必须稳定、坚固以利长久保存和利用。尤其对于为研究地球动力学现象和工程变形而建立的各种监测网，以及大范围的高精度GPS网，其网点的位置必须可靠地加以标志。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的

35、设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施点位埋设结束后应提交的技术资料主要包括： 点之记及点的环视图； GPS网选点图； 选点工作技术总结。back第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.6.3 3. .3 3 观测工作观测工作1.观测工作依据的主要技术指标2.天线安置3.开机观测4.观测记录：两种，一种是记录到磁盘上，一种是记录到手簿上第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施1.观测工作依据的主要技术指标第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的

36、设计与实施各级各级GPS测量作业的基本技术要求测量作业的基本技术要求第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施2.天线安置 天线的妥善安置是实现精密定位的重要条件之一。其安置工作一般应满足以下要求： 静态相对定位时，天线应尽可能利用三脚架，并安置在标志中心的上方直接对中观测。在特殊情况下，方可进行偏心观测，但归心元素应以解析法精密测定。 当天线需安置在三角点觇标的基板上时，应先将觇标顶部拆除，以防止对信号的干扰。这时可将标石中心投影到基板上作为安置天线的依据。 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 天线底板上的圆水准器气泡必须居中。 天线的定向标志线应指向

37、正北，并顾及当地磁偏角影响，以减弱相位中心偏差的影响。定向的误差以定位的精度不同而异，一般应不超过35。 雷雨天气安置天线时，应注意将其底盘接地，以防止雷击。 天线安置后，应在各观测时段的前后各量测天线高一次。两次量测结果之差不应超过3mm，并取其均值采用。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 所谓天线高，系指天线的相位中心至观测点标志中心顶面的垂直距离。一般分为上、下两段：上段是从相位中心至天线底面的距离，这一段的数值由厂家给出，并作为常数；下段是从天线底面至观测点标志中心顶面的距离，这一段由用户测定。天线高的量测值应为上下两段距离之和。第六章第六章 GPSGPS测量的

38、设计与实施测量的设计与实施天线高测量方法示意图如下：天线高测量方法示意图如下： R0：测量天线位置半径；h0：天线中部到相位中心高度；h：实际作业测量点中心到天线中部长度。华测天线参数：半径：半径88.6mm ;相位中心高16.6mm ;天线底部到相位中心高 47.4mm第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 一般来说，在外业观测工作中，操作人员应注意以下事项： 当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后，方可接通电源，启动接收机。 开机后接收机有关指示显示正常并通过自测后，方能输入有关测站和时段控制信息。 接收机在开始记录数据后，应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、相位

39、测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。3.开机观测第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 一个时段观测过程中，不允许进行以下操作：关闭又重新启动；进行自测试（发现故障除外）；改变卫星高度角；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功能键。 每一观测时段中，气象元素一般应在始、中、末各观测记录一次，当时段较长时可适当增加观测次数。 要注意查看电池情况，及时更换电池。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 仪器高一定要按规定始、末各测一次，并及时输入及记入测量手薄之中。 接收机在观测过程中不要靠近接收机使用对讲机；雷雨季节架设天

40、线要防止雷击，雷雨过境时应关机停测，并卸下天线。 观测站的全部预定作业项目，经检查均已按规定完成，且记录与资料完整无误后方可迁站。 观测过程中要随时查看仪器内存或硬盘容量，每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 4.观测记录 5）测站控制信息及接收机工作状态信息。4）实时绝对定位结果；3）GPS卫星星历及卫星钟差参数；2）同一历元的测码伪距观测值；1）载波相位观测值及相应的观测历元； 观测记录由接收设备自动形成，均记录在存储介质(如磁带、磁盘、记录卡等），记录内容主要包括： 观测记录 在外业观测过程中，

41、所有的观测数据和资料均须妥善记录。记录的形式主要有以下两种：第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 测量手簿是在接收机启动前及观测过程中，由用户随时填写的。其记录格式和内容一般如图所示。其中，观测记事栏应记载观测过程中发生的主要问题，问题出现的时间及并处理方式。 为了保证记录的准确性，测量手簿必须在作业过程中随时填写，不得事后补记。 测量手簿第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 记录要求 1）观测前和观测过程中应按要求及时填写各项内容，书写要认真细致，字迹清晰、工整、美观。 2）各项观测记录一律使用铅笔，不得刀刮和涂改，不得转抄和追记，如有读、记错误，

42、可整齐划掉，将正确数据写在上面并注明原因。其中天线高，气象读数等原始记录不得连环涂改。 3）手簿整饰，存储介质注记和各种计算一律使用蓝黑墨水书写。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 4）外业观测中接收机内存储介质上的数据文件应及时拷贝成一式两份，并在外存储介质外面适当处制贴标签，注明网区名、点名、点号、观测单元号、时段号、文件名、采集日期、测量手簿编号等。两份存储介质应分别保存在专人保管的防水、防静电的资料箱内。 5）接收机内存数据文件卸到外存介质上时，不得进行任何剔除、删改和编辑。 6）测量手簿应事先连续编印页码并装订成册，不得缺陨。 7）其他记录，亦应分别装订成册。

43、第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.6.4 4 GPS GPS测量的测量的作业模式作业模式 概念：概念： 利用GPS定位技术，确定观测站之间相对位置所采用的测量方案。作业模式分类作业模式分类第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.4.1 6.4.1 经典静态定位经典静态定位 作业方法 采用两套(或两套以上)接收设备，分别安置在一条(或数条)基线的端点，同步观测4颗卫星1小时左右，或同步观测5颗卫星20分钟左右。当基线超过100km时，观测时间应适当延长。 基线的相对定位精度可达5mm十1ppmD，D为基线长度(km)。 定位精度第六章第六章 GP

44、SGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 这种作业模式所观测过的基线边，应构成某种闭合图形(如图)，以便于观测成果的检核，提高成果的可靠性和GPS网平差后的精度。基线长度由20km至几百公里。 特点 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； 建立长距离检校基线； 进行岛屿与大陆联测； 钻井精密定位。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.4.2 6.4.2 快速静态定位快速静态定位 在测区的中部选择一个基准站，并安置一台接收设备连续跟踪所有可见卫星； 另一台接收机依次到各点流动设站，并且在每个流动站上观测12分钟。 作业方法 该作业模式要求

45、，在观测时段中必须有5颗卫星可供观测；同时流动站与基淮站相距不超过15km。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 定位精度 流动站相对基准站的基线中误差可达5mm+1ppmD 。 特点 接收机在流动站之间移动时，不必保持对所测卫星的连续跟踪，因而可关闭电源以降低能耗。该模式作业速度快、精度高。缺点是直接观测边不构成闭合图形，可靠性较差。 适用范围 控制测景及其加密； 工程测量、边界测量； 地籍测量及碎部测量等。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 作业方法 在测区选择一基准站，并在其上安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星； 置另一台流动的接收机于起始点

46、(图中l号点)观测l2分钟； 6.4.3 6.4.3 准动态定位准动态定位 在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，流动的接收机依次迁到2，3，13号流动点各观测数秒钟。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 作业模式要求 在观测时段上必须有5颗以上卫星可供观测； 在观测过程中流动接收机对所测卫星信号不能失锁；一旦发生失锁现象，应在失锁后的流动点上，将观测时间延长12分钟。 流动点与基准点相距应不超过15km。 定位精度 基线的中误差可达12cm。 应用范围 开阔地区的加密测量； 工程定位及碎部测量； 剖面测量及路线测量等。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实

47、施6.4.4 6.4.4 动态定位动态定位 作业方法 建立一个基准点，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星； 另一台接收机安置在运动的载体上，在出发点按 运动的接收机从出发点开始，在运动过程中按预定的时间间隔自动观测。快速静态相对定位法，静止观测12分钟；第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 作业模式要求 同步观测5颗卫星，其中至少有4颗卫星应保持连续跟踪；同时，运动点与基准点的距离应不超过15km。 定位精度 运动点相对基准点之点位精度可达12cm 。 特点 速度快，精度高，可实现载体的连续定位。 应用范围 精密测定载体的运动轨迹； 道路中心测量； 航道测量；

48、开阔地区的剖面测量等。 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.5 6.5 数据数据预处理及观测成果的质量检核预处理及观测成果的质量检核6.5.1 6.5.1 数据预处理数据预处理6.5.2 6.5.2 观测成果的外业检核观测成果的外业检核6.5.3 6.5.3 野外返工野外返工6.5.4 GPS6.5.4 GPS网平差处理网平差处理第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.5.1 6.5.1 数据预处理数据预处理1.数据处理软件及选择n GAMIT/GLOBKGAMIT/GLOBK： 美国麻省理工学院（MIT）开发的全球最具权威性的GPS数据处理软件

49、包。由若干程序模块构建而成。近年来在数据自动处理方面做了较大的改进。成为全球最受欢迎的GPS数据处理软件之一。n BERNESEBERNESE： 瑞士伯尔尼天文系研制。n GIPSYGIPSY： 美国宇航局(NASA)喷气推进实验室(JPL)研制。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施2.基线解算（数据预处理）n 基线解算（数据预处理）基线解算（数据预处理） 对于两台及以上接收机同步观测值进行独立基线向量的平差计算叫基线解算，或称为观测数据预处理。n 预处理主要目的：预处理主要目的： 对原始数据进行编辑、加工整理、分流并产生各种专用信息文件，为进一步的平差计算作准备第六章第

50、六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施n 数据预处理的基本内容：数据预处理的基本内容： 1 1）数据传输：）数据传输：将GPS接收机记录的观测数据，传输到磁盘或其它介质上，以提供计算机等设备进行处理和保存。 2 2）数据分流：）数据分流：从原始记录中，通过解码将各项数据分类整理，剔除无效观测值和冗余信息，形成各种数据文件，如星历文件星历文件、观测文件观测文件和测站信息文件测站信息文件等，以供进一步处理。 以上两项工作，一般也称之为数据的粗加工粗加工，可视为预处理的准备工作。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施3 3）观测数据的平滑、滤波：）观测数据的平滑、滤波

51、：剔除粗差并进一步删除无效观测值。4 4）统一数据文件：）统一数据文件：将不同类型接收机的数据记录格式、项目和采样间隔，统一为标准化的文件格式，以便统一处理。5 5）卫星轨道的标准化：）卫星轨道的标准化：为了统一不同来源卫星轨道信息的表达方式，和平滑GPS卫星每小时更新一次的轨道参数，一般须采用多项式拟合法，使观测时段的卫星轨道标准化，以减化计算工作，提高定位精度。6)6)探测周跳、修复载波相位观测值。探测周跳、修复载波相位观测值。7)7)对观测值进行各项必要的改正：对观测值进行各项必要的改正：如电离层、对流层改正等。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施n 基线向量的解算

52、基线向量的解算 基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。在基线解算时，平差在基线解算时，平差要分三个阶段进行。要分三个阶段进行。 第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数和基线向量的实数解（浮动解浮动解）； 第二阶段，将整周未知数固定成整数； 第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解-整数解（固定解固定解）第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施n 基线解算中应注意的问题基线解算中应注意的问题 1）一般采用双差相位观测值，对于边长超过30km的基线，也可采用三差相

53、位观测值。 2）广播星历，可作基线解的起算数据。对于特大城市的首级控制网，也可以采用其他精密星历作为基线解算的起算值。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 3）解算中所需的起算点坐标，应按以下优先顺序采用： 国家GPS A、B级网控制点或其他高等级GPS网控制点的已有WGS-84坐标系； 国家或城市较高等级控制点转换到WGS-84系后的坐标值； 不少于观测30分钟的单点定位结果的平差值提供的WGS-84系坐标。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 4）在采用多台接收机同步观测的一个时段中，可采用单基线模式解算，也可只选择独立基线按多基线处理模式统一解

54、算。 5）同一级别的GPS网，根据基线长度不同，可采用不同的数据处理模型。 6）对于所有同步观测时间少于30分钟的快速定位基线，必须采用合格的双差固定解作为解算的最终结果。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施6.5.2 6.5.2 观测成果的外业检核观测成果的外业检核 观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节定位精度的重要环节。所以当观测任务结束后，必须在测区及时对外业的观测数据质量进行检核和评价，以便及时发现不合格的成果，并根据情况采取淘汰或重测、补测措施。1.1.外业观测数据的评价标准外业观测数据的

55、评价标准 在静态相对定位中，外业观测数据的评价一般分为四级四级，即良好、合格、存疑和不合格。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 良好良好 测站环境好，无信号干扰因素； 观测过程中大气状况稳定； 能观测到所有预报的卫星； 接收机运行正常，没有或偶尔发生暂短的失锁 或故障报警，但很快得以排除； 测站上全部操作过程部符合规定，资料齐全； 实时绝对定位解收敛平稳。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 合格合格 测站上有明显的干扰因素； 观测过程中大气状况有明显的波动（如有暴风雨 过境、各方位的云量分布极不均匀和气象突变等）； 接收机运行不大正常，多次出现报

56、警或卫星失锁， 且由于未能及时排除或多次积累致使约有10的观 测数据无效； 测站上的操作过程基本符合规定要求； 实时单点定位解收敛过程有波动。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 存疑存疑( (或部分合格或部分合格) ) 测站上信号干扰因素比较严重； 观测过程中报警或信号失锁频繁，有约20的观测 数据无效： 单点定位解的收敛波动较大。 不合格不合格 由于多种因素影响，致使无效观测数据多于30； 观测卫星数少于4颗； 单点实时定位解收敛很困难。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施2.2.外业观测成果的质量检核外业观测成果的质量检核 1 1） 同步边观测

57、数据的检核同步边观测数据的检核 同步边是指接收机设于基线两端，通过多历元同步观测，经平差计算的基线边。同步边检核的内容包括： 观测数据的剔除率观测数据的剔除率 由于不合格而剔除的观测值个数与参加同步边平差计算的观测值总数之比，称为数据剔除率。根据不同的精度要求，剔除率一般应不超过510。 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 观测值的残差分析观测值的残差分析 观测值的残差，即各观测值与其平差值之差。残差主要是由观测值的偶然误差和系统误差残余部分的影响而产生的。 残差分析，主要是试图将观测值中的偶然误差分离出来，并判定其大小。计算同步边平差值的中误差和相对中误差。同步边每一

58、时段平差值的中误差应小于0.1m，而其相对中误差应不超过相应精度等级的要求。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 2 2）重复观测边的检核）重复观测边的检核 同一基线边，若观测了多个时段（2），则可得到多个基线边长。这种具有多个独立观测结果的基线边，称为重复边。 任意两个不同观测时段的互差任意两个不同观测时段的互差设)(jidddji式中di、dj为两个不同时段同一基线边的长度，则要求22d其中22)(dba式中a、b为接收机的标称精度，d为dj和di的平均值。第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 重复边各时段平差值之中误差和相对误差重复边各时段平差

59、值之中误差和相对误差 设重复边共观测了n个时段（n3），观测值分别为d1，d2，dn。则各时段的平差值为nddnii/1平差值之中误差为 1nddmd式中ddi-d。相对误差为 dmd则要求 bdmd式中，b为接收机标称精度的比例误差系数，单位为ppm。 第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 重复观测边的检核算例重复观测边的检核算例 设GPS网中有一条重复基线向量，其观测值分别为8 570.274m, 8 570.280m,8 570.282m，8 570.284m和8 570.278m。若接收机的标称精度为5mm1ppm，通过计算说明该基线向量的观测值是否合格？第六章第

60、六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施3 3）同步环闭合差的检核）同步环闭合差的检核假设WX、WY、WZ分别为同步环坐标分量的闭合差，即 niiZniiYniiXZWYWXW111第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 这两式中，n为环线中的基线边数，WC为同步环闭合差的限值，为相应级别规定的精度，按下式计算 式中，（Xi,Yi,Zi）为第i条基线向量的坐标差分量，则按规定应满足 53555222nWWWWnWnWnWZYXCZYX22)(dba第六章第六章 GPSGPS测量的设计与实施测量的设计与实施 同步环闭合差检核示例同步环闭合差检核示例 右图为某一小型G