GPS测量与数据处理ppt课件 08 GPS测量的外业

1GPS测量原理与应用

第八章：GPS测量的外业主讲：王华主讲人：王华2１.选点与埋石２.接收机的维护与保养３.接收机的检验４.观测方案设计５.作业调度６.外业观测７.成果验收和上交资料８.作业进度估算及项目成本预算内容提要主讲人：王华31.选点与埋石主讲人：王华4选点准备（收集资料）现有测量控制资料（平面控制点、水准点、GPS点）

包括：点之记、网图、成果表、现有相关成果的技术总结等地形图、交通图测区总体建设规划、近期发展规划了解与测区内相关的情况,比如交通、通信、供电、气象及大地点等主讲人：王华5图上设计

作用：确定点位分布、数量确定联测的高等级控制点

设计目标：满足应用要求易于保存交通方便选点主讲人：王华6观测条件对空通视条件好，15度以上不宜有成片障碍物15度以上不宜有金属导体便于安置仪器及观测作业远离可能的干扰源远离易引起多路径的环境位置及设施地质条件好、点位稳定、易于保存、尽可能估计交通条件等充分利用符合要求的现有观测设施尽量选择测站小环境与周围大环境一致的地点A级GPS点点位应符合CH/T2008的有关规定。选点的基本要求主讲人：王华7辅助点作用：检验、恢复主点要求：若A级和B级GPS点不位于基岩上时，应在附近埋设1~3各辅助点，并测定它们与GPS点之间的距离和高差，精度优于5mm方位点作用：高精度的后视方向要求：可根据需要在GPS点附近设置方位点辅助点和方位点主讲人：王华8选点人员应该按照技术设计书经过踏勘，在实地按点位要求选点，并在实地加以标定。当利用旧点时，应检查旧点的稳定性、可靠性和完好性，符合要求方可利用。取名应取居民地名，C、D、E级GPS点名也可取山名，地名，单位名，应向当地政府部门或群众进行调查后确定。新旧点重合时，应采用原有旧点名，不得更改，如确需更改应在新点名后括号内附上旧点名。需要水准联测的GPS点，应实地踏勘水准路线情况，选择联测水准点和绘出联测路线图。现场绘制点之记。点位周围有高于10°的障碍物时，应绘制点的环视图。选点完成后，应绘制GPS选点图。选点作业主讲人：王华9用黑墨水填写点之记，点的环视图GPS网选点图（测区较小，选点、埋石与观测一期完成时，可以展点图代替）；选点工作技术总结选点工作结束后提交技术资料主讲人：王华10埋石：埋设标识及建造观测墩标石类型中心标志埋石作业上交的材料埋石埋石标志各级GPS点均应埋设固定的标石或标志；A级GPS点标石与相关设施的技术要求按CH/T2008的有关规定执行B级GPS点应埋设天线墩，C、D、E级GPS点在满足标石稳定、易于长期保存的前提下，可根据具体情况选用。主讲人：王华1112中心标志各种类型的标石均应设有中心标志基岩和基本标石的中心标志采用铜或不锈钢制作普通标石的中心标志可采用铁或坚硬的复合材料制作中心用十字丝或直径小于0.5mm的中心点表示用于区域似大地水准面精化的GPS点，其标志还应满足水准测量的要求主讲人：王华13在进行高等级控制测量（A、B级控制网）或特种精密工程测量（比如大坝、水库、桥梁的控制变形监测）操作时，由于其精度要求特别高，大多建立附有强制对中装置的观测墩。常见的强制对中方法为在观测墩上埋设强制对中基座，并使用连接螺丝或连接杆直接连接仪器的相应部位，其对中误差一般可<0.1mm。

强制对中基座强制对中装置强制对中基座主讲人：王华14埋石作业

在进行埋石作业时，按照GB18314，需要注意以下事项：各级GPS点的标石一般应用混凝土灌制；在有条件的地区，也可用整块花岗石、青石等坚硬石料凿制，但其规格应不小于同类标石的相关规定。埋设天线墩、基岩标石、基本标石时，应现场浇灌混凝土；普通标石可预先制做，然后运往各点埋设埋设标石，须使各层标志中心严格在同一铅垂线上，基偏差≤2mm；强制对中装置的对中精度≤1mm当利用旧点时，应首先确认该点标石完好，并符合同级GPS点的埋石要求，且能长期保存方位点上应埋设普通标石，并加注记主讲人：王华15埋石作业GPS点埋石所占土地，应经土地使用者或管理部门同意，并办理相应手续；新埋标石时应办理《测量标志委托保管书》B和C级点标石埋设后，至少需经过一个雨季，冻土地区至少需经过一个冻解期，基岩或岩层标石至少需经一个月后，方可用于观测标石埋设完成后，进行必要的外部整饰，主要包括：各类GPS点混凝土标石灌制时，均应在基上压印GPS点的类级、埋设年代和“国家设施勿动”的字样；B级GPS点标石埋设后，需在周围砌筑混凝土方井或圆井护框，其内径根据情况而定，但至少不小于0.6m，高为0.2m；荒漠或平原不易寻找的GPS点还需在其近旁埋设指示碑，其规格参见GB12898主讲人：王华16C级GPS控制点C002的埋石作业过程1.挖掘标石坑埋石作业2.埋设普通标石主讲人：王华173.修建标石护井埋石作业C级GPS控制点C002的埋石作业过程4.标石外部整饰主讲人：王华181.挖掘标石坑埋石作业B级GPS控制点B006的埋石作业过程2.建造基座主讲人：王华19埋石作业⑦3.下标志4.标石整饰主讲人：王华20上交资料填写了埋石情况的点之记土地占用批准文件和测量标志委托保管书标石建造拍摄的照片埋石工作总结主讲人：王华２.接收机的维护和保养主讲人：王华21接收机的维护和保养GPS接收机应指定专人保管。运输过程中,应采取防震措施,不得碰撞和重压;软盘驱动器在运输过程中应插入保护片或废磁盘作业时,必修严格遵守技术规定和操作要求;作业人员培训合格后方可上岗,未经允许,其他人员不得擅自操作仪器接收机应注意防震、防潮、防尘、防蚀、防辐射;电缆线不得扭折,不得在地面上拖拉,其接头和连接器保持清洁观测完后,应及时擦净接收机上的水汽和尘埃,并存放在仪器箱内;仪器箱应放置在通风、干燥、阴凉处;箱内的干燥剂呈粉红色,应及时更换主讲人：王华22接收机的维护和保养接收机交换时,应进行一般性检视,并填写交接记录外界电源时,应检查电压是否正常,电池正负极切忌接反当将接收机天线置于楼顶、高标及其他设施的顶端进行观测作业时,应采取加固措施;雷雨天进行观测时,应安装避雷设施,否则应停止观测接收机在室内存放期间,室内应定期通风,每个1~2个月应通电检查一次;接收机内的电池要保持充满电的状态;外接电池则应按要求按时充电放电严谨私自拆卸接收机;发生故障时,应认真记录并报告有关部门,请专业人员进行维修主讲人：王华23主讲人：王华24３.接收机的检验主讲人：王华25检定目的：了解GPS接收机的性能及其能够达到的精度水平。GPS测量规范规定，新购置的GPS接收机；经过检修或更换插件后以及每年度作业前，都应对接收机进行检定。GPS接收机的检验26检验内容新购置GPS接收机的检验（首次使用前必须）一般性检视通电检验附件检验试测检验旧GPS接收机的检验（定期检查）一般性检视通电检验内部噪声水平测试频标稳定性检验数据质量评价附件检验主讲人：王华27一般性检视目的外观是否良好部件及附件是否齐全项目外观完好性检视零部件、附件的齐备性、完好性检查及其与主机匹配性检查需紧固部件的检验设备文档及软件齐备性检查主讲人：王华28通电检验目的能够正常启动并运行项目信号灯工作是否正常的检验按键及显示系统的检验仪器自检信号跟踪锁定的检验主讲人：王华29附件检验目的附件是否齐全、完好项目电池、电缆、电源是否完好天线或基座上的圆水准器和光学对中器工作是否正常天线高专用两尺是否完好，精度是否符合要求数据传录设备及专用软件是否齐全，性能是否正常主讲人：王华30试测检验目的：工作性能是否达到要求内容：GPS接收机内部噪声水平测试接收机天线相位中心偏差及稳定性检验接收机野外作业性能及不同测程精度指标测试主讲人：王华主讲人：王华31GPS接收机内部噪声水平测试接收机内部噪声是接收机钟差、信号通道时延、延迟锁相环误差及机内噪声所引起的定位误差的综合反映。测试的方法零基线测试超短基线测试试测检验主讲人：王华32零基线测试采用“功率分配器”，将同一天线的输出信号分成功率、相位相同的两路或多路信号送到不同的GPS接收机主机中，然后对观测数据进行双差处理，求得三维坐标差，以检验接收机的固有误差。三维坐标差的理论值应为零---零基线测试法。优点（可靠，结果能真实反应接收机内部噪声）： 能消除卫星几何图形的影响； 能消除天线相位中心偏移； 能消除大气传播时延误差； 能消除多路径效应误差及仪器中的误差等。试测检验主讲人：王华33做法：在地面平坦、周围高度角100以上无障碍物、无强电磁波干扰及地面反射系数较小的地方，选择5-10m

的基线，用鉴定后的钢尺量距。测试时，两台接收机的天线应严格对中、整平，天线定向标志指北。同步观测1.5h。用静态定位软件计算，基线值与地面测量值之差应小于仪器的固定误差。超短基线测试试测检验主讲人：王华34天线相位中心稳定性的测试天线相位中心稳定性：是指天线在不同方位下的实际相位中心位置，与厂家提供的天线相位几何中心位置的重合程度。一般采用“相对定位法”，在超短基线上进行测试。在有特殊要求时，应采用“旋转天线法”。测定相位中心的偏移量。该法需在专门的微波暗室内，采用专用的微波天线测量设备测定天线相位中心方向图，确定天线平均相位中心，以及天线相位中心随卫星高度角和方向变化的规律。试测检验几何中心相位中心几何中心相位中心旋转后相位中心主讲人：王华35接收机野外作业性能及不同测程精度指标测试短基线直接比较法检验（在标准检定场上进行）测试结果与基线标准长之较差应小于仪器的标称中误差。野外检定网上的检验(地质结构坚固稳定，交通，供电，净空开阔)选定若干个不同距离的点构成多边形网，用高精度测距仪测定它们的距离，作为检定网。计算边长同测定边长比较；多边形闭合环的坐标分量闭合差不同时段观测得到的重复边的边长和坐标分量试测检验重复边检验异步环检验主讲人：王华36试测检验其它检验接收机频标稳定性检验和数据质量评价接收机高低温性能测试接收机综合性能评价检定证书主讲人：王华3738接收机野外检定场定义由具有各种长度的已知基线所构成的用于测试接收机性能质量的设施。要求应具有各种长度的基线（超短基线：5~10m；短基线：1~10km；中等基线：10~50km；长基线：>50km）地质条件良好，点位稳定，观测条件好，交通便利，有较好的通信和供电条件测站采用具有强制对中装置的观测墩，并标注正北方向中长基线组成网形，以便进行环闭合差检验。中长基线的精度应优于1×10-7主讲人：王华上次课程主要内容回顾选点注意事项接收机的检验一般性检视通电检验内部噪声水平测试频标稳定性检验数据质量评价附件检验主讲人：王华39主讲人：王华404.观测方案设计41观测方案设计需考虑的因素规范及技术设计有关规定和要求参加作业的接收机数量测区的交通状况通信条件天气状况人员配置情况等主讲人：王华42基本技术要求B、C、D和E级GPS网测量的基本技术要求（GB/T18314-2009）项目级别BCDE卫星截止高度角/（°）10151515同时观测有效卫星数≥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采样间隔/s3010~3010~3010~30主讲人：王华43观测方案内容接收机的配备级别ABCD、E单频/双频双频/全波长双频双频或单频双频或单频观测值种类L1、L2载波相位及双频码伪距L1、L2载波相位L1载波相位L1载波相位其他性能可外接频标，3个以上数据端口，可输出实时数据流（含原始观测数据、导航定位数据和差分修正数据）、可存储7天30s采样数据———同步观测接收机数—≥4≥3≥2不同等级GPS测量对接收机性能和数量的要求（GB/T18314-2009）主讲人：王华44观测方案内容接收机参数设置在外业观测期间，接收机必须设置统一的卫星截止高度角和采样间隔参数可以根据实际情况适当减小截止高度角、采样间隔主讲人：王华45观测方案内容设站及观测记录对中、整平和量测仪器高主讲人：王华46观测方案内容设站及观测记录对中、整平和量测仪器高定向安置接收机的天线时，应将天线上的标志线指向正北，可采用罗盘仪来定向，估计磁偏角改正。GB/T18314-2009规定，B级GPS测量的天线定向误差不超过±5°。在GB/T18314-2009中，虽然未对其他级别GPS测量的天线定向误差加以规定，建议在进行测量时，仍采用±5°作为天线定向精度要求主讲人：王华47观测方案内容设站及观测记录对中、整平和量测仪器高定向观测记录接收机开始记录手，观测员可用专用的功能键和菜单查看相关信息，如果发现数据有异常，应及时记录在手簿的备注栏内，并向上级报告;每个时段始末各记录一次观测卫星号、天气状况、PDOP等信息;气象观测;每时段观测前后各量取天线高一次。两次高差不应大于3mm，并取中数作为最后的天线高。较差超限时应尽早查清原因，提出处理意见并记录手簿的记事栏内。主讲人：王华5.作业调度48主讲人：王华49作业调度作用作业调度安排给出了在外业观测期间人员、设备、车辆的调度方案，决定了GPS网的结构，是GPS测量的关键环节。内容人员安排交通工具的配备观测时段及时段长度主讲人：王华50人员安排外业观测队组成队长、内业处理人员、观测小组、驾驶员、后勤保障的人员安排原则将能力不同的人员安排在一起，每小组至少安排一名熟练人员困难点可适当增加小组人员若每组配备车辆，驾驶员可作为小组成员主讲人：王华51交通工具配备配备原则所需车辆的数量不应少于观测小组数的一半主讲人：王华52观测时段及时段长度主讲人：王华53观测时段及时段长度主讲人：王华54观测时段及时段长度主讲人：王华55调度命令根据可见卫星数、PDOP值、以及交通情况，确定第二天的作业计划。主讲人：王华56同步图形的连接方式点连式形式：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。主讲人：王华57同步图形的连接方式边连式形式：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。主讲人：王华58同步图形的连接方式网连式形式：相邻的同步图形间有3个（含3个）以上的公共点相连。优点：图形强度最强。缺点：作业效率低。主讲人：王华59同步图形的连接方式混连式形式：点连式、边连式和网连式的结合优点：根据具体情况，有选择地灵活采用这几种方式作业主讲人：王华60迁站方案迁站方案是在连续多个时段的观测作业期间，各小组的调度部署计划，它是调度方案的核心内容；解决的是何组、何时在何点进行测量以及如何到达该点的问题；制定迁站方案的基本原则是高可靠、高精度和高效率；需考虑以下因素：一天内的观测时段的数量迁站及设备安置和拆卸时间每点的观测次数可供使用的车辆观测小组成员对点位即到达点位的交通路线的熟悉程度点与点之间的交通状况主讲人：王华61迁站方案平推式主讲人：王华62迁站方案翻转式主讲人：王华63迁站方案伸缩式主讲人：王华6.观测作业主讲人：王华6465准备工作GPS接收机在正式观测前应进行预热和静置，具体要求按所采用接收机的操作手册进行按观测设计要求进行对中、整平、量测仪器高以及天线定向主讲人：王华主讲人：王华66天线高天线的相位中心至观测点标志中心顶端的垂直距离。一般分上下两段：上段是相位中心至天线底面的距离，作为常数由厂家给出；下段是从天线底面至观测点标志中心顶端的距离，由用户测定。准备工作：天线高的量测主讲人：王华67GPS的观测值是相对于GPS天线的相位中心，而用户所需要的位置通常是测站标识的位置。GPS天线上还有一个被称为天线参考点的特殊点，它通常位于天线底部中央，从天线参考点（AntennaReferencePoint，ARP）到相位中心的向量称为天线偏移量(AntennaOffset)。对于L1和L2载波相位数据来说，天线偏移量是不相同的。天线高的量取一般从测站标识中心（直接或间接）量到天线参考点。天线安置后，应在各时段的前后，在三个不同方向量取天线高，三个方向的互差以及时段前后的互差满足规范要求。量测天线高必须要仔细小心，要精确读到mm，要在每个时段的开始和结束时分别量两次。准备工作：天线高的量测主讲人：王华68所有接收机必须在相同的时间段（或时段）内进行跟踪观测接收机必须跟踪观测相同的卫星星座所有接收机必须在相同的历元（差别在几个毫秒内）记录数据。它们应在一个确定好的瞬间开始观测它们应以相同的数据率进行跟踪观测过程69观测作业的要求各作业组必须严格遵守调度命令，按规定的时间进行作业；经检查接收机电源电缆和天线等连接无误后方可开机；只有在有关指示灯和仪表显示正常后方可进行接收机的自我测试，输入测站、观测段单元和时段等控制信息；在观测前和作业过程中，作业员应及时填写测量手簿中的记录项目；按要求进行相关观测记录；除特殊情况外，一般不得进行偏心观测。迫不得已进行时，应精确测定归心元素观测时，在接收天线50m以内不得使用电台，10m以内不得使用对讲机主讲人：王华70观测作业的要求天气太冷时，可对接收机进行适当保温和加热；天热时，应避免阳光直射接收机，以确保接收机能正常工作；在一个时段的观测过程中，不允许进行下列操作：关机后重新启动接收机进行仪器自检改变截止高度角或采样间隔改变天线位置按键关闭文件或删除文件观测期间防止接收设备震动，更不得移动天线，要防止人员和其他物体碰动天线或阻挡信号；经认真检查，所有预定的作业项目均已全面完成且符合要求，记录和资料完整无误，方可迁站。主讲人：王华71记录记录类型存储在各种存储介质（磁盘、磁带、光盘、移动存储设备等）中的观测记录；测量手簿；观测计划、偏心观测资料等其他记录；主讲人：王华72记录观测记录内容C/A码及P码伪距；载波相位观测值观测时刻卫星星历（历书）测站及接收机的初始信息：测站名，观测单元号，参考站或流动站，时段号，测站的近似坐标，接收机编号和天线编号，天线高，观测日期，采用间隔，截止高度角等。主讲人：王华73记录：观测手簿主讲人：王华74GPS测量手簿填写实例主讲人：王华75记录记录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；一律用铅笔进行记录，不得开刀和涂改，不得转抄和追记；手簿整饰，存储介质上的注记和各种计算一律用蓝（黑）墨水书写接收机内存中的数据文件应及时拷贝成一式两份，并在存储介质外面适当贴上标签，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；两份存储介质应由两人保管，存放在防水放电的资料箱内观测数据卸载至存储单元上时，不得进行任何剔除、删改和编辑测量手簿事先应连续编页，装订成册，不得有缺损；其他记录也应分别装订成册。主讲人：王华76外业观测成果的质量检核外业观测后，应及时从接收机中下载数据并进行数据处理，以便对外业数据的质量进行检核；检核的内容包括观测记录的完整性、合理性、以及观测成果的质量。主讲人：王华77外业观测成果的质量检核观测记录完整性及合理性检查记录手簿中的内容是否完整，是否按要求量测了天线高，天线类型及量测方式是否正确，天线高的数值是否合理（是否与通常的情况相比偏高或偏低，若发生这种情况，需要与外业作业人员进行核实）；通过点位略图和测量近似坐标等判定设站是否正确，若发现与点之记或原设计坐标存在较大差异，需要与外业作业人员进行核实；若在进行观测时采用的是偏心观测的方法，是否采用了合适的量测方法将所测量的点与地面标志连接起来；主讲人：王华78外业观测成果的质量检核外业观测数据质量的检核外业观测数据质量的检查是通过对外业GPS观测数据进行处理，对处理结果进行检核来进行的；基线解算的结果和GPS