工程GPS控制網(wǎng)設(shè)計

1、山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 測繪測繪10-110-1班班 衛(wèi)星定位技術(shù)的優(yōu)勢有哪些？衛(wèi)星定位技術(shù)的優(yōu)勢有哪些？ 衛(wèi)星定位技術(shù)與常規(guī)控制及測量技術(shù)相比，有許衛(wèi)星定位技術(shù)與常規(guī)控制及測量技術(shù)相比，有許 多優(yōu)點，如多優(yōu)點，如 不要求控制點間通視不要求控制點間通視 網(wǎng)的幾何形狀幾點之間的距離長短可以不受限制網(wǎng)的幾何形狀幾點之間的距離長短可以不受限制 外業(yè)時間基本上不受天氣條件的約束外業(yè)時間基本上不受天氣條件的約束 內(nèi)外業(yè)和結(jié)合、自動化程度高，等等。內(nèi)外業(yè)和結(jié)合、自動化程度高，等等。 衛(wèi)星定位技術(shù)用于測圖控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和變衛(wèi)星定位技術(shù)用于測圖控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和變 形監(jiān)測控制網(wǎng)的另一優(yōu)點是可以同時得到

2、控制點形監(jiān)測控制網(wǎng)的另一優(yōu)點是可以同時得到控制點 的三維坐標，也會就是說，能夠的三維坐標，也會就是說，能夠同時獲得控制點同時獲得控制點 的平面坐標和高程的平面坐標和高程。 一一 GPS網(wǎng)的基準設(shè)計網(wǎng)的基準設(shè)計 GPSGPS網(wǎng)的基準設(shè)計就是設(shè)計網(wǎng)的基準設(shè)計就是設(shè)計GPSGPS往事應(yīng)當明往事應(yīng)當明 確確GPSGPS定位測量最終提供的點位坐標屬于什定位測量最終提供的點位坐標屬于什 么坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。么坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。 GPSGPS的衛(wèi)星坐標是的衛(wèi)星坐標是WGS-84WGS-84坐標系統(tǒng)的坐標，坐標系統(tǒng)的坐標， GPSGPS定位測量所得到的坐標也就屬于定位測量所得到的坐標也就屬于WGS-84W

3、GS-84 坐標，而城市河工程測量一般需要國家或坐標，而城市河工程測量一般需要國家或 地方坐標系坐標，因此需要將地方坐標系坐標，因此需要將GPSGPS所測的坐所測的坐 標進行轉(zhuǎn)換。標進行轉(zhuǎn)換。 u布測布測GPSGPS網(wǎng)時網(wǎng)時 ，需聯(lián)測一定數(shù)量的國家或，需聯(lián)測一定數(shù)量的國家或 地方坐標的已知控制點，以便將地方坐標的已知控制點，以便將GPSGPS點的點的 WGS-84WGS-84坐標轉(zhuǎn)換為國家或地方坐標。坐標轉(zhuǎn)換為國家或地方坐標。 uGPSGPS定位測量所取得的高程屬于定位測量所取得的高程屬于WGS-84WGS-84大地大地 高程，高程，GPSGPS網(wǎng)布設(shè)時，如果聯(lián)測一定數(shù)量的網(wǎng)布設(shè)時，如果聯(lián)測一

4、定數(shù)量的 水準高程點，則可將水準高程點，則可將GPSGPS大地高程轉(zhuǎn)換為水大地高程轉(zhuǎn)換為水 準高程。準高程。 所以，設(shè)計所以，設(shè)計GPSGPS網(wǎng)時，網(wǎng)時，聯(lián)測聯(lián)測一定數(shù)量一定數(shù)量 的具有國家或地方坐標系坐標的控的具有國家或地方坐標系坐標的控 制點和具有水準高程的控制點，制點和具有水準高程的控制點，以以 便將觀測的便將觀測的GPSGPS點點 的的WGS-84WGS-84坐標坐標轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換為國家或地方坐標，將為國家或地方坐標，將GPSGPS大地高大地高 程轉(zhuǎn)換為水準高程，這便是程轉(zhuǎn)換為水準高程，這便是GPSGPS網(wǎng)基網(wǎng)基 準設(shè)計的基本內(nèi)容。準設(shè)計的基本內(nèi)容。 GPSGPS基準設(shè)計中，首先要考慮的應(yīng)

5、當是聯(lián)測基準設(shè)計中，首先要考慮的應(yīng)當是聯(lián)測 測區(qū)內(nèi)附近高等級的具有測區(qū)內(nèi)附近高等級的具有WGS-84WGS-84坐標的控坐標的控 制點，通過制點，通過GPSGPS觀測數(shù)據(jù)處理，觀測數(shù)據(jù)處理，GPSGPS點能夠點能夠 獲得高精度的獲得高精度的WGS-84WGS-84坐標。坐標。 然后，根據(jù)測圖或工程需要，聯(lián)測一定數(shù)然后，根據(jù)測圖或工程需要，聯(lián)測一定數(shù) 量高等級的國家或地方坐標系的控制點量高等級的國家或地方坐標系的控制點 （一般（一般3 3個以上），聯(lián)測一定數(shù)量的水準高個以上），聯(lián)測一定數(shù)量的水準高 程點（一般程點（一般5 5個以上）。個以上）。 聯(lián)測的點又叫公共點聯(lián)測的點又叫公共點，設(shè)計時要求公

6、共點，設(shè)計時要求公共點 點位分布均勻。點位分布均勻。 二、二、GPS網(wǎng)形設(shè)計網(wǎng)形設(shè)計 1.1.同步觀測環(huán)與同步觀測環(huán)與GPSGPS網(wǎng)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)形結(jié)構(gòu) GPSGPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程控制測量主要是按定位技術(shù)應(yīng)用于工程控制測量主要是按 照照靜態(tài)相對定位的模式進行。靜態(tài)相對定位的模式進行。 所謂所謂相對定位相對定位，就是用兩臺以上的，就是用兩臺以上的GPSGPS接收接收 機，分別安置在地面不同的控制點上，同時機，分別安置在地面不同的控制點上，同時 對相同的對相同的GPSGPS衛(wèi)星（衛(wèi)星（4 4顆以上）進行同步觀測，顆以上）進行同步觀測， 根據(jù)對衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，解算出根據(jù)對衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，解算出 兩點之

7、兩點之 間的三維坐標差（又叫基線向量），間的三維坐標差（又叫基線向量），已知其已知其 中一點的三維坐標，便可求得另一點的三維中一點的三維坐標，便可求得另一點的三維 坐標。坐標。 如果同時用三臺如果同時用三臺GPSGPS接收機進行相對定位，接收機進行相對定位， 可以同時結(jié)算三條基線向量，三條基線向可以同時結(jié)算三條基線向量，三條基線向 量構(gòu)成同步觀測環(huán)。如果同時用四臺量構(gòu)成同步觀測環(huán)。如果同時用四臺GPSGPS接接 收機進行相對定位，可以同時結(jié)算六條基收機進行相對定位，可以同時結(jié)算六條基 線向量。如圖線向量。如圖3-253-25所示，用所示，用N N臺接收機進行臺接收機進行 相對定位，可以同時結(jié)算

8、出相對定位，可以同時結(jié)算出N(N-1)/2N(N-1)/2條基條基 線向量，構(gòu)成多個同步三角形觀測環(huán)。線向量，構(gòu)成多個同步三角形觀測環(huán)。 GPSGPS網(wǎng)形實際實質(zhì)上就是將不網(wǎng)形實際實質(zhì)上就是將不 同時間段同時間段GPSGPS同步觀測圖形連同步觀測圖形連 成一定的網(wǎng)形。成一定的網(wǎng)形。同步觀測圖形同步觀測圖形 之間連接的方式有之間連接的方式有點連接點連接、邊邊 連接連接和和邊點混合連接邊點混合連接幾種方式。幾種方式。 圖圖3-263-26為用三臺為用三臺GPSGPS接收機進接收機進 行多個時段觀測的行多個時段觀測的GPSGPS網(wǎng)形結(jié)網(wǎng)形結(jié) 構(gòu)。圖構(gòu)。圖3-263-26（a a）為三個同步）為三個同

9、步 時間段之間的，時間段之間的， 連接網(wǎng)形；連接網(wǎng)形； 圖圖3-263-26（b b）為五個同步時間）為五個同步時間 段之間的邊連接網(wǎng)形，有四條段之間的邊連接網(wǎng)形，有四條 重復(fù)觀測邊；圖重復(fù)觀測邊；圖3-263-26（c c）為）為 四個同步時間段之間的邊點混四個同步時間段之間的邊點混 合連接網(wǎng)形，有兩條重復(fù)觀測合連接網(wǎng)形，有兩條重復(fù)觀測 邊。顯然，同樣的邊。顯然，同樣的GPSGPS點數(shù)，點數(shù)， （a a）的工作量最小，（）的工作量最小，（b b）網(wǎng)）網(wǎng) 的工作量最多，（的工作量最多，（C C）網(wǎng)適中，）網(wǎng)適中， 但是（但是（b b）網(wǎng)的精度最高）網(wǎng)的精度最高。 對于對于GPSGPS導(dǎo)線網(wǎng)形，

10、可以認為是用兩臺導(dǎo)線網(wǎng)形，可以認為是用兩臺GPSGPS接收機接收機 按靜態(tài)相對定位的方法分別在不同時間段測量相按靜態(tài)相對定位的方法分別在不同時間段測量相 鄰兩點基線邊，從已知點開始用解算的坐標差求鄰兩點基線邊，從已知點開始用解算的坐標差求 取個取個GPSGPS點的坐標值點的坐標值GPSGPS網(wǎng)的構(gòu)成是相鄰觀測基線網(wǎng)的構(gòu)成是相鄰觀測基線 的點連接。的點連接。 2.獨立基線與必要觀測基線 前已述及，用前已述及，用N N臺接收機臺接收機 進行相對相對定位，每個進行相對相對定位，每個 時間段可以同時結(jié)算出時間段可以同時結(jié)算出 N(N-1)/2N(N-1)/2條觀測基線，其條觀測基線，其 中，有中，有N

11、-1N-1條是獨立基線。條是獨立基線。 因為其中任意一條基線可因為其中任意一條基線可 以用其余以用其余N-1N-1條基線計算條基線計算 出來。例如圖出來。例如圖3-253-25中（中（a a） （b b）(c)(c)同步觀測環(huán)獨立同步觀測環(huán)獨立 基線個數(shù)分別為基線個數(shù)分別為1 1、2 2、3 3。 圖圖3-263-26中，（中，（a a）(b)(b)（c c） 網(wǎng)的獨立基線個數(shù)分別為網(wǎng)的獨立基線個數(shù)分別為 6 6、1010、8 8。 GPSGPS網(wǎng)中，設(shè)網(wǎng)點數(shù)為網(wǎng)中，設(shè)網(wǎng)點數(shù)為n n其中有一個點的坐標已知，其中有一個點的坐標已知， 要求其余要求其余N-1N-1個未知點的坐標必須要測定個未知點的

12、坐標必須要測定N-1N-1條基線條基線 向量。也可以說必要觀測基線數(shù)為向量。也可以說必要觀測基線數(shù)為N-1N-1條。條。 圖圖3-263-26中，（中，（a a）（）（b b）(c)(c)網(wǎng)網(wǎng) ，假如已知點都是一，假如已知點都是一 個未知點個都是個未知點個都是6 6個則必要觀測基線數(shù)都是個則必要觀測基線數(shù)都是6 6條。顯條。顯 然，多余觀測基線個數(shù)分別為然，多余觀測基線個數(shù)分別為0 0、4 4、2 2條。條。工程工程 測量規(guī)范測量規(guī)范規(guī)定，獨立觀測基線總數(shù)不以少于必要規(guī)定，獨立觀測基線總數(shù)不以少于必要 觀測基數(shù)的觀測基數(shù)的1.51.5倍。照此規(guī)定圖倍。照此規(guī)定圖3-263-26中（中（a a）

13、(b)(b)（c c） 網(wǎng)中獨立基線條數(shù)分別為網(wǎng)中獨立基線條數(shù)分別為1.01.0、1.71.7、1.31.3倍。如果倍。如果 每個網(wǎng)中都有每個網(wǎng)中都有2 2個已知坐標點，則必要觀測基線條個已知坐標點，則必要觀測基線條 數(shù)分別為數(shù)分別為5 5條，多余觀測技基數(shù)分別為條，多余觀測技基數(shù)分別為5 5條，多余觀條，多余觀 測基數(shù)分別為測基數(shù)分別為1 1、5 5、3 3條，獨立基線條數(shù)分別為必條，獨立基線條數(shù)分別為必 要觀測基數(shù)是要觀測基數(shù)是1.21.2、2.02.0、1.61.6倍。倍。 3.異步觀測環(huán) 在構(gòu)成閉合多邊形環(huán)路的所有基線向量中，在構(gòu)成閉合多邊形環(huán)路的所有基線向量中， 只要有非同步觀測基線

14、向量，則該多邊形只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形 閉合環(huán)路叫做異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。閉合環(huán)路叫做異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。 不同時間段觀測的獨立基線組成的閉合環(huán)不同時間段觀測的獨立基線組成的閉合環(huán) 都是異步環(huán)。都是異步環(huán)。 工程測量規(guī)范工程測量規(guī)范規(guī)定，規(guī)定，GPSGPS控制網(wǎng)應(yīng)由獨控制網(wǎng)應(yīng)由獨 立觀測邊構(gòu)成一個或若干個閉合環(huán)或附合立觀測邊構(gòu)成一個或若干個閉合環(huán)或附合 路線，各等級控制網(wǎng)中構(gòu)成閉合環(huán)或符合路線，各等級控制網(wǎng)中構(gòu)成閉合環(huán)或符合 路線的邊數(shù)不宜多于路線的邊數(shù)不宜多于6 6條。條。 綜上所述，綜上所述，GPSGPS網(wǎng)形設(shè)計在某種意義上又叫網(wǎng)形設(shè)計在某種意義上又叫 觀測時段設(shè)計。觀

15、測時段設(shè)計。GPSGPS網(wǎng)形設(shè)計是采用點連接網(wǎng)形設(shè)計是采用點連接 或邊連接或邊點混合連接的方式將各時間或邊連接或邊點混合連接的方式將各時間 段觀測的基線連接成一定的網(wǎng)形。采用邊段觀測的基線連接成一定的網(wǎng)形。采用邊 連接的連接的GPSGPS網(wǎng)有較多是重復(fù)觀測基線，網(wǎng)的網(wǎng)有較多是重復(fù)觀測基線，網(wǎng)的 精度比采用點連接的精度比采用點連接的GPSGPS網(wǎng)精度高。高精度網(wǎng)精度高。高精度 的工程控制網(wǎng)設(shè)計時，應(yīng)采用邊連接的網(wǎng)的工程控制網(wǎng)設(shè)計時，應(yīng)采用邊連接的網(wǎng) 形結(jié)構(gòu)，一般測圖控制網(wǎng)采用邊點混合連形結(jié)構(gòu)，一般測圖控制網(wǎng)采用邊點混合連 接既可保證精度要求。接既可保證精度要求。 三、三、GPS網(wǎng)精度計算網(wǎng)精度計

16、算 對于對于GPSGPS網(wǎng)，網(wǎng)設(shè)計完成后要對精度進網(wǎng)，網(wǎng)設(shè)計完成后要對精度進 行精度估算。根據(jù)行精度估算。根據(jù)GPSGPS觀測使用的接收觀測使用的接收 機臺數(shù)機臺數(shù)N N，選區(qū)全部或，選區(qū)全部或N-1N-1條獨立基線設(shè)條獨立基線設(shè) 計計GPSGPS網(wǎng)是觀測圖形，根據(jù)精度要求，網(wǎng)是觀測圖形，根據(jù)精度要求， 確定觀測方案。詳細原理見第八章中有確定觀測方案。詳細原理見第八章中有 關(guān)內(nèi)容。關(guān)內(nèi)容。 四、四、GPS網(wǎng)觀測綱要設(shè)計網(wǎng)觀測綱要設(shè)計 選點要求：選點要求： GPSGPS網(wǎng)形設(shè)計完成后，要到實地選定并埋網(wǎng)形設(shè)計完成后，要到實地選定并埋 設(shè)標石。點位選定要求周圍高度角設(shè)標石。點位選定要求周圍高度角1

17、515以以 上不應(yīng)有障礙物，點位附近不應(yīng)有強的電上不應(yīng)有障礙物，點位附近不應(yīng)有強的電 磁波輻射源。磁波輻射源。 根據(jù)設(shè)計的根據(jù)設(shè)計的GPSGPS網(wǎng)形和精度等級，確定觀測網(wǎng)形和精度等級，確定觀測 時間段的長度，制定觀測實施計劃。觀測時間段的長度，制定觀測實施計劃。觀測 日期擬定后，用日期擬定后，用GPSGPS接收機數(shù)據(jù)處理軟件依接收機數(shù)據(jù)處理軟件依 據(jù)測區(qū)概略經(jīng)緯度河高程作出衛(wèi)星預(yù)報據(jù)測區(qū)概略經(jīng)緯度河高程作出衛(wèi)星預(yù)報 （衛(wèi)星對觀測站的幾何圖形強度因子（衛(wèi)星對觀測站的幾何圖形強度因子PDOPPDOP 值應(yīng)小于值應(yīng)小于6 6），最終確定觀測時間段。），最終確定觀測時間段。 GPSGPS網(wǎng)設(shè)計的最后部

18、分應(yīng)提出何種軟件進行網(wǎng)設(shè)計的最后部分應(yīng)提出何種軟件進行 數(shù)據(jù)處理機最終提供的成果。數(shù)據(jù)處理機最終提供的成果。 由于由于對空中衛(wèi)星觀測條件的限制對空中衛(wèi)星觀測條件的限制，GPSGPS定位定位 測量不能完全取代工程控制測量。測量不能完全取代工程控制測量。GPSGPS定位定位 測量與導(dǎo)線測量和水準測量相結(jié)合，是工測量與導(dǎo)線測量和水準測量相結(jié)合，是工 程測量的主要方法。程測量的主要方法。 用用GPSGPSRTKRTK技術(shù)測定測圖用的圖根控制點，技術(shù)測定測圖用的圖根控制點， 目前也是較為廣泛應(yīng)用的一種方法。需要目前也是較為廣泛應(yīng)用的一種方法。需要 注意的是，測量時要求衛(wèi)星條件要好（至注意的是，測量時要求衛(wèi)星條件要好（至 少少5 5顆衛(wèi)星以上），流動站點距離基準點不顆衛(wèi)星以上），流動站點距離基準點不 能太遠，而且要有能太遠，而且