gps測(cè)量技術(shù)與外業(yè)觀測(cè)

1、第七章GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)與外業(yè)觀測(cè),測(cè)量工作必須遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，先建立控制網(wǎng)，然后根據(jù)控制網(wǎng)進(jìn)行碎部測(cè)量和測(cè)設(shè)?？刂茰y(cè)量在測(cè)區(qū)內(nèi)，按測(cè)量任務(wù)所要求的精度，測(cè)定一系列控制點(diǎn)的平面位置和高程，建立起測(cè)量控制網(wǎng)，作為各種測(cè)量的基礎(chǔ)，這種測(cè)量工作稱為控制測(cè)量?？刂凭W(wǎng)具有控制全局，限制測(cè)量誤差累積的作用，是各項(xiàng)測(cè)量工作的依據(jù)。碎部測(cè)量基于控制下直接進(jìn)行的散點(diǎn)測(cè)量。如地形測(cè)繪，為地形測(cè)圖和工程測(cè)量建立控制網(wǎng)

2、所進(jìn)行的測(cè)量工作叫控制測(cè)量，而將儀器架設(shè)在控制點(diǎn)上進(jìn)行的各地形點(diǎn)采集則叫碎部測(cè)量。,GPS測(cè)量中的幾個(gè)基本概念,GPS測(cè)量中的幾個(gè)基本概念,觀測(cè)時(shí)段從測(cè)站上開(kāi)始接收信號(hào)起到停止觀測(cè)間的連續(xù)工作時(shí)間稱為觀測(cè)時(shí)段。同步觀測(cè)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的GPS接收機(jī)同時(shí)對(duì)同一組衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)?；€向量利用進(jìn)行同步觀測(cè)的GPS接收機(jī)所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的接收機(jī)間的三維坐標(biāo)差，簡(jiǎn)稱基線。,同步觀測(cè)環(huán)三臺(tái)或者三臺(tái)以上接收機(jī)同步觀測(cè)所獲得的基線向量

3、構(gòu)成的閉合環(huán)。獨(dú)立基線若一組基線向量中任何一條基線向量皆不能由該組中其他基線向量的線性組合來(lái)表示，則該組基線向量就是一組獨(dú)立的基線向量。異步觀測(cè)環(huán)（獨(dú)立觀測(cè)環(huán)）在構(gòu)成多邊形的環(huán)路基線向量中，只要存在非同步觀測(cè)基線向量，則該多邊形環(huán)路就叫異步觀測(cè)環(huán)。,GPS測(cè)量中的幾個(gè)基本概念,主要內(nèi)容,,7.1 GPS測(cè)量的步驟及質(zhì)量要求,7.2 GPS技術(shù)設(shè)計(jì)的編寫(xiě),7.3 GPS接收機(jī)的檢定,7.4 GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì),7.5 GPS

4、測(cè)量的作業(yè)組織,7.1 GPS測(cè)量步驟及質(zhì)量要求,7.1.1 GPS測(cè)量的工作步驟（以基線向量網(wǎng)為例）,測(cè)前工作,工程項(xiàng)目的提出測(cè)區(qū)位置及其范圍提交成果的內(nèi)容用途和精度等級(jí)點(diǎn)位分布及點(diǎn)的數(shù)量,技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)繪資料的搜集與整理儀器的檢驗(yàn)踏勘、選點(diǎn)埋石,時(shí)限要求投資經(jīng)費(fèi),測(cè)量實(shí)施,實(shí)地了解測(cè)區(qū)情況衛(wèi)星狀況預(yù)報(bào)確定作業(yè)方案外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)儲(chǔ)基線處理與質(zhì)量評(píng)估重復(fù)“確定作業(yè)方案”、“外業(yè)觀測(cè)”、“數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)儲(chǔ)”及“

5、基線處理與質(zhì)量評(píng)估”四步，直至完成所有GPS觀測(cè)工作,測(cè)后工作,結(jié)果分析（網(wǎng)平差處理與質(zhì)量評(píng)估）技術(shù)總結(jié)成果驗(yàn)收,7.1.2 GPS測(cè)量質(zhì)量的評(píng)定,精度指標(biāo),?：網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離中誤差(mm)；a：固定誤差(mm)；b：比例誤差(ppm)；D：相鄰點(diǎn)間的距離(km)。,GPS網(wǎng)的等級(jí),各類GPS網(wǎng)的用途,A級(jí)網(wǎng)一般為區(qū)域或國(guó)家框架網(wǎng)、區(qū)域動(dòng)力學(xué)網(wǎng)B級(jí)網(wǎng)為國(guó)家大地控制網(wǎng)或地方框架網(wǎng)C級(jí)網(wǎng)為地方控制網(wǎng)和工程控制網(wǎng)D級(jí)網(wǎng)為工

6、程控制網(wǎng)E級(jí)網(wǎng)為測(cè)圖網(wǎng)。,美國(guó)聯(lián)邦大地測(cè)量分管委員會(huì)（Federal Geodetic Control Subcommittee-FGCS）在1988年公布的GPS相對(duì)定位的精度標(biāo)準(zhǔn)中有一個(gè)AA級(jí)的等級(jí)，其要求固定誤差≤3mm，比例誤差≤0.01ppm，此等級(jí)的網(wǎng)一般為全球性的坐標(biāo)框架和地球動(dòng)力學(xué)測(cè)量。,7.1.3 GPS測(cè)量規(guī)范,主要內(nèi)容：,精度分級(jí)網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求選點(diǎn)與埋石的要求儀器設(shè)備類型要求檢定內(nèi)容外業(yè)觀測(cè)及記錄要求

7、數(shù)據(jù)處理成果驗(yàn)收與上交資料,目的：指導(dǎo)規(guī)范GPS測(cè)量工作,規(guī)范的種類：,全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量規(guī)范，1992，國(guó)家測(cè)繪局全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量規(guī)程，1997，建設(shè)部...,7.2 GPS技術(shù)設(shè)計(jì)的編寫(xiě),7.2.1 技術(shù)設(shè)計(jì)的作用,作業(yè)、數(shù)據(jù)處理的技術(shù)依據(jù),技術(shù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容,項(xiàng)目來(lái)源測(cè)區(qū)概況工程概況技術(shù)依據(jù),現(xiàn)有測(cè)繪成果施測(cè)方案作業(yè)要求觀測(cè)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)處理方案提交成果要求,7.3 GPS接收機(jī)的檢定,7.3.1 接收機(jī)的

8、檢定,利用基線場(chǎng)進(jìn)行儀器檢定,零基線的檢定 檢驗(yàn)儀器的內(nèi)部噪聲,基座的檢定,7.3.2 其它設(shè)備的檢定,尺的檢定,7.4 GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì),7.4.1 GPS基線向量網(wǎng)的布網(wǎng)形式,跟蹤站式會(huì)戰(zhàn)式多基準(zhǔn)站式同步圖形擴(kuò)展式單基準(zhǔn)站式,跟蹤站式的布網(wǎng),形式：若干臺(tái)接收機(jī)長(zhǎng)期固定安放在測(cè)站上，進(jìn)行常年、不間斷的觀測(cè)，即一年觀測(cè)365天，一天觀測(cè)24小時(shí)，這種觀測(cè)方式很象是跟蹤站，因此，這種布網(wǎng)形式被稱為跟蹤站式（實(shí)際上就是跟蹤站）。數(shù)據(jù)

9、處理通常采用精密星歷。優(yōu)點(diǎn)：精度極高，具有框架基準(zhǔn)特性。缺點(diǎn)：需建立專門(mén)的永久性建筑即跟蹤站，觀測(cè)成本很高。適用范圍：一般用于建立GPS跟蹤站（AA級(jí)網(wǎng)），永久性的的監(jiān)測(cè)網(wǎng)（ 如用于監(jiān)測(cè)地殼形變、大氣物理參數(shù)等的永久性監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)）。,會(huì)戰(zhàn)式的布網(wǎng),形式：在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，一次組織多臺(tái)GPS接收機(jī)，集中在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，共同作業(yè)。在作業(yè)時(shí)，觀測(cè)分階段進(jìn)行，在同一階段中，所有的接收機(jī)，在若干天的時(shí)間里分別各自在同一批點(diǎn)上進(jìn)行多天、長(zhǎng)

10、時(shí)段的同步觀測(cè)，在完成一批點(diǎn)的測(cè)量后，所有接收機(jī)又都遷移到另外一批點(diǎn)上采用相同方式，進(jìn)行另一階段的觀測(cè)，直至所有點(diǎn)觀測(cè)完畢。優(yōu)點(diǎn)：可以較好地消除SA等因素的影響，因而具有特高的尺度精度。適用范圍：用于布設(shè)A、B級(jí)網(wǎng)。,多基準(zhǔn)站式的布網(wǎng),形式：若干臺(tái)接收機(jī)在一段時(shí)間里長(zhǎng)期固定在某幾個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，這些測(cè)站稱為基準(zhǔn)站，在基準(zhǔn)站進(jìn)行觀測(cè)的同時(shí)，另外一些接收機(jī)則在這些基準(zhǔn)站周圍相互之間進(jìn)行同步觀測(cè)。優(yōu)點(diǎn)：各個(gè)基準(zhǔn)站之間進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間

11、的觀測(cè)，因此，可以獲得較高精度的定位結(jié)果，這些高精度的基線向量可以作為整個(gè)GPS網(wǎng)的骨架。另外一方面，其余的進(jìn)行了同步觀測(cè)的接收機(jī)間除了自身間有基線向量相連外，它們與各個(gè)基準(zhǔn)站之間也存在有同步觀測(cè)，因此，也有同步觀測(cè)基線相連，這樣可以獲得更強(qiáng)的圖形結(jié)構(gòu)。適用范圍：C，D。,同步圖形擴(kuò)展式的布網(wǎng),形式：多臺(tái)接收機(jī)在不同測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)，在完成一個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)后，又遷移到其它的測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)，每次同步觀測(cè)都可以形成一個(gè)同步圖形，在

12、測(cè)量過(guò)程中，不同的同步圖形間一般有若干個(gè)公共點(diǎn)相連，整個(gè)GPS網(wǎng)由這些同步圖形構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)展速度快，圖形強(qiáng)度較高，且作業(yè)方法簡(jiǎn)單。適用范圍：C，D。,單基準(zhǔn)站（星形網(wǎng)）式的布網(wǎng),形式：以一臺(tái)接收機(jī)作為基準(zhǔn)站，在某個(gè)測(cè)站上連續(xù)開(kāi)機(jī)觀測(cè)，其余的接收機(jī)在此基準(zhǔn)站觀測(cè)期間，在其周圍流動(dòng)，每到一點(diǎn)就進(jìn)行觀測(cè)，流動(dòng)的接收機(jī)之間一般不要求同步，這樣，流動(dòng)的接收機(jī)每觀測(cè)一個(gè)時(shí)段，就與基準(zhǔn)站間測(cè)得一條同步觀測(cè)基線，所有這樣測(cè)得的同步基線就形成了一個(gè)

13、以基準(zhǔn)站為中心得星形。優(yōu)點(diǎn)：效率高。缺點(diǎn)：圖形強(qiáng)度弱適用范圍：D，E。,7.4.2 同步圖形的連接方式,點(diǎn)連式邊連式網(wǎng)連式混連式,點(diǎn)連式,形式：相鄰的同步圖形間只通過(guò)一個(gè)公共點(diǎn)相連。優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)效率高，圖形擴(kuò)展迅速。缺點(diǎn)：圖形強(qiáng)度低，如果連接點(diǎn)發(fā)生問(wèn)題，將影響到后面的同步圖形。,邊連式,形式：相鄰的同步圖形間有一條邊（即兩個(gè)公共點(diǎn)）相連。優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)效率較高，圖形強(qiáng)度較強(qiáng)。,網(wǎng)連式,形式：相鄰的同步圖形間有3個(gè)（含3個(gè)）以

14、上的公共點(diǎn)相連。優(yōu)點(diǎn)：圖形強(qiáng)度最強(qiáng)。缺點(diǎn)：作業(yè)效率低。,混連式,形式：相鄰的同步圖形間有3個(gè)（含3個(gè)）以上的公共點(diǎn)相連。優(yōu)點(diǎn)：圖形強(qiáng)度最強(qiáng)。缺點(diǎn)：作業(yè)效率低。,7.4.3 GPS基線向量網(wǎng)的設(shè)計(jì)指標(biāo),效率指標(biāo)可靠性指標(biāo)精度指標(biāo)費(fèi)用指標(biāo),GPS網(wǎng)的特征值,1. 理論最少觀測(cè)時(shí)段Smin=n ·m / N其中n為GPS網(wǎng)的點(diǎn)數(shù)，m為要求每個(gè)點(diǎn)重復(fù)設(shè)站觀測(cè)的次數(shù)，N為GPS接收機(jī)的臺(tái)數(shù)。2. 基線總數(shù)BA=S

15、·N ·(N-1) / 2其中S為外業(yè)觀測(cè)用的時(shí)段數(shù)3. 獨(dú)立基線數(shù)BL=S ·（N-1）,4. 必要基線數(shù)GPS網(wǎng)的必要基線數(shù)指的是建立網(wǎng)中所有點(diǎn)之間相對(duì)關(guān)系所必需的基線向量數(shù)。BN=n-15. 多余基線數(shù)BR=BL-BN=S(N-1) – (n-1),GPS網(wǎng)的特征值,效率指標(biāo),Smin：理論最少觀測(cè)時(shí)段數(shù)R：最少重復(fù)觀測(cè)期數(shù)n：點(diǎn)數(shù)m：儀器數(shù),Sd：設(shè)計(jì)觀測(cè)時(shí)段數(shù),可靠性指標(biāo),l

16、r：多余獨(dú)立觀測(cè)基線數(shù)；lt：總獨(dú)立觀測(cè)基線數(shù)。,精度指標(biāo),GPS布網(wǎng)方式和觀測(cè)作業(yè)方式確定后，GPS網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就確定了，根據(jù)GPS網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以得到GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)矩陣。采用協(xié)因數(shù)矩陣Q或與其有關(guān)的一些指標(biāo)來(lái)衡量。,7.4.4 GPS基線向量網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則,選點(diǎn)的原則,為保證對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)和衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量，要求測(cè)站上空應(yīng)盡可能的開(kāi)闊，在10°~15°高度角以上不能有成片的障礙物。為減少各種電磁波對(duì)GP

17、S衛(wèi)星信號(hào)的干擾，在測(cè)站周圍約200m的范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源，如大功率無(wú)線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線等。為避免或減少多路徑效應(yīng)的發(fā)生，測(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離對(duì)電磁波信號(hào)反射強(qiáng)烈的地形、地物，如高層建筑、成片水域等。為便于觀測(cè)作業(yè)和今后的應(yīng)用，測(cè)站應(yīng)選在交通便利，上點(diǎn)方便的地方。測(cè)站應(yīng)選擇在易于保存的地方。,提高可靠性的原則,增加觀測(cè)期數(shù)（增加獨(dú)立基線數(shù)）。保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)。保證每點(diǎn)與三條以上的獨(dú)立基線相連。最小異步環(huán)邊數(shù)不大于6

18、。,提高精度的原則,網(wǎng)中距離較近的點(diǎn)一定要進(jìn)行同步觀測(cè)，以獲得它們間的直接觀測(cè)基線。建立框架網(wǎng)。最小異步環(huán)邊數(shù)不大于6 。適當(dāng)引入高精度測(cè)距邊。若要進(jìn)行高程擬合，水準(zhǔn)點(diǎn)密度要高，分布要均勻，且要將擬合區(qū)域包圍起來(lái)。適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，增加觀測(cè)時(shí)段。選取適當(dāng)數(shù)量的已知點(diǎn)，已知點(diǎn)分布均勻。,7.5 GPS測(cè)量的作業(yè)組織,7.5.1 GPS測(cè)量隊(duì)伍的組織結(jié)構(gòu),7.5.2 隊(duì)長(zhǎng)的職責(zé),根據(jù)作業(yè)進(jìn)度，參考技術(shù)人員的意見(jiàn)，下達(dá)作業(yè)指令作