GNSS测量技术及应用.ppt

GNSS测量技术及应用测量技术及应用解解 读读 学学 习习北京市测绘设计研究院北京市测绘设计研究院 朱朱 照照 荣荣7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.1 7.1 一般规定一般规定7.1.1 GNSS7.1.1 GNSS高程测量按作业过程应分为高程异常模型的建立、高程测量按作业过程应分为高程异常模型的建立、GNSSGNSS测量和测量和数据处理。高程异常模型可利用已有模型。数据处理。高程异常模型可利用已有模型。高程系统中最常用的有正高系统（以大地水准面作为参考基准面）和正高程系统中最常用的有正高系统（以大地水准面作为参考基准面）和正常高系统（以似大地水准面为参考基准面）。我国使用的高程系统是正常常高系统（以似大地水准面为参考基准面）。我国使用的高程系统是正常高系统。高系统。采用采用GNSSGNSS测量技术测定地面点的高程是以地心坐标的地球椭球面为基准测量技术测定地面点的高程是以地心坐标的地球椭球面为基准的大地高的大地高H H，大地水准面和似大地水准面相对于地球椭球面有一个高度差，大地水准面和似大地水准面相对于地球椭球面有一个高度差，分别称为大地水准面差距分别称为大地水准面差距N N和高程异常和高程异常。大地高大地高H H、正高、正高HgHg和正常高和正常高H H之间按下列公式计算：之间按下列公式计算：H HHgHgN N H HH H 如果能够比较精确地确定地面点的高程异常，则用如果能够比较精确地确定地面点的高程异常，则用GNSSGNSS测量方法可精确测量方法可精确测定地面点的正常高。测定地面点的正常高。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量确定地面点高程异常的方法主要有：确定地面点高程异常的方法主要有：大地水准面模型法；大地水准面模型法；重力测量法；重力测量法；绘等值线图法；绘等值线图法；区域几何内插法；区域几何内插法；转换参数法；转换参数法；整体平差法；整体平差法；区域似大地水准面精化法等。区域似大地水准面精化法等。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.1.2 GNSS7.1.2 GNSS高程测量按精度等级划分为四等、图根和碎部。高程异常模型高程测量按精度等级划分为四等、图根和碎部。高程异常模型内符合中误差（简称模型内符合中误差）、高程中误差、检测较差不应超内符合中误差（简称模型内符合中误差）、高程中误差、检测较差不应超过表的规定。过表的规定。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量GNSSGNSS测量时实际得到的是测量点的三维坐标。由于受技术条件的限制，从测量时实际得到的是测量点的三维坐标。由于受技术条件的限制，从八十年代末八十年代末GPSGPS技术引进后，只是使用了技术引进后，只是使用了GPSGPS测量的平面二维成果，高程测测量的平面二维成果，高程测量成果一直没有大量使用。量成果一直没有大量使用。随着全球高精度重力场模型的确定及基础理论上的突破，经过大量的实验，随着全球高精度重力场模型的确定及基础理论上的突破，经过大量的实验，GNSSGNSS测量求取正常高成为了现实。测量求取正常高成为了现实。按照按照城市测量规范城市测量规范CJJ8CJJ8中高程测量的精度等级的划分。本条规定了城中高程测量的精度等级的划分。本条规定了城市市GNSSGNSS高程测量分为四等、图根和碎部三个等级。高程测量分为四等、图根和碎部三个等级。GNSSGNSS高程测量由于受到自然地理环境的影响以及当前技术手段的限制。各高程测量由于受到自然地理环境的影响以及当前技术手段的限制。各等级又划分为平原及丘陵和山区两种不同的情况。并分别制定了各等级的等级又划分为平原及丘陵和山区两种不同的情况。并分别制定了各等级的高程异常模型内符合中误差、高程测量中误差、检测较差等精度指标。高程异常模型内符合中误差、高程测量中误差、检测较差等精度指标。条文说明对误差的制定做了部分推算，由于在山区大地水准面变化复杂，条文说明对误差的制定做了部分推算，由于在山区大地水准面变化复杂，目前还没有足够的实验数据证明可以利用目前还没有足够的实验数据证明可以利用GNSSGNSS高程测量来代替四等水准测高程测量来代替四等水准测量，故表量，故表中没有作出规定。中没有作出规定。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.1.3 GNSS7.1.3 GNSS高程测量可与高程测量可与GNSSGNSS控制测量同时进行，也可单独进行。控制测量同时进行，也可单独进行。7.1.4 GNSS7.1.4 GNSS高程测量时，应至少联测一个已知高程控制点进行检核，较差高程测量时，应至少联测一个已知高程控制点进行检核，较差应符合本规范表的规定应符合本规范表的规定。本条规定了作业员在进行本条规定了作业员在进行GNSSGNSS高程测量时，应至少有一个以上的已知高程高程测量时，应至少有一个以上的已知高程控制点进行检核。一方面可以检核该区域高程异常模型的正确性；另一方控制点进行检核。一方面可以检核该区域高程异常模型的正确性；另一方面可以检核面可以检核RTKRTK作业时各项设置的正确性和作业时各项设置的正确性和RTKRTK作业的规范性。作业的规范性。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.2 7.2 技术要求技术要求7.2.1 7.2.1 高程异常模型应利用高程异常模型应利用GNSSGNSS测量、水准测量、重力测量、地形测量测量、水准测量、重力测量、地形测量及重力场模型等资料，按物理大地测量计算方法获得。在区域面积小、及重力场模型等资料，按物理大地测量计算方法获得。在区域面积小、地形平坦及重力异常变化平缓地区，可利用水准测量和地形平坦及重力异常变化平缓地区，可利用水准测量和GNSSGNSS测量资料，测量资料，通过数学拟合方法，获取该区域的高程异常模型。通过数学拟合方法，获取该区域的高程异常模型。对于区域范围大或地形地质情况复杂地区，只依靠对于区域范围大或地形地质情况复杂地区，只依靠GNSSGNSS测量、水准测测量、水准测量资料确定高程异常模型比较困难，需开展专项的区域似大地水准面精量资料确定高程异常模型比较困难，需开展专项的区域似大地水准面精化工作，制定详细的技术设计，收集重力、水准、地形等大量资料，并化工作，制定详细的技术设计，收集重力、水准、地形等大量资料，并结合结合GNSSGNSS测量、水准测量和重力测量，利用重力场模型和先进的计算方测量、水准测量和重力测量，利用重力场模型和先进的计算方法获得区域高程异常模型成果。在该区域进行法获得区域高程异常模型成果。在该区域进行GNSSGNSS高程测量时，可根据高程测量时，可根据精度要求直接使用该模型。精度要求直接使用该模型。为了推广为了推广GNSSGNSS高程测量技术，国内已完成了十多个省级、三十多个大、高程测量技术，国内已完成了十多个省级、三十多个大、中型城市的区域似大地水准面精化工作，为这些区域的中型城市的区域似大地水准面精化工作，为这些区域的GNSSGNSS高程测量提高程测量提供了基础。供了基础。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量区域似大地水准面精化工作区域似大地水准面精化工作是一个综合了多种测量手段、使用了大量是一个综合了多种测量手段、使用了大量已有的数据、进行了复杂的数据处理的成果。技术难度大，资料、测量已有的数据、进行了复杂的数据处理的成果。技术难度大，资料、测量成果的互补性很强，数据处理技术过程繁琐。因此，本规范没有对区域成果的互补性很强，数据处理技术过程繁琐。因此，本规范没有对区域似大地水准面精化进行规定，只规定了使用模型的精度。对于似大地水似大地水准面精化进行规定，只规定了使用模型的精度。对于似大地水准面精化工作，建议应另行进行技术设计，由专业的技术人员来完成。准面精化工作，建议应另行进行技术设计，由专业的技术人员来完成。四等四等GNSSGNSS高程测量应使用区域似大地水准面精化成果。高程测量应使用区域似大地水准面精化成果。对于测区面积不超过对于测区面积不超过一百平方公里一百平方公里、地形较为平坦的地区或对于一些、地形较为平坦的地区或对于一些线型工程项目。可以直接使用水准测量、线型工程项目。可以直接使用水准测量、GNSSGNSS测量资料，通过相对简单测量资料，通过相对简单的平面或二次曲面高程拟合等数学模型，获取该区域的高程异常模型。的平面或二次曲面高程拟合等数学模型，获取该区域的高程异常模型。区域高程异常模型的正确选取是进行区域高程异常模型的正确选取是进行GNSSGNSS高程测量的先决条件。高程测量的先决条件。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.2.2 GNSS7.2.2 GNSS水准点的布设应符合下列规定：水准点的布设应符合下列规定：1 1 点位应均匀分布于测区范围内；点位应均匀分布于测区范围内；2 2 平原地区点间距不宜超过平原地区点间距不宜超过5km5km；3 3 地形起伏大时，应按测区地形特征增加点位；地形起伏大时，应按测区地形特征增加点位；4 4 点位选取应符合本规范第条和现行行业标准点位选取应符合本规范第条和现行行业标准城市测量规范城市测量规范CJJ8CJJ8中高中高程控制点的规定；程控制点的规定；5 5计算选取的拟合点数不应少于计算选取的拟合点数不应少于5 5个。个。参与拟合计算的参与拟合计算的GNSSGNSS水准点应能反映区域重力异常变化情况。高程异常水准点应能反映区域重力异常变化情况。高程异常模型的精度主要取决于这些拟合点的分布和测量精度。模型的精度主要取决于这些拟合点的分布和测量精度。由于重力异常变化人为无法确定，为了真实反映区域的重力异常变化情由于重力异常变化人为无法确定，为了真实反映区域的重力异常变化情况。况。作业时只能覆盖作业区域、根据地形特征均匀布点。拟合计算范围的边沿应作业时只能覆盖作业区域、根据地形特征均匀布点。拟合计算范围的边沿应具有足够的已知点，以确保内插计算，避免外推。具有足够的已知点，以确保内插计算，避免外推。GNSSGNSS水准点的拟合稳健性对拟合精度的影响较大。计算中应进行稳健性水准点的拟合稳健性对拟合精度的影响较大。计算中应进行稳健性分析，筛选出模型兼容性较好的已知点进行。分析，筛选出模型兼容性较好的已知点进行。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.2.3 GNSS7.2.3 GNSS水准点观测技术要求应符合表的规定。水准点观测技术要求应符合表的规定。7.2.4 GNSS7.2.4 GNSS水准点的数据处理应符合本规范第节和现行行业标准水准点的数据处理应符合本规范第节和现行行业标准城市测城市测量规范量规范CJJ8CJJ8有关高程测量数据处理的规定。有关高程测量数据处理的规定。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.2.5 7.2.5 采用数学拟合法建立高程异常模型时，应根据拟合区域的面积、地采用数学拟合法建立高程异常模型时，应根据拟合区域的面积、地形、区域和地质情况，选择合适的数学模型。形、区域和地质情况，选择合适的数学模型。测区面积小、地形较为平坦、重力梯度分布平缓时，高程异常模型可采测区面积小、地形较为平坦、重力梯度分布平缓时，高程异常模型可采用曲面拟合方法。平面拟合法、多项式曲面拟合法、多面函数拟合法等用曲面拟合方法。平面拟合法、多项式曲面拟合法、多面函数拟合法等GNSS高程控制网布设成线状或带状时，可采用曲线拟合。多项式曲线拟高程控制网布设成线状或带状时，可采用曲线拟合。多项式曲线拟合法、三次样条曲线拟合法、阿克玛（合法、三次样条曲线拟合法、阿克玛（Akima）拟合法等。）拟合法等。测区面积较大（超过一百平方公里）、没有似大地水准面精化工作的地测区面积较大（超过一百平方公里）、没有似大地水准面精化工作的地区或呈大跨度带状分布时，为了控制高程拟合的误差传递，应根据地形地区或呈大跨度带状分布时，为了控制高程拟合的误差传递，应根据地形地质情况、高程异常变化梯度合理地划分区域，进行分区拟合计算。质情况、高程异常变化梯度合理地划分区域，进行分区拟合计算。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.2.6 7.2.6 新建立高程异常模型应进行新建立高程异常模型应进行GNSSGNSS测量高程中误差检测。检测应符合测量高程中误差检测。检测应符合下列规定：下列规定：1 1 检测点应均匀分布于拟合区域，且应位于拟合点间的中部并能反映地形检测点应均匀分布于拟合区域，且应位于拟合点间的中部并能反映地形特征。检测点数不应少于拟合点总数的特征。检测点数不应少于拟合点总数的15%15%，且不应少于，且不应少于5 5个点；个点；2 2 点位选取应符合本规范第条和现行行业标准点位选取应符合本规范第条和现行行业标准城市测量规范城市测量规范CJJ8CJJ8中高中高程控制点的选点规定；程控制点的选点规定；3 3 观测及数据处理应符合本规范第条和第条中水准联测的规定。观测及数据处理应符合本规范第条和第条中水准联测的规定。7.2.7 GNSS7.2.7 GNSS高程测量应符合下列规定：高程测量应符合下列规定：1 1GNSSGNSS高程测量选点应符合本规范第高程测量选点应符合本规范第条的规定，可采取埋设永久测量标条的规定，可采取埋设永久测量标志、实地标注点位等方法设置测量点；志、实地标注点位等方法设置测量点；2 22 GNSS2 GNSS高程测量的技术要求应符合表高程测量的技术要求应符合表的规定；的规定；7、城市、城市GNSS高程测量高程测量3 3 宜选用固定误差不超过宜选用固定误差不超过20mm20mm、比例误差系数不超过、比例误差系数不超过2mm/km2mm/km的的RTKRTK接收机；接收机；4 4 采用静态观测方法时，布网、观测、已知点联测和数据处理应符合本规采用静态观测方法时，布网、观测、已知点联测和数据处理应符合本规范第范第5 5章的规定；章的规定；5 5 采用采用RTKRTK观测方法时，选点、观测和数据处理及检验应符合本规范第观测方法时，选点、观测和数据处理及检验应符合本规范第6 6章章的规定。的规定。7.2.8 GNSS7.2.8 GNSS高程测量应在高程异常模型覆盖区域内进行，不应外扩。高程测量应在高程异常模型覆盖区域内进行，不应外扩。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.3 7.3 数据处理与检验数据处理与检验7.3.1 7.3.1 采用采用GNSSGNSS静态观测方法时，数据处理应符合本规范第节的规定。采静态观测方法时，数据处理应符合本规范第节的规定。采用用RTKRTK观测方法时，数据处理应符合本规范第节的规定。观测方法时，数据处理应符合本规范第节的规定。7.3.2 7.3.2 水准测量的数据处理应符合现行行业标准水准测量的数据处理应符合现行行业标准城市测量规范城市测量规范CJJ8CJJ8中中高程控制测量的规定。高程控制测量的规定。7.3.3 GNSS7.3.3 GNSS高程测量成果应按已确定的区域高程异常模型进行正常高程计高程测量成果应按已确定的区域高程异常模型进行正常高程计算。算。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.3.4 7.3.4 新建立的高程异常模型应进行模型内符合中误差计算，并应符合本新建立的高程异常模型应进行模型内符合中误差计算，并应符合本规范表的规定。模型内符合中误差应按下式计算：规范表的规定。模型内符合中误差应按下式计算：GNSSGNSS高程拟合的各种模型都各有其优势与缺陷，有其一定的适用范围，高程拟合的各种模型都各有其优势与缺陷，有其一定的适用范围，且不同拟合模型可能对高程异常模型的影响差异较大，关键在于模型函数且不同拟合模型可能对高程异常模型的影响差异较大，关键在于模型函数能否最佳地表达出整个区域的高程异常变化。因此新建立的能否最佳地表达出整个区域的高程异常变化。因此新建立的GNSSGNSS高程异常高程异常模型应进行模型的精度评定模型应进行模型的精度评定。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.3.5 7.3.5 新建立的高程异常模型应进行模型外符合高程中误差计算，并应符新建立的高程异常模型应进行模型外符合高程中误差计算，并应符合本规范表中高程中误差的规定。外符合高程中误差应按下式计算：合本规范表中高程中误差的规定。外符合高程中误差应按下式计算：新建立的新建立的GNSSGNSS高程异常模型是否合理，需要一定数量的已知点来模型外符高程异常模型是否合理，需要一定数量的已知点来模型外符合检核，检测点的数量较少没有统计意义，只有检测点大于合检核，检测点的数量较少没有统计意义，只有检测点大于2020个时才有统个时才有统计意义，才能够较好地检验高程异常模型的实际精度。计意义，才能够较好地检验高程异常模型的实际精度。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.3.6 GNSS7.3.6 GNSS高程测量工作完成后，应进行高程测量工作完成后，应进行100%100%的内业检查和的内业检查和10%10%的外业同的外业同精度检测。内业检查应符合本规范第条的规定。外业抽检可采取水准测量、精度检测。内业检查应符合本规范第条的规定。外业抽检可采取水准测量、光电测距三角高程测量或光电测距三角高程测量或GNSSGNSS测量方法进行。测量方法进行。GNSSGNSS高程测量工作完成后，需要对成果进行精度评定。进行一定量的外业高程测量工作完成后，需要对成果进行精度评定。进行一定量的外业抽检，抽检比例应大于常规测量的外检比例，本规范规定外业抽检比例不抽检，抽检比例应大于常规测量的外检比例，本规范规定外业抽检比例不能低于能低于10%10%。通过外部的实测结果来评定。通过外部的实测结果来评定GNSSGNSS高程测量的精度，已参与模型高程测量的精度，已参与模型拟合的拟合的GNSSGNSS水准点不得参与检测计算。本条还规定了可以采用的检测方法水准点不得参与检测计算。本条还规定了可以采用的检测方法。7.3.7 7.3.7 采用水准或光电测距三角高程检测时，应至少联测一个已知高程点，采用水准或光电测距三角高程检测时，应至少联测一个已知高程点，并应符合现行行业标准并应符合现行行业标准城市测量规范城市测量规范CJJ8CJJ8的规定；采用的规定；采用GNSSGNSS测量检测测量检测时，应符合本规范第时，应符合本规范第5 5章、第章、第6 6章的规定。章的规定。GNSSGNSS高程测量成果应与区域的高程控制网系统一致，为了避免出现独立的高程测量成果应与区域的高程控制网系统一致，为了避免出现独立的高程系统，本条规定了任何检测方法都要至少联测一个已知高程点。高程系统，本条规定了任何检测方法都要至少联测一个已知高程点。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.3.8 7.3.8 采用采用GNSSGNSS方法进行高程检测时，检测较差不应超过本规范表的规定；方法进行高程检测时，检测较差不应超过本规范表的规定；采用水准或光电测距三角高程检测时，检测较差不应超过表的规定。采用水准或光电测距三角高程检测时，检测较差不应超过表的规定。依据依据城市测量规范城市测量规范CJJ 8CJJ 8的规定，水准测量同精度检测已测测段高差的规定，水准测量同精度检测已测测段高差之差按原等级水准测量限差的来执行，三角高程测量按对向观测高差或单之差按原等级水准测量限差的来执行，三角高程测量按对向观测高差或单向两次高差较差执行，碎部检测较差按高程中误差的两倍执行向两次高差较差执行，碎部检测较差按高程中误差的两倍执行 7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.3.9 GNSS7.3.9 GNSS高程测量检测时，高程中误差应符合本规范表的规定，并应按高程测量检测时，高程中误差应符合本规范表的规定，并应按下式计算：下式计算：7.3.10 7.3.10 新建立的高程异常模型外符合高程中误差的计算可与新建立的高程异常模型外符合高程中误差的计算可与GNSSGNSS高程测高程测量检测高程中误差的计算进行统一设计、一次完成。量检测高程中误差的计算进行统一设计、一次完成。7、城市、城市GNSS高程测量高程测量7.4 7.4 成果提交成果提交7.4.1 GNSS7.4.1 GNSS高程测量完成后，宜提交下列成果：高程测量完成后，宜提交下列成果：1 1 技术设计书；技术设计书；2 2 仪器鉴定资料；仪器鉴定资料；3 3 控制点示意图。控制点示意图。7.4.2 GNSS7.4.2 GNSS高程测量完成后，应提交下列成果：高程测量完成后，应提交下列成果：1 1 起算点成果资料；起算点成果资料；2 2 外业观测原始记录文件；外业观测原始记录文件；3 3 平差计算文件；平差计算文件；4 4 高程异常模型及精度评定；高程异常模型及精度评定；5 5 测量成果表；测量成果表；6 6 技术总结。技术总结。谢谢！谢谢！102012谢谢！Beijing institute of surveying and mappingBeijing institute of surveying and mapping北京市测绘设计研究院