GPS测量技术设计.pptx

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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.时间标示法时间标示法第第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2第第5章章 GPS测量的技术设计测量的技术设计第2页/共77页3第一节第一节 GPS测量中的几个基本概念测量中的几个基本概念第3页/共77页41.0 内容概要内容概要第4页/共77页5内

2、容概要观测时段和时段长度同步观测、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6基本概念基本概念第6页/共77页7观测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工作的时间段是GPS测量的基本单位时段长度观测时段所持续的时间第7页/共77页8同步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进行的观测第8页/共77页9定义GPS基线向量是通过在若干点上进行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

3、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基线向量基线向量第9页/共77页10GPS网GPS网定义采用GPS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参照系下的坐标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11同步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向量一个时段中，同步观测基线的数量若在某时段共有n台接收机进行了同步

4、观测，则共可得到n(n-1)/2条同步观测基线n=3n=2n=4n=5第11页/共77页12闭合环和环的闭合差闭合环由多条基线向量首尾相连所构成的图形n=5由5条基线向量所构成的闭合环第12页/共77页13闭合环和环的闭合差环的闭合差环的闭合差闭合差：组成闭合：组成闭合环的基线向量按同环的基线向量按同一方向（顺时针或一方向（顺时针或逆时针）的矢量和逆时针）的矢量和分量闭合差：组成：组成闭合环的基线向量闭合环的基线向量按同一方向（顺时按同一方向（顺时针或逆时针）矢量针或逆时针）矢量的各个分量的和的各个分量的和全长闭合差：分量：分量闭合差的平方和开闭合差的平方和开方方分量闭合差环的闭合差全长闭合差

5、第13页/共77页14同步观测环（同步环）和同步环检验同步观测环（同步环）三台或三台以上的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环与非同步环第14页/共77页15同步观测环（同步环）和同步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的同步环，无论观测值中是否含有误差，其环闭合差必为零。（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

6、能够满足精度要求第15页/共77页16独立基线向量定义线性无关的一组基线向量满足下面条件之一的为独立基线向量未构成闭合环的一组基线向量（例如：一条基线向量，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，是一组非独立基线向量GPS网应由相互独立的基线向量构成第16页/共77页17独立基线向量同步观测基线向量的最大线性无关组及选取方式第17页/共77页18独立观测环（异步环）和独立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）的基线向量所构成的闭合环。（就是前面的非同步环）第一时段第一时段第一时

7、段第一时段第一时段第二时段独立环与非独立环第18页/共77页19独立观测环（异步环）和独立观测环检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的有力指标第19页/共77页20问题？问题？第20页/共77页21第二节第二节 技术设计的依据技术设计的依据第21页/共77页22内容概要内容概要第22页/共77页23内容概要测量任务书或测量合同书GPS测量规范及规程其他规范及规程第23页/共77页24测量任务书或测量合同书测

8、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25测量任务书或测量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形式合同第25页/共77页26测量任务书或测量合同书内容点位要求分布、密度、数量、标志及观测设施质量要求等级、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27GPS测量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测量成果的质量规范实施的步骤、要求如何完成项

9、目？第27页/共77页28GPS测量规范及规程现有规范、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，CJJ 73-97，建设部，行业标准，1997第28页/共77页29GPS测量规范及规程第29页/共77页30GPS测量规范及规程规范的内容 国家测量规范的内容第30页/共77页31GPS测量规范及规程规范的内容 城市测量技术规程第31页/共77页32其他规范及规程若暂无与

10、工程相对应的GPS规范时，可参照与该工程对应的常规测量规范中的质量要求，然后以此为依据，套用GPS规范第32页/共77页33问题？问题？第33页/共77页34第三节第三节 GPS网的精度和密度设计网的精度和密度设计第34页/共77页35内容概要GPS测量的等级及其用途各级GPS测量的精度指标各级GPS点的密度指标第35页/共77页36GPS测量的等级及其用途我国GPS测量规范所规定的网的等级第36页/共77页37GPS测量的等级及其用途我国城市测量规程所规定的网的等级第37页/共77页38各级GPS测量的精度指标相邻点间基线长度标准差标准差，单位mm固定误差，单位mm比例误差，单位ppm相邻点

11、间的距离，单位mm第38页/共77页39各级GPS测量的精度指标相邻点间基线长度的精度要求第39页/共77页40各级GPS测量的精度指标点位及基线长度年变化率的精度要求第40页/共77页41各级GPS点的密度指标GPS网中相邻点间的平均距离第41页/共77页42规范中有关GPS网精度的内容全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）第42页/共77页43规范中有关GPS网精度的内容全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）第43页/共77页44问题？问题？第44页/共77页45第四节第四节 GPS网的基准设计网的基准设计第45页/共77页46内容概要位

12、置基准尺度基准方位基准第46页/共77页47GPS网的基准GPS网的基准包括位置基准尺度基准方位基准第47页/共77页48GPS网的位置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（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49GPS网的尺度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技术观测量（VLBI、SLR等）第49页/共77页50GPS网的方位基准方位基准的确定GPS基线向量起始方位固定多个已知点其他空间技术（如VLBI）提供的方位第50页/共77页51第五节第五节 GPS网的图形设计网的图形设

13、计第51页/共77页52内容概要GPS网形设计的内容*GPS网的基本图形图形设计中的注意事项GPS网的特征条件第52页/共77页53GPS网图形设计的内容*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）注意：GPS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54GPS网图形设计的内容*如果假定对应基线向量的质量一样，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55GPS网图形设计的内

14、容*两点重要提示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56GPS网图形设计的内容*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网测量的要求123456第一时段第二时段重测边（基线）第56页/共77页57GPS网的基本图形三角形网多边形网附和导线网星形网第57页/共77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：几何强度高、抗粗差能力强

15、、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网的基本图形第58页/共77页59GPS网的基本图形多边形网定义：以多边形（边数4）作为基本图形所构成的GPS网特点：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60GPS网的基本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61GPS网的基本图形星形网（单基准站）定义：从一个已知点上分别与各待定点进行相对定位（待定

16、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；适当复测应用：界址点、碎部点和低等级控制点（图根点）工作模式：Go and Stop，RTK第61页/共77页62GPS网的基本图形多基准站定义：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）工作模式：Go and Stop，RTK提高可靠性的方法：适当复测第62页/共77页63图形设计中的注意事项布网形式AA、A、B级GPS网应布设成连

17、续网，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64图形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的边数满足下表要求第64页/共77页65图形设计中的注意事项AA、A、B级GPS网点应与永久GPS跟踪站联测。联测站数满足下表要求第65页/共77页66图形设计中的注意事项AA、A、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

18、于3个第66页/共77页67图形设计中的注意事项为求得GPS点在某一参考坐标系中的坐标，应与该坐标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68图形设计中的注意事项框架网的采用当控制网的范围较大时，可采用分级布设的方法，即首先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69图形设计中的注意事项确定正常高时的注意事项为求得GPS点的正常高，应进行高程联测，联测应满足下表要求第69页/共77页70规范中有关GPS网可靠性的内容全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）第70页/共77页71规范中有关GP

19、S网可靠性的内容全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）第71页/共77页72规范中有关GPS网可靠性的内容全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）第72页/共77页73GPS网的特征条件总基线数独立基线数必要基线数多余基线数第73页/共77页74GPS网的特征条件若某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：必要基线数J必：多余基线数J多：第74页/共77页75GPS网设计书编写提纲概述：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76小测验B级网对相邻点间基线长度的精度要求为：固定误差小于8mm，比例误差小于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77感谢您的观看！第77页/共77页