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1、返回返回卫星定位技术与应用卫星定位技术与应用黄张裕黄张裕河海大学土木工程学院河海大学土木工程学院yyyyyyyy年年MM月月d d日日Chapter 6 GPS GPS控制网的建立控制网的建立主要内容主要内容1GPS控制网的技术设计控制网的技术设计2GPS接收机的检定接收机的检定3GPS测量的外业工作测量的外业工作4GPS基线向量计算基线向量计算5高精度高精度GPS测控网的施测技术测控网的施测技术6-1 概述概述GPS控制网：应用控制网：应用GPS卫星定位技术建立的控制网。卫星定位技术建立的控制网。1）国家或区域性的高精度）国家或区域性的高精度GPS网：网：AA、A、B等级等级wuhn(武汉武
2、汉)、bjfs(北京北京)、shao(上海上海)、xian(西安西安)、lhas(拉萨拉萨)、kumn(昆明昆明)、urum(乌鲁木齐乌鲁木齐)、twtf（台北）台北）相邻点间距离为数百公里至数千公里。相邻点间距离为数百公里至数千公里。其主要任务是：其主要任务是：作为高精度国家大地测量控制网，以求定国家大地坐标作为高精度国家大地测量控制网，以求定国家大地坐标系与世界大地坐标系的转换参数，为地学和空间科学等方系与世界大地坐标系的转换参数，为地学和空间科学等方面的科学研究工作服务；或对面的科学研究工作服务；或对GPS网进行重复观测，用于网进行重复观测，用于研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。
3、研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。全球的全球的380个个GPS永久跟踪站永久跟踪站(2004年年11月月24日日)全国全国GPS跟踪站跟踪站其其中中已已建建立立永永久久性性跟跟踪踪站站AA级级8个个；A级级网网点点33个个，并于己并于己1996年进行复测；年进行复测；B级网点级网点818个个。国家高精度国家高精度GPS网网国家高精度国家高精度GPS网包括网包括GPS永久性跟踪站永久性跟踪站AA级和级和A、B级高精度级高精度GPS网。网。国国家家高高精精度度GPS网网的的布布设设建建立立了了我我国国新新一一代代的的基基于于空空间间技技术术的的地地心心三三维维大大地地控控制制框框架架，改改
4、善善了了我我国国似似大大地地水水准准面面的的精精度度和和分分辨辨率率，为为基基础础测测绘绘、资资源源勘勘探探、环环境境变变化化监监测测、国国防防工工程程及及多种经济的需要提供了新的大地控制基础。多种经济的需要提供了新的大地控制基础。国家高精度国家高精度GPS网网33个点 818个点个点 2）国家加密）国家加密GPS网和局部性的网和局部性的GPS网：网：国家国家C、D、E等级和城市二、三、四等级、一级、二等级和城市二、三、四等级、一级、二级级包括国家加密包括国家加密GPS网、网、GPS城市控制网、城市控制网、GPS工程控工程控制网等制网等相邻点间距离为数公里至数十公里。相邻点间距离为数公里至数十
5、公里。其主要任务是：其主要任务是：直接为基础建设、城市建设和工程建设服务。直接为基础建设、城市建设和工程建设服务。3）GPS差分网建设概况差分网建设概况GPS差分定位技术可分为：差分定位技术可分为：单基准站差分（微型网，单基准站差分（微型网，RTKGPS）具有多个基准站的局域差分（局域网，具有多个基准站的局域差分（局域网，LADGPS）广域差分（广域网，广域差分（广域网，WADGPS）广域外部增强系统（广域外部增强系统（EGNOS、WAAS、MASAS、GDGPS）其中，局域网针对某一特定的应用环境和地理区域，直接提供最其中，局域网针对某一特定的应用环境和地理区域，直接提供最有效的有效的GPS
6、导航定位服务，得到了广泛的应用，如测绘、国土规划、导航定位服务，得到了广泛的应用，如测绘、国土规划、地籍管理、工程建设、交通监控、公共安全、工程与地壳形变监测等地籍管理、工程建设、交通监控、公共安全、工程与地壳形变监测等等。等。GPS差分网差分网应用领域需求分析应用领域需求分析 领域领域主要用途主要用途精度需求精度需求可用性需求可用性需求实时性需求实时性需求测绘工程测绘工程测图、施工控制测图、施工控制0.01m0.1m12小时小时/365天天准实时准实时/事后事后地表及建筑地表及建筑物形变监测物形变监测安全监测安全监测0.001m0.005m24小时小时/365天天准实时准实时/事后事后工程施
7、工工程施工施工、放样、管理施工、放样、管理0.01m0.1m24小时小时/365天天准实时准实时地理信息更地理信息更新新城市规划、管理城市规划、管理0.01m0.1m12小时小时/365天天准实时准实时线路施工及线路施工及测绘测绘通信、电力、石油、通信、电力、石油、化工、沟渠、施工及化工、沟渠、施工及竣工测绘竣工测绘0.01m0.1m24小时小时/365天天准实时准实时地面交通监地面交通监控控车、船行程管理、自车、船行程管理、自主导航主导航0.01m0.1m24小时小时/365天天延时延时3s空中交通监空中交通监控控飞机进港与着陆飞机进港与着陆0.01m0.1m24小时小时/365天天延时延时
8、1s公共安全公共安全特种车辆监控、事态特种车辆监控、事态应急应急0.01m0.1m24小时小时/365天天延时延时3s农业管理农业管理精细农业、土地平整精细农业、土地平整0.01m0.1m24小时小时/365天天延时延时5s海、空、港海、空、港管理管理船只、车辆、飞机、船只、车辆、飞机、进港后调度进港后调度0.01m0.1m24小时小时/365天天延时延时3s国内外国内外GPSGPS差分网建设状况差分网建设状况 利用利用GPS精密定位技术，在一个国家、一个地区或一个城市布设精密定位技术，在一个国家、一个地区或一个城市布设分布密度各不相同的、长年运行的分布密度各不相同的、长年运行的GPS卫星永久
9、性跟踪站，通过数据卫星永久性跟踪站，通过数据通信网络把这些站的精确坐标和通信网络把这些站的精确坐标和GPS卫星跟踪数据发播给用户，用户卫星跟踪数据发播给用户，用户只需用一台不同类型的只需用一台不同类型的GPS接收机，采用不尽相同的软件和作业延时，接收机，采用不尽相同的软件和作业延时，就可以进行毫米级、厘米级、分米级乃至米级、十米级、数十米级的就可以进行毫米级、厘米级、分米级乃至米级、十米级、数十米级的实时、准实时、快速或事后定位。实时、准实时、快速或事后定位。这些卫星跟踪站构成一个基准站网络，利用现代化自动控制技术这些卫星跟踪站构成一个基准站网络，利用现代化自动控制技术对这些基准站实现无人值守
10、的连续运行，通过有线无线数字通信网络，对这些基准站实现无人值守的连续运行，通过有线无线数字通信网络，使系统的数据实现局部或全球性的共享。根据用途，开展公益性和有使系统的数据实现局部或全球性的共享。根据用途，开展公益性和有偿性的服务。偿性的服务。当前，在国际上建立这种卫星定位导航服务网络取代传统的静态当前，在国际上建立这种卫星定位导航服务网络取代传统的静态定位控制网是一个正在兴起的潮流。其原因除了这类系统具有全自动、定位控制网是一个正在兴起的潮流。其原因除了这类系统具有全自动、全天候、实时的定位导航功能外还可以进行天气预报、灾害监测、电全天候、实时的定位导航功能外还可以进行天气预报、灾害监测、电
11、网及通信网络的时间同步等多种功能。网及通信网络的时间同步等多种功能。ContinuousOperationReferenceStationSystem：v由由美美国国国国家家大大地地测测量量局局（NGS）牵牵头头，包包括括NGS的的跟跟踪踪网网、美美国国海海岸岸警警备备队队（USCG）差差分分网网、美美国国联联邦邦航航空空局局（FAA）的的WAAS网网、美国工程兵团（美国工程兵团（USACE）的跟踪网等的跟踪网等137个个GPS基准站组成基准站组成。v系系统统计计划划准准备备发发展展到到250个个基基准准站站左左右右，平平均均站站距距为为100200km（个别个别400km），），覆盖全美，构
12、成美国新一代动态国家参考系统。覆盖全美，构成美国新一代动态国家参考系统。v系统的所有基准站都配置双频全波型系统的所有基准站都配置双频全波型GPS接收机和抑径圈天线。接收机和抑径圈天线。v每一天卸载当天的数据，数据记录格式为每一天卸载当天的数据，数据记录格式为30sRINEX格式。格式。v通通过过因因特特网网向向全全美美和和全全球球用用户户提提供供基基准准站站坐坐标标和和GPS卫卫星星跟跟踪踪观观测测站数据。站数据。v此外，还提供其它如大地水准面、坐标系转换等服务。此外，还提供其它如大地水准面、坐标系转换等服务。1） 美国的连续运行参考站网系统（美国的连续运行参考站网系统（CORS）v用用户户用
13、用一一台台GPS接接收收机机在在美美国国任任一一位位置置观观测测，然然后后通通过过因因特特网网卸卸载载CORS若干基准站数据，即可进行事后精密定位。若干基准站数据，即可进行事后精密定位。v目目前前，NGS地地学学实实验验室室正正在在研研究究长长距距离离动动态态定定位位软软件件，其其目目标标是是100200km距距离离上上的的GPS相相对对定定位位，几几分分钟钟或或更更短短的的时时间间即即可可达达到到1cm级的相对定位精度水平。级的相对定位精度水平。vCORS是是一一个个多多功功能能网网，除除满满足足用用户户精精密密定定位位要要求求外外，还还可可满满足足气气象、地球动力学、地震监测、实时广域差分
14、等多项服务。象、地球动力学、地震监测、实时广域差分等多项服务。v其服务方式原则上是公益性的。其服务方式原则上是公益性的。1） 美国的连续运行参考站网系统（美国的连续运行参考站网系统（CORS）CUE和和ACCQPOINT公公司司是是美美国国、加加拿拿大大地地区区的的两两个个卫卫星星无无线线网网络络通通信信公公司司，也也是是最最早早在在北北美美开开展展商商业业广广域域差差分分导导航航服服务务的的公公司司，他他们们利用调频副载波（利用调频副载波（FM）广播广域差分修正信号。广播广域差分修正信号。公公司司在在美美国国和和加加拿拿大大有有20余余个个GPS永永久久跟跟踪踪站站，通通过过FM提提供供亚亚
15、米米级级到到十十米米级级的的广广域域差差分分有有偿偿服服务务，最最近近，这这个个公公司司开开发发了了利利用用FM副副载载波波发发送送GPS载载波波相相位位观观测测修修正正数数据据进进行行实实时时动动态态精精密密定定位位副副（RTKFMTM）技技术术，有有效效作作用用距距离离可可达达70km，在在2040km的的多多条条实实验验基基线线上上，24min的的初初始始化化时时间间，十十个个历历元元左左右右，动动态态定定位位精精度度可可达达1cm左左右。这是个应用前景非常广阔的技术。右。这是个应用前景非常广阔的技术。利利用用这这一一技技术术，可可以以实实现现GPS广广域域差差分分和和广广域域RTK技技
16、术术的的集集成成，使过去分设的定位与导航系统完全有机地统一成一个系统。使过去分设的定位与导航系统完全有机地统一成一个系统。此此外外，美美国国Satlog等等组组织织也也有有实实时时广广域域差差分分服服务务。该该机机构构有有14个个在在美国沿边境分布的永久跟踪站，构成服务网络系统。美国沿边境分布的永久跟踪站，构成服务网络系统。2） 美国美国CUE、ACCQPOINT公司广域定位导航服务网络公司广域定位导航服务网络q加加拿拿大大大大地地测测量量局局将将该该国国目目前前以以建建成成的的十十几几个个永永久久GPS卫卫星星跟跟踪踪站构成一个主动控制网（站构成一个主动控制网（CACS），），作为简单大地测
17、量的动态参考框架。作为简单大地测量的动态参考框架。q其其目目的的同同样样是是通通过过因因特特网网提提供供网网络络地地心心坐坐标标和和相相应应GPS卫卫星星跟跟踪踪观观测测数数据据，供供测测量量、地地球球物物理理和和其其他他用用户户采采用用GPS单单机机即即可可进进行行事事后后精密定位。精密定位。q该该系系统统提提供供精精密密星星历历、卫卫星星钟钟差差、电电离离层层模模型型等等广广域域差差分分修修正正，其其实实际际定定位位精精度度从从1m到到10m是是可可变变的的，取取决决于于用用户户采采用用的的GPS接接收收机机的抗干扰和抗多路径效应的性能。的抗干扰和抗多路径效应的性能。q加加拿拿大大一一些些
18、公公司司目目前前目目前前采采用用FM广广播播和和中中波波信信标标广广播播网网开开展展实实时时定位服务。定位服务。3） 加拿大的主动控制网系统（加拿大的主动控制网系统（CACS）目目的的是是把把当当前前德德国国各各部部门门的的差差分分GPS计计划划协协调调统统一一起起来来，建建立立一一个个长长期期运运行行的的、覆覆盖盖全全国国的的多多功功能能差差分分GPS定定位位导导航航服服务务体体系系，作作为为国家的空间数据基础设施。国家的空间数据基础设施。把把德德国国的的差差分分GPS服服务务按按精精度度、时时间间响响应应和和目目的的分分成成四四个个级级别别：实实时时定定位位服服务务（EPS）、高高精精度度
19、实实时时定定位位服服务务（HPS）、精精密密大大地地定定位位服务（服务（GPPS）、）、高精度大地定位服务（高精度大地定位服务（GHPS）。）。服务方式服务方式时间特性时间特性数据通信方数据通信方式式定位精度定位精度用户数量用户数量数据格式数据格式应用领域应用领域EPS实时实时长波长波1m3mRTCM2.0车车船船导导航航、管管理理、海海测、环保、农林测、环保、农林HEPS实时实时超短波超短波2m波波1cm5cmRTCM2.1精精密密工工程程、趁趁势势管管线线、航空航空GPPS准实时准实时电话系统电话系统1cmnRINEX精精密密工工程程、城城市市监监控控、测量、航测测量、航测GHPS事后事后
20、INTERNET10m精密精密工程工程监控监控地壳地壳形变形变工程工程监控监控精密精密大地大地定位定位工程与大工程与大地定位地定位地理地理信息信息更新更新地理地理信息信息更新更新精密精密交通交通监控监控交通交通监控监控近海近海交通交通控制控制移动测图移动测图精密精密定轨卫星定轨定轨卫星定轨航空航天器航空航天器移动移动测图测图精密精密农业农业自引导自引导导航导航1、GPS定位精度与用户需求关系定位精度与用户需求关系2、GPS相对定位精度指标相对定位精度指标测测量量分分级级常量误差常量误差（mm）比例误差比例误差（ppm）相邻点距离相邻点距离（km）AA30.015005000A50.110020
21、00B8115250C105540D1010215E1020110国家等级国家等级GPS控制网控制网2、GPS相对定位精度指标相对定位精度指标等级等级平均距离平均距离(km)常量误差常量误差(mm)比例误差比例误差(ppm)最弱边相对中误差最弱边相对中误差二等二等91021/120000三等三等51051/80000四等四等210101/45000一级一级110101/20000二级二级 115201/10000城市等级城市等级GPS控制网控制网3、美国美国GPS相对定位精度指标相对定位精度指标测测量量类类型型等等/级级基线误差基线误差（cm）距离相对误距离相对误差（差（ppm）全球和区域地球
22、动力学测量、变形全球和区域地球动力学测量、变形测量测量AA0.30.01国家大地参考系一等网测量、区域国家大地参考系一等网测量、区域和地方地球动力学测量、变形测量和地方地球动力学测量、变形测量A0.50.1国家大地参考系二等网测量、与一国家大地参考系二等网测量、与一等网的联测、局部地球动力学测量、等网的联测、局部地球动力学测量、变形测量、高精度工程测量变形测量、高精度工程测量B0.81国家大地参考系（地面测量）、为国家大地参考系（地面测量）、为满足测图、土地信息、地籍和工程满足测图、土地信息、地籍和工程要求进行的有关控制测量要求进行的有关控制测量C一等一等二等二等/一一级级二等二等/二二级级三
23、等三等1.01.02.03.05.051020501001、基本网形：、基本网形：（1）三角形网）三角形网（2）环形网（多边形或符合导线）环形网（多边形或符合导线）（3）星形网）星形网三、三、GPS控制网图形设计控制网图形设计2、同步图形连接方式：、同步图形连接方式：（1 1）点连式）点连式）点连式）点连式（2 2）边连式边连式边连式边连式点点点点连连连连式式式式边边边边连连连连式式式式网网网网连连连连式式式式（3 3）网连式）网连式）网连式）网连式（4 4）混合式）混合式）混合式）混合式控制网形式辐射支导线网辐射支导线网辐射支导线网辐射支导线网 纯导线型网纯导线型网纯导线型网纯导线型网纯点连
24、式网纯点连式网纯点连式网纯点连式网混连式网混连式网混连式网混连式网3、GPS同步观测同步观测（1）单基线数：）单基线数： 同步图形：同步图形：二台二台接收机接收机nk=2三台接收机 nk=3四台接收机四台接收机nk=4五台接收机五台接收机nk=5（3）同步观测环数：）同步观测环数：（2）独立基线数：）独立基线数：4、GPS非同步观测非同步观测5、举例：、举例：1）nk=4时，时，ng= 6，np= 3，nr= 3三边形个数：三边形个数：多时段观测时，独立基线应以构成闭合图形为优。多时段观测时，独立基线应以构成闭合图形为优。2）nk=6时，时，ng= 15，np= 5，nr= 10N=4N=2N
25、=3仪器台数仪器台数同步图形同步图形独立基线独立基线N=5GPS控制网的网形设计6-3 GPS6-3 GPS接收机的检定接收机的检定一、一般性检视一、一般性检视主机、天线、附件、处理软件的完好性。主机、天线、附件、处理软件的完好性。二、通电检视二、通电检视键盘按键、显示系统和仪器自检工作的正常性。键盘按键、显示系统和仪器自检工作的正常性。三、接收机内部噪声水平测试三、接收机内部噪声水平测试1、接收机内部噪声：接收机钟差、信号通道时延、延迟锁、接收机内部噪声：接收机钟差、信号通道时延、延迟锁相环误差及机内噪声所引起的定位误差的综合反映。相环误差及机内噪声所引起的定位误差的综合反映。2、测试方法、
26、测试方法1）零基线测试法：）零基线测试法：基本原理：基本原理：采用采用“功率分配器功率分配器”将同一天线输出的信号分将同一天线输出的信号分成功率、相位相同的两路或多路信号送到不同的成功率、相位相同的两路或多路信号送到不同的GPS接收接收机中，然后对观测数据进行双差处理，求解三维坐标差，机中，然后对观测数据进行双差处理，求解三维坐标差，以检验接收机的固定误差。以检验接收机的固定误差。2）超短基线测试法：）超短基线测试法：基本原理：基本原理：在平坦地区选择长度为在平坦地区选择长度为510m的已知基线（或的已知基线（或用鉴定后的钢尺量距），同步观测进行静态定位，解算基用鉴定后的钢尺量距），同步观测进
27、行静态定位，解算基线值与已知基线值比较，求定仪器的固定误差。线值与已知基线值比较，求定仪器的固定误差。四、天线相位稳定性测试四、天线相位稳定性测试1、天线相位中心稳定性：、天线相位中心稳定性：天线在不同方位下的实际相位中心位置与厂家提供的天天线在不同方位下的实际相位中心位置与厂家提供的天线几何中心位置的重合程度。线几何中心位置的重合程度。2、相对定位法测试：、相对定位法测试：旋转天线位置：旋转天线位置：90、180、270。五、五、GPS接收机野外作业性能和精度指标测试接收机野外作业性能和精度指标测试1、短基线直接比较法检验、短基线直接比较法检验标准检定场标准检定场仪器标称中误差：仪器标称中误
28、差：GPS观测中误差：观测中误差：2、野外检定网上检验、野外检定网上检验1）解算边长与相应已知边长之差：）解算边长与相应已知边长之差：2）多边形闭合环）多边形闭合环坐标分量闭合差：坐标分量闭合差：3）不同时段观测得到的重复）不同时段观测得到的重复边的边长和坐标分量互差：边的边长和坐标分量互差：六、接收机频标稳定性和数据测量评价六、接收机频标稳定性和数据测量评价接收机频标稳定性：接收机频标稳定性：主要是短周期频率稳定特性，考核主要是短周期频率稳定特性，考核接收机性能和潜在的可能达到的精度水平的一项重要指标。接收机性能和潜在的可能达到的精度水平的一项重要指标。检验方法：检验方法：通过对不同测程、分
29、别连续观测较长时间段通过对不同测程、分别连续观测较长时间段的观测数据结果进行残差统计分析，确定数据的平均噪声的观测数据结果进行残差统计分析，确定数据的平均噪声水平、周跳出现频率以及低高度角情况下观测数据质量变水平、周跳出现频率以及低高度角情况下观测数据质量变化和多路径效应的影响等。化和多路径效应的影响等。七、接收机附件的检验七、接收机附件的检验电池、电缆、接头、基座、气象仪表等电池、电缆、接头、基座、气象仪表等转到转到6-4 GPS6-4 GPS测量的外业工作测量的外业工作一、一、GPS相对定位作业模式相对定位作业模式1、静态相对定位、静态相对定位2、快速静态相对定位、快速静态相对定位3、准动
30、态相对定位、准动态相对定位4、动态相对定位、动态相对定位二、二、GPS测量基本技术规定测量基本技术规定项目项目等等级级观测方法观测方法二等二等三等三等四等四等一级一级二级二级卫星高度角卫星高度角()静静态态快速静态快速静态1515151515有效观测卫星数有效观测卫星数静静态态快速静态快速静态445454545平均重复设站数平均重复设站数静静态态快速静态快速静态2221.61.61.61.61.61.6时段长度时段长度(min)静静态态快速静态快速静态906020451545154515数据采样间隔数据采样间隔(S)静静态态快速静态快速静态10601060106010601060AAAAA A
31、B BC CD DE E卫星截止高度角卫星截止高度角()()101010101515151515151515同时观测有效卫星同时观测有效卫星数数444444444444观测时段数观测时段数10106644221.61.61.61.6时段长度时段长度min(min(静态静态) )720720540540240240606045454040快速静态快速静态( (双频全波双频全波) )151510101010( (单频单频) )303020201515采样间隔采样间隔s( s(静态静态) )303030303030101030301010303010103030( (快速静态快速静态) )5 515
32、155 515155 51515GPSGPS测量基本技术规定测量基本技术规定三、三、GPS卫星预报和观测调度计划卫星预报和观测调度计划四、四、GPS静态外业观测静态外业观测（1）观测仪器：）观测仪器：采用采用3台美国台美国AshtechZ12型型GPS双频接收双频接收机进行观测，其标称精度为机进行观测，其标称精度为5mm+1ppmD，配备有可抑止配备有可抑止多路径效应的扼流圈天线。多路径效应的扼流圈天线。（2）作业模式：）作业模式：采用静态相对定位模式，以同步三角形连采用静态相对定位模式，以同步三角形连接，扩展成空间接，扩展成空间GPS网。网。（3）观测前的准备工作：）观测前的准备工作：利用利
33、用AshtechGPS随机软件随机软件(Winprism软件软件)，编制测区卫星可见性预报表、卫星出现，编制测区卫星可见性预报表、卫星出现的方位等，合理选择最佳观测时段。的方位等，合理选择最佳观测时段。（4）观测要求：观测要求：卫星高度切割角卫星高度切割角 15，有效观测卫星个，有效观测卫星个数数 4，采样间隔为，采样间隔为20，时段观测时间，时段观测时间 45分钟，分钟，PDOP 4。五、归心改正五、归心改正对于双维标或复合标等，必须进行对于双维标或复合标等，必须进行偏心观测偏心观测归心元素测定归心元素测定归心计算方法归心计算方法6-5 GPS6-5 GPS基线向量计算基线向量计算一、一、G
34、PS数据处理流程：数据处理流程：数据传输数据传输数据采集数据采集成果输出成果输出GPS网平差网平差起算点兼容性分析起算点兼容性分析数据预处理数据预处理二、数据下载：二、数据下载：“download”GPS接收机采集的数据是记录在接收机的接收机采集的数据是记录在接收机的PC卡上。数卡上。数据传输的同时进行数据分流，生成四个数据文件：据传输的同时进行数据分流，生成四个数据文件：载波相载波相位和伪距观测值文件、星历参数文件、电离层参数和位和伪距观测值文件、星历参数文件、电离层参数和UTC参数文件、测站信息文件参数文件、测站信息文件。具体为：。具体为：（1）A*.day-卫星可见性预报文件：卫星状态、
35、卫星可见性预报文件：卫星状态、DOP值值（2）B*.day-接收机位置数据文件：卫星个数、高度角、接收机位置数据文件：卫星个数、高度角、位置、信噪比等位置、信噪比等（3）E*.day-卫星星历数据文件：卫星轨道参数等卫星星历数据文件：卫星轨道参数等（4）S*.day-测站信息数据文件：测站号、天线高、天测站信息数据文件：测站号、天线高、天线半径、气象元素等线半径、气象元素等三、空间基线解算三、空间基线解算采用采用Ashtech接收机随机提供的商用软件接收机随机提供的商用软件Winprism进进行及时处理。对解算结果不好的基线进行单独解算，通过行及时处理。对解算结果不好的基线进行单独解算，通过增
36、删卫星、重选基星、改变时段和高度角等方法改善基线增删卫星、重选基星、改变时段和高度角等方法改善基线解算结果，对于单独解算不满意的基线作重测或删除处理。解算结果，对于单独解算不满意的基线作重测或删除处理。基线解算成果中有五种文件，具体为：基线解算成果中有五种文件，具体为：1）I*.*-输入信号文件输入信号文件2）L*.*-基线向量文件基线向量文件3）O*.*-基线向量数据文件基线向量数据文件4）P*.*-卫星残差分布文件卫星残差分布文件5）Summary.out-基线解算向量文件基线解算向量文件四、基线解分析：四、基线解分析：1）观测值残差分析）观测值残差分析2）基线长度的精度）基线长度的精度3
37、）基线向量环闭合差检核）基线向量环闭合差检核4）双差固定解和双差实数解）双差固定解和双差实数解五、空间基线向量的质量检核五、空间基线向量的质量检核为提高为提高GPS测量的精度与可靠度，需要对基线解算质测量的精度与可靠度，需要对基线解算质量进行检核。量进行检核。同步环闭合差是检验一个时段观测质量好坏的标志。同步环闭合差是检验一个时段观测质量好坏的标志。同步环闭合差超限，可能是因为同步环上各测站没有完全同步环闭合差超限，可能是因为同步环上各测站没有完全同步，或是各测站周跳修复不同，也可能是软件本身的缺同步，或是各测站周跳修复不同，也可能是软件本身的缺陷所至。陷所至。异步环闭合差超限异步环闭合差超限
38、，可能因各种观测条件较差（如多，可能因各种观测条件较差（如多路径误差影响、强辐射、电离层、对流层的影响）。路径误差影响、强辐射、电离层、对流层的影响）。基线解算后，必须进行数据预处理，计算同步环闭合基线解算后，必须进行数据预处理，计算同步环闭合差、非同步环闭合差以及重复基线的检查，各环闭合差符差、非同步环闭合差以及重复基线的检查，各环闭合差符合规范要求。合规范要求。（2）非同步环坐标分量及全长相对闭合差）非同步环坐标分量及全长相对闭合差（3）重复基线的长度较差：）重复基线的长度较差：坐标分量闭合差限差：坐标分量闭合差限差：坐标分量闭合差限差：坐标分量闭合差限差：（1）同步环坐标分量及全长相对闭
39、合差）同步环坐标分量及全长相对闭合差全长相对闭合差限差：全长相对闭合差限差：全长相对闭合差差：全长相对闭合差差：6-6 6-6 高精度高精度GPSGPS测控网的施测技术测控网的施测技术一、一、工程概况工程概况南南京京地地铁铁1#线线工工程程南南起起小小行行，北北至至迈迈皋皋桥桥，西西延延至至奥奥体体中中心心，线线路路总总长长度度21.72公公里里，其其中中地地下下线线14.43km，地地上上线线7.02km，过过渡渡段段0.27km，线线路路贯贯穿穿主主城城区区的的中中心心腹腹地地，把把城城市市中中心心区区商商业业、金金融融、文文化化、综综合合服服务务等等繁繁华华区区及及对对外外交交通通口口等
40、等客客流流集集散散点点连连接接起起来来，形形成成主主城城区区中中轴轴线线的的快快速轨道交通走廊。速轨道交通走廊。GPS控控制制网网是是地地铁铁工工程程施施工工的的全全线线总总控控制制网网，其其网网点点的的稳稳定定、准准确确直直接接关关系系到到工工程程施施工工的的质质量量和和隧隧道道的的贯贯通通。因因此此，必必须须对对全全线线控控制制网网统统一一规规划划，并并进进行行定定期期复复测测，以以满满足工程建设的需要。足工程建设的需要。南京市快速轨道线网规划图二、二、网形优化分析网形优化分析1、GPS控控制制网网测测区区：位位于于东东经经1184211850，北北纬纬31573207，东东起起紫紫金金山
41、山、土土山山，西西至至棉棉花花堤堤、水水佐佐岗岗，南起韩府山，北至劳山。南起韩府山，北至劳山。2、测测区区中中心心线线自自南南向向北北贯贯穿穿繁繁华华市市区区，居居民民密密集集，高高楼楼林林立立，大大气气能能见见度度差差，各各种种电电磁磁波波干干扰扰严严重重，对对控控制制测测量量工作极为不利。工作极为不利。3、GPS控控制制网网的的覆覆盖盖范范围围广广，精精度度要要求求特特殊殊，网网形形设设计计时必须做到网点位布设合理、精度高且有很高的可靠性。时必须做到网点位布设合理、精度高且有很高的可靠性。4、GPS控控制制网网既既要要考考虑虑与与原原城城市市二二等等网网的的联联系系，又又要要考考虑地铁网的
42、独立性，充分体现虑地铁网的独立性，充分体现GPS控制网的高精度。控制网的高精度。4、GPS控制网选取控制网选取在在测测区区范范围围内内可可供供选选择择的的高高级级联联测测点点城城市市二二等等三三角角点点有有6个：个：DT22DT27DT28DT29DT30DT31DT30紫金山紫金山DT04DT03DT02DT01小行邮校小行邮校DT28韩府山韩府山DT29土土山山DT27棉花堤棉花堤DT21DT05中华门中华门DT06DT07DT08DT25中山门中山门DT09DT10DT22河海大学河海大学DT11玄武饭店玄武饭店DT17DT12DT16DT13DT23八字山八字山DT18DT15塑料厂塑
43、料厂DT31劳劳山山GPS控制网设计要求控制网设计要求按按设设计计要要求求将将地地铁铁GPS网网沿沿地地铁铁线线路路布布设设城城市二等网：市二等网：南起南起DT28，北至北至DT31，中中间间与与DT29、DT27、DT22、DT30等等三三角角点点相相连。连。DT30紫金山紫金山DT04DT03DT02DT01小行邮校小行邮校DT28韩府山韩府山DT29土土山山DT27棉花堤棉花堤DT21DT05中华门中华门DT06DT07DT08DT25中山门中山门DT09DT10DT22河海大学河海大学DT11玄武饭店玄武饭店DT17DT12DT16DT13DT23八字山八字山DT18DT15塑料厂塑料
44、厂DT31劳劳山山地地铁铁GPS控控制制网网共共有有26个个控控制制点点，全全网网包包括括起起算算点点2个个，检检查查点点4个个（根根据据平平差差结结果果分分析析可可以以任任选选起起算算点点），选选取取待待定定点点20个个，以以同同步步三三角角形形连连接接、用用边边连连式式扩扩展展成成空空间间GPS锁网锁网。在在地地铁铁GPS网网形形确确定定后后，对对观观测测纲纲要要进进行行优优化化设设计计，在在已已知知城城市市二二等等三三角角点点DT28、DT31上上各各有有5条条独独立立基基线线，DT30上上有有3条条独独立立基基线线，DT27、DT29上上各各有有4条条独独立立基基线线，而而DT22上上
45、有有7条条独独立立基基线线，这这样样充充分分保保证证与与已已知知点点的的坚坚强强连连结结，同同时时为为加加强强地地铁铁南南北北线线一一期期工工程程控控制制点点的的图图形形强强度度，通通过过直直接接与与已已知知点点连连接接或或构构成成小小三三角角形形以以提提高高精精度度和和可可靠靠性性。全全网网布布设设最最长长边边长长8.3km，最最短短边边长长0.8km，平平均均边边长长3.5km，并保证每地铁车站附近有一对并保证每地铁车站附近有一对GPS控制点。控制点。5、观测纲要设计、观测纲要设计三、三、GPS控制网精度分析控制网精度分析对对GPS控控制制网网优优化化设设计计后后，为为保保证证地地铁铁GP
46、S控控制制网网的的精精度度和和可可靠靠性性，便便于于地地铁铁的的施施工工，确确保保隧隧道道施施工工贯贯通通和和工工程程建建设设质质量量，对对优优化化设设计计的的地地铁铁GPS网网进进行行了了必必要要的的精精度度估估算算，做做到到网网点点位位布布设设合合理理、精精度度高高且且有有很很好好的的可可靠靠性性，实实践践表表明明网网点点精精度度比比较较均均匀匀，估估算算精精度度点点位位误误差差均均小小于于1.0cm，满满足足地地下下铁铁道道、轻轻轨轨交交通通工工程程测测量量规规范范要要求求，能很好地为南京地铁建设服务。能很好地为南京地铁建设服务。经经过过优优化化设设计计后后，地地铁铁GPS控控制制网网结
47、结构构较较强强，并并有有多多个个由由非非同同步步独独立立边边构构成成的的多多边边形形闭闭合合环环，具具有有良良好好的的粗粗差差检检测能力。测能力。四、四、GPS控制网外业测量控制网外业测量1、外业测量、外业测量采采用用GPS静静态态相相对对定定位位模模式式，整整网网由由三三台台AshtechZ12型型GPS接接收收机机（5mm+1ppm）以以同同步步三三角角形形连连接接，扩扩展展成成空空间间GPS网。网。为为了了保保证证地地铁铁施施工工质质量量，考考虑虑到到该该GPS控控制制网网的的要要求求与与用用途途，提提高高GPS观观测测的的精精度度与与可可靠靠性性，GPS点点间间必必须须构构成成一一定定
48、数数量量独独立立边边组组成成的的非非同同步步闭闭合合环环，使使GPS网网有有足足够够的的多余观测。多余观测。为为增增加加多多余余观观测测边边数数，保保证证平平均均每每点点设设站站2次次以以上上，这这样样可以构成尽量多的多边形非同步闭合环，提高网的可靠度。可以构成尽量多的多边形非同步闭合环，提高网的可靠度。2、观测数据预处理、观测数据预处理1）空间基线向量解算空间基线向量解算对对每每天天的的观观测测数数据据及及时时进进行行处处理理，对对解解算算结结果果不不好好的的基基线线进进行行单单独独解解算算，通通过过增增删删卫卫星星、重重选选基基星星、改改变变时时段段和和高高度度角角等等方方法法改改善善基基
49、线线解解算算结结果果，对对于于单单独独解解算算不不满满意意的的基线作重测或删除处理。基线作重测或删除处理。外外业业基基线线解解算算采采用用广广播播星星历历、相相位位观观测测值值双双差差分分技技术术，解解算算数数据据采采用用率率达达99%以以上上。基基线线结结果果采采用用双双差差固固定定解解，表表示示精精度度的的残残差差（Rms）均均小小于于1.0cm，满满足足规规范范规规定定要要求求，表示固定解可靠程度因子（表示固定解可靠程度因子（Ratio）达达98%以上。以上。2）基线解算质量检核基线解算质量检核为提高为提高GPS测量的精度与可靠度，基线解算结束后，利测量的精度与可靠度，基线解算结束后，利
50、用商用软件进行数据预处理，计算检查同步环闭合差、非用商用软件进行数据预处理，计算检查同步环闭合差、非同步环闭合差以及重复基线，各环闭合差必须符合同步环闭合差以及重复基线，各环闭合差必须符合GPS测测量规范要求。量规范要求。通通过过检检核核，舍舍去去不不合合格格的的基基线线，保保证证非非同同步步环环的的边边数数不不大大于于6。这这样样，GPS控控制制网网共共构构成成独独立立观观测测基基线线83条条，组组成成同同步步闭闭合合环环27个个，非非同同步步闭闭合合环环17个个（三三角角形形），重重复复基基线线25条。条。闭合差闭合差W/S1ppm12ppm2ppm最大值最大值（ppm）最小值最小值（pp
51、m）总总数数同步同步闭合环闭合环22501.8130.02327占总数占总数百分比百分比81.5%18.5%0%100%非同步非同步闭合环闭合环5932.7890.23517占总数占总数百分比百分比29.4%52.9%17.7%100%重复基线重复基线8983.2530.03725占总数占总数百分比百分比32.0%36.0%32.0%100%GPS控制网闭合环闭合差控制网闭合环闭合差五、五、观测数据处理观测数据处理1、GPS网三维无约束平差网三维无约束平差为为了了全全面面考考察察GPS网网的的内内部部符符合合精精度度，探探测测可可能能存存在在的的粗粗差差，在在WGS-84坐坐标标系系下下进进行
52、行三三维维无无约约束束平平差差。在在基基线线解解算算质质量量检检核核的的基基础础上上，进进一一步步评评定定GPS网网的的内内部部符符合合精精度度与与外外业业观观测测的的质质量量，利利用用基基线线向向量量改改正正数数进进行行粗粗差差的的检检验：验：三三维维无无约约束束平平差差对对基基线线向向量量质质量量的的检检查查一一般般可可以以通通过过分分析析基基线线向向量量三三个个分分量量的的残残差差、最最弱弱点点点点位位误误差差、最最弱弱边边相相对中误差以及验后单位权中误差等来判断。对中误差以及验后单位权中误差等来判断。2、GPS起算基准选取起算基准选取GPS控控制制网网的的建建设设，要要依依托托现现有有
53、城城市市控控制制网网。如如果果起起算算点点与与拟拟建建的的GPS网网不不兼兼容容，将将会会引引起起GPS控控制制网网的的扭扭曲曲和和变形，损害变形，损害GPS网精度。网精度。因因此此，如如何何选选取取合合适适的的城城市市高高等等级级控控制制点点作作为为GPS扩扩展展网网的的起起算算数数据据会会直直接接影影响响扩扩展展网网的的精精度度，或或导导致致GPS控控制制网的失控和相对超控。网的失控和相对超控。根根据据城城市市控控制制网网布布设设原原则则，选选取取地地面面起起算算点点必必须须充充分分分分析析已已有有地地面面控控制制网网的的资资料料，综综合合考考虑虑控控制制网网网网形形结结构构，进进行优化选
54、取。行优化选取。3、GPS网二维约束平差网二维约束平差GPS网网二二维维约约束束平平差差分分别别采采用用54抵抵偿偿坐坐标标系系和和92南南京京地地方方坐坐标标系系进进行行计计算算，选选定定中中央央子子午午线线11850，投投影影面面为为正正常高常高10m（56黄海高程系）。黄海高程系）。作业：作业：转到转到（1）说明）说明GPS控制网技术设计一般性原则？控制网技术设计一般性原则？（2）GPS网的基准设计包括哪些？网的基准设计包括哪些？GPS网点选点原则有哪网点选点原则有哪些？些？（3）国家等级）国家等级GPS控制网包括哪些等级？城市等级控制网包括哪些等级？城市等级GPS控控制网又包括哪些等级？制网又包括哪些等级？（4）GPS控制网图形设计基本网形有哪些？同步观测图形控制网图形设计基本网形有哪些？同步观测图形连接方式又有哪些？连接方式又有哪些？（5）GPS控制网外业观测成果应进行哪些检验？控制网外业观测成果应进行哪些检验？（6）用）用3台台GPS接收机进行静态测量，建立一个大地四边接收机进行静态测量，建立一个大地四边形，至少需要观测几个时段？可以组成几个相互独立的同形，至少需要观测几个时段？可以组成几个相互独立的同步环？步环？
