GPS静态培训教程

目录第一章GPS原理第二章静态GPS控制测量第三章动态RTK测量第四章常见故障排除附录：全球定位系统(GPS)测量规范（2001年版）第二章静态GPS控制测量目前，GPS静态定位在测量中被广泛地用于大地测量、工程测量、地籍测量、物探测量及各种类型的变形监测等，在以上这些应用中，其主要还是用于建立各种级别、不同用途的控制网。2.1GPS静态定位在测量中的应用概述GPS静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点。其中，较为常见的方面是利用GPS建立各种类型和等级的控制网，在这些方面，GPS技术已基本上取代了常规的测量方法，成为了主要手段。较之于常规方法，GPS在布设控制网方面具有以下一些特点：测量精度高GPS观测的精度要明显高于一般的常规测量手段，GPS基线向量的相对精度一般在510~910之间，这是普通测量方法很难达到的。选点灵活、不需要造标、费用低GPS测量，不要求测站间相互通视，不需要建造觇标，作业成本低，大大降低了布网费用。全天侯作业在任何时间、任何气候条件下，均可以进行GPS观测，大大方便了测量作业，有利于按时、高效地完成控制网的布设。观测时间短采用GPS布设一般等级的控制网时，在每个测站上的观测时间一般在1~2个小时左右，采用快速静态定位的方法，观测时间更短。观测、处理自动化采用GPS布设控制网，观测工程和数据处理过程均是高度自动化的。2.2布设GPS基线向量网的工作步骤布设GPS基线向量网主要分测前、测中和测后三个阶段进行。2.2.1测前工作项目的提出一项GPS测量工程项目，往往是由工程发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，由GPS测量队伍具体实施。对于一项GPS测量工程项目，一般有如下一些要求：测区位置及其范围测区的地理位置、范围，控制网的控制面积。用途和精度等级控制网将用于何种目的，其精度要求是多少，要求达到何种等级。点位分布及点的数量控制网的点位分布、点的数量及密度要求，是否有对点位分布有特殊要求的区域。提交成果的内容用户需要提交哪些成果，所提交的坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否还需要提交原始数据或中间数据等。时限要求对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最后期限。投资经费。对工程的经费投入数量。技术设计负责GPS测量的单位在获得了测量任务后，需要根据项目要求和相关技术规范进行测量工程的技术设计。关于技术设计的具体内容将在错误!未找到引用源。中作详细介绍。测绘资料的搜集与整理在开始进行外业测量之前，现有测绘资料的搜集与整理也是一项极其重要的工作。需要收集整理的资料主要包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料（点之记、坐标等）和测区的地形图等。仪器的检验对将用于测量的各种仪器包括GPS接收机及相关设备、气象仪器等进行检验，以确保它们能够正常工作。踏勘、选点埋石在完成技术设计和测绘资料的搜集与整理后，需要根据技术设计的要求对测区进行踏勘，并进行选点埋石工作。2.2.2测量实施（1）实地了解测区情况由于在很多情况下，选点埋石和测量是分别由两个不同的队伍或两批不同的人员完成的，因此，当负责GPS测量作业的队伍到达测区后，需要先对测区的情况作一个详细的了解。主要需要了解的内容包括点位情况（点的位置、上点的难度等）、测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。这些对于今后测量工作的开展是非常重要的。（2）卫星状况预报根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫星状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。所需预报的卫星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星座、随时间变化的PDOP值、随时间变化的RDOP值等。对于个别有较多或较大障碍物的测站，需要评估障碍物对GPS观测可能产生的不良影响。（3）确定作业方案根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的实际情况，确定出具体的作业方案，以作业指令的形式下达给各个作业小组，根据情况，作业指令可逐天下达，也可一次下达多天的指令。作业方案的内容包括作业小组的分组情况，GPS观测的时间段以及测站等。外业观测各GPS观测小组在得到作业指挥员所下达的作业指令后，应严格按照作业指令的要求进行外业观测。在进行外业观测时，外业观测人员除了严格按照作业规范、作业指令进行操作外，还要根据一些特殊情况，灵活地采取应对措施。在外业中常见的情况有不能按时开机、仪器故障和电源故障等。数据传输与转储在一段外业观测结束后，应及时地将观测数据传输到计算机中，并根据要求进行备份，在数据传输时需要对照外业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。数据传输与转储应根据条件，及时进行。基线处理与质量评估对所获得的外业数据及时地进行处理，解算出基线向量，并对解算结果进行质量评估。作业指挥员需要根据基线解算情况作下一步GPS观测作业的安排。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。2.2.3测后工作结果分析（网平差处理与质量评估）对外业观测所得到的基线向量进行质量检验，并对由合格的基线向量所构建成的GPS基线向量网进行平差解算，得出网中各点的坐标成果。技术总结根据整个GPS网的布设及数据处理情况，进行全面的技术总结。成果验收2.3布网方法2.3.1GPS基线向量网的等级根据我国1992年所颁布的全球定位系统测量规范，GPS基线向量网被分成了A、B、C、D、E五个级别。下图是我国全球定位系统测量规范中有关GPS网等级的有关内容。GPS网的精度指标，通常是以网中相邻点之间的距离误差来表示的，其具体形式为：22)(Dba其中，：网中相邻点间的距离中误差(mm)；a：固定误差(mm)；b：比例误差(ppm1)；D：相邻点间的距离(km)。对于不同等级的GPS网，有下列的精度要求：测量分类固定误差a(mm)比例误差b(ppm)相邻点距离(km)A≤5≤0.1100~2000B≤8≤115~250C≤10≤55~40D≤10≤102~15E≤10≤201~10A级网一般为区域或国家框架网、区域动力学网；B级网为国家大地控制网或地方框架网；C级网为地方控制网和工程控制网；D级网为工程控制网；E级网为测图网。美国联邦大地测量分管委员会（FederalGeodeticControlSubcommittee-FGCS）在1988年公布的GPS相对定位的精度标准中有一个AA级的等级，此等级的网一般为全球性的坐标框架。11ppm=10-6。2.3.2布网形式1.2采用同步图形扩展的布网形式布设GPS基线向量网时的观测作业方式同步图形扩展式的作业方式具有作业效率高，图形强度好的特点，它是目前在GPS测量中普遍采用的一种布网形式，在本书中将着重介绍此种布网形式。采用同步图形扩展式布设GPS基线向量网时的观测作业方式主要以下几种式：点连式边连式网连式混连式1.2.1点连式1.2.1.1观测作业方式所谓点连式就是在观测作业时，相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。这样，当有m台仪器共同作业时，每观测一个时段，就可以测得1m个新点，当这些仪器观测观测了s个时段后，就可以测得)1(1ms个点。12图1点连式1.2.1.2特点点连式观测作业方式的优点是作业效率高，图形扩展迅速；它的缺点是图形强度低，如果连接点发生问题，将影响到后面的同步图形。1.2.2边连式1.2.2.1观测作业方式所谓边连式就是在观测作业时，相邻的同步图形间有一条边（即两个公共点）相连。这样，当有m台仪器共同同作业时，每观测一个时段，就可以测得2m个新点，当这些仪器观测观测了s个时段后，就可以测得)2(2ms个点。12图2边连式1.2.2.2特点边连式观测作业方式具有较好的图形强度和较高的作业效率。1.2.3网连式1.2.3.1观测作业方式所谓网连式就是在作业时，相邻的同步图形间有3个（含3个）以上的公共点相连。这样，当有m台仪器共同作业时，每观测一个时段，就可以测得km个新点，当这些仪器观测了s个时段后，就可以测得)(kmsk个点。12图3混连式1.2.3.2特点采用网连式观测作业方式所测设的GPS网具有很强的图形强度，但网连式观测作业方式的作业效率很低。1.2.4混连式1.2.4.1观测作业方式在实际的GPS作业中，一般并不是单独采用上面所介绍的某一种观测作业模式，而是根据具体情况，有选择地灵活采用这几种方式作业，这样一种种观测作业方式就是所谓的混连式。1.2.4.2特点混连式观测作业方式是我们实际作业中最常用的作业方式，它实际上是点连式、边连式和网连式的一个结合体。1.3GPS网的设计准则1.3.1出发点GPS网设计的出发点是在保证质量的前提下，尽可能地提高效率，努力降低成本。因此，在进行GPS的设计和测设时，既不能脱离实际的应用需求，盲目地最求不必要的高精度和高可靠性；也不能为追求高效率和低成本，而放弃对质量的要求。1.3.2GPS网布网作业准则1.3.2.1选点为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10~15高度角以上不能有成片的障碍物。为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利，上点方便的地方。测站应选择在易于保存的地方。1.3.2.2提高GPS网可靠性的方法增加观测期数（增加独立基线数）。在布设GPS网时，适当增加观测期数（时段数）对于提高GPS网的可靠性非常有效。因为，随着观测期数的增加，所测得的独立基线数就会增加，而独立基线数的增加，对网的可靠性的提高是非常有宜的。保证一定的重复设站次数2。保证一定的重复设站次数，可确保GPS网的可靠性。一方面，通过在同一测站上的多次观测，可有效地发现设站、对中、整平、量测天线高等人为错误；另一方面，重复设站次数的增加，也意味着观测期数的增加。不过，需要注意的是，当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段的观测时，各个时段间必须重新安置仪器，以更好地消除各种人为操作误差和错误。保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测站具有较高的可靠性。在布设GPS网时，各个点的可靠性与点位无直接关系，而与该点上所连接的基线数有关，点上所连接的基线数越多，点的可靠性则越高。在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条。在布设GPS网时，检查GPS观测值（基线向量）质量的最佳方法是异步环闭合差，而随着组成异步环的基线向量数的增加，其检验质量的能力将逐渐下降。提高GPS网精度的方法为保证GPS网中各相邻点具有较高的相对精度，对网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线。为提高整个GPS网的精度，可以在全面网之上布设框架网，以框架网作为整个GPS网的骨架。在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条。在布设GPS网时，引入高精度激光测距边，作为观测值与GPS观测值（基线向量）一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。若要采用高程拟合的方法，测定网中各点的正常高/正高，则需在布网时，选定一定数量的水准点，水准点的数量应竟可能的多，且应在网中均匀分布，还要保证有部分点分布在网中的四周，将整个网包含在其中。为提高GPS网的尺度精度，可采用如下方法：增设长时间、多时段的基线向量。2实际上这与增加观测期数是一致的。1.3.2.3布设GPS网时起算点的选取与分布若要求所布设的GPS网的成果与旧成果吻合最好，则起算点3数量越多越好，若不要求所布设的GPS网的成果完全与旧成果吻合，则一般可选3~5个起算点，这样既可以保证新老坐标成果的一致性，也可以保持GPS网的原有精度。为保证整网的点位精度均匀，起算点一般应均匀地分布在GPS网的周围。要避免所有的起算点分布在网中一侧的情况。1.3.2.4布设GPS网时起算边长的选取与分布在布设GPS网时，可以采用高精度激光测距边作为起算边长，激光测距边