第六章GPS测量的设计与实施.

第六章GPS测量的设计与实施第六章GPS测量的设计与实施主要内容6.1GPS测量的技术设计6.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写6.3GPS测量的外业实施6.4GPS测量的作业模式6.5数据预处理及观测成果的质量检核6.6技术总结与上交资料6.7RTK技术简介第六章GPS测量的设计与实施GPS测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为和两大部分。外业：选点(即观测站址的选择)建立观测标志野外观测作业成果质量检核内业：GPS测量的技术设计测后数据处理技术总结在实际工作中GPS测量也可划分为：外业实施内业数据处理方案设计外业内业第六章GPS测量的设计与实施6.1GPS测量的技术设计主要内容包括：精度指标的确定网的图形设计网的基准设计1、GPS网技术设计的依据2、GPS网的精度、密度设计3、GPS网的基准设计4、GPS网构成的几个基本概念及网的特征条件5、GPS网的图形设计第六章GPS测量的设计与实施GPS测量规范(规程)是国家测绘管理部门或行业部门制定的技术法规。目前GPS网设计依据的规范(规程)有:GPS测量规范(规程)●2009年国家质量监督检验检疫总局：《全球定位系统(GPS)测量规范》以下简称《规范》；●1999年国家质量技术监督局发布的《差分全球定位系统(DGPS)技术要求》；●1998年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》，况以下简称《规程》；●各部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其他GPS测量规程或细则。6.1.1GPS网技术设计的依据GPS测量规范(规程)测量任务书第六章GPS测量的设计与实施第六章GPS测量的设计与实施第六章GPS测量的设计与实施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。这种技术文件是的，它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要求，完成任务的经济指标等。测量任务书技术要求文件指令性第六章GPS测量的设计与实施6.1.2GPS网的精度、密度设计GPS测量精度标准及其分类级别用途固定误差a(mm)比例误差b(ppm)相邻点间距离D(km)AA全球性的地球动力学研究、地壳形变测量、精密定轨≤3≤0.011000A区域性的地球动力学研究、地壳变形测量≤5≤0.1300B局部变形监测、各种精密工程测量≤8≤170C大中城市及工程测量的基本控制网≤10≤510~15D,E中小城市、城镇及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘察、建筑施工等的控制测量≤10≤10~200.2~10表6-1GPS测量精度分级（一）第六章GPS测量的设计与实施级别平均距离（km）固定误差a(mm)比例误差b(ppm)最弱边相对中误差二9≤10≤21/12万三5≤10≤51/8万四2≤10≤101/4.5万一级1≤10≤101/2万二级1≤15≤201/1万表6-2GPS测量精度分级（二）注：当边长小于200mm时，以边长中误差小于20mm来衡量第六章GPS测量的设计与实施)1.6()(22dba各等级GPS相邻点间弦长精度估算式中：——GPS基线向量的弦长中误差(mm)，亦即等效距离误差;a——GPS接收机标称精度中的固定误差（mm）;b——GPS接收机标称精度中的比例误差系数(ppm);d——GPS网中相邻点间的距离(km)。第六章GPS测量的设计与实施现行《规范》、《规程》对GPS网中两相邻点间距离视其需要作出了如表6-3的规定。表6-3GPS网中相邻点间的距离级别AAABCDE相邻点间最小距离30010015521相邻点间最大距离20001000250401510相邻点间平均距离10003007015～1010～55～2GPS点的密度标准第六章GPS测量的设计与实施6.1.3GPS网的基准设计GPS基线向量WGS-84坐标系实际坐标国家坐标系或地方独立坐标系明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据基准设计1.什么是GPS基准设计？第六章GPS测量的设计与实施2.GPS网的基准位置方位尺度给定的起算方位角；GPS基准向量的方位。地面的电磁波测距边；两个以上的起算点间距离；GPS基线向量的距离。给定的起算点坐标第六章GPS测量的设计与实施3.基准设计时应注意的问题：1)为求定GPS点在地面坐标系的坐标，应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点若干个。2)对网内重合的高等级控制点，适当的构成长边图形。3)联测高程点以求得GPS点的正常高。4)新建GPS网的坐标系应尽量与测区原有坐标系统一致。第六章GPS测量的设计与实施6.1.4GPS网构成的几个基本概念及网的特征条件1.GPS网图形构成的几个基本概念●观测时段:测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段，简称时段。●同步观测:两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。●同步观测环:三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环，简称同步环。第六章GPS测量的设计与实施第六章GPS测量的设计与实施●独立观测环:由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环。●异步观测环:在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。●独立基线:对于N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为N-1；●非独立基线:除独立基线外的其他基线叫非独立基线，总基线数与独立基线数之差即为非独立基线数。第六章GPS测量的设计与实施2.GPS网特征条件的计算)2.6(NmnC观测时段数计算公式)3.6(2/)1(NNCJ总●总基线数：)4.6(1nJ必●必要基线数：●独立基线数：)5.6()1(NCJ独●多余基线数：)6.6()1()1(nNCJ多网点数每点设站次数接收机数第六章GPS测量的设计与实施根据(6.3)式，对于由N台GPS接收机构成的同步图形中，一个时段包含的GPS基线(或简称GPS边)数为：)7.6(2/)1(NNJ但其中仅有N-1条是独立的GPS边，其余为非独立的GPS边。当同步观测的GPS接收机数N≥3时，同步闭合环的最少个数为)8.6(2/)2()1()1(NNNJT3.GPS网同步图形的构成及独立边的计算第六章GPS测量的设计与实施接收机数N与GPS边数J和同步闭合环数T（最少个数）的对应关系如表6-4所示。N23456J1361015T013610表6-4N与J、T关系如表第六章GPS测量的设计与实施设某一城市D级GPS控制网，由32个GPS点组成，准备采用6台接收机进行观测，每点观测2个时段，试完成下述内容：1）一个时段的同步基线数和独立基线数；2）该GPS网总的观测时段数；3）该GPS网的总基线数、必要基线数、独立基线数、多余基线数。GPS网特征条件计算示例第六章GPS测量的设计与实施解：1）一个时段的同步基线数和独立基线数一个时段的同步基线数：一个时段的独立基线数：152/562/)1(NNJ同516)1(NJ独2）该GPS网总的观测时段数67.106/232NmnC式中，C为观测时段数；n为网点数；m为每点设站次数；N为接收机台数。时段数不能为小数，且不能小于计算的数字，故该GPS网总的观测时段数为11时段。第六章GPS测量的设计与实施3）该GPS网总基线数、必要基线数、独立基线数、多余基线数总基线数：必要基线数：独立基线数：多余基线数：1652/56112/)1(NNCJ总311321nJ必55)16(11)1(NCJ独243155)1()1(nNCJ多第六章GPS测量的设计与实施4.同步闭合环的闭合差1)理论上，闭合差应为02)由于各台接收机并不严格同步，所以闭合差并不等于03)有的规范规定了同步闭合差的限差注意：闭合差较小，只说明基线向量的计算合格，不能说明GPS边的观测精度高，也不能发现信号中存在的粗差第六章GPS测量的设计与实施5.探测观测结果中的粗差1)使GPS网中的独立边构成一定的几何图形，可以是由数条独立边构成的非同步多边形（三边形、四边形、五边形）2)当GPS网中有若干个起算点时，可由两个起算点之间的数条独立边构成附合路线第六章GPS测量的设计与实施在J条同步观测的基线中，如何选择(N-1)条独立基线，具有一定的任意性。参加同步观测的仪器越多，选取独立基线向量的可能方式便迅速增加。这就为选用独立基线向量，以构成最佳的GPS网形，提供了充分的选择性。在实际工作中，可根据对GPS网的要求和经验来确定。第六章GPS测量的设计与实施如对于用四台接收机同步观测得到的同步图形中，可选择的独立基线如下：第六章GPS测量的设计与实施当具有多时段的观测成果时，独立基线向量的选取，一般应以构成闭合图形为优。例如，用4台仪器进行了2个时段的同步观测，这时可得6条独立基线向量，其选取的基本方式，可取以下五种：双时段观测的基线向量单时段观测的基线向量(a)(b)(c)(d)(e)第六章GPS测量的设计与实施6.1.5GPS网的图形设计1.常规测量中对控制网的图形设计是一项非常重要的工作GPS图形设计时,因不要求同步观测通视,→图形设计具有较大的灵活性2.GPS网的图形设计主要取决于用户要求.经费.时间.人力以及所投入接收机类型.数量和后勤保障条件.注意:选择什么样的组网,取决于工程所要求的精度.野外条件及GPS接收机台数.第六章GPS测量的设计与实施●GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。GPS网图形设计的一般原则●GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个(不足时应联测)且在网中应分布均匀，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。第六章GPS测量的设计与实施●GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点一般应根据要求以水准测量方法(或相当精度的方法)进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料。●为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方。●为了便于用经典方法联测或扩展，可在网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于300m。第六章GPS测量的设计与实施GPS网图形的基本类型根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有四种基本方式:点连式边连式网连式边点混合连接第六章GPS测量的设计与实施一.点连式12345678910点连式:同步网之间仅有一点相连接组成的异步网。特点：工作量最小，但无重复基线检核。第六章GPS测量的设计与实施二.边连式边连式异步网:同步网之间由一条基线边相连接的异步网称为边连式异步网。特点：工作量较大，检核条件也较多。第六章GPS测量的设计与实施三.网连式网连式异步网:同步网之间由两个以上的公共点相连接（至少需要4台以上的接收机）组成的异步网。特点：图形强度最强；作业效率最低。第六章GPS测量的设计与实施四.边点混合连接混连式异步网:同步网之间由点连式与边连式混合使用组成的异步网。特点：布网比较灵活，工作量与检核条件比较适中。第六章GPS测量的设计与实施GPS网中的三角形由独立观测边组成。根据经典大地测量的经验已知，这种图形的几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效的发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时经平差后网中相邻点间基线向量的精度分布均匀。●三角形网第六章GPS测量的设计与实施这种网形的主要缺点是观测工作量较大，尤其当接收机的数量较少时，将使观测工作的总时间大为延长。因此通常只有当网的可靠性和精度要求较高时，才单独采用这种图形。第六章GPS测量的设计与实施●环形网由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成的网，称为环形网。这种网形与经典大地测量中的导线网相似，其图形的结构强度比三角网为差。不难理解，由于这时网的自检能力和可靠性与闭合环中所含基线边的数量有关，所以，一般根据网的不同精度要