GPS测量的形式、指标和技术设计

1、1GPS测量的形式、指标和技术设计2本章内容概述GPS网的精度和密度设计GPS网的基准设计 GPS网的布网形式 GPS网的图形设计GPS网的设计准则GPS网的设计指标技术设计书的编写31. 概述41.1 技术设计及其作用5技术设计的内涵技术设计依据：GPS网的用途及用户的要求，GPS测量规范（规程），内容：基准、精度、密度、网形及作业纲要（如观测的时段数、每个时段的长度、采样间隔、截止高度角、接收机的类型及数量、数据处理的方案）的具体规定和要求。技术设计的作用提供了建立GPS网的技术准则，项目实施及成果检查验收时的技术依据6技术设计的过程确定设计的技术依据进行技术设计精度设计密度设计基准设计图

2、形（结构）设计71.2 技术设计的依据8技术依据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9GPS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/T 18314-2009 国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会，2009年。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 ，国家测绘局， CH8016-1995全球定位系统城市测量技术规程，CJJ 73-97，建设部，行业标准，199710

3、GPS测量规范及规程11GPS测量规范及规程规范的内容 国家测量规范的内容12GPS测量规范及规程规范的内容 城市测量技术规程13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14测量任务书或测量合同书测量任务书与合同书测量任务书测量单位的上级事业性单位主管部门下达的具有强制性约束力的文件。常用于下达计划指令性任务。测量合同书由业主方（或上级主管部门）与测量实施单位所签订的合同，具有法律效力。市场经济条件下广泛采用的一种形式。测量任务书和合同书的作用测量单位必须按照规定的项目目的、用途、范围、精度、密度等进行施测，按

4、时提交合格的成果及相关资料。上级主管部门及业主方也应按规定及时拨（支）付作业费用，在资料、场地、生活方面给予必要的协助和照顾。技术设计必须保证所规定的各项技术指标均能得以满足，并在时间和进度安排上留有余地。15与甲方的关系积极了解甲方要求网的用途及质量要求积极与甲方进行沟通成果内容及形式质检指标162. 精度和密度设计17GPS测量的等级我国GPS测量规范（ GB/T 18314-2009 ）所规定的网的等级18GPS测量的等级我国城市测量规程（CJJ 73-97 ）所规定的网的等级基线向量的弦长中误差：19各级GPS测量的精度及密度要求20精度和密度设计的原则精度设计的原则满足合同或任务书要

5、求满足规范要求满足应用要求密度设计的原则根据工程项目的需要，而非网的规模大小或边长的长短213. GPS网的基准设计22GPS网基准设计的内涵GPS网基准设计指定GPS网所采用的坐标参照系（基准）确定所采用的起算数据GPS网的基准位置基准尺度基准方位基准23坐标参照系设计设计方法：根据布网的目的用途城市控制网或工矿企业的独立控制网，起算点的坐标采用上述坐标系中的坐标。全球性的或区域性的地球动力学研究时，通常采用ITRF坐标。24位置基准设计决定位置基准的因素网中“起算点”坐标平差方法确定位置基准的方法选取网中一个点的坐标并加以固定或给以适当的权（最小约束平差）。网中各点坐标均不固定，通过自由网

6、伪逆平差或拟稳平差来确定网的位置基准 。在网中选取若干个点的坐标并加以固定或给以适当的权（约束平差）。25位置基准设计独立网和附和网独立网采用最小约束平差、自由网伪逆平差或拟稳平差时，网平差中仅引入了位置基准，无多余约束条件，对网的定向和尺度无影响。附合网采用约束平差时，起算数据多于必要的起算数据数，在确定网位置基准的同时也会对网的方向和尺度产生影响。26尺度基准设计决定尺度基准的因素GPS网中的基线地面测距边已知点间的固定边GPS基线向量确定尺度基准的方法新建控制网：可直接由GPS基线向量提供尺度基准，即采用独立网或固定一点一方位进行平差的形式，这样可以充分利用GPS技术的高精度特性。旧控制

7、网加密或改造：采用附合网形式，已知点间的边长成为尺度基准。涉及特殊投影面（投影面非参考椭球面）的网：若在指定投影面上没有足够数量控制点，则可以引入地面高精度测距边作为尺度基准。 27方位基准设计 决定方位基准的因素网中的起始方位角GPS基线向量确定尺度基准的方法利用旧网中的若干控制点作为GPS网中的已知点进行约束平差28基准设计的内容及原则设计内容平差方法起算数据的类型、数量及分布设计原则满足项目要求结合现有条件294. GPS网的布网形式30跟踪站式形式每个点上设置一台接收机，长期固定安放在测站上，进行常年、不间断的观测。所有接收机的地位对等，无主次之分。优点精度和可靠性极高缺点需建立专门的

8、永久性建筑即跟踪站，观测成本很高。适用范围一般用于建立GPS跟踪站或永久性的监测网（A级）。31会战式形式多台GPS接收机集中在一段不太长的时间内，共同作业。分批观测模式，即一段时间里所有接收机在同一批点上进行多天、长时段的同步观测；然后，所有接收机又都迁移到另外一批点上进行相同方式的观测，直至完成所有点的观测。有时也被称为分区观测。所有接收机的地位是对等的，没有主次之分。优点精度和可靠性很高适用范围B级网32多基准站式形式有若干台接收机长期固定在某几个点作为基准站进行长时间的观测，与此同时，另外一些接收机则在这些基准站周围相互之间进行网观测模式或点观测模式的测量。优点各基准站间基线向量精度高

9、，可作为整个GPS网的骨架。其余同步观测图形与各个基准站之间也存在同步观测基线，图形结构强。适用范围BE级网多基准站式网模式点模式33同步图形扩展式形式多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测后，又迁移到其它的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同步图形，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连，整个GPS网由这些同步图形构成。优点扩展速度快，图形强度较高，作业方法简单。适用范围BE级网同步图形的扩展34单基准站（星形网）式形式以一台接收机作为基准站，连续开机观测，其余接收机在其周围流动观测，流动接收机之间一般不要求同步。流动接收机每观测一个时段，就测

10、得一条与基准站间的同步观测基线，所有同步基线形成一个以基准站为中心的星形。优点效率高。缺点图形强度弱，可靠性低。适用范围不适用于等级GPS控制网测量，可用于对可靠性要求不高的等外GPS测量 。单基准站式的布网35确定布网方案应顾及的问题网的质量要求所具备仪器的数量测区测绘基础设施（是否可利用CORS）网点的分布形态面状还是带状365. GPS网的图形设计37GPS网的基本图形三角形多边形附合导线形星形38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三角形网39多边形网定义以多边形（边数4）作为基本图形特点：效率高

11、，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40附和导线网定义以附和导线（或称附和路线）作为基本图形特点效率高，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41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（待定点间一般无联系）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Go and StopRTK42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

12、机流动观测（待定点间一般无联系）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Go and StopRTK提高可靠性的方法适当复测436. GPS网的设计准则44GPS网设计的出发点前提保证质量目标提高效率降低成本45GPS网设计的特点常规控制网图形设计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）46网形与GPS网质量的关系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

13、完全一样的123451234547网形与GPS网质量的关系网的形状对GPS网的质量没有直接影响对于上述两个网形，如果对应基线的质量相同，则两个网的质量也相同。48网形与GPS网质量的关系 两点重要提示GPS网的图形强度（可靠性）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49重复设站与复测边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注：以上两点也可看作是GPS网测量的要求123456第一时段第二时段重测边（基线）50提高GPS网可靠

14、性的方法增加观测时段数（增加独立基线数） 保证一定的重复设站次数保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测站具有较高的可靠性 在布网时要使网中所有最简异步环的边数不要过多各级GPS网中最简独立闭合环或附和导线的边数要求51提高GPS网精度的方法对网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得直接观测基线。可以在全面网之上建立框架网，以框架网作为整个GPS网的骨架。在布网时要使网中所有最简异步环的边数要过多。在建立GPS网时，引入高精度激光测距边，作为观测值与GPS观测值（基线向量）一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。若要采用高程拟合的方法，测定网中各点的正常高或正高，则需在布网时

15、，选定一定数量的水准点，水准点的数量应尽可能多，且应在网中均匀分布，还要保证有部分点分布在网中的四周，将整个网包围起来。在网中增设长时间、多时段的基线向量。52短边必测网中距离较近的点间要进行直接观测（短边必测）短边必测53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框架网全面网54起算数据的选取与分布 起算点的选取与分布若要求新旧成果吻合最好，则起算点数量越多越好；若不要求新旧成果完全吻合，则一般可选35个起算点，用于基准转换和检核；起算点一般应均匀地分布在GPS网的周围，要避免所有的起算点分布在网中一侧的情况

16、。起算边长的选取与分布若需要将所建立的GPS网成果投影到某一指定的高程面上，可以采用高精度激光测距边（已归算到指定高程面上）作为起算边长，数量为35条，可设置在网中任意位置，但激光测距边两端点的高差不应过分悬殊。起算方位的选取与分布在采用GPS技术建立独立坐标系下的控制网时，可以引入起算方位，但起算方位不宜太多，起算方位可设置在网中任意位置。557. GPS网的设计指标56GPS网的特征值57理论最少观测时段数 定义理论最少观测时段数是在满足所规定的重复设站次数要求的前提下，完成GPS网外业观测理论上所需的最少观测时段数。计算公式理论最少观测时段数 点数重复设站观测数接收机数58设计时段数定义按照设计的外业观测方案完成GPS网的观测所需的观测时段数，称为设计时段数，用符号SD表示。59基线总数定义通过外业观测所测得所有基线的数量计算公式 基线总数观测时段数接收机数60独立基线数定义通过外业观测所测得独立基线的数量计算公式 基线总数观测时段数接收机数61必要基线数定义建立网中所有点之间相对关系所必须的基线数 计算公式 基线总数点数62多余基线数定义独立基线数与必要基线数之差 计算公式 多余基