工程学院gnss定位原理与应用第7章gps控制测量

GNSS定位原理与应用王果2017年9月-11月GPS控制网设计GPS外业准备与技术设计书编写GPS外业测量工作GPS测量数据处理GPS测量技术总结第7章GPS控制测量7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.0

概述GPS静态测量测绘领域是应用GPS较早的领域之一，GPS被称为测绘界的第一次技术

。静态测量作为一种经典作业方式，应用于高精度大地测量、控制测量和变形监测，活跃在测绘领域各方面。7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.0

概述GPS是测绘界第一次技术控制测量方面优势如下：1.测量效率显著提高2.测量范围更大，距离更长，点间直接测量距离可达到2000km以上，可建立地区性甚至全球性控制网3.可以实现连续不间断观测实现对地壳活动的连续监测，对建立动态大地测量有重要意义。7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

networkGPS控制网设计基本步骤：1.设计阶段根据网的用途和精度确定GPS控制网等级；在小比例尺地图上进行图上选点；根据GPS观测条件，实地选点；精度估算；设计观测时段2.观测阶段GPS观测、数据

、保存、备份，水准测量和概算3.平差阶段水准网平差、基线解算、三维无约束平差、二维约束平差和高程拟合，平差成果检验7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.2

GPS控制网原理已知点和基线向量计算：1点坐标已知，12向量能够计算，求2点坐标12同理，可求得网中所有点的坐标，只要有已知点和计算得到的基线向量7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.3

技术设计依据现有规范、规程（GPS）测量规范，GB/T18314-2001，国家，

，2001（GPS）测量规范，CH2001-92，国家测绘（GPS）测量型

检定规程CH8016-

城市测量技术规程，CJJ

73-97，建设部，行全球质量技术全球局，1992全球1995全球业标准，1997…7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.3

技术设计依据基本步骤：7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.4

GPS控制网等级级别用途A国家一等大地控制网，全球性地球动力学研究，地壳形变测量和精密定轨等B等大地控制网，地方或城市坐标基准框架，区域性地球动力学研究，地壳形变测量，局部形变监测和各种精密工程测量等C三等大地控制网，区域、城市及工程测量的基本控制网等D四等大地控制网E中小城市、城镇及测图、地籍、土地信息、

、物探、勘测、建筑施工等的控制测量等7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.5

基准设计基准设计是坐标系统的选择，其必要性：GPS是基于的导航，本身具有坐标系统（WGS84,地心坐标系），不需要地面起算点。但控制网必须与当地坐标系一致（西安80或北京54，参心坐标），而通常当地坐标系不是

WGS84坐标系因此应联测原有控制点7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.5

基准设计坐标转换的联测设计《规范》中规定：——布设GPS网点时，应尽量与原有地面点重合或联测，且应分布均匀。点的总数不得少于3个；——GPS网点尽量与原有水准点相重合或利用已有水准点进行联测，分布要均匀；数量要满足高程拟合的要求（有条件时点数尽量多）；联测时要按不低于四等水准的要求进行。7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计1.GPS控制网构成的几个基本概念：（1）.观测时段信号起至停止观测间的连续工作从测站上开始接收时间段，称为时段。时段持续的时间称为时段长度。时段是GPS测量观测工作的基本时间单位。不同精度等级的GPS测量对每点观测的时段及时段长度均不同。7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计1.GPS控制网构成的几个基本概念：（2）.同步观测指的是两台或者两台以上的GPS

同时对同一组卫星信号进行观测。同步观测，可通过在削弱

星历误差、之间求差的方式消除或大幅差、电离层延迟。同步观测是进行相对定位时必须遵循的一条原则。7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计1.GPS控制网构成的几个基本概念：（3）.同步环三台或者三台以上

进行同步观测所获得的基线向量成的闭合环，简称同步环。同步环闭合差理论为0如果采用单基线求解，由于基线观测资料和处理方式不同，以及计算过程舍入误差，同步环闭合差不为07.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计1.GPS控制网构成的几个基本概念：（4）.异步环在构成闭合环的所有基线中，只要有两条不是同步观测的基线，则这个环就是异步环。7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计2.GPS控制

征条件计算：（1）.最小观测时段（stage）数（理论上）在满足所规定的重复设站次数情况下，完成外业需要的时段数假定GPS网有n个点，每点重复设站次数m次，利用N台接收机进行观测，则Cmin=ceil（n*m/N）（2）.总（all）基线（baseline）数对于一个时段而言基线总数为N*（N-1）/2则对S个时段，总基线数J=C*N*（N-1）/27.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计2.GPS控制

征条件计算：（3）.独立（independent）基线总数对于一个时段而言独立基线总数为（N-1）则对S个时段，总基线数J独=C*（N-1）（4）.必要基线数（necessary）建立网中所有点之间对应关系所必须的基线个数假定GPS网有n个点，每则需要n-1条基线，则J必=n-1（5）.多余（redundant）基线数独立基线数和必要基线数之差J多=J独-J必=C*(N-1)-（n-1）7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计3.独立基线选择：N=2N=3N=4N=5

n

(n

1)2C2n同步图形连接方式1.点连式通过一个公共点相连优点：作业效率高，图形扩展快；缺点：图形强度低，连接点出问题，则会影响后续工作B11A1C1A2B22B3C33B4A447.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

networkB1C1同步图形连接方式2.边连式相邻两个同步图形只通过一条边连接，具有较多的重复基线和独立环，图形条件较强，作业效率较高，被广泛采用。A121427.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network同步图形连接方式3.网连式相邻两个同步图形通过三个以上的公共点连接，至少需要4台GPS

，图形条件很强，成本较高，多用于高精度的控制网。7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network同步图形连接方式4.混连式相邻两个同步图形可能通过点、边、网等形式连接，自检性和可靠性较好，能有效发现粗差，在GPS工程控制网中广采用。常见的有三角形和环形网等布网形式。7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计4.图形设计步骤：原则图形必须有独立基线组成；基线必须要互相连接成多个闭合环或附和路线，独立闭合环的个数与附和路线的个数之和必须等于多余基线数；选择独立基线时，短基线优先，基线相等时可任意选择；闭合环或附和路线的边数 过相应的规定；A,B级网，除边缘点外，每点的连接点数不应小于3个；边与边之间不能交叉。级别ABCDE闭合环或附和路线边数≤5≤6≤6≤8≤107.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计4.图形设计步骤：示例以E级网为例，由16个点组成的GPS控制网，用4台仪器进行观测，设站数取21.计算观测时段数目（8），独立基线数（24），必要基线数（15），多余基线数（9）。2.网图设计的目的是将16个点连成24条基线，构成9个闭合环。7.1GPS控制网设计Design

of

GPS

control

network7.1.6

图形设计4.图形设计步骤：将16个点连成24条基线，构成9个闭合环1.根据短边优先原则，在每个点上寻找最靠近点连线，得到11条边；2.在每个点上寻找第二近的点连接起来，构成19条边，如果点上有两条边，则忽略这一步；3.根据上面类似原则，补齐剩余的5条边，并适当调整。技术设计书内容：1.项目来源项目发包部门，属于何种性质的项目2.测区概况地理位置隶属行政区气候、人文、经济发展交通、通信情况3.工程概况工程目的、作用、等级完成时间有无特殊要求7.2

GPS测量外业和技术设计书编写技术设计书内容：4.技术依据依据的规范工程规范行业标准及相关规定5.现有成果现有测区地形图已知点坐标6.施测方案采用的仪器型号及说明采取的布网方式作业调度等7.2

GPS测量外业和技术设计书编写技术设计书内容：7.作业要求选点埋石要求外业观测操作规程技术要求（仪器参数设置、对中精度、整平精度、测量天线高的方式和次数、相关精度要求等）8.观测质量控制数据剔除率RMS值Ratio值同步环闭合差异步环闭合差相邻点相对中误差7.2

GPS测量外业和技术设计书编写、参与解算的观测值、解算时的技术设计书内容：9.数据处理方案基线解算：基线解算星历情况网平差：网平差处理、网平差类型、平差坐标系、基准和投影情况、起算数据等10.成果提交相关成果提交的类型提交形式7.2

GPS测量外业和技术设计书编写GPS控制网设计GPS外业准备与技术设计书编写GPS外业测量工作GPS测量数据处理7.5GPS测量技术总结第7章GPS控制测量7.3

GPS外业测量工作7.3.1

选

点GPS测量外业选点准备测区周边资料收集：国家平面控制点（三角点、导线点、点之记）水准点是否有GPS点和连续运行参考站平面控制网和水准网网图、成果表、技术总结测区地形图、交通图、测区总体规划根据任务书要求在图上进行设计，标出计划设站区域7.3.1

选

点观测站选择需要注意的问题：（1）测站周围开阔，高度角15°以上不存在（2）远离无线电信号，避免干扰（电台、中继站、高压输电线、变压器）（3）测站避免多路径效应，（房屋、围墙、坡、大面积水域、停车场）（4）测站稳定，易于保护，顾及交通（5）充分利用原有控制点（6）保证测站附近的气象元素一致物、微波牌、山（7）点位布设应符合规范要求，为了便于使用常规方法作业，GPS点应与1~2个周围GPS点通视7.3

GPS外业测量工作7.3.1

选

点2.选点作业要求：（1）在图上初选基础上结合点位要求，在实地最终选择，并标定点之记。（2）对旧点的稳定性和可靠性进行检查，符合要求方可使用。（3）点名命名：以所在地命名（可加注数字进行区别）（4）新旧点重合：一般沿用旧点名，如的确需要修改，要括号加注旧点名；GPS点与水准点重合，要注明水准点等级和

。（5）点之记：点不论新旧，都要按要求做好点之记。（6）环视图：点位周围高于10°存在环视图。（7）绘制选点图。时，应按规定绘制7.3

GPS外业测量工作7.3.2

埋

石7.3

GPS外业测量工作7.3.2

埋

石7.3

GPS外业测量工作埋石1.标石：A级GPS点：标石设施相关技术要求按照CH/T

2008相关规定进行执行：全球导航

系统连续运行参考站网建设规范。B级GPS点：埋设天线墩C、D、E级GPS点标石稳定、易于长期保存。7.3

GPS外业测量工作埋石2.中心标志：基岩或基本标石：采用铜或不锈钢。普通标石：铁或坚硬的复合材料7.3

GPS外业测量工作埋石3.强制对中装置：高等级控制网（A、B级）。特种精密工程对中误差小于0.1mm7.3

GPS外业测量工作埋石4.埋石作业：（1）用混凝土灌制：也可整块花岗岩、青石等硬石（规格不小于相应类别的混凝土标石），埋设天线墩、基岩和基本标石时，应现场浇灌混凝土，对于普通标石，可先预制后运往相应地点进行埋石。（2）埋石垂线方向要求：一般偏差不超过2mm，强制对中装置不超过1mm。7.3

GPS外业测量工作埋石4.埋石作业：（3）利用旧点：应确认完好，并符合相应等级的要求，且可以长期保存。（4）方位点：埋设标石，并加以注记。（5）GPS点所占用土地：经土地使用者或土地管理部门同意，办理相应手续，并进行标石委托保管手续。7.3

GPS外业测量工作埋石7.3

GPS外业测量工作埋石4.埋石作业：（6）B、C级标石：至少经过一个雨季，冻土地区要至少经过一个解冻期，基岩或岩层标石应稳定至少一个月，方可进行观测。（7）标石压印：GPS点类别、埋设年代、“国家设施勿动”、测量标志，法律保护字样；对于荒漠、平原需要埋设

GPS点指示碑。7.3

GPS外业测量工作埋石5.提交资料：（1）GPS点之记：（2）土地占用批准和委托保管书（3）标石建造（4）埋石工作总结7.3

GPS外业测量工作观测方案设计选点埋石外业观测规范技术规定交通、通信一般工程，逐天编制外业观测调度计划表规模大、等级高需编写“外业观测施工设计书”。7.3

GPS外业测量工作基本技术要求采项目级别BCDE截至高度角（°）10151515同时观测有效

数≥4≥4≥4≥4有效观测卫星总数≥20≥6≥4≥4观测时段数≥3≥2≥1.6≥1.6时段长度≥23h≥4h≥60min≥40min样间隔（s）3010~3010~3010~307.3

GPS外业测量工作配备级别ABCD、E单频/双频双频/全波长双频单频或双频单频或双频观测值种类L1、L2载波相位及双频码伪距L1、L2载波相位L1、L2载波相位L1载波相位个以其他性能可外接频标，3上数据端口，可输出实时数据流、

7天30秒采样数据---同步观测接收机数-≥4≥3≥27.3

GPS外业测量工作的参数设置高度截止角，

的采样间隔参数（规范中规定的为上限）在满足条件情况下，根据仪器情况（容量）进行调整7.3

GPS外业测量工作设站及观测记录1.对中、整平和量仪器高对中：光学对 误差不大于1mm整平：粗平和精平量仪器高：钢卷尺互为120°三处量天线高，互查不小于3mm，取中数。7.3

GPS外业测量工作设站及观测记录2.定向天线有标志线：一般以正负5°为天线定向要求无标志：预先指定标记，按照该标记进行安置仪器。7.3

GPS外业测量工作设站及观测记录3.观测记录记录异常量仪器高：每时段结束后各量取一次，较差不大于3mm。7.3

GPS外业测量工作作业调度内容1.

安排观测小组1-3人合理搭配。2.交通工具车辆作为迁站的重要交通工具两个组配备一台7.3

GPS外业测量工作作业调度内容3.时段及其长度星历预报：、PDOP值小的时候进行观测7.3

GPS外业测量工作作业调度内容3.时段及其长度星历预报：时间段7.3

GPS外业测量工作作业调度内容3.时段及其长度星历预报：分布图7.3

GPS外业测量工作作业调度内容3.时段及其长度星历预报：轨道图7.3

GPS外业测量工作GPS基线解算的过程1.观测数据导入单击菜单栏上的“输入”，在出现的下拉菜单中选择“原始数据”7.4

GPS测量数据处理GPS基线解算的过程2.检查与修改外业输入数据检查数据点名、观测时段及天线高是否输入正确，如果有错误，可直接进行修改点名和天线高7.4

GPS测量数据处理GPS基线解算的过程3.设定基线解算的控制参数单击鼠标右键，选择“处理模式”→“自动”7.4

GPS测量数据处理GPS基线解算的过程4.进行基线解算在屏幕视图上的条状图区域单击鼠标右键，在打开的菜单中选择“全部选择”，可以看到条状图全部变绿。然后再次单击鼠标右键，在打开的菜单上选择“处理”，进行基线解算GPS基线解算的过程5.基线质量控制如果基线有未通过的，对其进行分析，出现此界面，然后选择相应参数，对各个讯号进行逐个筛选。指标：

Ratio值RDOPRMS同步环闭合差异步环闭合差重复基线较差GPS无约束平差基线向量改正数7.4

GPS测量数据处理GPS基线解算的过程5.基线质量控制指标Ratio值定义RATIO

RMS次最小实质反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，该值总大于等于1，值越大，可靠性越高。这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。RMS最小7.4

GPS测量数据处理GPS基线解算的过程5.基线质量控制指标RDOP值定义：所谓RDOP值指的是在基线解算时待定参数的协RDOP值的大小与基线位置和 在空间中的几何分布及运行轨迹（即观测条件）有关，当基线位置确定后，RDOP值就只与观测条件有关了，而观测条件又是时间的函数，因此，实际上对与某条基线向量来讲，

其RDOP值的大小与观测时间段有关。实质：RDOP表明了GPS

的状态对相对定位的影响，即取决于观测条件的好坏，它不受观测值质量好坏的影响。的平方根，即RDOP

(tr(Q))1

2因数阵的迹（tr(Q）)7.4

GPS测量数据处理GPS基线解算的过程5.基线质量控制指标RMS值定义：观测值残差的均方根（Root

Mean

Square）实质反映了观测值与参数估值间的符合程度一定程度地反映了观测值质量的优劣一般认为，RMS越小越好VTVRMS

n7.4

GPS测量数据处理GPS基线解算的过程6.最终输出结果文字和图形方式内容：数据记录情况：（起止时间、历元间隔、观测、历元数）序列号、天线序列号、测站状况测站信息:位置、采用、天线高每测站测量期间的气象数据基线解算控制参数（星历类型、截至高度角、解的类型、对流层、电离层处理方法、 处理方法）基线向量估值及其统计信息（基线分量、基线长度、基线向量的方差-协方差阵、观测值残差RMS、整周模糊度解方差的比值、单位权方差因子）观测值残差序列7.4

GPS测量数据处理GPS基线解算的过程数据导入（观测值、星历、气象元素、测站信息等）数据预处理（

探测与修复、形成差分观测值）组成观测方程（待定参数包括基线向量、整周模糊度等）平差解算（待定参数包括基线向量、整周模糊度等）是否存在劣质观测值或小剔除或修复是否能否确定整周模糊度参数否是确定基线向量的固定解确定基线向量的浮动解7.4

GPS测量数据处理一、数据静态处理打开LGO，点击左侧的项目图标，然后在右侧的“内容”对话框内用鼠标右键单击“项目”，并选择“新建”来创建一个新项目单击菜单栏上的“输入”，在出现的下拉菜单中选择“原始数据”检查数据点名、观测时段及天线高是否输入正确，如果有错误，可直接进行修改点名和天线高将天线属性进行修改二、基线处理1、单击鼠标右键，选择“处理模式”→“自动”在屏幕视图上的条状图区域单击鼠标右键，在打开的菜单中选择“全部选择”，可以看到条状图全部变绿。然后再次单击鼠标右键，在打开的菜单上选择“处理”，进行基线解算