GPS测量与数据处理第四讲

GPS测量与数据处理

第四讲河南工程学院土木工程系测绘教研室第四章GPS测量外业数据采集本章主要内容外业流程外业观测进度和费用预算选点与埋石GPS接收机的选用及仪器检验外业观测（数据采集）外业成果验收和上交资料第四章GPS测量外业数据采集GPS测量的作业模式GPS载波相对定位的作业模式与GPS接收机设备的硬件和软件有关，主要有：静态相对定位快速静态相对定位准动态相对定位（停行动态测量）动态相对定位(RTK)第四章GPS测量外业数据采集在建立GPS控制网时，为了保证得到高精度的可靠的成果，一般采用静态相对定位法或快速静态相对模式。距离较长（大于5公里）：采用静态相对定位法距离较段（小于5公里）：采用快速静态相对定位法一、静态相对定位作业方法：两台以上仪器，同步观测4颗以上卫星，1〜3h定位精度：基线测量的精度可达5mm+1ppm*D特点:观测的独立基线边，应构成某种闭合图形，利于成果的检核。基线长数公里到上千公里。一、静态相对定位适用范围建立地壳运动或工程变形监测网建立全球性或国家级大地控制网建立长距离检校基线进行岛屿与大陆联测建立精密工程测量控制网经典静态相对定位二、快速静态相对定位作业方法：在测区中部选择一个基准站（或参考站），并设置一台仪器，连续跟踪所有可见卫星。另一台接收机，依次到各点流动设站，且在每个流动站上，静止观测数分钟。按快速解算整周未知数的方法进行基线解算。定位精度：基线测量的精度可达（5〜10）mm+1ppm*D特点:作业速度快，精度较高，可靠性差二、快速静态相对定位适用范围小范围的控制测量及其加密；工程测量、边界测量；地籍测量及碎部测量快速静态相对定位三、准动态相对定位作业方法：在测区选择一个基准站（或参考站），并设置一台仪器，连续跟踪所有可见卫星。另一台接收机于起点观测数分钟，以便快速解算整周未知数，保持对所测卫星的连续跟踪，流动的接收机依次迁到各流动点观测1分钟左右。定位精度：基线测量的精度可达（10〜20）mm+1ppm*D特点作业效率非常高。三、准动态相对定位适用范围开阔地区的加密测量；工程定位及碎部测量剖面测量和路线测量地籍测量等准动态相对定位四、动态相对定位作业方法：建立一个基准站，安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；另一台接收机安置在运动的载体上，初始化后，运动过程，按预定的采样率间隔实时自动观测。定位精度：基线测量的精度可达（1〜3）cm+1ppm*D特点作业效率高,可实现载体的连续实时定位。四、动态相对定位适用范围精密测定载体的运动轨迹；道路中心线测量航道测量开阔地区的剖面测量和水文测量GIS数据采集等动态相对定位4.1外业观测进度和费用预算问题：要布设一个100个点的C级网，若某个外业测量对计划采用4台接收机进行观测，问题：外业观测需要进行多少天？外业观测费用是多少？一、重复设站次数和时段长度的规定规范对不同等级网的重复设站次数和观测时段长度的规定：级别项目AAABCDE卫星截止高度角（0）101015151515同时观测有效卫星数≥4≥4≥4≥4≥4≥4有效卫星总数≥20≥20≥9≥6≥4≥4观测时段数≥10≥6≥4≥2≥1.6≥1.6采样间隔静态30303010~3010~3010~30快速静态———5~155~155~15一、重复设站次数和时段长度的规定规范对不同等级网的重复设站次数和观测时段长度的规定：时段长度（min）静态≥720≥540≥240≥60≥45≥40快速静态双频+P（Y）码———≥10≥5≥2双频全波———≥15≥10≥5单频或双频半波———≥30≥20≥10时段中任一卫星有效观测时间（min）静态≥15≥15≥15≥15≥15≥15快速静态双频+P（Y）码———≥1≥1≥1双频全波———≥3≥3≥3单频或双频半波———≥5≥5≥5一、重复设站次数和时段长度的规定说明：在各时段中观测，观测时间符合规定的卫星，为有效卫星；计算有效卫星总数时，应将各时段的有效卫星观测个数和扣除期间的重复卫星数；观测时段的长度，应为开始记录数据到结记录的时间；观测时段数≥1.6，指每站观测一时段，至少60%的测站再观测一时段。二、最少观测期数定义根据规范要求，布设一GPS网，需要观测的最少时段数。特性最少观测期数与网的等级、点的数量和用于观测的接收机的数量有关。计算公式：最少观测期数最少平均重复设站次数

网的点数接收机数三、进度和费用预算工程进度估算外业天数=观测天数+机动天数估算外业观测作业成本算法：观测天数×单天成本单天成本的构成人员开支设备折旧或租赁交通食宿管理费…观测天数=最少观测期数/单天观测期数4.2GPS测量的作业流程测绘资料收集整理踏勘、选点、埋石仪器检验、检定作业队进驻、建立营地卫星状态预报观测计划制定作业调度及外业观测数据传输、转储、备份基线解算及质量控制4.3选点与埋石内容概要图上设计选点埋石一、图上设计应收集的资料现有测量控制（平面控制点、水准点、GPS点）资料，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、近期发展规划一、图上设计图上设计的作用确定点位的分布、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，交通方便二、选点测站的基本要求观测条件对空通视条件好，高度角15°以上不宜有成片障碍物。高度角15°以上不宜有金属导体。便于仪器安置及观测作业。远离可能的干扰源。远离易引起多路径的环境。二、选点测站的基本要求位置及设施地质条件良好、点位稳定、易于保存，尽可能顾及交通等条件。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。二、选点辅助点和方位点辅助点作用：检验、恢复主点要求：若AA级和A级GPS点不位于基岩上时，应在附近埋设1~3个辅助点，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。二、选点选点作业实地探勘选点、标记。利用旧点时，应对其稳定性、可靠性和完好性进行检查。点名通常应取居民地名，C、D、E级点也可取山名、地名、单位名。少数民族地区的点名采用音译汉语名，可附原文。新旧点重合时，通常用原名，否则应注上原名。与水准点重合时，应注明水准点等级和编号。所有点应在现场绘制点之记。AA级和A级点还应填写地质概要、构造背景及地形地质略图。点位周围存在高于10°的障碍物时，应绘制点的环视图。选点工作完成后，应绘制GPS网选点图。二、选点上交资料点之记和环视图GPS网选点图绘于测区地形图上

选点工作总结二、选点二、选点二、埋石标石类型标石类型适用级别基岩天线墩AA，A岩层天线墩AA，A岩层标石B岩层普通表示B~E土层天线墩AA，A普通基本标石B~E冻土基本标石B固定沙石基本标石B普通标石B~E建筑物上的标石B~E二、埋石普通标石示意图二、埋石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的中心点表示埋石作业上交资料填写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埋石工作总结4.3GPS接收机的选用及仪器检验Trimble：美国天宝Leica：瑞士莱佧Javad：伽瓦德TOPCON：日本拓普康THALES：蔡斯MAGELLAN：麦哲伦ASHTECH：阿斯泰克GARMIN：SOKKIA：索佳AOACMCNovatel：诺瓦泰Hemisphere：半球NAVMANOmnistarNavcom南方中海达苏一光博飞GPS仪器公司几种常见GPS接收机一、GPS接收机的选用规范规定二、GPS接收机的检定检定目的了解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二、GPS接收机的检定检定包括的项目一般性检视通电检视GPS接收机内部噪声水平测试天线相位中心稳定性的测试（自学）GPS接收机野外作业性能及精度指标的测试接收机频标稳定性和数据质量的评价接收机附件的检验二、GPS接收机的检定1一般性检视目的外观是否良好部件及附件是否齐全项目主机和天线外观完好性检视部件、附件的齐备性、完好性检查及其与主机匹配性检查型号是否正确部件是否有松动和脱落设备文档及软件齐备性检查二、GPS接收机的检定2通电检验目的能够正常启动并运行项目GPS接收机与电源正确连接后，检验电源信号灯工作是否工作正常按键、显示系统和仪器表工作是否正常仪器自检（利用自测试命令检测仪器工作是否正常）信号跟踪锁定的检验(检验接收机锁定卫星时间的快慢)检验接收机的信噪比及信号的失锁情况二、GPS接收机的检定3试测检验目的工作性能是否达到要求准备工作对中器、水准器检验天线高专用尺检验数据传录设备及软件检验数据处理软件的测试评估二、GPS接收机的检定3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。接收机内部噪声水平的测试零基线超短基线二、GPS接收机的检定3零基线测试采用“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。做法测试时要求两台接收机同步接收4颗以上的卫星信号1.5小时，利用随机软件进行基线解算，在观测一个时段。三维坐标分量应小于1mm。二、GPS接收机的检定3优点（可靠，结果能真实反应接收机内部噪声）：能消除卫星星历误差的影响；能消除天线相位中心偏差；能消除大气传播时延误差；能消除多路径效应误差及仪器对中、整平、定向和量高误差等。二、GPS接收机的检定3零基线测试示意图二、GPS接收机的检定3超短基线测试方法：在地面平坦、周围高度角10度以上无障碍物、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。用随机软件进行静态定位计算，基线值与地面测量值之差应小于仪器的固定误差。若在GPS接收机检定场中进行，还可以比较基线分量缺点:天线安置（对中、定向、整平、量高）误差将影响检测结果二、GPS接收机的检定4天线相位中心稳定性测试相对定位法（短基线）做法安置好天线A、B，观测1～1.5小时固定天线A不动，天线B分别转动90，180，270度，各观测一个时段固定天线B不动，天线A分别转动90，180，270度，各观测一个时段采用静态定位计算各时段的基线向量计算旋转天线的平均相位中心偏差二、GPS接收机的检定5野外实测目的接收机野外作业性能及不同测程精度指标测试检测方法在GPS接收机检定场或电磁波测距仪检定场进行天线安置在具有强制对中装置的观测墩上，进行整平、定向、量高，短基线观测1.5h，中长基线观测4h二、GPS接收机的检定5已知基线法：测试结果与基线场已知基线长之间的较差Δ应小于仪器的标称精度重复边检验法：至少观测两个时段，检验不同时段观测得到的重复边的边长和坐标分量的较差异步环检验法：边长大于40km，观测时段不小于4h,检验多边形闭合环的坐标分量闭合差二、GPS接收机的检定5建立GPS野外检定场遵循的原则检定场中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).超短基线长：用铟钢基线尺丈量或GPS测量短基线长：用ME5000等高精度光电测距仪测定或GPS测定中长基线长：一般只能用长时间、多时段的GPS测量来测定（使用IGS精密星历及高精度数据处理软件）二、GPS接收机的检定5检定场地质结构坚固稳定，交通，供电，净空开阔检定