GPS测量技术与外业观测

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1、第七章 GPS测量技术设计与外业观测,测量工作必须遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则，先建立控制网，然后根据控制网进行碎部测量和测设。 控制测量 在测区内，按测量任务所要求的精度，测定一系列控制点的平面位置和高程，建立起测量控制网，作为各种测量的基础，这种测量工作称为控制测量。 控制网具有控制全局，限制测量误差累积的作用，是各项测量工作的依据。 碎部测量 基于控制下直接进行的散点测量。 如地形测绘，为地形测图和工程测量建立控制网所进行的测量工作叫控制测量，而将仪器架设在控制点上进行的各地形点采集则叫碎部测量。,GPS测量中的几个基本概念,GPS测量中的几个基本概念,观测时段 从测站上开始

2、接收信号起到停止观测间的连续工作时间称为观测时段。 同步观测 两台或两台以上的GPS接收机同时对同一组卫星信号进行观测。 基线向量 利用进行同步观测的GPS接收机所采集的观测数据计算出的接收机间的三维坐标差，简称基线。,同步观测环 三台或者三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。 独立基线 若一组基线向量中任何一条基线向量皆不能由该组中其他基线向量的线性组合来表示，则该组基线向量就是一组独立的基线向量。 异步观测环（独立观测环） 在构成多边形的环路基线向量中，只要存在非同步观测基线向量，则该多边形环路就叫异步观测环。,GPS测量中的几个基本概念,主要内容,7.1 GPS测量的步骤及

3、质量要求,7.2 GPS技术设计的编写,7.3 GPS接收机的检定,7.4 GPS网的设计,7.5 GPS测量的作业组织,7.1 GPS测量步骤及质量要求,7.1.1 GPS测量的工作步骤（以基线向量网为例）,测前工作,工程项目的提出 测区位置及其范围 提交成果的内容 用途和精度等级 点位分布及点的数量,技术设计 测绘资料的搜集与整理 仪器的检验 踏勘、选点埋石,时限要求 投资经费,测量实施,实地了解测区情况 卫星状况预报 确定作业方案 外业观测 数据传输与转储 基线处理与质量评估 重复“确定作业方案”、“外业观测”、“数据传输转储”及“基线处理与质量评估”四步，直至完成所有GPS观测工作,测

4、后工作,结果分析（网平差处理与质量评估） 技术总结 成果验收,7.1.2 GPS测量质量的评定,精度指标,：网中相邻点间的距离中误差(mm)； a：固定误差(mm)； b：比例误差(ppm)； D：相邻点间的距离(km)。,GPS网的等级,各类GPS网的用途,A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（Federal Geodetic Control Subcommittee-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，其要求固定误

5、差3mm，比例误差0.01ppm，此等级的网一般为全球性的坐标框架和地球动力学测量。,7.1.3 GPS测量规范,主要内容：,精度分级 网的设计要求 选点与埋石的要求 仪器设备 类型要求 检定内容 外业观测及记录要求 数据处理 成果验收与上交资料,目的：指导规范GPS测量工作,规范的种类：,全球定位系统GPS测量规范，1992，国家测绘局 全球定位系统城市测量规程，1997，建设部 .,7.2 GPS技术设计的编写,7.2.1 技术设计的作用,作业、数据处理的技术依据,技术设计的内容,项目来源 测区概况 工程概况 技术依据,现有测绘成果 施测方案 作业要求 观测质量控制 数据处理方案 提交成果

6、要求,7.3 GPS接收机的检定,7.3.1 接收机的检定,利用基线场进行仪器检定,零基线的检定检验仪器的内部噪声,基座的检定,7.3.2 其它设备的检定,尺的检定,7.4 GPS网的设计,7.4.1 GPS基线向量网的布网形式,跟踪站式 会战式 多基准站式 同步图形扩展式 单基准站式,跟踪站式的布网,形式：若干台接收机长期固定安放在测站上，进行常年、不间断的观测，即一年观测365天，一天观测24小时，这种观测方式很象是跟踪站，因此，这种布网形式被称为跟踪站式（实际上就是跟踪站）。数据处理通常采用精密星历。 优点：精度极高，具有框架基准特性。 缺点：需建立专门的永久性建筑即跟踪站，观测成本很高

7、。 适用范围：一般用于建立GPS跟踪站（AA级网），永久性的的监测网（ 如用于监测地壳形变、大气物理参数等的永久性监测网络）。,会战式的布网,形式：在布设GPS网时，一次组织多台GPS接收机，集中在一段不太长的时间内，共同作业。在作业时，观测分阶段进行，在同一阶段中，所有的接收机，在若干天的时间里分别各自在同一批点上进行多天、长时段的同步观测，在完成一批点的测量后，所有接收机又都迁移到另外一批点上采用相同方式，进行另一阶段的观测，直至所有点观测完毕。 优点：可以较好地消除SA等因素的影响，因而具有特高的尺度精度。 适用范围：用于布设A、B级网。,多基准站式的布网,形式：若干台接收机在一段时间里

8、长期固定在某几个点上进行长时间的观测，这些测站称为基准站，在基准站进行观测的同时，另外一些接收机则在这些基准站周围相互之间进行同步观测。 优点：各个基准站之间进行了长时间的观测，因此，可以获得较高精度的定位结果，这些高精度的基线向量可以作为整个GPS网的骨架。另外一方面，其余的进行了同步观测的接收机间除了自身间有基线向量相连外，它们与各个基准站之间也存在有同步观测，因此，也有同步观测基线相连，这样可以获得更强的图形结构。 适用范围：C，D。,同步图形扩展式的布网,形式：多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测后，又迁移到其它的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同

9、步图形，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连，整个GPS网由这些同步图形构成。 优点：扩展速度快，图形强度较高，且作业方法简单。 适用范围：C，D。,单基准站（星形网）式的布网,形式：以一台接收机作为基准站，在某个测站上连续开机观测，其余的接收机在此基准站观测期间，在其周围流动，每到一点就进行观测，流动的接收机之间一般不要求同步，这样，流动的接收机每观测一个时段，就与基准站间测得一条同步观测基线，所有这样测得的同步基线就形成了一个以基准站为中心得星形。 优点：效率高。 缺点：图形强度弱 适用范围：D，E。,7.4.2 同步图形的连接方式,点连式 边连式 网连式 混连式,点连式,

10、形式：相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。 优点：作业效率高，图形扩展迅速。 缺点：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。,边连式,形式：相邻的同步图形间有一条边（即两个公共点）相连。 优点：作业效率较高，图形强度较强。,网连式,形式：相邻的同步图形间有3个（含3个）以上的公共点相连。 优点：图形强度最强。 缺点：作业效率低。,混连式,形式：相邻的同步图形间有3个（含3个）以上的公共点相连。 优点：图形强度最强。 缺点：作业效率低。,7.4.3 GPS基线向量网的设计指标,效率指标 可靠性指标 精度指标 费用指标,GPS网的特征值,1. 理论最少观测时段 Smin=n m

11、/ N 其中n为GPS网的点数，m为要求每个点重复设站观测的次数，N为GPS接收机的台数。 2. 基线总数 BA=S N (N-1) / 2 其中S为外业观测用的时段数 3. 独立基线数 BL=S （N-1）,4. 必要基线数 GPS网的必要基线数指的是建立网中所有点之间相对关系所必需的基线向量数。 BN=n-15. 多余基线数 BR=BL-BN=S(N-1) (n-1),GPS网的特征值,效率指标,Smin：理论最少观测时段数 R：最少重复观测期数 n：点数 m：仪器数,Sd：设计观测时段数,可靠性指标,lr：多余独立观测基线数； lt：总独立观测基线数。,精度指标,GPS布网方式和观测作业

12、方式确定后，GPS网的网络结构就确定了，根据GPS网的网络结构，可以得到GPS网的设计矩阵。 采用协因数矩阵Q或与其有关的一些指标来衡量。,7.4.4 GPS基线向量网的设计原则,选点的原则,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1015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。

13、 测站应选择在易于保存的地方。,提高可靠性的原则,增加观测期数（增加独立基线数）。 保证一定的重复设站次数。 保证每点与三条以上的独立基线相连。 最小异步环边数不大于6。,提高精度的原则,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。 建立框架网。 最小异步环边数不大于6 。 适当引入高精度测距边。 若要进行高程拟合，水准点密度要高，分布要均匀，且要将拟合区域包围起来。 适当延长观测时间，增加观测时段。 选取适当数量的已知点，已知点分布均匀。,7.5 GPS测量的作业组织,7.5.1 GPS测量队伍的组织结构,7.5.2 队长的职责,根据作业进度，参考技术人员的意见，下达作业指令 作业现场指挥 安排测量人员的在测区工作生活的相关事宜,7.5.3 内业处理人员的职责,数据传输、数据处理 质量控制 为队长决策提供参考意见,7.5.4 外业观测小组的职责,根据调度指令及现场命令进行外业观测,