第七章GPS测量的设计与实施49张课件

第七章

GPS测量的设计与实施8/9/20231第七章

GPS测量的设计与实施8/2/202318/9/202328/2/20232GPS测量的设计与实施一、GPS技术设计的依据1、GPS测量规范:2019年发布的《全球定位系统（GPS）测量规范》.2019年发布的《全球定位系统城市测量技术规程》.……8/9/20233GPS测量的设计与实施一、GPS技术设计的依2、测量生产任务书:测量生产任务书是针对该项测量任务的指令性技术文件,其规定了测量任务的范围、目的,需要达到的精度和密度以及提交成果资料的项目、完成任务的时间等指标。8/9/202342、测量生产任务书:8/2/20234二、GPS网精度和密度的设计（1）各等级精度的标准:《全球定位系统（GPS）测量规范》等级划分

8/9/20235二、GPS网精度和密度的设计8/2/20235《全球定位系统城市测量技术规程》等级划分8/9/20236《全球定位系统城市测量技术规程》等级划分8/2/20236三、几个基本概念和网的特征条件1、同步图形的构成及几个基本概念N台接收机构成的同步图形:8/9/20237三、几个基本概念和网的特征条件8/2/20237

几个基本概念:（1）观测时段(时段);（2）同步观测;（3）同步观测环(同步环);8/9/20238几个基本概念:8/2/20238（4）异步观测环(异步环);8/9/20239（4）异步观测环(异步环);8/2/20239（5）独立基线(独立基线数为：N－1)（6）非独立基线(基线总数减去独立基线数)8/9/202310（5）独立基线(独立基线数为：N－1)8/2/20232、GPS网的特征条件对于由N台接收机构成的一个同步图形:（1）GPS基线总数:J=N(N－1)/2例如:N=2时J=1;N=3时J=3;N=4时J=6;（2）独立基线(N－1);例如:N=2,3,4时独立基线数分别为1,2,3;

8/9/2023112、GPS网的特征条件8/2/202311（3）同步闭合环的最少个数:T=(N－1)(N－2)/2例如:N=2时T=0;N=3时T=1;N=4时T=38/9/202312（3）同步闭合环的最少个数:T=(N－1)(N－2)/对于由n个点组成的GPS网:观测时段数:C=n·m/N;其中m为摆站率;例如:m=(1+2+3+3+3+3+2+1)/8=18/8=2.3观测时段数:C=n·m/N=8×2.3/3=6(摆站率m一般在规范或任务书中有要求)8/9/202313对于由n个点组成的GPS网:8/2/202313总基线数:J总=C·N·(N－1)/2=C·J必要基线数:J必=n－1独立基线数:J独=C·(N－1)多余基线数:J多=C·(N－1)－(n－1)J总=C·J

=6×3=18条;J必=n－1=8－1=7条8/9/202314总基线数:J总=C·N·(N－1)/2=C·J8/2四、GPS网的图形设计GPS网的网形(同步图形的连接方式)取决于多方因素,其主要因素有:GPS网的精度和可靠性、点的密度、测区的自然地理状况以及经济指标等因素。1、点连接方式:同步图形间仅有一个公共点。特点:（1）所构成的图形几何强度很弱,可靠性差。（2）所需的观测时段数最少。8/9/202315四、GPS网的图形设计8/2/2023152、边连接方式:同步图形间有两个公共点。特点:（1）所构成的图形几何强度一般,可靠性一般。（2）所需的观测时段数居中。8/9/2023162、边连接方式:同步图形间有两个公共点。8/2/2023163、网连接方式:同步图形间有两个以上公共点。特点:（1）所构成的图形几何强度和可靠性都很高。（2）所需的观测时段数最多。8/9/2023173、网连接方式:同步图形间有两个以上公共点。8/2/2023※应该注意:点连接方式、边连接方式和网连接方式各有优缺点,很少单独使用。在实际应用中大多都是将其有机地结合起来!8/9/202318※应该注意:8/2/202318※例如点连接和边连接混合的方式：其既能保证网的几何图形强度和可靠性，同时又能减少外业的工作量，降低成本，被广泛应用于工程测量和控制测量中。8/9/202319※例如点连接和边连8/2/202319※又例如边连接和网连接混合方式：因为其网的几何图形强度和可靠性非常强，且精度很高，被广泛应用于建立高精度GPS网当中。但其外业的工作量很大，成本高。8/9/202320※又例如边连接和网8/2/2023204、星形布网形式：布网形式如图所示!施测方法!特点：（1）方法简单、灵活，作业速度快。（2）发现和检查粗差的能力差。8/9/2023214、星形布网形式：8/2/202321※星形布网的形式所需的接收机台数少，不受同步条件的限制。被广泛应用于建立精度较低的GPS控制网。※※距离较近的相邻点间相对精度低（例如图中点6和点7），精度易达不到要求（补救方法）。8/9/202322※星形布网的形式所需的接收机台数少，不8/2/2023225、三角锁连接方式三角锁连接方式是典型的点连接和边连接混合形式。（如图所示）其被广泛应用于在狭长地区建立GPS控制网。例如为建设铁路、公路及各种管线服务的GPS控制网。※一般将相近的两个点称为“点对”（如点1和点2、点4和点5等），点对间应该通视(为什么?)。8/9/2023235、三角锁连接方式8/2/202323※在进行GPS网图形设计时为了确保GPS观测成果的可靠性,并能及时发现观测成果中的粗差，在GPS网中必须要由非同步独立边构成若干个闭合环(异步环)，且异步环的边数不大于6条。如果已知点较多时也可以构成数条附合路线。且其边数不应超过下表中的要求。8/9/202324※在进行GPS网图形设计时为了确保GPS观测成果的8/2/2异步环的构成8/9/202325异步环的构成8/2/※※观测计划的制定（1）根据近期观测资料提供的卫星星历文件来了解测区的几何图形强度GDOP值或PDOP值的变化情况。(《规范》和《规程》中有相应等级的规定)（2）观测时段长短的确定,可根据GPS网的精度及接收机的情况等因素来确定观测时段长短。（3）下发《GPS作业调度表》及《GPS外业观测手簿》等资料。一般应明确:时段(起、止时间)、点名和文件名、仪器高和气象元素的获取方法、接收机号、交通方式以及专人负责制等。8/9/202326※※观测计划的制定8/2/202326五、选择GPS点位的基本原则GPS点位的选择与外业观测工作能否顺利进行和测量结果可靠性的高低有着很大的关系,所以要慎重选择GPS点的位置。1、GPS点位应该选在视野开阔(顶空开阔)、地基稳定易于保存的较高点上。2、GPS点位周围不应有高度角大于15度(即E≥15°）的成片的障碍物。8/9/202327五、选择GPS点位的基本原则8/2/2023273、GPS点位应远离大功率无线电发射源200米以外，远离高压输电线50米以外，避免电磁场的干扰。4、GPS点位附近不应有大面积水域和对GPS卫星信号有强烈吸收或干扰作用的物体，减少多路径效应的影响。5、GPS点位应选择在交通便利，有利于其它手段扩展和联测的地方。8/9/2023283、GPS点位应远离大功率无线电发射源2008/2/2023※补充说明：1）、GPS点间可以不通视，但有时应保持一个通视方向。2）、对符合GPS点位要求的旧点（原常规测量的旧点位），应尽量利用原控制点标石。3）、对于GPS网，有时需要求GPS点的正常高。此时在布设GPS点时应联测若干个水准点（其精度不应低于四等水准点的精度）。且水准点在GPS网中应尽量均匀分布。4）、对于有些GPS点，亦可进行偏心观测。8/9/202329※补充说明：8/2/202329布设GPS网的工作步骤

8/9/202330布设GPS网的工作步骤8/2/202330(一)测前工作项目的提出技术设计测绘资料的搜集与整理仪器的检验踏勘、选点埋石8/9/202331(一)测前工作项目的提出8/2/202331技术设计在布设GPS网时，技术设计是非常重要的。这是因为技术设计提供了布设GPS网的技术准则，在布设GPS网时所遇到的所有技术问题，都需要从技术设计中寻找答案。因此，在进行每一项GPS工程时，都必须首先进行技术设计。8/9/202332技术设计在布设GPS网时，技术设计是非常重要的。这是因为设计的一般原则应通过独立观测边构成闭合图形，以增加检核条件，提高网的可靠性。应尽量与原有地面控制网相重合，重合点一般不少于3个，且分布均匀。应考虑与水准点相重合，或在网中布设一定密度的水准联测点。点应设在视野开阔和容易到达的地方联测方向。可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。8/9/202333设计的一般原则8/2/20技术设计的内容项目来源：介绍项目的来源、性质。测区概况：介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、交通条件、通讯条件等。工程概况：介绍工程目的、作用、要求、等级、完成时间等。技术依据：介绍作业依据的测量规范、工程规范、行业标准等。施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布网方法等。作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。观测质量：控制介绍外业观测的质量要求，包括质量控制方法及各项限差要求等。数据处理方案：说明详细的数据处理方案，包括基线解算方法、网平差处理方法等。结论：对整个工程的质量及成果作出结论。8/9/202334技术设计的内容项目来源：介绍项目的来源、性质。8/2/20布网方法国家测绘局1992年制订的我国第一部“GPS测量规范”将GPS的精度分为A—E五级（见下表）。其中A、B两级一般是国家GPS控制网。C、D、E三级是针对局部性GPS网规定的。8/9/202335布网方法国家测绘局1992年制订的我国第一部“GP三角形网优点：图形几何结构强，具有良好的自检能力，经平差后网中相邻点间基线向量的精度均匀。缺点：观测工作量大。只有在网的精度和可靠性要求比较高时，才单独采用这种图形。8/9/202336三角形网优点：8/2/202336环形网优点：观测工作量较小，且具有较好的自检性和可靠性。缺点：非直接观测基线边（或间接边）精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。是大地测量和精密工程测量中普遍采用的图形。通常采用上述两种图形的混合图形。8/9/202337环形网优点：8/2/202337星形网优点：观测中只需要两台GPS接收机，作业简单。缺点：几何图形简单，检验和发现粗差能力差,广泛用于工程测量、边界测量、地籍测量和碎部测量等。8/9/202338星形网优点：8/2/202338

GPS快速定位图形布设

两台仪器作业的基本图形：多边形环状网。两接收机同步作业，交替迁站n-1次，得到首尾相接的n边形闭合环，每个新点均与两条独立基线相连。单基准形状网。两接收机同步作业，1台固定不动，1台快速流动迁站n-1次，得到n条独立基线，每个新点只与1条独立基线相连。因此每个点上必须进行第二次设站。123451234568/9/202339

GPS快速定位图形布设

两台仪器作业的基本图形：12345三台接收机作业的基本图形：1单基准星状网。1台固定不动，2台各快速流动迁站n-1次，得到2n条独立基线，每个新点只与1条独立基线相连。因此每个点上必须进行第二次设站。1234568/9/202340三台接收机作业的基本图形：1234568/2/2023402双基准菱状网。2台固定不动，1台快速流动迁站n-1次，得到2n条独立快速定位基线。如果两基准站采用静态定位方式，可得到2n+1条独立基线向量。如果采用在流动站迁站期间两基准站多次快速定位得到多组快速定位基线向量的方法，最多可得到3n-1条独立基线向量。234518/9/2023412双基准菱状网。2台固定不动，1台快速流动迁站n-1次(二)测量实施实地了解测区情况卫星状况预报确定作业方案外业观测数据传输与转储基线处理与质量评估重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储与基线处理与质量评估四步，直至完成所有GPS观测工作。8/9/202342(二)测量实施实地了解测区情况8/2/202342GPS基线解算的过程GPS基线解算就是利用GPS观测值，通过数据处理，得到测站的坐标或测站间的基线向量值。8/9/202343GPS基线解算的过程GPS基线解算就是利用GPS观测值GPS基线解算的过程1.原始观测数据的读入在进行基线解算时，首先需要读取原始的GPS观测值数据。2.外业输入数据的检查与修改在读入了GPS观测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查的项目包括：测站