GPS测量设计与实施

GPS测量设计与实施..§8-1.GPS测量技术设计§8-2.GPS测量外业准备和技术设计书编写§8-3.GPS测量的外业实施§8-4.GPS测量作业模式§8-5.数据预处理及观测成果质量检核§8-6.技术总结与上交资料主要内容§8.1GPS测量的技术设计8.1.1GPS网技术设计的依据8.1.2GPS网的精度、密度设计8.1.3GPS网的基准设计（重点）8.1.4GPS网的构成（重点）8.1.5GPS网形设计（重点）§8.1GPS测量的技术设计8.1.1GPS网技术设计的依据1。根据任务书提出的测区范围、点的密度与精度、完成期限等的要求，依据GPS测量规范，设计出GPS网的布设、观测与数据处理方案。2。规范或规程：（1）《全球定位系统（GPS）测量规范》2001.GB/T18314国家质量技术监督局;（2）《全球定位系统城市测量技术规程》1998.建设部。8.1.2GPS网的精度、密度设计用于国家大地测量、地球动力学研究、地壳形变测量的GPS网精度分级（规范）级别主要用途固定误差a（mm）比例误差b（ppm.d）AA全球地球动力学研究、地壳形变测量、卫星精密定轨等≤3≤0.01A区域性地球动力学研究、地壳形变测量≤5≤0.1B局部变形监测和各种精密工程测量≤8≤1C大中城市及工程控制网测量≤10≤5D，E中小城市测图施工控制测量≤10≤10~20式中，为GPS基线向量的等效距离误差，a为GPS接收机标称精度中的固定误差（mm）；b为GPS接收机标称精度中的比例误差；d为GPS网中相邻点间的距离（mm）。用于城市或工程测量的GPS网精度分级(规程)等级平均距离、最弱边相对中误差固定误差a（mm）比例误差b（ppm。D）二9km，1/12万≤10≤2三5km，1/8万≤10≤5四2km，1/4.5万≤10≤10一级1km，1/2万≤10≤10二级〈1km，1/1万≤15≤20GPS点的密度标准：相邻点间的距离项目及等级AAABCDE相邻点最小距离（km）30010015521相邻点最大距离（km）20001000250401510相邻点平均距离（km）10003007015~1010~55~2GPS控制网的基准设计包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准：一般由给定的起算方位角值确定。尺度基准：一般由地面的电磁波测距确定。位置基准:通过由给定起算点坐标确定。（1）为求定GPS点在国家或地方坐标系中的坐标，应联测地方控制地方点，用以坐标变换。当测区有旧的地面控制点成果时，应既考虑充分利用旧资料，又要使新建的高精度GPS控制网不受旧资料精度较低的影响。为此，应将新的GPS网与旧控制点进行联测，联测点一般不应少于3个。用联测的公共点的两套坐标值求解坐标转换参数。8.1.3GPS网的基准设计1.什么叫基准设计？即明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据。（2）GPS网的坐标系统尽量应与测区过去采用的坐标系统一致，一般应了解以下几个参数：l：所采用的参考椭球体，一般是以国家坐标系的参考椭球为基础；2：坐标系的中央子午线的经度值；3：纵、横坐标的加常数；4：坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值；5：起算点的坐标。实际工作中，有时难以找到说明以上参数的资料，此时，也可以通过分析计算的方法处理。（3）GPS测量成果中高程是大地高系统高程，为了得到GPS点的正常高，应使一定数量的GPS点与水准点重合，或者对部分GPS点联测水准，以便进行高程转换。联测的高程点需均匀的分布于网中，对丘陵或山区高程点应按照高程拟合曲面的要求进行布设。（4）要求GPS点的WGS84坐标，同样要联测具有WGS84坐标的高级GPS点。（5）联测的公共点最好位于GPS网的外围和中心均匀分布。8.1.4GPS网构成的几个基本概念及网特征条件基本概念：1。观测时段：从开始到结束连续观测的时间段。2。同步观测：两台或两台以上接收机对相同卫星观测。3。同步观测环：三台以上接收机同步观测基线构成~。4。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。5。独立基线：N台接收机同步J条基线中的N-1条基线。6。异步观测环：有非同步或独立基线构成的闭合环。7。非独立基线：除独立基线外的其他叫非独立基线，总基线数与独立基线之差为非独立基线数。网特征条件：6。观测时段：C=nm/N，n为网点数；m为每点设站数；N为接收机数。7。总基线数：J=CN（N-1）/2，N为接收机台数。8。必要基线数：J必=n-1，n为GPS点数。9。独立基线数：J独=C（N-1）。10。多余基线数：J多=C（N-1）-（n-1）。GPS网特征条件的计算对于由N台GPS接收机构成的同步图形中一个时段包含的基线（或简称GPS边）数为：J＝N*(N－1)/2；但其中仅有N－1条是独立边，其余为非独立边。当同步观测的GPS接收机数N＞3时，同步闭合环T的最少个数应为T＝J－(N－1)＝(N－1)(N－2)／2三台以上接收机构成的同步环个数(N-1)(N-2)/2N台接收机同步观测环如右图：分别为N=2，3，4，5。同步环与独立基线同步环与独立基线N台接收机一个观测时段所构成的同步基线T=N(N-1)/2中，有N-1条基线是独立的基线。独立基线的选择如右图：分别为N=2，3，4，5对于同步环和异步环的几点说明：（1）理论上，同步闭合环中各GPS的坐标差之和即闭合差应为零，但实际上并非如此，一般规范都规定了同步闭合差的限差。但当由于某种原因，同步不是很好的，应适当放宽此项限差。（2）同步闭合环的闭合差较小只能说明基线向量的计算合格，并不能说明GPS边的观测精厦高，也不能发现接收的信号受到干扰而产生的某些粗差。为了确保GPS观测效果的可靠性，有效地发现观测成果中的粗差，必须使GPS网中的独立边构成一定的几何图形。这种几何图形可以是由数条独立边构成的非同步多边形（亦称非同步闭合环）当GPS网中有若干个起算点时，也可以是由两个起算点之间的数条GPS独立边构成的附合路线。GPS网的图形设计，也就是根据所布设的网的精度要求和其它方面的要求，设计出由独立边构成的多边形网（3）对于异步环的构成，一般应按所设计的网图选定，必要时在经技术负责人审定后，也可根据具体情况适当调整。当接收机多于3台时，也可按软件功能自动挑选独立基线构成环路。8.1.5GPS网形设计GPS控制网布设的问题就是怎样将各同步环有机地连成一个整体，构成一定数量的同步观测环和异步观测环，也可采用线路形式，以较好地满足精度、可靠性、经费和后勤等限制条件。GPS网观测时不要求点间通视，网形设计灵活。根据不同的用途和不同的精度要求，根据以上布网原则，GPS网的布设通常有四种方式：星形，点连式、边连式和混合式。点连式—相邻同步图形间仅有一个公共点连接。边连式—同步图形之间由一条公共基线连接。网连式—相邻同步图形间有两个以上公共点。混合连接形式—既有点连接又有边连接(理想)。或星形连接、附合导线连接、三角锁形连接等。1：星形网特点：几何图形简单，只需两台GPS接收机，是一种快速定位作业方式，但是，由于基线间不构成任何同步闭合图形因此抗粗差的能力差，一般适用于精度较低的工程测量。无多余观测，可靠性差两台接收机同步观测中，一台接收机A固定不动，另一台接收机B在A周围的一些点上进行相对定位。如右图。2：点连式相邻同步图形之间只有一个公共点连接。这种布网方式几何强度较弱，抗粗差能力较差，一般可以加测几个时段以增强网的异步图形闭合条件的个数。点连接、边连接GPS网形两台以上接收机同步观测图形的点、边连接如右图。上图为两台接收机同步观测点连接。下图为三台接收机同步观测点、边连接。9条基线，4个异步环5条基线，无异步环6条基线，无重复9条基线，两条重复2：边连式相邻同步图形由一条公共基线连接。这种布网方式几何强度较高，抗粗差能力较强，有较多的复测边和非同步图形闭合条件，在相同的仪器个数的条件下，观测时段将比点连接方式大大增加。3：混连式该方式是把点连式和边连式有机地结合在一起，这种方式既可以提高网的几何强度和可靠性指标，有减少了外业工作量，式一种较为理想的布网方法。三角锁形连接GPS网形上图，两台接收机观测11时段，11条基线组成5个三角形异步环。下图，三台接收机观测四个时段，有两个重复边。11条基线，5个异步环12条基线，2条重复边导线网式连接GPS网形布设在高级已知点之间的GPS点构成附合导线网式的GPS网。已知点可以是高级GPS点，也可以是高级国家点或地方点。GPS网设计注意事项GPS网相邻同步图形之间的连接一般采用边、点混合连接方式；网中不应存在自由基线；网中闭合条件中基线个数不可过多。异步环边数小于8条；每个点独立设站观测次数总和除以总点数，即“重复设站点数”一般应在1.6以上（点连接时一般达不到）；GPS网与地面网应有足够数量的重合点（即公共点），便于实现坐标转换（平面公共点至少2个，高程公共点最好3个以上）；GPS点位应选在便于观测的地点，交通便利，视野开阔，远离高压线、无线电发射台，远离水面；GPS网点最好做到两两通视，便于以后用全站仪观测。作业题：下列图形有多少同步环、异步环、重复基线、重复设站点（每点设站数的平均数）？1。上图两台接收机同步观测了5个时段。2。中图三台接收机同步观测了5个时段。3。下图四台接收机同步观测了3个时段。网形设计例：对某工程控制点（四个已知高级点，四个新布设GPS点）设计GPS观测网。基准设计：四个已知点的坐标系统和高程系统。网形设计：1。用两台GPS接收机；2。用三台GPS接收机；3。用四台GPS接收机。分别设计出观测时段数，说明有几个同步环、异步环、重复基线、重复设站数。ACBD1324用两台接收机进行相对定位的网形设计观测时段数：8同步环个数：0异步环个数：1重复边个数：0独立基线数：8必要基线数：4多余基线数：4重复设站数：2.0ABCD1234异步环用四台接收机进行相对定位的网形设计观测时段数：4同步环个数：12异步环个数：5重复边个数：4独立基线数：12必要基线数：4多余基线数：8重复设站数：2.0ABCD1234异步环异步环异步环异步环异步环§8.2GPS测量外业准备及技术设计书编写测区踏勘主要了解测区以下情况1.交通情况2.水系分布情况3.植被情况4.控制点分布情况5.居民点分布情况6.当地风俗民情7.测区的地理位置8.天文，地理，气候气象情况9.行政隶属，面积10.经济、供应、物价情况，11.文化教育，治安情况8.2.2资料收集收集以下资料（1）各类图件（2）各类控制点成果以及各种参数。（3）测区有关的地质、气象、交通、通讯（4）城市及乡、村行政区划表8.2.3仪器准备、人员组织（1）筹备仪器、计算机及配套设备。（2）筹备机动设什及通讯设备（3）筹备施工器材，计划油料、材料的消耗。（4）组建施工队伍．拟定施工人员名单及岗位。（5）进行详细的投资预算8.2.4外业观测计划的拟定观测工作是GPS测量的主耍外业工作。观测开始之前，外业观测计划的拟定对于顺利完成数据采集任务，保证测量精度度．提高工作效益都是极为重要的。依据（1）GPS网规模的大小。（2）点位精度及密度的要求。（3）GPS卫星星座分布的几何图形强度。（4）参加作业的GPS接收机类型数量。（5）测区交通、通讯及后勤保障。观测计划的主要内容(1)编制GPS卫星的可见性预报图；在高度角＞15度的限制下，输入测区中心某一测站的概略坐标，输入日期和时间．应使用不超过20天的星历文件，即可编制GPS卫星的可见性预报图。（2）卫星的几何图形强度；在GPS定位中，所测卫星与观测站所组成的几何图形，其强度因子可用空问位置因子（PDOP）来代表，无论是绝对定位还是相对定位，PDOP值不应大于6。（3）选择最佳的观测时段：卫星＞4颗且分布均匀，PDOP值小于6的时段就是最佳时段。（4）观测区域设计与划分：当GPS网的点数较多，网的规模较大．而参加观测的接收机数量有限，交通和通讯不便时，可实行分区观测。为了增强网的整体性提高网的精度．相邻分区应设置公共观测点，且公共点数