GPS测量技术设计课件

GPS测量技术设计与实施资源开发系3/23/20231GPS测量的技术设计概述：一、工作程序：技术设计—选点—埋石—外业准备—方案设计—外业观测—成果检核—内业数据处理—技术总结—上交资料。二、要求：科学的技术设计、严谨的作业管理、遵循统一规范3/23/20232安徽工业职业技术学院GPS测量的技术设计一、依据：测量规范和测量任务书规范《全球定位系统（GPS）测量规范》、《全球定位系统城市测量技术规程》、《公路全球定位系统测量规范》任务书：范围、目的、精度、密度、成果资料、时间、经济指标3/23/20233安徽工业职业技术学院GPS测量的技术设计《全球定位系统（GPS）测量规范》2001年按精度指标，将GPS控制网分六个等级：AA、A、B、C、D、E《全球定位系统城市测量技术规程》1997年将GPS测量划分为二等、三等、四等和一级、二级公路规范：分四级3/23/20235安徽工业职业技术学院GPS网的精度等级3/23/20236安徽工业职业技术学院GPS定位的密度标准：各级GPS相邻点间平均距离应符合要求，相邻点间最小距离可为平均距离的1/3—1/2，最大距离可为平均距离的2-3倍。特殊情况作特殊处理GPS测量的技术设计3/23/20237安徽工业职业技术学院GPS测量的技术设计GPS控制网基准设计定义：在技术设计阶段明确GPS成果转换时所采用的坐标系统和起算数据，即明确所采用的基准内容：位置基准、方位基准、尺度基准实质：确定网的位置基准3/23/20239安徽工业职业技术学院GPS测量的技术设计GPS网采用的坐标系和高程系：WGS-84、北京54坐标系、80国家坐标系、地方独立坐标系；56高程、85高程、独立高程3/23/202310安徽工业职业技术学院GPS测量的技术设计注意事项：1、足够起算数据（数量、精度）；2、构成图形；3、联测已知点高程；4、尽量与原有坐标系一致；5、提高起算边精度；6、引入起算方位；7、平面和高程转换3/23/202311安徽工业职业技术学院GPS测量的技术设计GPS网同步图形及独立边的选择同步闭合环的闭合差的大小只能说明GPS基线向量的解算是否合格,并不能说明GPS基线向量的精度高低,也不能发现接受的信号是否受到干扰而含有误差.异步环条件及全部基线坐标条件是衡量精度、检验粗差和系统差的重要指标3/23/202313安徽工业职业技术学院GPS控制网的图形设计及设计原则技术设计中应考虑的因素：测站、卫星、仪器、后勤。原则：优化设计；不应有自由基线；每个观测至少应独立设站观测两次；应构成闭合图形；保持一定通视；联测高级控制点，重合点数不少于3个且分布均匀；利用已有水准点联测高程3/23/202314安徽工业职业技术学院GPS控制网的图形设计及设计原则网的精度主要取决于观测时卫星与测站间的几何图形、观测数据的质量、数据处理方法，与GPS网形关系不大。网形布设取决于用户的要求和用途。目的：图形强度高、精度好、可靠性强、效率高、经济实用。3/23/202315安徽工业职业技术学院GPS控制网的图形设计及设计原则星形网：优点：几何图形简单、只需要两台接收机缺点：检验和发现粗差能力差。适用范围：快速定位；精度低的工程测量、边界测量、地籍测量和地形测图。3/23/202317安徽工业职业技术学院GPS控制网的图形设计及设计原则点连式图形：优点：作业效率高、图形扩展迅速缺点：几何图形强度弱、抗粗差能力不强适用范围：与其它图形联合使用。3/23/202318安徽工业职业技术学院GPS控制网的图形设计及设计原则边连式图形优点：有较多的重复基线和独立环、几何强度好。缺点：观测时段多，效率低，时间长适用范围：精度要求较高的控制网3/23/202319安徽工业职业技术学院GPS控制网的图形设计及设计原则边点混连式图形优点：几何强度较好、精度较高，外业工作量较少，成本较低。适用范围：实际作业中常采用布网形式。三角锁连接图形：应用带状地区导线网形连接图形：应用精度较高的网3/23/202321安徽工业职业技术学院GPS控制网优化设计GPS控制网的基设计是实施GPS测量的基础性工作，它是在网的精确性、可靠性和经济性方面，寻求基准设计的最佳方案。内容：GPS网的基准优化设计；GPS网图形结构强度的优化设计。需要提供精度较高的外部尺度基准。3/23/202322安徽工业职业技术学院GPS控制网优化设计2、GPS控制网基准设计:（1）GPS网基线的向量解算中位置基准选择（2）GPS网转换到地方坐标系所需的基准设计（3）GPS网尺度基准设计3/23/202323安徽工业职业技术学院GPS控制网优化设计2.2、尺度基准设计（1）采用外部尺度基准（2）采用内部尺度基准3/23/202325安徽工业职业技术学院GPS控制网优化设计3、GPS网的精度设计（步骤）（1）图解法获得点的概略位置。（2）选择独立基线。（3）确定网中各项精度指标。（4）用增减法获得最终网形及施测方案例题：3/23/202326安徽工业职业技术学院GPS测前准备及技术设计书的编写前期准备：踏勘测区、资料收集、器材准备、人员组织、外业观测计划拟定及技术设计书的编写。主要任务：作业接收机及配置、测区划分、观测进程日历、可视卫星预测、最佳观测时段选择、接收机调度计划3/23/202329安徽工业职业技术学院GPS测前准备及技术设计书的编写测踏勘及收集资料：器材准备及人员准备外业观测计划拟定：拟定观测计划的依据：网的在小、点位精度、几何图形强度、接收机、后勤3/23/202330安徽工业职业技术学院GPS测前准备及技术设计书的编写观测计划的主要内容（1）编制可视卫星预报（2）选择卫星的几何图形强度（3）最佳观测窗口与最佳观测时段选择（4）观测区域的设计与划分（5）编排作业调度表3/23/202331安徽工业职业技术学院3/23/202332安徽工业职业技术学院GPS测前准备及技术设计书的编写技术设计书的编写1、任务来源及工作量；2、测区概况；3、布网方案4、选点与埋标；5、观测6、数据处理7、完成任务的措施3/23/202333安徽工业职业技术学院GPS相对测量作业模式常用的作业模式：静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位、动态相对定位3/23/202334安徽工业职业技术学院GPS相对测量作业模式静态测量模式1、作业方法：采用两台（或以上）接收机分别安置在一条或数条基线的两端点同步观测4颗以上卫星，每段长45min至2h或更多。（经典静态相对定位）2、精度：5㎜+1×10-6·D（D单位km）3/23/202335安徽工业职业技术学院GPS相对测量作业模式静态测量模式3、特点：基线构成几何图形，检核条件充分，提高了成果可靠性，并且通过平差，进一步提高定位精度。4、适用范围：AA级、A级、B级5、注意事项：基线应组成一系列封闭图形。3/23/202336安徽工业职业技术学院GPS相对测量作业模式快速静态测量模式1、在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星，另一接收机依次到各点流动设站，同步观测4颗以上卫星，每点观测数分钟。2、精度：流动站相对于基准站基线中误差：5㎜+1×10-6·D（D单位km）3/23/202337安徽工业职业技术学院GPS相对测量作业模式快速静态测量模式3、特点：作业速度快、精度高；能耗低，两台接收机时不适宜构成几何图形，检核条件不充分，可靠性差。4、适作范围：C级、D级、E级5、注意事项：观测时段内5以上颗卫星、距离小于20km，不需连续跟踪卫星。3/23/202338安徽工业职业技术学院GPS相对测量作业模式准动态测量模式1、作业方法设置基准站：连续跟踪5颗以上卫星初始化：初始观测3—5分钟流动观测：连续跟踪不失锁，同步观测5颗卫星，数秒钟3/23/202339安徽工业职业技术学院GPS相对测量作业模式准动态测量模式2、精度：基线的中误差为1—2cm3、特点：连续5颗卫星；失锁后，仍能延时1—分钟；基线不能构成几何图形，检核不充分，可靠性差。4、应用：加密控制、工程定位及碎部测量、剖面测量及路线测量。5、注意事项3/23/202340安徽工业职业技术学院GPS相对测量作业模式动态定位测量模式1、作业方法：设置基准站、设置流动站、初始化、流动观测（采样率小于1秒）2、精度：相对于基准点瞬时点位精度为1—2cm3、特点：运动载体连续自动定位；定位作业速度快、基线没有构成几何图形，检核条件不充分。4、范围：精密测定运动目标的轨迹、测定边界等。5、注意事项：3/23/202341安徽工业职业技术学院GPS相对测量作业模式实时动态定位测量模式（RTK）1、作业方法2、精度：1—2cm3、特点：实时4、应用：5、注意事项：一旦失锁，要重新初始化3/23/202342安徽工业职业技术学院：

往返式重复高站作业方法：精度：5㎜+1×10-6·D（D单位km）应用范围：控制测量及控制网加密、导线测量及三角测量、工程测量及地籍测量注意事项：流动点与基准点距离不超15Km；基准点上空开阔，能正常跟踪3颗及以上卫星。3/23/202343安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施GPS控制点选择的原则：避免GPS信号被吸收或遮挡；信号被干扰；产生多路径效应；点位要稳定、易于保存；网形应有利于同步观测、点联结；进行水准联测；利用旧点3/23/202344安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施埋点后需提交资料1、点的记录。2、GPS网的选点网图。3、土地占用批准文件与测量标志委托保管书。4、选点与埋石工作技术总结。3/23/202345安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施GPS控制点环视图绘制：是反映控制点周围一定截止高度角范围内天顶通视情况。外业选点重要成果。分类：圆周型；断面型3/23/202346安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施圆周型环视图：以控制点为原点，南北方向线为X轴，东西方向线为Y轴，建立坐标系，X、Y坐标值取高度角，并按绝对递减方式注记，参照地形图式由间隔相等水平角绘截止高度角内地物3/23/202347安徽工业职业技术学院GPS控制点的选择3/23/202348安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施3/23/202349安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施观测时依据的技术指标GB规范、JJ规程天线安置：安置、偏心观测、天线定向、风雨天气、测量气象参数、最后检查开机观测：捕捉GPS信号观测记录：观测记录、观测手簿3/23/202350安徽工业职业技术学院3/23/202351安徽工业职业技术学院控制面板

3/23/202352安徽工业职业技术学院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Ｘ２０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47.4mm3/23/202353安徽工业职业技术学院3/23/202354安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施目的：对数据进行平滑滤波栓验、剔除粗差；统一数据文件格式，并将各类数据文件加工成标准文件；找出整周跳变点并修复观测值；对观测值进行各种模型改正数据处理软件的选择3/23/202355安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施基线向量解算：对于两台或两台以上接收机同步观测值进行独立基线向量的平差计算内容：数据传输、数据分流、统一数据格式、标准化、探测周跳，修复相位观测值、对观测值进行必要模型改正注意事项3/23/202356安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施3、观测文件的标准化：（1）记录格式标准化（2）记录项目标准化（3）采样密度标准化（4）数据单位标准化3/23/202357安徽工业职业技术学院GPS测量外业实施外业观测成果的