第8-9讲gps测量技术设计与外业实测

GPS卫星定位测量技技术设计第六章第六章GPS卫星定位测量的设计与实施学习目标1.了解GPS测量技术设计的主要内容；2.控制网的图形设计；3.控制网基准及精度设计；4.观测纲要设计。第六章GPS卫星定位测量的设计与实施学习内容第一节GPS测量的技术设计第二节GPS定位网的布设第三节GPS接收机的选择第四节GPS定位网的测设方案第五节外业观测第一节GPS测量的技术设计一、技术设计书内容1.概述2.作业区自然地理概况及已有资料3.引用文件4.成果主要技术指标和规格第一节GPS测量的技术设计一、技术设计书内容5.设计方案1）设计中应考虑的因素测站、卫星、仪器、后勤保障2）选点、埋石3）平面控制测量4）GNSS 数据处理第一节GPS测量的技术设计二、技术设计遵循的原则充分考虑顾客需求先整体后局部采用新技术、新方法、新工艺充分利用已有成果第一节GPS测量的技术设计三、GNSS布网原则1.逐级布设2.综合考虑，优化设计3.最简异步环要求（不大于）6-6-8-104.高等级控制点均应采用5.局部加密，高等级点不少于4个6.GNSS测量用于大地测量控制网时？第一节GPS测量的技术设计四、GNSS联测设计1.联测点精度要求（其中之一）测区最高等级控制点地方坐标系定位，定向起算点国家坐标系和地方坐标系连接点水准点2.联测点密度（3-5个，均匀分布）3.水准点选择（）第一节GPS测量的技术设计GB规范规定：第一节GPS测量的技术设计级别平均距离(km)固定误差(mm)比例误差系数（10-6）最弱边相对中误差二等三等四等一级二级9521<1≤10≤10≤10≤10≤20≤2≤5≤10≤10≤201/1200001/800001/450001/200001/10000规程中规定：1.观测时段observationsession测站上开始接收卫星信号到停止接受，连续观测的时间间隔称为观测时段，简称时段。2.同步观测simultaneousobservation两台或两台以上接收机同时对一组卫星进行的观测。3.同步观测环simultaneousobservationloop三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。

4.异步观测环independentobservationloop由非同步观测获得的基线向量构成的闭合环。5.独立观测环由独立基线构成的基线向量闭合环。6.参考站Referencestation在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星.7.数据剔除率percentageofdatarejection同一时段中，删除的观测值个数于获得的观测值总数的比值。五、控制网图形相关概念7.独立基线同步观测环中不构成几何图形的基线。8.星历卫星的位置信息。9.天线高测站点到天线相位中心的距离。10.流动站在参考站附近流动作业的接收机。六、GPS网特征条件计算n个GPS点，N台接收机，每一个点观测m次。1.观测时段数；2.总基线数；3.必要基线数；4.独立基线数；5.多余基线数。七、GPS同步图形构成N台接收机同步观测时：总基线数；2.最少同步环个数

因为网中有N-1条独立边，即这N-1条边不相关，因此相互不能表达，而除此之外的边均能由该N-1条边表示。第二节GPS定位网的布设1．测站因素；2．卫星因素；3．仪器因素;4．后勤因素。一、技术设计中应考虑的因素第二节GPS定位网的布设

（1）GPS网的布设应视其目的，作业时卫星状况，预期达到的精度，GPS网成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。（2）一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。

二、GPS网的布网原则第二节GPS定位网的布设

（3）GPS网内点与点之间虽不要求通视，但应有利于按常规测量方法进行加密控制时应用。（4）可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。二、GPS网的布网原则第二节GPS定位网的布设

（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。C级网每隔3-6点联测一个高程点，D和E级网视具体情况确定联测点数。A和B级网的高程联测分别采用三、四等水准测量的方法；C至E级网可采用等外水准或与其精度相当的方法进行。

二、GPS网的布网原则第二节GPS定位网的布设GPS卫星定位所测得的点位坐标，属于WGS－84世界大地测量坐标系。为了将它们转换成国家或地方坐标系，在设计GPS定位网时，一定要考虑联测一定数量的常规控制点和基准点。三、GPS网的联测设计第二节GPS定位网的布设1．联测点（公共点）的精度要求联测点作为GPS成果转化到常规地面坐标系的基准点，在GPS测量数据处理中具有重要的意义。联测点的地面实用坐标是将GPS定位结果的WGS—84坐标系转换至地面坐标系时的起算数据，所以要求联测点的地面坐标具有较高的精度。三、GPS网的联测设计第二节GPS定位网的布设

为此，联测点应是下列几种点之一：（1）测区内现有的最高等级的常规地面控制点；（2）地方坐标系中控制网定位、定向的起算点；（3）联接国家坐标系和地方坐标系的联接点；（4）水准点。

三、GPS网的联测设计第二节GPS定位网的布设2．联测点的密度和分布

GPS网与地面网的联测点最少应有两个。其中一个作为GPS在地面网坐标系内的定位起算点，两个点间的方位和距离作为GPS网在地面坐标系内定向、长度的起算数据。

三、GPS网的联测设计第二节GPS定位网的布设

显然，为了更好地解决GPS网与地面网两者成果的转换问题，应有更多一些联测点。分析研究和作业实践表明，一个GPS网应联测3～5个精度较高、分布合理的地面点作为GPS网的一部分。当测区较大时，还应适当增加联测点。

三、GPS网的联测设计第二节GPS定位网的布设

GPS网一般是求得测站点的三维坐标，其中高程为大地高，而实际应用的高程系统为正常高系统。为此，通常是在GPS网中施测或重合少量的几何水准点，用数值拟合法（多项式曲面、拟合或多面函数拟合）拟合出测区的似大地水准面，继而内插出其它GPS点的高程异常，再求出其正常高。

3．GPS网中水准点的选择和分布

第二节GPS定位网的布设

根据研究，在平原地区布测的GPS网中，只要用三等实测或重合全网五分之一GPS点的几何水准，用数值拟合法求定GPS点的正常高，即可代替四等水准测量。所实测的水准点，大部分应布设在网的周围点上，少量放在网的中间，以求获得最佳效果。3．GPS网中水准点的选择和分布第二节GPS定位网的布设1.图上选点，求定其概略坐标；2.选择由m-1条独立基线组成的图形，计算其精度；3.若满足要求，即可。否则，应该增减基线，再计算直到满足要求。四、控制网精度设计

第二节GPS定位网的布设GPS定位精度同卫星与测站构成的图形强度有关，与能同步跟踪的卫星数和接收机使用的通道数有关。若接收机有观测到5颗卫星以上的能力，就应该把所有可能观测到的卫星都进行跟踪观测，若只有观测到4颗卫星的能力，应在所有可见星中选取PDOP值最小的那一组卫星进行观测，这是根据伪距定位时求解公式推算出的选星原则。

五、卫星空间分布的几何图形强度设计第二节GPS定位网的布设

表6～1图形强度因子（PDOP）规定值

《规范》规定，点的空间位置图形强度因子PDOP不应超过表6－1所列值。

级别ABCDEPDOP≤4≤6≤8≤10≤10五、卫星空间分布的几何图形强度设计第二节GPS定位网的布设1．对点位的基本要求（1）点位应选设在易于安置接收设备和便于操作的地方，且视野开阔。视场内障碍物的高度角一般应大于10°～15°，以减弱对流层折射的影响。（2）点位应远离大功率无线电发射源，以避免周围磁场对GPS卫星信号的干扰。

六、野外选点第二节GPS定位网的布设

（3）点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避免大面积水域，以减弱多路径误差的影响。（4）点位应选在交通方便的地方，有利于用其他测量手段联测或扩展。（5）地面基础稳定，利于点位保存。

六、野外选点第二节GPS定位网的布设

中心标石是地面GPS点的永久性标志，为了长期使用GPS测量成果，点的标石必须稳定、坚固以利长期保存和利用。目前，GPS点的标石类型及其适用范围如课本表6～7所列。其中普通标石的规格，如图6－2所示。七、标石埋设

图6-2第二节GPS定位网的布设

各级GPS点的标石用混凝土灌制。一般普通标石分上标石和下标石两层，其上均设有金属的中心标志。埋设标石时，须使各层标志中心在同一铅垂线上，其偏差不得大于2mm。新埋标石时，应依法办理征地手续和测量标志委托保管手续。七、标石埋设

第三节GPS接收机的选择1.单频接收机Trimble4600ASHTECH-Locus一、接收机的类型选择第三节GPS接收机的选择1.单频接收机只能接收经调制的L1信号主要用于基线较短（例如＜10km）的定位工作优点：价格便宜一、接收机的类型选择第三节GPS接收机的选择2.双频接收机ASHTECHZ-XTrimble5700一、接收机的类型选择第三节GPS接收机的选择2.双频接收机

双频接收机可以同时接收L1和L2信号

利用双频技术可以消除或减弱电离层折射对观测量的影响

定位精度较高，基线长度不受限制

作业效率较高一、接收机的类型选择第三节GPS接收机的选择

（1）可靠性高，接收机本身产生的周跳、半周跳和1/4周跳极少；（2）耐用性强，平均无故障工作时间＞5000h；（3）精度高、单频机达到1cm+2×10-6D，双频机达到5mm+1×10-6D；（4）卫星跟踪性能良好不易失真；（5）多功能，既能用于静态、快速静态和动态测量，又能担任DGPS和GIS任务；（6）具有12通道，在海、陆、空应用时，都能跟踪全部可见卫星；二、最佳GPS接收机具备的条件第三节GPS接收机的选择

（7）较低的C/A码测距噪声(≤10cm)和载波相位噪声(＜1mm)；（8）具有削弱多路径误差的功能；（9）较高的原始数据率（最好是20次/s），以便在高动态条件下应用；（10）较大的存储器（10Mb），以便用于动态测量；（11）体积小(＜2000cm3)，重量轻(＜2kg)，攻耗低(＜10W)；（12）工作温度在－30°~＋70°C之间，以便在炎热和酷寒地区均能二、最佳GPS接收机具备的条件第三节GPS接收机的选择（一）Trimble4800型GPS三、GPS接收机简介第三节GPS接收机的选择（二）苏州一光SGS220型双频GPS接收机作为GPS全站仪的移动站，4800可安装在特制的三、GPS接收机简介(a)基准站(b)流动站第四节GPS定位网测设方案

应用GPS定位技术建立测量控制网，几乎毫无例外地均采用相对定位方法。相对定位的两点间构成独立观测边，也称基线。显然，独立观测边配置和布设的结果就形成了GPS网的几何图形，它是由投入作业的接收机台数、观测路线和基线连接形式所决定的，我们将它们称为GPS测量控制网的测设方案。

第四节GPS定位网测设方案1.静态定位(1)作业方法采用两台（或以上）接收设备，分别安置在基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45分钟至2小时。

(2)精度5mm+1ppm·D(3)适用范围

-全球性或国家级大地控制网

-建立地壳运动监测网

-建立长距离检校基线

-岛屿与大陆联测一、两台接收机相对定位的测设方案

第四节GPS定位网测设方案2.快速静态定位(1)作业方法在测区中部选择一个基准站，安置一台接收设备连续跟踪卫星；另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测数分钟。

(2)精度5mm+1ppm·D(3)适用范围控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。(4)注意事项：

-在观测时段内应确保有5颗以上卫星可供观测

-流动点与基准点距离不应超过20km-流动站上的接收机在转移时，不必保持对卫星的连续跟踪一、两台接收机相对定位的测设方案

第四节GPS定位网测设方案3.准动态定位(1)作业方法在测区选择一个基准点，安置接收机连续跟踪卫星；将另一接收机先置于1号站观测，在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，将流动接收机分别在其它各点观测数秒。

(2)精度:基线中误差约为1~2cm.(3)适用范围开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量等。(4)注意事项-在观测时段内应确保有5颗以上卫星可供观测-流动点与基准点距离不应超过20km-观测中流动站上的接收机不能失锁，否则应在失锁处延长观测时间1~2分钟一、两台接收机相对定位的测设方案

第四节GPS定位网测设方案4.往返式重复设站(1)作业方法建立一个基准点安置接收机连续跟踪卫星；流动接收机到每点观测1~2分钟；1小时后逆序返测各流动点1~2分钟。

(2)精度:相对于基准点的中误差为5mm+1ppm·D(3)适用范围控制测量及控制网加密、取代导线测量及三角测量、工程测量及地籍测量等。(4)注意事项-流动点与基准点距离不超过20km-基准点能正常跟踪3颗以上的卫星一、两台接收机相对定位的测设方案

第四节GPS定位网测设方案5.动态定位(1)作业方法建立一个基准点安置接收机连续跟踪卫星；流动接收机先在出发点上静态观测数分钟，然后从出发点开始连续运动，按指定的时间间隔自动测定运动载体的位置。(2)精度:相对于基准点的瞬时点位精度1~2cm。(3)适用范围-精密测定运动目标的轨迹、测定道路中心线、剖面测量等。(4)注意事项

-需同步观测5颗卫星，其中至少4颗要连续跟踪-流动点与基准点距离不超过20km一、两台接收机相对定位的测设方案

第四节GPS定位网测设方案

当投入作业的接收机数目多于二台时，就可以在同一时段内，几个测站上的接收机同步观测共视卫星。此时，由同步观测边所构成的几何图形，称为同步网，或称作同步环路。

二、多台接收机的同步网测设方案第四节GPS定位网测设方案

不过在S条基线中，只有m－1条独立基线，其余基线均可由独立多台接收机的同步网测设方线推算而得，属于非独立基线。同一条基线，其直接解算结果与独立基线推算所得结果之差，就产生了所谓坐标闭合差条件，用它可评判同步网的观测质量。

二、多台接收机的同步网测设方案第四节GPS定位网测设方案5台m—同步网的点数s—网中同步基线总数独立基线数：m-13台4台二、多台接收机的同步网测设方案第四节GPS定位网测设方案

由多个同步网相互连接的GPS网，称作异步网。同步网之间的连接方式有以下三种。

1．点连式；2．边连式；3．混连式。在上述三种连接方案中：第1种工作量最小，但无重复基线检核；第2种工作量最大，检核条件亦最多；第3种比较灵活，工作量与检核条件比较适中。

三、多台接收机的异步网测设方案12345678910第四节GPS定位网测设方案

点连式异步网:同步网之间仅有一点相连接的异步网称为点连式异步网。

三、多台接收机的异步网测设方案第四节GPS定位网测设方案

边连式异步网:同步网之间由一条基线边相连接的异步网称为边连式异步网。三、多台接收机的异步网测设方案第四节GPS定位网测设方案

混连式异步网:点连式与边连式的一种混合连接方式。三、多台接收机的异步网测设方案第四节GPS定位网测设方案在选择测设方案时，应从所具备的接收机数量和精度工作量大小卫星运行状态测区条件等方面进行权衡。

外业阶段的工作接