第八章GPS测量的设计与实施讲义

8.1GPS测量的技术设计GPS实际工作中可划分为方案设计、外业实施及内业数据处理三个阶段。GPS定位基本性工作：它是根据国家有关规范（规程）及GPS网用途、用户的要求对测量工作的网形、精度及基准等的具体设计。8.1.1GPS网技术设计的依据1.主要依据：GPS测量规范（规程）和测量任务书以及各部委根据本部门GPS工作实际情况制定的其他GPS测量规程和细则。2．测量任务书测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件。这种文件是指令性的，规定了测量任务的范围、目的、精度和密度要求，提交成果资料的项目和时间，完成任务的经济指标等。GPS方案设计时，一般首先依据测量任务书提出的GPS网的精度、密度和经济指标，在结合规范（规程）规定并现场踏勘具体确定各点间的连接方法，各点设站观测的次数、时段长短等布网观测方案。8.1.2GPS网的精度、密度设计1.GPS测量精度标准及分类①用途分级、精度分级。用于全球性地球动力学、地壳形变及国家基本大地测量的GPS网可参照《规范》中AA、A、B级的精度分级；用于城市或工程的GPS控制网可根据相邻点的平均距离和精度参照《规程》中的二、三、四等和一、二级。②GPS弦长精度表示22)(bda③实际工作依据单位实际情况（人力、物力、财力）布设，分级布设也可以越级布设或布设同级全面网。2.GPS点的密度标准《规范》表8-3《规程》一般工程测量布设点的密度主要满足测图加密和工程测量的需要，平均边长往往在几公里以内。8.1.3GPS网的基准设计GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般以给定的起算方位角值确定，也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁波测距边确定，也可以由两个以上的起算点间的距离确定，同时也可以由GPS基线向量的距离确定。GPS网的位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。因此，GPS网的基准设计，实质上指确定网的位置基准问题。基准设计应成分考虑到以下几个问题：（1）联测国家控制点（2）长边图形（3）GPS高程联测（4）新建的GPS网的坐标系应尽量与测区过去采用的坐标系统一致，如果采用的是地方独立和工程坐标系考虑以下参数：①②③④⑤8.1.4GPS网构成的几个基本概念及网特征条件1.GPS网图形构成的几个基本概念①观测时段②同步观测③同步观测环④独立观测环⑤异步观测环⑥独立基线⑦非独立基线2.GPS网特征条件的计算观测时段数计算公式：NmnC/（8-2）C为观测时段数；n为网点数；m为每点设站次数；N为接收机数。故在GPS网中：总基线数：2/1-）（总NNCJ（8-3）独立基线数：）（独1NCJ(8-4)多余基线数：）（）（多1-n-1NCJ（8-5）3.GPS网同步图形构成及独立边的选择独立边可以有不同的选择当同步观测GPS接收机数N=3时，同步三角形闭合环的最少个数为：2/)2)(1()1(NNNJT（8-8）表8-4给出对应关系理论上同步观测环中各GPS边的坐标差之和为0.但是由于各台GPS接收机并不是严格同步，同步闭合环的闭合差不等于零。规范有一定要求。由于同步图形是在相同的时间观测相同的卫星所获得的基线构成的，基线之间是相关的观测量，因此，同步图形闭合差不能作为衡量精度的指标，也不可能发现粗差，但它可以反映野外观测质量和条件的好坏。为了确保GPS观测成果可靠性，有效发现粗差，必须使GPS网中的独立边构成一定的几何图形，这种几何图形，可以由数条GPS独立边构成的非同步多边形（亦称非同步闭合环），如三边形、四边形、五边形等。当GPS网中有若干起算点时，可由两个起算点之间的数条GPS独立边构成附合路线。可软件自动选取，也可人工调整。8.1.5GPS网图形设计GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种。GPS图形设计的取决条件？1.点连式：点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接。特点：所构成的图形几何强度很弱，没有或极少有非同步图形闭合条件，一般不单独使用。2.边连式：是指同步图形之间有一条公共基线连接。特点：网的几何强度较高有较多的复测边和非同步图形闭合条件。在相同的仪器台数条件下，观测时段数将比点连式大大增加。结合图8-4说明多少定位点，多少个观测时段，多少条重复边，多少个异步环，最少同步观测图形，总基线数，多余基线数，必要基线数。3.网连式特点：4.边点混合模式：是把点连接式和边连接有机地结合起来，组成GPS网，既能保证网的几何强度，提高网的可靠性指标，又能减少外业工作量，降低成本，是一种较为理想的布网方法。结合图8-5说明。多少定位点，多少个观测时段，多少条重复边，多少个异步环，最少同步观测图形，总基线数，多余基线数，必要基线数。5.三角锁(或多边形)连接用点连式或边连式组成连续发展的三角锁连接图形.适用于狭长地区的图形.如铁路,公路及管线工程勘测.6.导线网连接将同步图形布设为直伸状，形如导线结构式的GPS网，各独立边应组成封闭状、形成非同步图形，用以检核GPS点的可靠性。适用于精度较低的GPS网布设。7.星形布设星形图几何图形简单，不构成任何闭合图形，检查和发现粗差的能力比点连式更差。实际布网时应注意以下几个原则：①常规加密②充分利用旧点③非同步观测边要求最简独立闭合环或附合线路边数的规定，闭合环和附合线路边数的规定。8.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写8.2.1测区勘察8.2.2资料收集8.2.3设备、器材筹备及人员组成8.2.4拟定外业观测计划拟定外业观测计划的主要依据：GPS网的规模大小点位精度要求GPS卫星星座几何图形强度参加作业的接收机数量交通、通信及后勤保障（食宿、供电等）观测计划的主要内容应包括：①编制GPS卫星的可见性预报图②选择卫星的几何图形强度③选择最佳的观测时段④观测区域的设计与划分⑤编排作业调度表⑥GPS测量外业观测通知单8.2.5设计GPS网与地面网的联测方案8.2.6GPS接收机选型及检验接收机的选用接收机检验：一般检验通电检验实测检验（主要内容）检验方法：标准基线检验、已知坐标、边长检验；零基线检验；相位中心偏移量检验等。（1）用零基线检验接收机内部噪声原理、具体方法（2）天线相位中心的检验（3）GPS接收机不同测程精度指标的测试（4）仪器的高低温实验（5）野外测试（6）光学对中器检验8.2.7技术设计书编写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8.2.8GPS卫星可见性预报示例概略经度纬度和观测时间，便可进行可见卫星的预报。PDOP值和卫星分布。8.3GPS测量的外业实施测区地理情况和原有测量资料的框架及正确性。①易安置，开阔，高处②15°以上五障碍物，防御遮挡和吸收③原理大功率无线电发射源，远离高压输电线和微波无线电信号，小于200,50④点位附近不易有大面积水域⑤点位交通便利⑥地面基础稳定，易于保护⑦实地踏勘选点，旧点检查⑧网形有利于同步观测边、点联结⑨许水准联测时，选点人实地踏勘水准路线，提出建议。8.3.2标志埋设标识有标志中心，基岩上可直接嵌入金属标志。GPS点之记，取名8.3.3观测工作1.观测工作具体技术指标表8-10a和表8-10b（详细解释）2.天线安置①整平对中②偏心观测③天线的定向标志正北④三方向固定，防雷击，接地⑤天线量测要求⑥气象观测⑦检测仪器连接，无误通电3.开机观测观测过程中注意事项：4.观测记录①观测记录GPS接收机记录主要内容：载波相位观测值及相应的观测历元同一历元的测距码伪距观测值GPS卫星星历及卫星钟差参数实时绝对定位结果测站控制信息及接收机工作状态信息②测量手薄8.4GPS测量的作业模式8.4.1经典静态定位模式8.4.6实时动态测量的作业模式应用1.实时动态（RTK）测量的基本思想：2.RTK作业模式与应用（1）快速静态测量（2）准动态测量（3）动态测量8.5数据预处理及观测成果的质量检核1.数据处理软件的选择2.基线解算主要内容：①数据传输②数据分流③统一数据文件格式④卫星轨道标准化⑤探测周跳、修复载波相位值⑥观测值改正基线解算过程中应注意的几个问题：①基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超过30km的基线，解算时采用三差相位观测值②广播星历和精密星历③基线解算中起算点坐标，选择优先顺序④单基线解算，多基线解算⑤0.8km以内，双差固定解，30km以内基线双差固定解和双差浮点解中最优结果。30km以上的，采用三差解算⑥对于同步观测时间短于30min的快速定位基线，必须采用合格的双差固定解作为最终解算结果。8.5.2野外观测成果的检核前提：必须符合调度命令和规范要求1.每个时段同步观测数据检核①剔除率小于10%②任一三边坐标分量闭合差和全长闭合差有限差要求2重复观测边检核3.同步观测环检核4.异步环检核8.5.3野外返工1.