GPS测量技术设计实用教案

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1、1目目 录录第第0 0章章. .绪论绪论第第5 5章章. GPS. GPS测量的技术设计测量的技术设计第第6 6章章. . 数据采集数据采集第第7 7章章. . 时间标示时间标示(bio sh)(bio sh)法法第第8 8章章. . 地球坐标参照系地球坐标参照系第第9 9章章. GPS. GPS测量应用中常用的数据格式测量应用中常用的数据格式第第1010章章.GPS.GPS测量数据处理原理测量数据处理原理第第1111章章.GPS.GPS高程测量高程测量第1页/共77页第一页，共78页。2第第5章章 GPS测量测量(cling)的技术设的技术设计计第2页/共77页第二页，共78页。3第一节第一

2、节 GPS测量测量(cling)中的几个基本概中的几个基本概念念第3页/共77页第三页，共78页。41.0 内容内容(nirng)概要概要第4页/共77页第四页，共78页。5内容(nirng)概要观测时段和时段长度(chngd)同步观测、基线向量和GPS基线向量网同步观测基线闭合环和环的闭合差同步观测环（同步环）和同步环检验独立基线向量独立观测环（异步环）和独立观测环检验第5页/共77页第五页，共78页。6基本概念基本概念第6页/共77页第六页，共78页。7观测(gunc)时段和时段长度观测时段从测站上开始接收卫星信号起至停止接收卫星信号间的连续(linx)工作的时间段是GPS测量的基本单位时

3、段长度观测时段所持续的时间第7页/共77页第七页，共78页。8同步(tngb)观测同步观测两台或两台以上的GPS接收机对同一组卫星信号(xnho)进行的观测第8页/共77页第八页，共78页。9定义GPS基线向量是通过(tnggu)在若干点上进行GPS同步观测所确定出的点间的相对位置关系（与计算时所采用的卫星轨道数据同属一个系统）。表达方式地心坐标的坐标差(X,Y,Z)大地坐标的坐标差(B,L,H)站心直角坐标(N,E,U)站心极坐标(S,A,EL)问题GPS基线向量缺少绝对位置基准GPS基线(jxin)向量基线(jxin)向量第9页/共77页第九页，共78页。10GPS网GPS网定义采用GPS

4、技术布设的测量控制网，由点和GPS基线向量所形成。布设GPS网的最终目的以一定的质量水平，确定网中点在某一坐标(zubio)参照系下的坐标(zubio)GPS网的观测值GPS基线向量GPS基线向量在GPS网中的作用建立点间的相互关系GPS网第10页/共77页第十页，共78页。11同步(tngb)观测基线定义利用同一时段的多个同步观测站所采集的观测数据所计算出的若干基线( jxin)向量一个时段中，同步观测基线( jxin)的数量若在某时段共有n台接收机进行了同步观测，则共可得到n(n-1)/2条同步观测基线( jxin)n=3n=2n=4n=5第11页/共77页第十一页，共78页。12闭合(b

5、h)环和环的闭合(bh)差闭合环由多条基线( jxin)向量首尾相连所构成的图形n=5由5条基线向量(xingling)所构成的闭合环第12页/共77页第十二页，共78页。13闭合(bh)环和环的闭合(bh)差环的闭合差环的闭合差闭合差：组成闭合差：组成(z chn)闭合环的基闭合环的基线向量按同一方向线向量按同一方向（顺时针或逆时针）（顺时针或逆时针）的矢量和的矢量和分量闭合差：组成分量闭合差：组成(z chn)闭合环闭合环的基线向量按同一的基线向量按同一方向（顺时针或逆方向（顺时针或逆时针）矢量的各个时针）矢量的各个分量的和分量的和全长闭合差：分量全长闭合差：分量闭合差的平方和开闭合差的平

6、方和开方方分量闭合差环的闭合差全长闭合差第13页/共77页第十三页，共78页。14同步观测(gunc)环（同步环）和同步环检验同步观测环（同步环）三台(snti)或三台(snti)以上的GPS接收机进行同步观测所获得的基线向量（完全由同一观测时段的基线向量）所构成的闭合环第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第二时段同步(tngb)环与非同步(tngb)环第14页/共77页第十四页，共78页。15同步(tngb)观测环（同步(tngb)环）和同步(tngb)环检验同步环检验定义：检验同步环的闭合差大小特性理论上：采用严密算法所得到(ddo)的同步环，无论观测值中是否含有误差，其环闭合差必为零

7、。（构成同步环的基线向量之间是线性相关的）实践中：如果算法不严密（目前大多数的商用软件均属于此种情况），其环闭合差通常不为零，但通常很小结论：同步环闭合差很小，还不能说明基线解算结果一定能够满足精度要求第15页/共77页第十五页，共78页。16独立基线(jxin)向量定义线性无关的一组基线向量(xingling)满足下面条件之一的为独立基线向量(xingling)未构成闭合环的一组基线向量(xingling)（例如：一条基线向量(xingling)，未构成闭合环的一组同步观测基线）虽构成了闭合环，但并非所有基线都来自同一观测时段提示完全由同步观测基线所构成的闭合环之间是线性相关的，是一组非独立

8、基线向量(xingling)GPS网应由相互独立的基线向量(xingling)构成第16页/共77页第十六页，共78页。17独立基线(jxin)向量同步观测基线向量(xingling)的最大线性无关组及选取方式第17页/共77页第十七页，共78页。18独立(dl)观测环（异步环）和独立(dl)观测环检验独立观测环（异步环）定义：由相互函数独立（线性无关）的基线向量所构成(guchng)的闭合环。（就是前面的非同步环）第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第二时段独立(dl)环与非独立(dl)环第18页/共77页第十八页，共78页。19独立观测(gunc)环（异步环）和独立观测(gunc)环检

9、验独立观测环检验定义：检验独立观测环的闭合差大小特性：与同步环闭合差不同，即使采用严密算法，并且计算过程中未发生错误，独立观测环的闭合差通常也不为零，也不一定是个微小量结论：独立观测环闭合差的大小，可作为评定基线解算结果质量(zhling)的有力指标第19页/共77页第十九页，共78页。20问题问题(wnt)？第20页/共77页第二十页，共78页。21第二节第二节 技术设计技术设计(shj)的依据的依据第21页/共77页第二十一页，共78页。22内容内容(nirng)概要概要第22页/共77页第二十二页，共78页。23内容(nirng)概要测量任务书或测量合同书GPS测量规范(gufn)及规程

10、其他规范(gufn)及规程第23页/共77页第二十三页，共78页。24测量(cling)任务书或测量(cling)合同书测量任务书发布单位：上级事业性单位主管部门执行单位：下属测量单位特点(tdin)具有强制约束力通常用于下达指令性计划形式文件第24页/共77页第二十四页，共78页。25测量(cling)任务书或测量(cling)合同书测量合同书甲方：业主或上级主管部门乙方：测量实施单位特点具有法律效力市场经济的产物(chnw)形式合同第25页/共77页第二十五页，共78页。26测量(cling)任务书或测量(cling)合同书内容点位要求分布、密度、数量(shling)、标志及观测设施质量要

11、求等级、点位误差、相邻点间距离误差进度要求提交成果的时间成果要求坐标参照系、是否需要高程成果、提交资料的内容第26页/共77页第二十六页，共78页。27GPS测量(cling)规范及规程发布单位国家相关机构或行业主管部门技术监督局国家测绘局建设部作用规定(gudng)测量成果的质量规范实施的步骤、要求如何完成(wn chng)项目？第27页/共77页第二十七页，共78页。28GPS测量(cling)规范及规程现有(xinyu)规范、规程全球定位系统（GPS）测量规范，GB/T18314-2001，国家质量技术监督局，国家标准，2001全球定位系统（GPS）测量规范，CH2001-92，国家测绘

12、局，1992全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程CH8016-1995全球定位系统城市测量技术规程，CJJ73-97，建设部，行业标准，1997第28页/共77页第二十八页，共78页。29GPS测量(cling)规范及规程第29页/共77页第二十九页，共78页。30GPS测量规范(gufn)及规程规范的内容国家(guji)测量规范的内容第30页/共77页第三十页，共78页。31GPS测量规范(gufn)及规程规范(gufn)的内容城市测量技术规程第31页/共77页第三十一页，共78页。32其他(qt)规范及规程若暂无与工程相对应的GPS规范时，可参照与该工程对应的常规(chnggu)测量

13、规范中的质量要求，然后以此为依据，套用GPS规范第32页/共77页第三十二页，共78页。33问题问题(wnt)？第33页/共77页第三十三页，共78页。34第三节第三节 GPS网的精度和密度网的精度和密度(md)设计设计第34页/共77页第三十四页，共78页。35内容(nirng)概要GPS测量的等级及其用途各级GPS测量的精度( jnd)指标各级GPS点的密度指标第35页/共77页第三十五页，共78页。36GPS测量的等级(dngj)及其用途我国GPS测量(cling)规范所规定的网的等级第36页/共77页第三十六页，共78页。37GPS测量的等级(dngj)及其用途我国城市测量(cling

14、)规程所规定的网的等级第37页/共77页第三十七页，共78页。38各级(j)GPS测量的精度指标相邻(xinln)点间基线长度标准差标准差，单位(dnwi)mm固定误差，单位mm比例误差，单位ppm相邻点间的距离，单位mm第38页/共77页第三十八页，共78页。39各级(j)GPS测量的精度指标相邻(xinln)点间基线长度的精度要求第39页/共77页第三十九页，共78页。40各级GPS测量(cling)的精度指标点位及基线长度(chngd)年变化率的精度要求第40页/共77页第四十页，共78页。41各级(j)GPS点的密度指标GPS网中相邻(xinln)点间的平均距离第41页/共77页第四十

15、一页，共78页。42规范中有关GPS网精度(jnd)的内容全球定位系统（GPS）测量(cling)规范（GB/T183142001）第42页/共77页第四十二页，共78页。43规范中有关(yugun)GPS网精度的内容全球定位系统（GPS）测量(cling)规范（GB/T183142001）第43页/共77页第四十三页，共78页。44问题问题(wnt)？第44页/共77页第四十四页，共78页。45第四节第四节 GPS网的基准网的基准(jzhn)设计设计第45页/共77页第四十五页，共78页。46内容(nirng)概要位置(wizhi)基准尺度基准方位基准第46页/共77页第四十六页，共78页。

16、47GPS网的基准(jzhn)GPS网的基准包括(boku)位置基准尺度基准方位基准第47页/共77页第四十七页，共78页。48GPS网的位置(wizhi)基准位置基准的确定自由网平差或拟稳平差对网的尺度无影响固定一点(ydin)（最小约束平差）对网的尺度无影响固定多点（约束平差）对网的尺度有影响第48页/共77页第四十八页，共78页。49GPS网的尺度(chd)基准尺度基准的确定GPS基线向量测距边已知点间的固定边固定多个已知点其他空间(kngjin)技术观测量（VLBI、SLR等）第49页/共77页第四十九页，共78页。50GPS网的方位(fngwi)基准方位基准的确定GPS基线向量起始方

17、位固定多个已知点其他空间技术( jsh)（如VLBI）提供的方位第50页/共77页第五十页，共78页。51第五节第五节 GPS网的图形网的图形(txng)设计设计第51页/共77页第五十一页，共78页。52内容(nirng)概要GPS网形设计的内容*GPS网的基本图形(txng)图形(txng)设计中的注意事项GPS网的特征条件第52页/共77页第五十二页，共78页。53GPS网图形设计(shj)的内容*一般控制网图形设计的内容与精度和可靠性有关的点位设计观测设计（观测点、测回数等）GPS网图形设计的内容观测设计（同步观测图形、重复观测次数、观测参数设置、观测时长要求(yoqi)）注意：GPS

18、网无与精度和可靠性直接相关的图形设计问题（点位观测环境方面的问题除外）第53页/共77页第五十三页，共78页。54GPS网图形设计(shj)的内容*如果假定对应基线( jxin)向量的质量一样，则在下面两个图形中，对应各点的可靠性和精度是完全一样的1234512345第54页/共77页第五十四页，共78页。55GPS网图形(txng)设计的内容*两点重要(zhngyo)提示GPS网的图形强度（可靠性）与基线向量的数量和分布有关GPS点的精度和可靠性与与其相连的基线向量数密切相关，相连的基线向量数越多，精度和可靠性越高第55页/共77页第五十五页，共78页。56GPS网图形(txng)设计的内容

19、*GPS网布设时的重复设站次数（观测时段数）GPS点反复进行设站观测的次数复测边（重复边）的布置复测边：同一基线( jxin)向量不同时段的观测结果注：以上两点也可看作是GPS网测量(cling)的要求123456第一时段第二时段重测边（基线）第56页/共77页第五十六页，共78页。57GPS网的基本(jbn)图形三角形网多边形网附和(fh)导线网星形网第57页/共77页第五十七页，共78页。58三角形网定义：以三角形作为基本图形所构成的GPS网特点优点(yudin)：几何强度高、抗粗差能力强、可靠性高缺点：工作量大提高图形强度的方法加测对角线GPS网的基本(jbn)图形第58页/共77页第五

20、十八页，共78页。59GPS网的基本(jbn)图形多边形网定义：以多边形（边数4）作为基本图形所构成的GPS网特点(tdin)：效率高，工作量较小，图形强度虽不如三角形网保证及提高图形强度的方法对多边形边数加以限制第59页/共77页第五十九页，共78页。60GPS网的基本(jbn)图形附和导线网定义：附和导线（或称附和路线）作为基本图形所构成的GPS网特点效率高，工作量较小，图形强度虽不如三角形网和多边形网保证及提高(tgo)图形强度的方法对多边形边数加以限制，仍能保证一定的强度第60页/共77页第六十页，共78页。61GPS网的基本(jbn)图形星形网（单基准站）定义：从一个已知点上分别与各

21、待定点进行相对定位（待定点间一般无任何联系）所构成的GPS网特点：作业速度快，但抗粗差能力极差提高可靠性的方法：从两个已知点（基准站）上对同一待定点（流动站）进行观测；适当(shdng)复测应用：界址点、碎部点和低等级控制点（图根点）工作模式：GoandStop，RTK第61页/共77页第六十一页，共78页。62GPS网的基本(jbn)图形多基准站定义：两台以上的接收机（基准站）固定不间断观测，其余接收机流动观测（待定点间一般无联系）所构成的GPS网特点：抗粗差能力较差应用：界址点、碎部点和低等级控制点（图根点）工作(gngzu)模式：GoandStop，RTK提高可靠性的方法：适当复测第62

22、页/共77页第六十二页，共78页。63图形(txng)设计中的注意事项布网形式AA、A、B级GPS网应布设成连续(linx)网，除边缘点外，每点至少应与3个点相连，C、D、E级GPS网可布设成多边形或附和导线。第63页/共77页第六十三页，共78页。64图形(txng)设计中的注意事项各级GPS网中最简独立闭合环或附和导线(doxin)的边数满足下表要求第64页/共77页第六十四页，共78页。65图形(txng)设计中的注意事项AA、A、B级GPS网点应与永久(yngji)GPS跟踪站联测。联测站数满足下表要求第65页/共77页第六十五页，共78页。66图形(txng)设计中的注意事项AA、A

23、、B级GPS网点应与参加过全国天文大地网整体平差的三角点、导线点及一、二等水准点重合新布设的GPS网应与附近(fjn)已有的国家高等级GPS点进行联测，联测点数不少于2个大陆、岛、礁之间的A、B级GPS网的边长可视实际情况变通。重要岛礁与大陆之间的联测点数不得少于3个第66页/共77页第六十六页，共78页。67图形(txng)设计中的注意事项为求得GPS点在某一参考坐标(zubio)系中的坐标(zubio)，应与该坐标(zubio)系中的原有控制点进行联测，联测点数不得少于3个第67页/共77页第六十七页，共78页。68图形(txng)设计中的注意事项框架网的采用当控制网的范围较大时，可采用分

24、级布设的方法，即首先(shuxin)布设点数较少但等级较高的框架网，然后再部分项目所要求等级的全面网*框架网全面网第68页/共77页第六十八页，共78页。69图形(txng)设计中的注意事项确定正常(zhngchng)高时的注意事项为求得GPS点的正常(zhngchng)高，应进行高程联测，联测应满足下表要求第69页/共77页第六十九页，共78页。70规范中有关(yugun)GPS网可靠性的内容全球定位系统（GPS）测量(cling)规范（GB/T183142001）第70页/共77页第七十页，共78页。71规范中有关(yugun)GPS网可靠性的内容全球定位系统（GPS）测量(cling)规

25、范（GB/T183142001）第71页/共77页第七十一页，共78页。72规范中有关(yugun)GPS网可靠性的内容全球定位系统（GPS）测量(cling)规范（GB/T183142001）第72页/共77页第七十二页，共78页。73GPS网的特征(tzhng)条件总基线数独立(dl)基线数必要基线数多余基线数第73页/共77页第七十三页，共78页。74GPS网的特征(tzhng)条件若某GPS网由n个点组成，每点的设站次数为m，用N台GPS接收机进行观测观测时段数C：总基线数J总：独立基线数J独：必要(byo)基线数J必：多余基线数J多：第74页/共77页第七十四页，共78页。75GPS

26、网设计(shj)书编写(binxi)提纲概述：测区位置，项目概况技术依据：规范、标准坐标系统与起算数据网形设计质量检核选点埋石外业观测数据处理：软件、处理方法（包括基线解算与网平差）成果资料第75页/共77页第七十五页，共78页。76小测验(cyn)B级网对相邻点间基线长度的精度要求为：固定误差(wch)小于8mm，比例误差(wch)小于1ppm。问对于长度为100km的基线，其标准差限值为多少？若某GPS网由100个点组成，要求每点设站次数不小于2，若5台GPS接收机进行观测，问：至少需要进行多少个时段的观测C？此时，总基线数J总、独立基线数J独、必要基线数J必、多余基线数J多各为多少？第76页/共77页第七十六页，共78页。77感谢您的观看(gunkn)！第77页/共77页第七十七页，共78页。内容(nirng)总结1。地心坐标的坐标差(X, Y,Z)。大地坐标的坐标差(B, L,H)。采用GPS技术布设的测量控制网，由点和GPS基线(jxin)向量所形成。定义：由相互函数独立（线性无关）的基线(jxin)向量所构成的闭合环。结论：独立观测环闭合差的大小，可作为评定基线(jxin)解算结果质量的有力指标。发布单位：上级事业性单位主管部门。执行单位：下属测量单位。复测边（重复边）的布置。定义：附和导线（或称附和路线）作为基本图形所构成的GPS网第七十八页，共78页。