GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)1 GPS的基礎(chǔ)知識(shí)GPS是全世界定位系統(tǒng)(Global Positioning System)的英文縮寫(xiě)，它是隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展而成 立的第一代精密衛(wèi)星定位系統(tǒng)。本章主要介紹GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)進(jìn)展的概況、特點(diǎn)、和GPS定位技術(shù)的 應(yīng)用前景。全世界定位技術(shù)的概況全世界定位系統(tǒng)(Global Positioning System - GPS)是美國(guó)從本世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗 資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星 導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)近10年我國(guó)測(cè)繪等部門的利用表明

2、，GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯 著特點(diǎn)，博得廣大測(cè)繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo) 航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、工程變形監(jiān)測(cè)、資源勘探、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng) 深刻的技術(shù)革命。2全世界定位系統(tǒng)(Global Positioning System，縮寫(xiě)GPS)是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。是 在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)展起來(lái)的，它采用了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。和子午儀系統(tǒng)一樣，全世 界定位系統(tǒng)由空間部份、地面監(jiān)控部份和用戶接收機(jī)三大部份組成。按目前的方案，全世界定位系統(tǒng)的空間部份利用24顆高度約萬(wàn)千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。21

3、+3顆 衛(wèi)星均為近圓形軌道，運(yùn)行周期約為11小時(shí)58分，散布在六個(gè)軌道面上(每軌道面四顆)，軌道傾角為 55度。衛(wèi)星的散布使得在全世界的任何地方，任何時(shí)刻都可觀測(cè)到四顆以上的衛(wèi)星，并能維持良好定位解 算精度的幾何圖形(DOP)。這就提供了在時(shí)刻上持續(xù)的全世界導(dǎo)航能力。地面監(jiān)控部份包括四個(gè)監(jiān)控間、一個(gè)上行注入站和一個(gè)主控站。監(jiān)控站設(shè)有GPS用戶接收機(jī)、原子 鐘、搜集本地氣象數(shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處置的運(yùn)算機(jī)。監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并 將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站設(shè)在范登堡空軍基地。它對(duì)地面監(jiān)控部實(shí)行全面控制。主控站主要任務(wù) 是搜集各監(jiān)控站對(duì)GPS衛(wèi)星的全數(shù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)

4、計(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘更正值。 上行注入站也設(shè)在范登堡空軍基地。它的任務(wù)主如果在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)把這種導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的 指令注入到衛(wèi)星。這種注入對(duì)每顆GPS衛(wèi)星天天進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開(kāi)注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的 注入。百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我全世界定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。隨著全世界定位 系統(tǒng)的不斷改良，硬、軟件的不斷完善，應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開(kāi)拓，目前已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各類部門，并開(kāi) 始慢慢深切人們的日常生活。GPS的特點(diǎn)相對(duì)于經(jīng)典的測(cè)量技術(shù)來(lái)講，GPS定位技術(shù)主要有一下特點(diǎn)：.觀測(cè)站之間無(wú)需通視這一長(zhǎng)處既可大大減少測(cè)量工作的經(jīng)

5、費(fèi)和時(shí)刻，同時(shí)也使點(diǎn)位的選擇變得加倍靈活。.定位精度高66實(shí)驗(yàn)表明，目前在小于50km的基線上，其相對(duì)定位精度可達(dá)1X102X10 ，而在100500km-6-7的基線上可達(dá)1010 。隨著觀測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)處置方式的改善，可望在大于1000km的距離上，相對(duì)定3位精度達(dá)到或優(yōu)于10 。.觀測(cè)時(shí)刻短隨著GPS系統(tǒng)的不段完善，目前20 E之內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需1520分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位中， 在流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15 E之內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)的時(shí)刻只需12分鐘；動(dòng)態(tài)相對(duì)定位，動(dòng)身時(shí)流動(dòng)站 觀測(cè)12分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)進(jìn)需幾秒。2.提供三維坐標(biāo).操作簡(jiǎn)便.全天候作業(yè)因此，GPS定位技術(shù)的進(jìn)展

6、是對(duì)經(jīng)典測(cè)量技術(shù)的一次重大沖破。一方面，它使經(jīng)典的測(cè)量理論與方式產(chǎn)生 了深刻的變革；另一方面，也進(jìn)一步增強(qiáng)了測(cè)量學(xué)與其他學(xué)科之間的彼此滲透，從而增進(jìn)了測(cè)繪科學(xué)技術(shù) 的現(xiàn)代化進(jìn)展。GPS系統(tǒng)的應(yīng)用前景-讓每個(gè)人平等地提升自我最初設(shè)計(jì)GPS的主要目的是用于導(dǎo)航、搜集情報(bào)等軍事 目的。但后來(lái)得應(yīng)用開(kāi)發(fā)表明，GPS不僅能夠達(dá)到上述 目的，而且用GPS衛(wèi)星信號(hào)能夠進(jìn)行厘米級(jí)乃至毫米級(jí) 精度的靜態(tài)相對(duì)定位，米級(jí)至亞米級(jí)精度的動(dòng)態(tài)定位，亞 米級(jí)至厘米級(jí)精度的速度測(cè)量何毫微秒級(jí)精度的時(shí)刻測(cè) 量。用GPS信號(hào)能夠進(jìn)行海、陸、空、地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈制導(dǎo)， 大地測(cè)量和工程測(cè)量的精密定位，時(shí)刻傳遞和速度測(cè)量 等。在測(cè)繪領(lǐng)

7、域，GPS定位定位技術(shù)已用于成立高精度 的大地測(cè)量控制網(wǎng)，測(cè)定地球動(dòng)態(tài)參數(shù)；成立陸地及海洋大地測(cè)量基準(zhǔn)，進(jìn)行高精度海陸聯(lián)測(cè)及海洋測(cè)繪； 監(jiān)測(cè)地球板塊運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和地殼形變；在工程測(cè)量方面，已成為成立城市與工程控制網(wǎng)的主要手腕；在精密 工程的變形監(jiān)測(cè)方面，它也發(fā)揮著及其重要的作用；同時(shí)GPS定位技術(shù)也用于測(cè)定航空航天攝影剎時(shí)相機(jī) 的位置，可在無(wú)地面控制或僅有少量地面控制點(diǎn)的情形下進(jìn)行航測(cè)快速成圖，引發(fā)了地理信息系統(tǒng)及全世 界遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)革命。在日常生活方面事一個(gè)難以用數(shù)字預(yù)測(cè)的廣漠的領(lǐng)域，腕表式的GPS接收機(jī)，將成為旅游者的忠實(shí)導(dǎo)游。 GPS將像移動(dòng)電話、傳真機(jī)、運(yùn)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)咱們生活的影響一樣，

8、人們的日常生活將離不開(kāi)它。2相對(duì)定位原理及GPS網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述相對(duì)定位原理由于在GPS絕對(duì)定位（或單點(diǎn)定位）中，定位精度將受到衛(wèi)星軌道誤差、鐘差及信號(hào)傳播誤差等因素的影響， 雖然其中一些系統(tǒng)性誤差能夠通過(guò)模型加以減弱，但更正后的殘差仍是不可忽略的。GPS相對(duì)定位.也叫 差分GPS定位，是目前GPS測(cè)量中定位精度最高的定位方式，它普遍地應(yīng)用于大地測(cè)量、精密工程測(cè)量、 地球動(dòng)力學(xué)的研究及精密導(dǎo)航中。相對(duì)定位的概念:用兩臺(tái)接收機(jī)別離安置在基線的兩個(gè)端點(diǎn)，其位置靜止不動(dòng)，同步觀測(cè)相同的4顆以上 GPS衛(wèi)星，肯定基線兩個(gè)端點(diǎn)在協(xié)議地球坐標(biāo)系中的相對(duì)位置.這種定位模式稱為相對(duì)定位（見(jiàn)圖2-1）。 出于在測(cè)

9、量進(jìn)程中，通過(guò)重復(fù)觀測(cè)取得了充分的多余觀測(cè)數(shù)據(jù)，從而改善了 GPS定位的精度。2GPS網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是實(shí)施GPS測(cè)量的基礎(chǔ)性工作，它是在網(wǎng)的精準(zhǔn)性、靠得住性和經(jīng)濟(jì)性方面，尋求 GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的最佳方案。按照GPS測(cè)量特點(diǎn)分析可知，GPS網(wǎng)需要以一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)為定位基準(zhǔn)，而 此點(diǎn)的精度高低直接影響到網(wǎng)中各基線向量的精度和網(wǎng)的最終精度。同時(shí)由于GPS網(wǎng)的尺度含有系統(tǒng)誤差 和同地面網(wǎng)的尺度匹配問(wèn)題，所以有必要提供精度較高的外部尺度基準(zhǔn)。由于GPS網(wǎng)的精度與網(wǎng)的幾何圖形結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，且與觀測(cè)權(quán)相關(guān)甚小，而影響精度的主要因素是網(wǎng)中各 點(diǎn)發(fā)出基線的數(shù)量及基線的權(quán)陣。因此，提出了 GPS網(wǎng)形結(jié)

10、構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念，討論增加的基線數(shù)量、 時(shí)段數(shù)、點(diǎn)數(shù)對(duì)GPS網(wǎng)的精度、靠得住性、經(jīng)濟(jì)效益的影響。同時(shí)，經(jīng)典控制網(wǎng)中的三類優(yōu)化設(shè)計(jì)，即網(wǎng) 的加密和改良問(wèn)題，對(duì)于GPS網(wǎng)來(lái)講，也就意味著網(wǎng)中增加一些點(diǎn)和觀測(cè)基線，故仍可將其歸結(jié)為對(duì)圖形 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)。綜上所述，GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要?dú)w結(jié)為兩類內(nèi)容的設(shè)計(jì)：（1）GPS網(wǎng)基準(zhǔn)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)。3百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我(2)GPS網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中包括：網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)能力的靠得住性設(shè)計(jì)，網(wǎng)發(fā)覺(jué)系統(tǒng)差能力的強(qiáng)度設(shè)計(jì)。GPS控制網(wǎng)基準(zhǔn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)典控制網(wǎng)的基準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計(jì)是選擇一個(gè)外部配置，使得Q播達(dá)到必然的要求，而GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)

11、計(jì)主如果對(duì)坐標(biāo)未知參數(shù)X進(jìn)行的設(shè)計(jì)?；鶞?zhǔn)選取的不同將會(huì)對(duì)網(wǎng)的精度產(chǎn)生直接影響，其中包括GPS 網(wǎng)基線向量解中的位置基準(zhǔn)的選擇，和GPS網(wǎng)轉(zhuǎn)換到地方坐標(biāo)系所需的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。另外，由于GPS尺度 往往存在系統(tǒng)誤差，因此應(yīng)提出對(duì)GPS網(wǎng)尺度基準(zhǔn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。.位置基準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究表明，GPS基線向量解算中作為位置基準(zhǔn)的固定點(diǎn)誤差是引發(fā)基線誤差的一個(gè)重要因素，利用測(cè) 量時(shí)取得的單點(diǎn)定位值作為起算坐標(biāo)，由于其誤差可達(dá)數(shù)十米以上，所以選用不同點(diǎn)的單點(diǎn)定位坐標(biāo)值作 為固定點(diǎn)時(shí)，引發(fā)的基線向量差可達(dá)數(shù)厘米。因此，必需對(duì)網(wǎng)的位置基準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。.尺度基準(zhǔn)設(shè)計(jì)雖然GPS觀測(cè)量本身已含有尺度信息，但由于GPS網(wǎng)的尺度含有

12、系統(tǒng)誤差，所以，還需要提供外部尺度 基準(zhǔn)。GPS網(wǎng)的尺度系統(tǒng)誤差有兩個(gè)特點(diǎn)：一是隨時(shí)刻轉(zhuǎn)變，由于美國(guó)政府的SA政策，使廣播星歷誤差大大增 加，從而對(duì)基線帶來(lái)較大的尺度誤差；另一個(gè)隨區(qū)域轉(zhuǎn)變，由區(qū)域重力場(chǎng)模型不準(zhǔn)確引發(fā)的重力攝動(dòng)造成。 因此，如何有效地降低或消除這種尺度誤差，提供靠得住的尺度基準(zhǔn)就是尺度基準(zhǔn)優(yōu)化問(wèn)題。其優(yōu)化有以 下幾種方案：(1)提供外部尺度基準(zhǔn)。對(duì)于邊長(zhǎng)小于50km的GPS網(wǎng)，可用較高精度的測(cè)距儀(10”或更高)測(cè)量23條基線邊，作為整網(wǎng)的尺度基準(zhǔn)。對(duì)于大型長(zhǎng)基線網(wǎng)，可采用SLR站的相對(duì)定位觀測(cè)值和VLBI基線作為 GPS網(wǎng)的尺度基準(zhǔn)。(2)提供內(nèi)部尺度基準(zhǔn)。在無(wú)法提供外部尺度

13、基準(zhǔn)的情形下，仍可采用GPS觀測(cè)值作為GPS網(wǎng)的尺度基 準(zhǔn)，只是對(duì)作為尺度基準(zhǔn)觀測(cè)量提出一些不同要求，其尺度基準(zhǔn)設(shè)計(jì)如下。在GPS網(wǎng)當(dāng)選一條長(zhǎng)基線.對(duì)該基線盡可能多地長(zhǎng)時(shí)刻、多次觀測(cè)，最后取多次觀測(cè)段所得的基線的平均 值，以其邊長(zhǎng)作為網(wǎng)的尺度基準(zhǔn)。由于它是不同時(shí)期的平均值，尺度誤差能夠抵消。因此，它的精度要比 網(wǎng)中其他短基線高得多，能夠作為尺度基準(zhǔn)。以上討論了 GPS基線向量解其中位置基準(zhǔn)和GPS尺度基準(zhǔn)的選擇與優(yōu)化問(wèn)題。另外，GPS功效轉(zhuǎn)換到地 面實(shí)用坐標(biāo)系中，還存在一個(gè)轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)的選擇問(wèn)題，此處再也不討論。GPS網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)精度是用來(lái)衡量網(wǎng)的坐標(biāo)參數(shù)估值受觀測(cè)偶然誤差影響程度的指標(biāo)。網(wǎng)的精度

14、設(shè)計(jì)是按照偶然誤差的傳播 規(guī)律，依照必然的精度設(shè)計(jì)方式，分析網(wǎng)中各未知點(diǎn)平差后預(yù)期能達(dá)到的精度，這常被稱為網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度4百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我設(shè)計(jì)與分析。一般常常利用坐標(biāo)的方差一一協(xié)方差陣來(lái)分析，也可用誤差橢圓（球）來(lái)描述坐標(biāo)點(diǎn)的精度狀 況，或用點(diǎn)之間方位、距離和角度的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)概念。對(duì)于GPS網(wǎng)的精度要求，一般用網(wǎng)中點(diǎn)之間的距離誤差來(lái)表示。其精度與網(wǎng)的點(diǎn)位坐標(biāo)無(wú)關(guān)，與觀測(cè)時(shí)刻 無(wú)明顯的相關(guān)性（整周模糊度一旦被肯定后），GPS網(wǎng)平差的法方程只與點(diǎn)間的基線數(shù)量有關(guān)，且基線向量 的三個(gè)坐標(biāo)差分量之間又是相關(guān)的，因此，很難從數(shù)學(xué)的角度和實(shí)際應(yīng)用動(dòng)身，成立使未知數(shù)的協(xié)因數(shù)陣 逼近理想的準(zhǔn)則矩陣

15、。所以，目前較為可行的方式是給出坐標(biāo)的協(xié)出數(shù)陣的某種純量精度標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。設(shè)GPS 網(wǎng)有誤差方程V - I 3m 1 3m m m 11.A =戶產(chǎn)2式中. l、v別離為觀測(cè)向量和更正向量;X為坐標(biāo)未知參數(shù)向量陣；P為觀測(cè)值權(quán)陣；P0為先驗(yàn)方差因子（在設(shè)計(jì)階段取f =1）, m為觀測(cè)基線數(shù);n為待定點(diǎn)數(shù)。由最小二乘可得參數(shù)估值及其協(xié)因數(shù)陣：x(BT PSf1 BT P1優(yōu)化設(shè)計(jì)中常常利用的純量精度標(biāo)準(zhǔn)，按照其由匕小組成的函數(shù)形式的不同的可表示成不同的最優(yōu)純量精度標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)。此刻最常常利用的是求匕田的軌跡，以次來(lái)表示純量精度。3大同礦區(qū)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例任務(wù)來(lái)源及工作量大同礦區(qū)為全國(guó)最大的煤炭企業(yè)大

16、同礦物局所屬，而且預(yù)測(cè)煤炭?jī)?chǔ)量豐碩,工業(yè)前景可觀?？墒窃摰V區(qū)原有 測(cè)量控制網(wǎng)為90年代成立，歷經(jīng)十幾年的采礦影響,以為破壞及地貌轉(zhuǎn)變，使原有控制點(diǎn)大部份失去控制作 用，使得服務(wù)于日常生產(chǎn)的多項(xiàng)測(cè)量工作難以正常進(jìn)行,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能知足礦山生產(chǎn)和工程建設(shè)的需要。因此，該 礦區(qū)急需成立新的測(cè)量控制網(wǎng)。該網(wǎng)不但要知足日常采礦生產(chǎn)需要，而且還要顧及遠(yuǎn)景計(jì)劃及預(yù)測(cè)區(qū)，控制面積約600 KM2測(cè)量范圍（如 圖3-1）為：圖3-1已知點(diǎn)散布圖 東至：550km（大同礦區(qū)獨(dú)立坐標(biāo)系）南至：4415km西至：534km北至：4439km測(cè)區(qū)概況 大同礦區(qū)位于山西省大同市西南，地跨大同、朔州兩市，地處東經(jīng)112度53分一

17、113度12分，北緯39 度55分一40度零8分,距市區(qū)12。5千米，轄區(qū)與大同市南郊區(qū)交叉，總面積約90平方千米，號(hào)稱百 里礦區(qū)。區(qū)內(nèi)為平緩的丘陵地貌，西南高，東北低。尖口山最高，標(biāo)高米，口泉溝最低，標(biāo)高米。境內(nèi)主 要山脈有七峰山、雞爪山、大鐘山、馬武山等；主要河流有口泉河、十里河，均為季節(jié)性河流。該區(qū)廠礦 企業(yè)主要散布在口泉一黑流水（口泉溝），馬軍營(yíng)一燕子山（云崗溝）兩條狹長(zhǎng)的山溝里。通往礦區(qū)的鐵路有大同一王村、大同一燕子山兩條礦區(qū)專用線，各煤礦集運(yùn)站都分散在兩條專用線周圍。 以橫穿礦區(qū)東西向的109國(guó)道、沿礦區(qū)東側(cè)穿行的南北向大運(yùn)公路為骨干線，配以礦區(qū)內(nèi)專用公路，交通 十分方便。礦區(qū)供水

18、水源以第四系潛水為主，現(xiàn)有大同市的白馬城水源地和時(shí)莊水源地，供水量嚴(yán)峻不足，需另找新 的水源。礦區(qū)電源主要來(lái)自大同市第一熱電廠和神頭電廠。百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我礦區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)煤礦55處，其中國(guó)有重點(diǎn)煤礦18處，設(shè)計(jì)能力3645萬(wàn)噸/年。截至1996年末，大同礦 區(qū)保有探明儲(chǔ)量386。43億噸，其中生產(chǎn)礦井保有儲(chǔ)量77。41億噸。礦區(qū)原有國(guó)家二等三角網(wǎng)8個(gè)，經(jīng)野外踏勘，發(fā)覺(jué)有3個(gè)已明顯被破壞或受采動(dòng)影響;現(xiàn)只有代家溝、孫家溝、 羊坊、懷仁、土臺(tái)山5個(gè)點(diǎn)的標(biāo)石保留完好（如圖3-1）。設(shè)計(jì)采用的是比例尺為1： 10000的大同礦區(qū) 航攝地形圖。1989年航攝，1992年成圖，1994年縮編成

19、圖。地形圖采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，等高距 為5米。布網(wǎng)方案技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)與基準(zhǔn)設(shè)計(jì)1）技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)2001年國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的 全世界定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范（CH2001-92）。2）基準(zhǔn)設(shè)計(jì)GPS測(cè)量取得的是GPS基線向量,它屬于WGS-84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)差，而實(shí)際需要的是國(guó)家坐標(biāo)系或 地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)。因此需要結(jié)合測(cè)區(qū)概況和已有資料（圖3-1），進(jìn)行GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。按照大同礦區(qū)近期進(jìn)展與遠(yuǎn)景計(jì)劃相結(jié)合的戰(zhàn)略目標(biāo)，依照現(xiàn)階段礦區(qū)建設(shè)的需要，采用大同礦區(qū)獨(dú)立坐 標(biāo)系，中央子午線經(jīng)度為11230,投影面與54北京坐標(biāo)系相同而成立的坐標(biāo)系統(tǒng)。方案設(shè)計(jì)的技術(shù)分析1）品級(jí)肯定按

20、照中華人民共和國(guó)測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全世界定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程、煤礦測(cè)量規(guī)程和大同礦區(qū) 的具體情形，肯定該測(cè)區(qū)可成立D級(jí)GPS網(wǎng)10有關(guān)技術(shù)要求見(jiàn)表3-1：表3-1大體技術(shù)要求項(xiàng)目技術(shù)要求平均邊長(zhǎng)（km）510a(mm)10b(mm)10最弱邊相對(duì)中誤差1/450002）技術(shù)設(shè)計(jì)I .時(shí)段設(shè)計(jì)按照規(guī)范對(duì)D級(jí)網(wǎng)的要求，采用快速靜態(tài)相對(duì)定位，時(shí)段長(zhǎng)度按照邊長(zhǎng)而定，具體時(shí)刻見(jiàn)表3-6。百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我GPS網(wǎng)的時(shí)段設(shè)計(jì)有點(diǎn)連式、邊連式和網(wǎng)連式三種大體方式。點(diǎn)連式所組成的圖形幾何強(qiáng)度太弱；網(wǎng)連式 布網(wǎng)冗贅，工作量太大；邊連式布網(wǎng)有太多的非同步閉合條件，工作量適中。按照D級(jí)GPS網(wǎng)的要求咱

21、們采用邊點(diǎn)結(jié)合的混合式布網(wǎng)方式。II.觀測(cè)方式GPS網(wǎng)的觀測(cè)采用載波相位快速靜態(tài)相對(duì)定位模式,作業(yè)儀器采用4臺(tái)Timble5700雙頻GPS同意機(jī)，它 的標(biāo)稱精度可達(dá)5 mm1ppm,知足精度要求。作業(yè)方式是:將GPS四套接收機(jī)設(shè)備別離安置在網(wǎng)中四邊 形的各個(gè)端點(diǎn)上，對(duì)基線邊同步觀測(cè)4顆衛(wèi)星。這種模型的特點(diǎn)是:觀測(cè)過(guò)的基線邊組成一個(gè)閉合圖形，便于 觀測(cè)功效的查驗(yàn)，從而提高觀測(cè)功效的靠得住性和GPS網(wǎng)平差后的精度。聞GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)及施測(cè)方式1） GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)I .設(shè)計(jì)原則GPS網(wǎng)一般應(yīng)采用獨(dú)立觀測(cè)邊組成閉合圖形，如三角形、多邊形或附合線路，以增加檢核條件，提高 網(wǎng)的靠得住性。GPS網(wǎng)作為測(cè)量控

22、制網(wǎng)，其相鄰點(diǎn)間基線向量的精度，應(yīng)散布均勻。GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡可能與原有地面控制點(diǎn)相結(jié)合。重合點(diǎn)一般很多于3個(gè)（不足時(shí)應(yīng)聯(lián)測(cè)），且在網(wǎng)中散布 均勻，以靠得住地肯定GPS網(wǎng)與地面之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)考慮與水準(zhǔn)點(diǎn)重合，而非重合點(diǎn)，一般應(yīng)按照要求以水準(zhǔn)測(cè)量（或相當(dāng)精度的測(cè)量方式）進(jìn) 行聯(lián)測(cè)，或在網(wǎng)中布設(shè)必然密度的水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)點(diǎn)。為了便于GPS的測(cè)量觀測(cè)和水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，減少多路徑影響，GPS網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開(kāi)闊和交通便利的 地方。為了便于用經(jīng)典方式聯(lián)測(cè)或擴(kuò)展，可在GPS網(wǎng)點(diǎn)周圍布設(shè)一通視良好的方位點(diǎn)以成立聯(lián)測(cè)方向，方向點(diǎn) 與觀測(cè)站距離一般應(yīng)大于300米。GPS網(wǎng)必需由非同步獨(dú)立觀測(cè)邊組成若干個(gè)閉合環(huán)或附

23、和線路。各級(jí)GPS網(wǎng)中每一個(gè)閉合環(huán)或附和線 路中的邊數(shù)應(yīng)符合表3-2的規(guī)定。表3-2 最簡(jiǎn)獨(dú)立閉合環(huán)或附和線路邊數(shù)的規(guī)定7級(jí)別ABCDE閉合環(huán)或附和線路的邊數(shù)56682網(wǎng)的效率指標(biāo)概念如下：%二說(shuō)1 臬昌=臬/ 二用/占洪嚴(yán)二%父內(nèi) 式中，的是理論設(shè)計(jì)效率/之是實(shí)際效率，e是總效率。按照以上公式，可計(jì)算出方案一的靠得住性為：口 1=, % =1,e=方案二的靠得住性為：% =1,e=11百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我顯然,方案二的靠得住性例如案一略好。從以上分析能夠看出，方案二例如案一花費(fèi)少，技術(shù)指標(biāo)相差不大，精度都能知足要求，所消耗的人力、物力、 財(cái)力、時(shí)刻都例如案一少，所以，方案二例如案

24、一要優(yōu)，故本設(shè)計(jì)選擇方案二。所選方案的精度分析 按照所選方案的獨(dú)立基線邊組成的GPS網(wǎng)成圖（圖3-4），統(tǒng)計(jì)出該網(wǎng)中有38個(gè)控制點(diǎn)，其中5個(gè)為已知;57 條基線。圖3-4選定方案的獨(dú)立基線邊組成的GPS網(wǎng)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，能夠在WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)下進(jìn)行控制點(diǎn)三維精度估算，然后應(yīng)用精度轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換到 二維，也能夠直接估算控制點(diǎn)的二維精度。在這里咱們用直接估算控制點(diǎn)二維精度的方式。設(shè)有二維基線向量觀測(cè)值33個(gè)，分1，其相應(yīng)的誤差方程式系數(shù)陣為By = (0.A Q-E 0,與QA 0) 11+ 112百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我式中口與1是單位矩陣，對(duì)應(yīng)于第式中口與1是單位矩陣，對(duì)應(yīng)于第i點(diǎn)

25、未知數(shù) 零。和第j點(diǎn)未知數(shù)，其余未知數(shù)前的系數(shù)為二維基線向量觀測(cè)值的的權(quán)陣，能夠按照GPS接收機(jī)的標(biāo)稱精度求得，具體方式為按照標(biāo)稱精度計(jì)算GPS按照標(biāo)稱精度計(jì)算GPS的邊長(zhǎng)方差其計(jì)算公式為式中a ,b別離是GPS接收機(jī)邊長(zhǎng)測(cè)量固定誤差和比例誤差因子，s是基線長(zhǎng)度。因?yàn)椋篈x = 5 *ccs aAy = *sin cu因?yàn)樵贕PS測(cè)量中，方向誤差主如果由點(diǎn)位誤差引發(fā)的，所以在這里咱們把方位誤差忽略不計(jì)，則有微分關(guān) 系式dAx =(4)dAy = sin o; *ds(4)按照協(xié)方差傳播律，可求得基線向量觀測(cè)值的協(xié)方差陣:8,口*111/C0O1非汕生冰awe水mJ 辿。紀(jì)*mJ/式中，61是基

26、線近似坐標(biāo)方位角，(3)到(6)式省略了下標(biāo)、ij。m； = f+(h*4)口設(shè)單位權(quán)方差為4km，則0，本設(shè)計(jì)所用的GPS的標(biāo)稱精度為5 mm1ppm，則“為41。因此基線的權(quán)為達(dá)二喏,41屹以557 5713百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我B- - P- -有了誤差方程式和，就可以夠組成法方程子陣N =btpb 66 66未知數(shù)的方差陣為按照 田能夠計(jì)算各待定點(diǎn)的坐標(biāo)中誤差和點(diǎn)位中誤差，見(jiàn)表3-4:表3-4 GPS網(wǎng)精度估算功效表點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)中誤差（mm）點(diǎn)位中誤差（mm）點(diǎn)號(hào)坐標(biāo)中誤差（mm）點(diǎn)位中誤差（mm）1X20Xyy2X21XYY3X22XYY4X0023Xy0y5x24xyy6X2

27、5Xyy7X26XYY8X27XYY9X28Xyy10 x29x00yy011X30X00yy012X31XYY14百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我13X32XYY14X0033Xy0y15x34xyy16X35Xyy17X36XYY18X37XYY19X38X00yy0該表中帶邊框的點(diǎn)號(hào)為已知點(diǎn)，從表中咱們能夠看出，該網(wǎng)的最大點(diǎn)位誤差發(fā)生在12號(hào)點(diǎn)上，中誤差為; 最小點(diǎn)位誤差發(fā)生在36號(hào)點(diǎn)上，中誤差為。這里的點(diǎn)位誤差偏小，分析其原因是，這里咱們沒(méi)有考慮已 知點(diǎn)的點(diǎn)位誤差。選點(diǎn)與埋標(biāo)選點(diǎn)由于GPS測(cè)量觀測(cè)站之間不必然要求彼此通視，而且網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活,所以選點(diǎn)工作比常規(guī)控制測(cè) 量的選點(diǎn)要

28、簡(jiǎn)便。但由于點(diǎn)位的選擇對(duì)于保證觀測(cè)工作的順利進(jìn)行和保證測(cè)量結(jié)果的靠得住性有著重要的 意義，所以在選點(diǎn)工作開(kāi)始前，除搜集和了解有關(guān)測(cè)區(qū)的地理情形,決定其適宜的點(diǎn)位外，選點(diǎn)工作還應(yīng)遵守 以下原則：1點(diǎn)位應(yīng)設(shè)在易于安裝同意設(shè)備、視野開(kāi)闊的較高點(diǎn)上；2點(diǎn)位目標(biāo)要顯著，視場(chǎng)周圍15。以上不該有障礙物,以減小GPS信號(hào)被遮擋或被障礙物吸收；3點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離大功率無(wú)線電發(fā)射源（如電臺(tái)、微波站等），其距離不小于200m;遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無(wú)線 電信號(hào)傳送通道，其距離不得小于50m。以避免電磁場(chǎng)對(duì)GPS信號(hào)的干擾；4點(diǎn)位周圍不該有大面積水域或不該有強(qiáng)烈干擾衛(wèi)星信號(hào)同意的物體,以減弱多路徑效應(yīng)的影響；5點(diǎn)位應(yīng)選在交

29、通方便，有利于其他觀測(cè)手腕擴(kuò)展與聯(lián)測(cè)的地方；6地面基礎(chǔ)穩(wěn)固，易于點(diǎn)的保留；7選點(diǎn)人員應(yīng)按技術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行踏勘;在實(shí)地按要求選定點(diǎn)位。當(dāng)利用舊點(diǎn)時(shí)，應(yīng)對(duì)舊點(diǎn)的穩(wěn)固性、完好性， 和覘標(biāo)是不是安全、可用性進(jìn)行檢查,符合要求方可利用。15百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我標(biāo)志埋設(shè)GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)具有中心標(biāo)志的標(biāo)石，以精準(zhǔn)標(biāo)志點(diǎn)位。點(diǎn)的 標(biāo)石和標(biāo)志必需穩(wěn)固、牢固以利長(zhǎng)久保留和利用(如圖3-5)。 在基巖露頭地域，也可直接在基巖嵌入金屬標(biāo)志。每一個(gè)點(diǎn)位 標(biāo)石埋設(shè)結(jié)束后，應(yīng)按表3-5填寫(xiě)點(diǎn)的記錄，并提交以下資料:AO(1)點(diǎn)的記錄。AO(2)GPS網(wǎng)的選點(diǎn)網(wǎng)圖。(3) 土地占用批準(zhǔn)文件與測(cè)量標(biāo)志委托保管書(shū)。(4)

30、選點(diǎn)與埋石匠作技術(shù)總結(jié)。點(diǎn)名應(yīng)向本地政府部門或群眾進(jìn)行調(diào)查后肯定，一般取村名、山崗名、地名、單位名。利用原有舊點(diǎn)時(shí)， 點(diǎn)名不宜更改，點(diǎn)號(hào)編排(碼)應(yīng)便于運(yùn)算機(jī)計(jì)算。表3-5 GPS點(diǎn)點(diǎn)之記日期： 年 月曰記錄者：繪圖者：校對(duì)者：點(diǎn) 名 及 種 類GPS點(diǎn)點(diǎn)土質(zhì)號(hào)相鄰點(diǎn)(名、號(hào)、 里程、通視否)標(biāo)石說(shuō)明(單、 雙層、類型)舊 點(diǎn)舊點(diǎn)名所在地交通路線所在圖幅號(hào)概略位置X丫LB16百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我外業(yè)觀測(cè)外業(yè)作業(yè)原則進(jìn)行GPS控制測(cè)量作業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，目的在于縮短野外作業(yè)時(shí)刻，節(jié)約資金，使測(cè)量 費(fèi)用指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。另一方面，要有較多的多余觀測(cè)，以提高觀測(cè)功效的精度和靠得

31、住性。同時(shí)還必需考 慮各待測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)位精度的均勻性和各觀測(cè)時(shí)段的獨(dú)立性。基于這些因素，咱們的作業(yè)設(shè)計(jì)原則是：a GPS網(wǎng)中各待測(cè)點(diǎn)的設(shè)站次數(shù)應(yīng)相同；b優(yōu)先測(cè)量點(diǎn)間距離較近的點(diǎn)，同時(shí)沿最短距離欠站；c應(yīng)該聯(lián)測(cè)相距較遠(yuǎn)的高品級(jí)已知點(diǎn)；d GPS網(wǎng)中各待測(cè)點(diǎn)每次重復(fù)設(shè)站都利用不同的同意機(jī)。觀測(cè)時(shí)段的選擇GPS衛(wèi)星的觀測(cè)是待GPS衛(wèi)星離開(kāi)地平線必然的角度才開(kāi)始的，高度角愈小，愈有利于減小三維位置圖 形強(qiáng)度因子-PDOP值。但衛(wèi)星高度角愈小，對(duì)流層影響愈顯著，測(cè)量誤差隨之增大?？傊鬚DOP值 愈大，說(shuō)明觀測(cè)條件愈差。因此，要按如實(shí)際情形選定最佳值。GPS定位精度與能同步跟蹤的衛(wèi)星數(shù)有相 當(dāng)重要的作用，

32、若接收機(jī)有觀測(cè)到五顆衛(wèi)星以上的能力，就可以把所有可能觀測(cè)到的衛(wèi)星都鎖定進(jìn)行跟蹤 觀測(cè)。雖然GPS衛(wèi)星星座共計(jì)24顆（其中21顆為可用于導(dǎo)航的衛(wèi)星，3顆為活動(dòng)的備用衛(wèi)星），在地球 表面上任何地址、任何時(shí)刻，在高度角15以上都可同時(shí)觀測(cè)到6顆衛(wèi)星。但對(duì)于一些接收條件差，基線17百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我向量相對(duì)較長(zhǎng)的基線，如何保證同步跟蹤衛(wèi)星數(shù)，就需要分析星歷預(yù)報(bào)與實(shí)地結(jié)合的原理選定最佳觀測(cè)時(shí) 段，以確保工作順利進(jìn)行，減少作業(yè)返工量。大同礦區(qū)星歷預(yù)報(bào)如下（圖3-6）:在選擇最佳時(shí)段時(shí)盡可能避開(kāi)衛(wèi)星頻繁起落時(shí)段，圖表分析得知在9:30至10:00、4:45至5:30之間頻 繁的起落，雖能保證衛(wèi)

33、星數(shù)，但很難長(zhǎng)時(shí)刻鎖定衛(wèi)星；另外在8:00至9:30衛(wèi)星數(shù)不足4顆。這在觀測(cè) 條件差的測(cè)站就很難保證精度，因此應(yīng)盡可能避開(kāi);按照星歷預(yù)報(bào)的圖表分析得知在5:00至8:00、10:00 至16:30時(shí)刻段能保證穩(wěn)固地5顆以上衛(wèi)星數(shù)，對(duì)于一天的作業(yè)而言也便于開(kāi)展LOCAL TIME- -S.0 9島 由需 直總-00國(guó) - 一耳后*LOCAL TIME- -S.0 9島 由需 直總-00國(guó) - 一耳后*閑 -盲 DE 1 -0a禽 口，昌-CHL 1 -OWL iigSL 占三 is-MEL -mfhl !曷二-d Eg電ob W6大同礦區(qū)：11兜40N圖3-6大同礦區(qū)星歷預(yù)報(bào)18百度文庫(kù)-讓每個(gè)人平等地提升自我工作。所以選定現(xiàn)在段為最佳觀測(cè)時(shí)，應(yīng)充分利用。另外，還要與實(shí)地結(jié)合，按照礦區(qū)地形分析現(xiàn)在段衛(wèi)星 所處的方位，結(jié)合實(shí)際情形制定方案。外業(yè)作業(yè)方案（見(jiàn)表3-6）表3-6 GPS控制網(wǎng)外業(yè)觀測(cè)方案時(shí)段接受機(jī)編號(hào)最長(zhǎng)基線（km）時(shí)段觀測(cè)長(zhǎng)度（min）IIIIIIIV11