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1、GPS 定位原理及应用授课教案第八章 GPS 测量的设计与实施8.1 GPS 测量的技术设计教学内容：本节主要介绍 GPS 测量技术设计的一般要求和设计指标。教学重点：1. 介绍GPS 测量技术设计的依据；2. 介绍GPS 测量的标准；3. 介绍GPS 测量的图形设计。教学难点：GPS 的图形设计。教学方法：课堂教学为主，充分利用多媒体教学方法。教学要求：学会局部性的GPS 把握网的图形设计，把握GPS 测量技术设计书的编写。8.1.1 GPS 网技术设计的依据1. GPS 测量标准规程（1） 全球定位系统GPS测量标准（2） 全球定位系统城市测量技术规程（3） 各行业部门的其他GPS 测量规
2、程或细则2测量任务书8.1.2 GPS 网的精度, 密度设计1. GPS 测量精度标准及分类（1） GPS 测量精度分类对于各类GPS 网的精度设计主要取决于网的用途。用于地壳形变及国家根本大地测量的GPS 把握网可按表 8-1 分级。表 8-1GPS 测量精度分级一级别主要用途固定误差amm比例误差bmmA地壳形变测量或国家高精度 GPS 网建立国家根本把握测 量50.1B81用于城市或工程的GPS 把握网可按表 8-2 分级。等级平均距离ammbmm最弱边相对表 8-2GPS 测量精度分级二km中误差二91021/12 万三51051/8 万四210101/4.5 万一级110101/2
3、万二级115201/1 万（2） GPS 测量的精度标准GPS 测量的精度标准通常用网中相邻点之间的距离中误差表示，其形式为：a 2+ ( bd) 2s=8-1式中：距离中误差毫米； 固定误差mm； b比例误差系数ppm； d相邻点之间的距离km。实际生产中，应依据测区大小、GPS 网的用途，来设计网的等级和精度标准。2GPS 点的密度标准级别ABCDE制定GPS 网的密度标准，主要考虑任务要求和效劳对象。密度可参照表8-3 的规定执行。表 8-3GPS 网中相邻点间距离(单位：km)工程相邻点最小距10015521相邻点最大距2023250401510相邻点平均距30070151010552
4、8.1.3 GPS 网的基准设计1. 基准设计的定义：在 GPS 网的技术设计中，必需明确GPS 网的成果所承受的坐标系统和起算数据的工作，称为GPS 网的基准设计。GPS 网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。2. 基准设计应考虑的几个问题：（1） 应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方把握点假设干个，用以转换坐标。（2） 对 GPS 网内重合的高等级国家点或原城市等级把握点，除未知点连结图形观测外，对它们也要适当地构成长边图形。（3） 联测的高程点需均匀分布于网中，对丘陵或山区联测高程点应按高程拟合曲面的要求进展布设。（4） 建GPS 网的坐标应尽可能与测区过去承受的坐标全都。8.
5、1.4 GPS 网构成的几个根本概念及网特征条件1. GPS 网图形构成的几个根本概念观测时断：测站上开头接收卫星信号到观测停顿，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展的观测。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。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全部基线向量中，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：除独立基线外的其它
6、基线叫非独立基线，总基线数与独立基线之差即为非独立基线数。2. GPS 网特征条件的计算观测时断数 ： C = n m / N8-2式中：n 为网点数，m 为每点设站数，N 为接收机数。总基线数： J= C N (N -1)/28-3总必要基线数： J必独立基线数： J独= n - 18-4= C (N - 1)8-5多余基线数： J= C (N - 1) - (n - 1)8-6多3. GPS 网同步图形构成及独立边的选择依据8-3式， 对于由N 台 GPS 接收机构成的同步图形中一个时断包含的GPS 基线数为：J = N ( N - 1)/28-7但其中仅有N-1 条是独立的GPS 边，其
7、余为非独立边。当接收机数N=25 时所构成的同步图形见图 8-1。对应于图 8-1 的独立GPS 边可以有如图 8-2 所示的不同选择。当同步观测的GPS 接收机数N3 时，同步闭合环的最少数应为：T = J - (N - 1) = (N - 1)(N - 2) / 28-8N 与 J、T 的关系见下表：N2表 8-43N 与 J、T 的关系表456J1361015T0136108.1.5 GPS 网的图形设计1. GPS 网的图形设计依据对所布设的GPS 网的精度要求和其它方面的要求，设计出独立的GPS 边构成的多边形网，称为GPS 网的图形设计。1点连式：如图8-3，相邻同步图形之间仅有一
8、个公共点的连接。2. GPS 网的图形2边连式：如图 8-4，同步图形之间由一条公共基线连接。4边点混合连接式 ：如图8-5，把点连式与边连式有机地结合起来，组成GPS 网的方式。（3） 网连式：指相邻同步图形之间有两个以上公共点相连接。5三角锁连接：如图 8-6，用点连式或边连式组成连续进展的三角锁同步图形。6导线网形连接：如图 8-7。7星形布设：如图 8-88.2 GPS 测量的外业预备及技术设计书编写教学内容：本节主要介绍GPS 测量技术设计书的编写要求和内容。教学重点：1. 介绍 GPS 测量的外业预备工作；2. 介绍 GPS 接收机检验的内容；3. 介绍 GPS 测量技术设计书的编
9、写方法。教学难点：GPS 接收机的检验和设计书的编写。教学方法：课堂教学为主，充分利用多媒体教学方法。教学要求：了解 GPS 接收机检验的内容和方法，把握GPS 测量技术设计书的编写。8.2.1 测区踏勘测区踏勘主要了解以下状况： 1、 交通状况；2、 水系分布状况；3、 植被状况；4、 把握点分布状况；5、 居民点分布状况；6、 当地风俗民情。8.2.2 资料收集1、各类图件；2、各类把握点成果；3、测区有关的地质、气象、交通、通讯等方面的资料；4、城市及乡、村行政区划表。8.2.3 设备、器材筹备及人员组织设备、器材筹备及人员组织包括以下内容： 1、 筹备仪器、计算机及配套设备；2、 筹备
10、机动设备及通讯设备；3、 筹备施工器材，打算油料，材料的消耗；4、 组建施工队伍，拟定施工人员名单及岗位；5、 进展具体的投资预算。8.2.4 拟定外业观测打算1. 拟定观测打算的主要依据：1GPS 网的规模大小；（3） GPS 卫星星座几何图形强度；（4） 参与作业的接收机数量；（5） 交通、通讯及后勤保障。2观测打算的主要内容：（1） 编制GPS 卫星的可见性预报图；（2） 选择卫星的几何图形强度；（3） 选择最正确观测时断；（4） 观测区域的设计与划分；（5） 编排作业调度表；作业调整度表见表8-6。表 8-6GPS 作业调度表观测者观测者观测者编号时间机号点名点号备注机号点名点号备注机
11、号点名点号备注1234（6） 承受规定格式GPS 测量外业观测通知见表 8-7单进展调度。表 8-7GPS 测量外业观测通知单观测日期年月日组别：操作员：点位所在图幅：测站编号/名：观测时断：1：2：3：4：5：6：安排人：年月日8.2.5 设计 GPS 网与地面网的联测方案GPS 网与地面网的联测，可依据测区地形变化和地面把握点的分布而定，一般在 GPS 网中至少要重合观测三个以上的地面把握点作为约束点。8.2.6 GPS 接收机选型及检验1. 接收机的选用接收机的选用可参考下表：2. 接收机的检验接收机全面检验的内容，包括一般性检视、通电检验和实测检验。（1） 一般检验：主要检查接收机设备
12、各部件及其附件是否齐全、完好，紧固局部是否松动与脱落，使用手册及资料是否齐全等。（2） 通电检验：接收机通电后有关信号灯、按键、显示系统和仪表的工作状况，以及自测试系统的工作状况，当自测正常后，按键作步骤检验仪器的工作状况。（3） 实测检验：测试检验是 GPS 接收机检验的主要内容。其检验方法有：用标准基线检验；坐标、边长检验；零基线检验；相位中心偏移量检验等。用零基线检验接收机内部噪声水平。基线测试方法如下：选择四周高度角 10以上无障碍物的地方安放天线，按图8-9 连天线、功分器和接收机。连接电源，二台GPS 接收机同步接收四颗以上卫星 11.5h。交换功分器与接收机接口，再观看一个时段。用随机软件计算基线坐标增量和基线长度。基线误差应少于1mm。否则应送厂检修或降低级别使用。天线相位中心稳定性检验该项检验可在标准基线、比较基线或GPS 检测场上进展。检测时可以将GPS 接收机带天线两两配对，置于基线的两端点。按上述方法在与该基线垂直的基线中不具备此条件，可将一个接收机天线固定指北， 其它接收机天线绕轴顺时针转动 90，180，270进展同样观看。观测完毕，用随机软件解算各时段三维坐标。GPS 接收机不同测程精度指标的测试。该项
