GPS测量技术设计.ppt

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1、GPS测量技术设计与实施资源开发系何世斌10/28/20221GPS测量的技术设计概述：一、工作程序：技术设计选点埋石外业准备方案设计外业观测成果检核内业数据处理技术总结上交资料。二、要求：科学的技术设计、严谨的作业管理、遵循统一规范10/28/20222GPS测量的技术设计n一、依据：测量规范和测量任务书n规范全球定位系统（GPS）测量规范、全球定位系统城市测量技术规程、公路全球定位系统测量规范n任务书：范围、目的、精度、密度、成果资料、时间、经济指标10/28/20223GPS测量的技术设计nGPS控制网的精度、密度设计n分类：国家级或区域性、高精度、局部 GPS测量的精度标准及分级精度要

2、求：用途、技术能力精度的主要指标是基线长度中误差：10/28/20224GPS测量的技术设计n全球定位系统（GPS）测量规范2001年按精度指标，将GPS控制网分六个等级：AA、A、B、C、D、En全球定位系统城市测量技术规程1997年将GPS测量划分为二等、三等、四等和一级、二级n公路规范：分四级10/28/20225GPS网的精度等级10/28/20226nGPS定位的密度标准：n各级GPS相邻点间平均距离应符合要求，相邻点间最小距离可为平均距离的1/31/2，最大距离可为平均距离的2-3倍。特殊情况作特殊处理GPS测量的技术设计10/28/20227GPS测量的技术设计nGPS测量的专用

3、术语观测时段、同步观测、同步观测环、独立观测环、数据剔除率、天线高、参考站、流动站、GPS静态定位测量、GPS快速静态定位测量、单基线解、多基线解、永久性跟踪站、星历。10/28/20228GPS测量的技术设计nGPS控制网基准设计n定义：在技术设计阶段明确GPS成果转换时所采用的坐标系统和起算数据，即明确所采用的基准n内容：位置基准、方位基准、尺度基准n实质：确定网的位置基准10/28/20229GPS测量的技术设计nGPS网采用的坐标系和高程系：WGS-84、北京54坐标系、80国家坐标系、地方独立坐标系；56高程、85高程、独立高程10/28/202210GPS测量的技术设计n注意事项：

4、n1、足够起算数据（数量、精度）；2、构成图形；3、联测已知点高程；4、尽量与原有坐标系一致；5、提高起算边精度；6、引入起算方位；7、平面和高程转换10/28/202211GPS测量的技术设计nGPS网特征的计算nGPS观测时段数:C=mn/NnGPS网特征条件参数GPS网特征条件参数GPS网特征条件计算公式总基线数J总=CN(N-1)/2必要基线数J必=n-1独立基线数J独=C(N-1)多余基线数J多=C(N-1)-(n-1)10/28/202212GPS测量的技术设计nGPS网同步图形及独立边的选择n同步闭合环的闭合差的大小只能说明GPS基线向量的解算是否合格,并不能说明GPS基线向量的

5、精度高低,也不能发现接受的信号是否受到干扰而含有误差.n异步环条件及全部基线坐标条件是衡量精度、检验粗差和系统差的重要指标10/28/202213GPS控制网的图形设计及设计原则n 技术设计中应考虑的因素：测站、卫星、仪器、后勤。n原则：优化设计；不应有自由基线；每个观测至少应独立设站观测两次；应构成闭合图形；保持一定通视；联测高级控制点，重合点数不少于3个且分布均匀；利用已有水准点联测高程10/28/202214GPS控制网的图形设计及设计原则n网的精度主要取决于观测时卫星与测站间的几何图形、观测数据的质量、数据处理方法，与GPS网形关系不大。n网形布设取决于用户的要求和用途。n目的：图形强

6、度高、精度好、可靠性强、效率高、经济实用。10/28/202215GPS控制网的图形设计及设计原则nGPS网的图形设计n类型：星形连接、点连式、边连式、网连式及边点混连式n选择因素：精度要求、外业观测条件、GPS接收机数量10/28/202216GPS控制网的图形设计及设计原则n星形网：n优点：几何图形简单、只需要两台接收机n缺点：检验和发现粗差能力差。n适用范围：快速定位；精度低的工程测量、边界测量、地籍测量和地形测图。10/28/202217GPS控制网的图形设计及设计原则n点连式图形：n优点：作业效率高、图形扩展迅速n缺点：几何图形强度弱、抗粗差能力不强n适用范围：与其它图形联合使用。1

7、0/28/202218GPS控制网的图形设计及设计原则n边连式图形n优点：有较多的重复基线和独立环、几何强度好。n缺点：观测时段多，效率低，时间长n适用范围：精度要求较高的控制网10/28/202219GPS控制网的图形设计及设计原则n网连式：n优点：图形强度好、可靠性高n缺点：需要仪器多，效率低，时间长，成本高n适用范围：精度要求较高的控制网10/28/202220GPS控制网的图形设计及设计原则n边点混连式图形n优点：几何强度较好、精度较高，外业工作量较少，成本较低。n适用范围：实际作业中常采用布网形式。n三角锁连接图形：应用带状地区n导线网形连接图形：应用精度较高的网10/28/2022

8、21GPS控制网优化设计nGPS控制网的基设计是实施GPS测量的基础性工作，它是在网的精确性、可靠性和经济性方面，寻求基准设计的最佳方案。n内容：GPS网的基准优化设计；GPS网图形结构强度的优化设计。n需要提供精度较高的外部尺度基准。10/28/202222GPS控制网优化设计n2、GPS控制网基准设计:n（1）GPS网基线的向量解算中位置基准选择n（2）GPS网转换到地方坐标系所需的基准设计n（3）GPS网尺度基准设计10/28/202223GPS控制网优化设计n位置基准设计（优先顺序）n（1）高级控制点为WGS-84n（2）较高级控制点转换到WGS-84n（3）条件好时单点定位坐标值10

9、/28/202224GPS控制网优化设计n、尺度基准设计n（1）采用外部尺度基准n（2）采用内部尺度基准10/28/202225GPS控制网优化设计n3、GPS网的精度设计（步骤）n（1）图解法获得点的概略位置。n（2）选择独立基线。n（3）确定网中各项精度指标。n（4）用增减法获得最终网形及施测方案例题：10/28/20222610/28/202227GPS控制网优化设计nGPS网与地面网的联测设计n1、联测（重合）点的精度要求（4点）n2、平面坐标联测点的密度和分布n3、高程联测点的选择和分布10/28/202228GPS测前准备及技术设计书的编写n前期准备：踏勘测区、资料收集、器材准备、

10、人员组织、外业观测计划拟定及技术设计书的编写。n主要任务：作业接收机及配置、测区划分、观测进程日历、可视卫星预测、最佳观测时段选择、接收机调度计划10/28/202229GPS测前准备及技术设计书的编写n测踏勘及收集资料：n器材准备及人员准备n外业观测计划拟定：拟定观测计划的依据：网的在小、点位精度、几何图形强度、接收机、后勤10/28/202230GPS测前准备及技术设计书的编写n观测计划的主要内容n（1）编制可视卫星预报n（2）选择卫星的几何图形强度n（3）最佳观测窗口与最佳观测时段选择n（4）观测区域的设计与划分n（5）编排作业调度表10/28/20223110/28/202232GPS

11、测前准备及技术设计书的编写n技术设计书的编写n1、任务来源及工作量；n2、测区概况；3、布网方案n4、选点与埋标；5、观测n6、数据处理n7、完成任务的措施10/28/202233GPS相对测量作业模式n常用的作业模式：常用的作业模式：静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位、动态相对定位10/28/202234GPS相对测量作业模式n静态测量模式1、作业方法：采用两台（或以上）接收机分别安置在一条或数条基线的两端点同步观测4颗以上卫星，每段长45min至2h或更多。（经典静态相对定位）2、精度：5+110-6D（D单位km）10/28/202235GPS相对测量作业模式n静态测量模式n

12、3、特点：基线构成几何图形，检核条件充分，提高了成果可靠性，并且通过平差，进一步提高定位精度。n4、适用范围：AA级、A级、B级n5、注意事项：基线应组成一系列封闭图形。10/28/202236GPS相对测量作业模式n快速静态测量模式n1、在测区中部选择一个基准站，并安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星，另一接收机依次到各点流动设站，同步观测4颗以上卫星，每点观测数分钟数分钟。n2、精度：流动站相对于基准站基线中误差：5+110-6D（D单位km）10/28/202237GPS相对测量作业模式n快速静态测量模式n3、特点：作业速度快、精度高；能耗低，两台接收机时不适宜构成几何图形，检核条件不充分

13、，可靠性差。n4、适作范围：C级、D级、E级n5、注意事项：观测时段内5以上颗卫星、距离小于20km，不需连续跟踪卫星。10/28/202238GPS相对测量作业模式n准动态测量模式n1、作业方法n设置基准站：连续跟踪5颗以上卫星n初始化：初始观测35分钟n流动观测：连续跟踪不失锁，同步观测5颗卫星，数秒钟10/28/202239GPS相对测量作业模式n准动态测量模式n2、精度：基线的中误差为12cmn3、特点：连续5颗卫星；失锁后，仍能延时1分钟；基线不能构成几何图形，检核不充分，可靠性差。n4、应用：加密控制、工程定位及碎部测量、剖面测量及路线测量。n5、注意事项10/28/202240G

14、PS相对测量作业模式n动态定位测量模式n1、作业方法：设置基准站、设置流动站、初始化、流动观测（采样率小于1秒）n2、精度：相对于基准点瞬时点位精度为12cmn3、特点：运动载体连续自动定位；定位作业速度快、基线没有构成几何图形，检核条件不充分。n4、范围：精密测定运动目标的轨迹、测定边界等。n5、注意事项：10/28/202241GPS相对测量作业模式n实时动态定位测量模式（RTK）n1、作业方法n2、精度：12cmn3、特点：实时n4、应用：n5、注意事项：一旦失锁，要重新初始化10/28/202242：n往返式重复高站n作业方法：n精度：5+110-6D（D单位km）n应用范围：控制测量

15、及控制网加密、导线测量及三角测量、工程测量及地籍测量n注意事项：流动点与基准点距离不超15Km；基准点上空开阔，能正常跟踪3颗及以上卫星。10/28/202243GPS测量外业实施nGPS控制点选择的原则：n避免GPS信号被吸收或遮挡；信号被干扰；产生多路径效应；点位要稳定、易于保存；网形应有利于同步观测、点联结；进行水准联测；利用旧点10/28/202244GPS测量外业实施n埋点后需提交资料n1、点的记录。n2、GPS网的选点网图。n3、土地占用批准文件与测量标志委托保管书。n4、选点与埋石工作技术总结。10/28/202245GPS测量外业实施nGPS控制点环视图绘制：n是反映控制点周围

16、一定截止高度角范围内天顶通视情况。n外业选点重要成果。n分类：圆周型；断面型10/28/202246GPS测量外业实施n圆周型环视图：以控制点为原点，南北方向线为X轴，东西方向线为Y轴，建立坐标系，X、Y坐标值取高度角，并按绝对递减方式注记，参照地形图式由间隔相等水平角绘截止高度角内地物10/28/202247GPS控制点的选择10/28/202248GPS测量外业实施10/28/202249GPS测量外业实施n观测时依据的技术指标GB规范、JJ规程n天线安置：安置、偏心观测、天线定向、风雨天气、测量气象参数、最后检查n开机观测：捕捉GPS信号n观测记录：观测记录、观测手簿10/28/2022

17、5010/28/202251控制面板控制面板10/28/202252天线高测量方法示意图如下：天线高测量方法示意图如下：nR0：测量天线位置半径；nh0：天线中部到相位中心高度；nh：实际作业测量点中心到天线中部长度。n华测天线参数：半径：半径88.6mm ;相位中心高16.6mm;天线底部到相位中心高 10/28/20225310/28/202254GPS测量外业实施n目的：对数据进行平滑滤波栓验、剔除粗差；统一数据文件格式，并将各类数据文件加工成标准文件；找出整周跳变点并修复观测值；对观测值进行各种模型改正n数据处理软件的选择10/28/202255GPS测量外业实施n基线向量解算：对于两

18、台或两台以上接收机同步观测值进行独立基线向量的平差计算n内容：数据传输、数据分流、统一数据格式、标准化、探测周跳，修复相位观测值、对观测值进行必要模型改正n注意事项10/28/202256GPS测量外业实施n3、观测文件的标准化：n（1）记录格式标准化n（2）记录项目标准化n（3）采样密度标准化n（4）数据单位标准化10/28/202257GPS测量外业实施n外业观测成果的检核：n资料复查n各时段同步观测数据的检核：数据剔除率、平差值的精度指标。n重复观测边的检核n同步观测环检核n异步观测环检核10/28/202258GPS测量外业实施n野外返工：超限的基线：注意（1）不能有自由基线（2）满足密度要求（3）必要时重新选点观测nGPS网的平差处理10/28/202259技术总结与上缴资料n技术总结n上缴资料10/28/202260GPS测量技术设计与实施n小结：n作业：2、4、5、6、910/28/202261