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1、第七章第七章 GPS施测与数据处理施测与数据处理 第七章第七章 GPS施测与数据处理施测与数据处理 主要内容主要内容: GPS网技术设计网技术设计 GPS测量的外业工作测量的外业工作 GPS测量数据处理测量数据处理 GPS观测流程观测流程7.1 7.1 GPS网技术设计网技术设计一、一、GPSGPS网的精度等级与主要技术要求网的精度等级与主要技术要求1.1.概述概述 GPS GPS控制网布设与传统测量控制网布设相控制网布设与传统测量控制网布设相同。遵守也由高级到低级。同。遵守也由高级到低级。测量控制网的精度测量控制网的精度等级都是根据观测量的中误差来划分的等级都是根据观测量的中误差来划分的。
2、GPSGPS采用相对定位方法建立采用相对定位方法建立GPSGPS控制网。其控制网。其观测量基线向量。观测量基线向量。7.1 7.1 GPS网的技术设计网的技术设计2、GPS网技术设计的依据网技术设计的依据 GPS测量规范（规程）：测量规范（规程）：2001年国家质量年国家质量技术监督局发布的技术监督局发布的全球定位系统（全球定位系统（GPS）测）测量规范量规范； 1997年建设部颁发的年建设部颁发的全球定位系全球定位系统城市测量技术规程统城市测量技术规程；：网中相邻点间的距离中误差(mm)；a： 固定误差(mm)；b： 比例误差；d：相邻点间的距离(km)。测量分类固定误差(mm)比例误差(p
3、pm)平均距离(km)AA30.011000A50.1300B8170C1051015D1010510E10200.253.GPS网精度等级网精度等级7.1 7.1 GPS网技术设计网技术设计GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 技术设技术设计计7.1 7.1 GPS网的技术设计网的技术设计 分级：分级： 规范规范：AA、A、B、C、D、E级；级； 规程规程：二、三、四等，一、二级。：二、三、四等，一、二级。 其中：其中： AA、A、B用于地壳形变监测及国家用于地壳形变监测及国家高精度基本控制；其他用于地方测图和各种工高精度基本控制；其他用于地方测图和各种工程测量的控制。程测量的控制。 在城
4、市或工程在城市或工程GPS控制网布控制网布设中，有可分二、三、四等中，有可分二、三、四等和一、二和一、二级。具体。具体见下表：下表：等级相邻点距离(km)固定误差(mm)比例误差(ppm)最弱边相对中误差二等91021/12万三等51051/8万四等210101/4.5万一级110101/2万二级115201/1万7.1 7.1 GPS网的技术设计网的技术设计7.1 7.1 GPS网的技术设计网的技术设计二、二、 GPS网设计基准网设计基准 坐标转换的联测设计：坐标转换的联测设计：GPS坐标系为坐标系为WGS-84坐标坐标系（地心坐标系），实用坐标系为系（地心坐标系），实用坐标系为54或或80
5、系。系。GPS的的测量成果最终要转换为实用坐标系中的坐标，为此，测量成果最终要转换为实用坐标系中的坐标，为此，必须明确必须明确GPS成果所采用的坐标系和起算数据。成果所采用的坐标系和起算数据。 位置基准设计：位置基准设计：网的基准包括网的基准包括位置基准位置基准、方向基方向基准准和和尺度基准尺度基准。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 技术设技术设计计7.1 7.1 GPS网的技术设计网的技术设计在在GPS网的基准设计时，必须考虑以下网的基准设计时，必须考虑以下6 6个问个问题：题： 布设布设GPS网点时，需要足够的起算数据与网点时，需要足够的起算数据与GPS测测量数据重合，且应分布均匀，
6、以求转换参数。点的总量数据重合，且应分布均匀，以求转换参数。点的总数不得少于数不得少于3个；个； 新点与国家高等级点或国家控制点构成图形新点与国家高等级点或国家控制点构成图形 在布设在布设GPS网时，可采用网时，可采用3-5条高精度电磁波测条高精度电磁波测距作为起算边长。距作为起算边长。 布设布设GPS网时，可引入起算方位角。网时，可引入起算方位角。 为了将为了将GPS所测的大地高转换为正常高，所测的大地高转换为正常高，GPS网应联测高程点。网应联测高程点。 新建新建GPS网的坐标系应尽量与测区过去采用的网的坐标系应尽量与测区过去采用的坐标系一致。坐标系一致。 GPS测量的设计与实施测量的设计
7、与实施 技术设技术设计计7.1 7.1 GPS网的技术设计网的技术设计三三 、GPS网的图形设计与连接方式网的图形设计与连接方式 同步观测：同步观测：两台或两台以上的两台或两台以上的GPS接收机在接收机在相同的时段同时连续跟踪相同的卫星组。相同的时段同时连续跟踪相同的卫星组。 时段：时段：同步观测时各点上的同步观测时各点上的GPS接收机从开接收机从开机到关机的一段时间。机到关机的一段时间。 基线向量：基线向量：同步观测时两个同步观测时两个GPS点之间构成点之间构成的空间向量。的空间向量。若干基线向量可构成闭合环，如环中各基线的若干基线向量可构成闭合环，如环中各基线的观测时刻相同称观测时刻相同称
8、同步环同步环。如环中各基线的观测。如环中各基线的观测时刻不相同则称时刻不相同则称异步环异步环。1 1、单基准站式（星状网）、单基准站式（星状网）1 1）、布网形式：单基准站式的布网方式）、布网形式：单基准站式的布网方式有时又称作星形网方式，它是以一台有时又称作星形网方式，它是以一台接收机作为基准站，在某个测站上连接收机作为基准站，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，流动的接收机般不要求同步，这样，流动的接收
9、机每观测一个时段，就与基准站间测得每观测一个时段，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同步基线就形成了一个以基准站为中心得星形。流动的接收机有时也称为心得星形。流动的接收机有时也称为流动站。流动站。 2 2）、特点：单基准站式的布网方式的效）、特点：单基准站式的布网方式的效率很高，但是由于各流动站一般只与率很高，但是由于各流动站一般只与基准站之间有同步观测基线，故图形基准站之间有同步观测基线，故图形强度很弱，为提高图形强度，一般需强度很弱，为提高图形强度，一般需要每个测站至少进行两次观测。要每个测站至少进行两次观测。G
10、PS测量的设计与实施测量的设计与实施 技术设技术设计计7.1 7.1 GPS网的技术设计网的技术设计GPS网的图形设计网的图形设计2、多基准站式（环形网、三角网）：、多基准站式（环形网、三角网）：把几台接收机在一段时间把几台接收机在一段时间内固定在某几个测站上（称为基准站，内固定在某几个测站上（称为基准站，如如A、B）进行长时间的观测（有较高的）进行长时间的观测（有较高的定位精度），而另几台接收机（定位精度），而另几台接收机（1、2、3；2、3、4）流动作业进行同步观测（与）流动作业进行同步观测（与自身的基线相连，还和基准站也存在同步自身的基线相连，还和基准站也存在同步基线），故这种网有较好的
11、图形强度。基线），故这种网有较好的图形强度。B1234A3.GPS3.GPS网网的的连连接接方方式式（同同步步图图形形扩扩展展式式的的布布网网形形式）式）1 1）、布网形式：所谓同步图形扩展式的布网形式，就是）、布网形式：所谓同步图形扩展式的布网形式，就是多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个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步图形，在测观测，每次同步观测都可以形成一个同步图形，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相量过程中，不同的同步图
12、形间一般有若干个公共点相连，整个连，整个GPSGPS网由这些同步图形构成。网由这些同步图形构成。2 2）、特点：同步图形扩展式的布网形式具有扩展速度快，）、特点：同步图形扩展式的布网形式具有扩展速度快，图形强度较高，且作业方法简单的优点。同步图形扩图形强度较高，且作业方法简单的优点。同步图形扩展式是布设展式是布设GPSGPS网时最常用的一种布网形式。网时最常用的一种布网形式。 * *3 3）、采用同步图形扩展式布设）、采用同步图形扩展式布设GPSGPS基线向量网时的观测基线向量网时的观测作业方式主要以下几种式：点连式、边连式、网连式、作业方式主要以下几种式：点连式、边连式、网连式、混连式。混连
13、式。 （1 1）点连式）点连式：观测作业方式：观测作业方式所谓点连式就是在观测作业时，所谓点连式就是在观测作业时，相邻的同步图形间只通过一个公相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。这样，当有共点相连。这样，当有3 3台仪器台仪器共同作业时，每观测一个时段，共同作业时，每观测一个时段，就可以测得就可以测得2 2个新点，当这些仪个新点，当这些仪器观测观测了器观测观测了n n个时段后，就可个时段后，就可以最多测得以最多测得2n2n个新点。个新点。 特点特点点连式观测作业方式的优点是作点连式观测作业方式的优点是作业效率高，图形扩展迅速；它的业效率高，图形扩展迅速；它的缺点是图形强度低，如果连接点缺点是
14、图形强度低，如果连接点发生问题，将影响到后面的同步发生问题，将影响到后面的同步图形。图形。（2）边连式）边连式：观测作业方观测作业方式：所谓边连式就是在观测式：所谓边连式就是在观测作业时，相邻的同步图形间作业时，相邻的同步图形间有一条边（即两个公共点）有一条边（即两个公共点）相连。这样，当有相连。这样，当有3 3台仪器台仪器共同同作业时，每观测一个共同同作业时，每观测一个时段，就可以测得时段，就可以测得1 1个新点，个新点，当这些仪器观测观测了当这些仪器观测观测了n n个个时段后，就可以最多测得时段后，就可以最多测得n n个新点。个新点。 特点：边连式观测作业方式特点：边连式观测作业方式具有较
15、好的图形强度和较高具有较好的图形强度和较高的作业效率。的作业效率。观测作业方式观测作业方式 所谓网连式就是在作业时，相邻的同步图形所谓网连式就是在作业时，相邻的同步图形间有间有3 3个（含个（含3 3个）以上的公共点相连。这样，个）以上的公共点相连。这样，当有台仪器共同作业时，每观测一个时段，就当有台仪器共同作业时，每观测一个时段，就可以测得个新点，当这些仪器观测了个时段后，可以测得个新点，当这些仪器观测了个时段后，就可以测得个点。就可以测得个点。 特点特点 采用网连式观测作业方式所测设的采用网连式观测作业方式所测设的GPSGPS网网具有很强的图形强度，但网连式观测作业方式具有很强的图形强度，
16、但网连式观测作业方式的作业效率很低。的作业效率很低。（3）、网连式GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 外业工外业工作作7.1 GPS7.1 GPS网的技术设计网的技术设计3.GPS网的图形设计步网的图形设计步骤骤 测区踏勘。测区踏勘。收集已有控制点资料和已有图纸资料。收集已有控制点资料和已有图纸资料。根据任务书根据任务书,工程特点和测区面积确定控制网的精度等工程特点和测区面积确定控制网的精度等级。级。根据接收机数量确定同步观测图形。根据接收机数量确定同步观测图形。选取适当的比例尺地图。选取适当的比例尺地图。在地形图上展绘以有控制点。在地形图上展绘以有控制点。根据选点要求和精度等级在地图中选
17、取新点。根据选点要求和精度等级在地图中选取新点。将所选新点构成同步观测图形，并逐步扩展为将所选新点构成同步观测图形，并逐步扩展为GPS网网图形。图形。图上检查点间通视情况。图上检查点间通视情况。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 外业工外业工作作7.1 GPS7.1 GPS网的技术设计网的技术设计四、四、GPS网的布设原则网的布设原则 GPS网不能出现自由基线。网不能出现自由基线。 GPS闭合条件中基数不可过多。闭合条件中基数不可过多。GPS网应该以网应该以“每个点至少独立设站观测两次每个点至少独立设站观测两次”的的原则布网。原则布网。为了实现为了实现GPS网与地面网之间有两个重合点。网与
18、地面网之间有两个重合点。为了便于观测，为了便于观测，GPS点应该选择在交通便利、视野点应该选择在交通便利、视野开阔、容易到达的地方。开阔、容易到达的地方。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 外业工外业工作作7.2 7.2 GPS测量的外业工作测量的外业工作选点原则选点原则 为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质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，在量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10101515 高度角以上不能有成片的障碍物。高度角以上不能有成片的障碍物。为减少各种电磁波对为减少各种电磁波对GPSGPS卫星信号的干扰，在卫星信号的干扰，在测站周围约测
19、站周围约200m200m的范围内不能有强电磁波干扰源，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。如大功率无线电发射设施、高压输电线等。测站应选择在易于保存的地方。测站应选择在易于保存的地方。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 外业工外业工作作7.2 7.2 GPS测量的外业工作测量的外业工作选点原则选点原则 为避免或减少多路径效应的发生，测站应远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。层建筑、成片水域等。为便于观测作业和今后的应用，测站应选在为便于观测作业和今后的应用
20、，测站应选在交通便利，有利于其它观测手段扩展与联测的交通便利，有利于其它观测手段扩展与联测的地方。地方。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 外业工外业工作作7.2 7.2 GPS测量的外业工作测量的外业工作标志埋设标志埋设 同常规控制点的埋设。同常规控制点的埋设。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 外业工外业工作作7.2 7.2 GPS测量的外业工作测量的外业工作外业观测外业观测 观测工作观测工作（相对定位）的主要技术要求：（相对定位）的主要技术要求：GPS观测与常规测量在技术要求上有很大观测与常规测量在技术要求上有很大差别。对城市及工程的差别。对城市及工程的GPS控制网在作业控制网在
21、作业中，应按下表有关技术指标执行。中，应按下表有关技术指标执行。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 外业工外业工作作7.2 7.2 GPS测量的外业工作测量的外业工作 项 目目 等等 级二二三三四四一一级二二级卫星高度角（星高度角（o）1515151515有效有效观测卫星数星数44444平均重复平均重复设站数站数221.61.61.6时段段长度（度（min）9060454545数据采数据采样间隔隔(s)10-6010-6010-6010-6010-60PDOP66888注：有效观测卫星数：指在观测时段中，符合有效观测时间注：有效观测卫星数：指在观测时段中，符合有效观测时间 （15min）的
22、卫星。）的卫星。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 外业工外业工作作7.2 7.2 GPS测量的外业工作测量的外业工作外业观测外业观测 安置天线安置天线开机观测开机观测观测记录观测记录（观测记录、测量手簿）（观测记录、测量手簿）GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 数据处数据处理理7.3 7.3 GPS测量数据处理测量数据处理数据处理基本步骤：数据处理基本步骤： 数据的预处理（含粗加工）：数据的预处理（含粗加工）：为平差计算作数据准备；为平差计算作数据准备；基线解算：基线解算： 解算出在解算出在WGS-84系下的基线向量；系下的基线向量；GPSGPS网平差：网平差：无约束评差、约束平差（
23、将坐标转换为实用坐标系的坐无约束评差、约束平差（将坐标转换为实用坐标系的坐标）以及将标）以及将GPS大地高转换为实用的正常高。大地高转换为实用的正常高。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 工作流工作流程程7.4 7.4 GPS测量工作流程测量工作流程GPS测量工作流程总结测量工作流程总结测前准备测前准备测区位置及其范围测区位置及其范围用途和精度等级。用途和精度等级。点位分布及点的数量点位分布及点的数量测绘资料的搜集与整理测绘资料的搜集与整理投资经费投资经费GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 工作流工作流程程7.4 7.4 GPS测量工作流程测量工作流程GPS测量工作流程总结测量工作流程
24、总结测前准备测前准备时限要求时限要求提交成果的内容提交成果的内容技术设计技术设计踏勘、选点埋石踏勘、选点埋石仪器的检验仪器的检验GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 工作流工作流程程7.4 7.4 GPS测量工作流程测量工作流程GPS测量工作流程总结测量工作流程总结测量实施测量实施实地了解测区情况实地了解测区情况卫星状况预报卫星状况预报确定作业方案确定作业方案外业观测外业观测数据传输与转储数据传输与转储基线处理与质量评估基线处理与质量评估重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储及基重复确定作业方案、外业观测、数据传输与转储及基线处理与质量评估四步，直至完成线处理与质量评估四步，直至完成GP
25、S GPS 观测工作。观测工作。GPS测量的设计与实施测量的设计与实施 工作流工作流程程7.4 7.4 GPS测量工作流程测量工作流程GPS测量工作流程总结测量工作流程总结测后整理测后整理结果分析（网平差处理与质量评估）：对外业观测所结果分析（网平差处理与质量评估）：对外业观测所得到的基线向量进行质量检验，并对由合格的基线向得到的基线向量进行质量检验，并对由合格的基线向量所构建成的量所构建成的GPS GPS 基线向量网进行平差解算，得出网基线向量网进行平差解算，得出网中各点的坐标成果。如果需要利用中各点的坐标成果。如果需要利用GPS GPS 测定网中各点测定网中各点的正高或正常高，还需要进行高程拟合。的正高或正常高，还需要进行高程拟合。技术总结技术总结成果验收成果验收重点内容重点内容 1、同步观测、时段、基线向量、同步环、异不环、同步观测、时段、基线向量、同步环、异不环的概的概念。念。2、GPS网有几种连接方式。网有几种连接方式。3、GPS网图形的设计步骤。网图形的设计步骤。4、GPS网的布网原则。网的布网原则。5、GPS测量数据处理的基本步骤。测量数据处理的基本步骤。6、GPS测量工作流程。测量工作流程。7、GPS外业工作选点的原则。外业工作选点的原则。8、GPS控制网的基准设计时，要考虑哪些问题。控制网的基准设计时，要考虑哪些问题。
