GPS靜態(tài)測(cè)量應(yīng)用課件

GPS靜態(tài)測(cè)量

在控制測(cè)量中的應(yīng)用過(guò)程

GPS靜態(tài)控制測(cè)量主要工作過(guò)程：第一節(jié)、測(cè)前工作第二節(jié)、實(shí)施測(cè)量第三節(jié)、數(shù)據(jù)處理第四節(jié)、測(cè)后工作第一節(jié)、測(cè)前工作一、項(xiàng)目的提出：一項(xiàng)GPS測(cè)量工程項(xiàng)目，往往是由工程發(fā)包方、上級(jí)主管部門或其他單位或部門提出，由GPS測(cè)量隊(duì)伍具體實(shí)施。對(duì)于一項(xiàng)GPS測(cè)量工程項(xiàng)目，一般有如下一些要求：測(cè)區(qū)位置及其范圍：測(cè)區(qū)的地理位置、范圍，控制網(wǎng)的控制面積。用途和精度等級(jí)：控制網(wǎng)將用于何種目的，其精度要求是多少，要求達(dá)到何種等級(jí)。點(diǎn)位分布及點(diǎn)的數(shù)量：控制網(wǎng)的點(diǎn)位分布、點(diǎn)的數(shù)量及密度要求，是否有對(duì)點(diǎn)位分布特殊要求的區(qū)域。提交成果的內(nèi)容：用戶需要提交哪些成果，所提交的坐標(biāo)成果分別屬于哪些坐標(biāo)系，所提交的高程成果分別屬于哪些高程系統(tǒng)，除了提交最終的結(jié)果外，是否還需要提交原始數(shù)據(jù)或中間數(shù)據(jù)等。時(shí)限要求：對(duì)提交成果的時(shí)限要求，即何時(shí)是提交成果的最后期限。投資經(jīng)費(fèi)：對(duì)工程的經(jīng)費(fèi)投入數(shù)量。

作業(yè)要求：規(guī)定選點(diǎn)埋石要求、外業(yè)觀測(cè)時(shí)的具體操作規(guī)程、技術(shù)要求等，包括儀器參數(shù)的設(shè)置（如采樣率、截止高度角等）、對(duì)中精度、整平精度、天線高的量測(cè)方法及精度要求等。觀測(cè)質(zhì)量控制：介紹外業(yè)觀測(cè)的質(zhì)量要求，包括質(zhì)量控制方法及各項(xiàng)限差要求等。如數(shù)據(jù)刪除率、RMS值、RATIO值、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、相鄰點(diǎn)相對(duì)中誤差、點(diǎn)位中誤差等。數(shù)據(jù)處理方案：詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理方案，包括基線解算和網(wǎng)平差處理所采用的軟件和處理方法等內(nèi)容。對(duì)于基線解算的數(shù)據(jù)處理方案，應(yīng)包含如下內(nèi)容：基線解算軟件、參與解算的觀測(cè)值、解算時(shí)所使用的衛(wèi)星星歷類型等。對(duì)于網(wǎng)平差的數(shù)據(jù)處理方案，應(yīng)包含如下內(nèi)容：網(wǎng)平差處理軟件、網(wǎng)平差類型、網(wǎng)平差時(shí)的坐標(biāo)系、基準(zhǔn)及投影、起算數(shù)據(jù)的選取等。提交成果要求：規(guī)定提交成果的類型及形式。

三、測(cè)繪資料的搜集與整理：需要收集整理的資料主要包括測(cè)區(qū)及周邊地區(qū)可利用的已知點(diǎn)的相關(guān)資料（點(diǎn)之記、坐標(biāo)等）和測(cè)區(qū)的地形圖等。四、儀器的檢驗(yàn)各種儀器包括GPS接收機(jī)及相關(guān)設(shè)備、氣象儀器等進(jìn)行檢驗(yàn)，以確保它們能夠正常工作。五、踏勘、選點(diǎn)埋石：綜合應(yīng)用地形圖、遙感圖、攝影圖和有關(guān)點(diǎn)之記進(jìn)行選點(diǎn)、埋石工作。第二節(jié)、測(cè)量實(shí)施

一、實(shí)地了解測(cè)區(qū)情況點(diǎn)位情況（點(diǎn)的位置、上點(diǎn)的難度等）、測(cè)區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、民風(fēng)民俗、交通狀況、測(cè)量人員生活安排等。二、衛(wèi)星狀況預(yù)報(bào)：需要評(píng)估障礙物對(duì)GPS觀測(cè)可能產(chǎn)生的不良影響。三、確定作業(yè)方案：根據(jù)衛(wèi)星狀況、測(cè)量作業(yè)的進(jìn)展情況、以及測(cè)區(qū)的實(shí)際情況，確定出具體的布網(wǎng)和作業(yè)方案。

二）、布網(wǎng)：（一）、GPS基線向量網(wǎng)的等級(jí)：依據(jù)國(guó)家測(cè)量規(guī)范、各行業(yè)測(cè)量規(guī)范、任務(wù)要求來(lái)定等級(jí)。以下用國(guó)家GPS測(cè)量規(guī)范為例說(shuō)明GPS網(wǎng)等級(jí)的分類情況。根據(jù)我國(guó)1992年所頒布的全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范，GPS基線向量網(wǎng)被分成了A、B、C、D、E五個(gè)級(jí)別。下圖是我國(guó)全球定位系統(tǒng)測(cè)量規(guī)范中有關(guān)GPS網(wǎng)等級(jí)的有關(guān)內(nèi)容。

1、網(wǎng)的精度指標(biāo)

2、各等級(jí)網(wǎng)的主要作用：

A級(jí)網(wǎng)一般為區(qū)域或國(guó)家框架網(wǎng)、區(qū)域動(dòng)力學(xué)網(wǎng)；

B級(jí)網(wǎng)為國(guó)家大地控制網(wǎng)或地方框架網(wǎng)；

C級(jí)網(wǎng)為地方控制網(wǎng)和工程控制網(wǎng)；

D級(jí)網(wǎng)為工程控制網(wǎng)；E級(jí)網(wǎng)為測(cè)圖網(wǎng)。美國(guó)聯(lián)邦大地測(cè)量分管委員會(huì)（FederalGeodeticControlSubcommittee-FGCS）在1988年公布的GPS相對(duì)定位的精度標(biāo)準(zhǔn)中有一個(gè)AA級(jí)的等級(jí)，此等級(jí)的網(wǎng)一般為全球性的坐標(biāo)框架。

6）、獨(dú)立基線：對(duì)于N臺(tái)接收機(jī)所構(gòu)成的同步環(huán)中，獨(dú)立基線數(shù)J獨(dú)=N-1。

7）、非獨(dú)立基線：除獨(dú)立基線以外的其它基線叫非獨(dú)立基線。非獨(dú)立基線數(shù)等于總基線數(shù)減去獨(dú)立基線數(shù)。**2、GPS網(wǎng)的特征條件計(jì)算：

C為觀測(cè)時(shí)段數(shù)，n為網(wǎng)點(diǎn)數(shù)；m為每點(diǎn)的平均設(shè)站次數(shù)；N為接收機(jī)數(shù)。

1）、時(shí)段數(shù)：C=n.m/N2）、總基線數(shù)：J總=C.N.(N-1)/23）、必要基線數(shù)：J必=n-14）、獨(dú)立基線數(shù)：J獨(dú)=C.(N-1)5）、多余基線數(shù)：J多=C.(N-1)-(n-1)（三）、GPS基線向量網(wǎng)的布網(wǎng)形式

GPS網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有以下幾種：跟蹤站式、會(huì)戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式、同步圖形擴(kuò)展式、單基準(zhǔn)站式1、跟蹤站式：

1）、布網(wǎng)形式：若干臺(tái)接收機(jī)長(zhǎng)期固定安放在測(cè)站上，進(jìn)行常年、不間斷的觀測(cè)，即一年觀測(cè)365天，一天觀測(cè)24小時(shí)，這種觀測(cè)方式很象是跟蹤站，因此，這種布網(wǎng)形式被稱為跟蹤站式。

2）、特點(diǎn)：由于在采用跟蹤站式的布網(wǎng)形式布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，接收機(jī)在各個(gè)測(cè)站上進(jìn)行了不間斷的連續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量大，而且在處理采用這種方式所采集的數(shù)據(jù)時(shí)，一般采用精密星歷，因此，采用此種形式布設(shè)的GPS網(wǎng)具有很高的精度和框架基準(zhǔn)特性。

每個(gè)跟蹤站為保證連續(xù)觀測(cè)，一般需要建立專門的永久性建筑即跟蹤站，用以安置儀器設(shè)備，這使得這種布網(wǎng)形式的觀測(cè)成本很高。此種布網(wǎng)形式一般用于建立GPS跟蹤站（AA級(jí)網(wǎng)），對(duì)于普通用途的GPS網(wǎng)，由于此種布網(wǎng)形式觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、成本高，故一般不被采用。3、多基準(zhǔn)站式1）布網(wǎng)形式：所謂多基準(zhǔn)站式的布網(wǎng)形式就是有若干臺(tái)接收機(jī)在一段時(shí)間里長(zhǎng)期固定在某幾個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，這些測(cè)站稱為基準(zhǔn)站，在基準(zhǔn)站進(jìn)行觀測(cè)的同時(shí)，另外一些接收機(jī)則在這些基準(zhǔn)站周圍相互之間進(jìn)行同步觀測(cè)。

2）、特點(diǎn)：采用多基準(zhǔn)站式的布網(wǎng)形式所布設(shè)的GPS網(wǎng)，由于在各個(gè)基準(zhǔn)站之間進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，因此，可以獲得較高精度的定位結(jié)果，這些高精度的基線向量可以作為整個(gè)GPS網(wǎng)的骨架。另外一方面，其余的進(jìn)行了同步觀測(cè)的接收機(jī)間除了自身間有基線向量相連外，它們與各個(gè)基準(zhǔn)站之間也存在有同步觀測(cè)，因此，也有同步觀測(cè)基線相連，這樣可以獲得更強(qiáng)的圖形結(jié)構(gòu)。*4、同步圖形擴(kuò)展式1）、布網(wǎng)形式：所謂同步圖形擴(kuò)展式的布網(wǎng)形式，就是多臺(tái)接收機(jī)在不同測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)，在完成一個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)后，又遷移到其它的測(cè)站上進(jìn)行同步觀測(cè)，每次同步觀測(cè)都可以形成一個(gè)同步圖形，在測(cè)量過(guò)程中，不同的同步圖形間一般有若干個(gè)公共點(diǎn)相連，整個(gè)GPS網(wǎng)由這些同步圖形構(gòu)成。2）、特點(diǎn)：同步圖形擴(kuò)展式的布網(wǎng)形式具有擴(kuò)展速度快，圖形強(qiáng)度較高，且作業(yè)方法簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。同步圖形擴(kuò)展式是布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)最常用的一種布網(wǎng)形式。同步圖形擴(kuò)展式的作業(yè)方式具有作業(yè)效率高，圖形強(qiáng)度好的特點(diǎn)，它是目前在GPS測(cè)量中普遍采用的一種布網(wǎng)形式，在本書中將著重介紹此種布網(wǎng)形式。*3）、采用同步圖形擴(kuò)展式布設(shè)GPS基線向量網(wǎng)時(shí)的觀測(cè)作業(yè)方式主要以下幾種式：點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式、混連式。

（2）邊連式觀測(cè)作業(yè)方式：所謂邊連式就是在觀測(cè)作業(yè)時(shí)，相鄰的同步圖形間有一條邊（即兩個(gè)公共點(diǎn)）相連。這樣，當(dāng)有3臺(tái)儀器共同同作業(yè)時(shí)，每觀測(cè)一個(gè)時(shí)段，就可以測(cè)得1個(gè)新點(diǎn)，當(dāng)這些儀器觀測(cè)觀測(cè)了n個(gè)時(shí)段后，就可以最多測(cè)得n個(gè)新點(diǎn)。特點(diǎn)：邊連式觀測(cè)作業(yè)方式具有較好的圖形強(qiáng)度和較高的作業(yè)效率。（3）、網(wǎng)連式觀測(cè)作業(yè)方式所謂網(wǎng)連式就是在作業(yè)時(shí)，相鄰的同步圖形間有3個(gè)（含3個(gè)）以上的公共點(diǎn)相連。這樣，當(dāng)有臺(tái)儀器共同作業(yè)時(shí)，每觀測(cè)一個(gè)時(shí)段，就可以測(cè)得個(gè)新點(diǎn)，當(dāng)這些儀器觀測(cè)了個(gè)時(shí)段后，就可以測(cè)得個(gè)點(diǎn)。特點(diǎn)采用網(wǎng)連式觀測(cè)作業(yè)方式所測(cè)設(shè)的GPS網(wǎng)具有很強(qiáng)的圖形強(qiáng)度，但網(wǎng)連式觀測(cè)作業(yè)方式的作業(yè)效率很低。（4）、混連式觀測(cè)作業(yè)方式：在實(shí)際的GPS作業(yè)中，一般并不是單獨(dú)采用上面所介紹的某一種觀測(cè)作業(yè)模式，而是根據(jù)具體情況，有選擇地靈活采用這幾種方式作業(yè)，這樣一種觀測(cè)作業(yè)方式就是所謂的混連式。特點(diǎn)：混連式觀測(cè)作業(yè)方式是我們實(shí)際作業(yè)中最常用的作業(yè)方式，它實(shí)際上是點(diǎn)連式、邊連式和網(wǎng)連式的一個(gè)結(jié)合體。

四）、GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是在保證質(zhì)量的前提下，盡可能地提高效率，努力降低成本。因此，在進(jìn)行GPS的設(shè)計(jì)和測(cè)設(shè)時(shí)，既不能脫離實(shí)際的應(yīng)用需求，盲目地最求不必要的高精度和高可靠性；也不能為追求高效率和低成本，而放棄對(duì)質(zhì)量的要求。（一）、提高GPS網(wǎng)可靠性的方法

增加觀測(cè)期數(shù)（增加獨(dú)立基線數(shù)):在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，適當(dāng)增加觀測(cè)期數(shù)（時(shí)段數(shù)）對(duì)于提高GPS網(wǎng)的可靠性非常有效。因?yàn)椋S著觀測(cè)期數(shù)的增加，所測(cè)得的獨(dú)立基線數(shù)就會(huì)增加，而獨(dú)立基線數(shù)的增加，對(duì)網(wǎng)的可靠性的提高是非常有宜的。保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù):保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)，可確保GPS網(wǎng)的可靠性。一方面，通過(guò)在同一測(cè)站上的多次觀測(cè)，可有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)站、對(duì)中、整平、量測(cè)天線高等人為錯(cuò)誤；另一方面，重復(fù)設(shè)站次數(shù)的增加，也意味著觀測(cè)期數(shù)的增加。不過(guò)，需要注意的是，當(dāng)同一臺(tái)接收機(jī)在同一測(cè)站上連續(xù)進(jìn)行多個(gè)時(shí)段的觀測(cè)時(shí)，各個(gè)時(shí)段間必須重新安置儀器，以更好地消除各種人為操作誤差和錯(cuò)誤。

保證每個(gè)測(cè)站至少與三條以上的獨(dú)立基線相連，這樣可以使得測(cè)站具有較高的可靠性。在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，各個(gè)點(diǎn)的可靠性與點(diǎn)位無(wú)直接關(guān)系，而與該點(diǎn)上所連接的基線數(shù)有關(guān)，點(diǎn)上所連接的基線數(shù)越多，點(diǎn)的可靠性則越高。

在布網(wǎng)時(shí)要使網(wǎng)中所有異步環(huán)的邊數(shù)不大于6條。在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，檢查GPS觀測(cè)值（基線向量）質(zhì)量的最佳方法是異步環(huán)閉合差，而隨著組成異步環(huán)的基線向量數(shù)的增加，其檢驗(yàn)質(zhì)量的能力將逐漸下降。（二）、提高GPS網(wǎng)精度的方法

為保證GPS網(wǎng)中各相鄰點(diǎn)具有較高的相對(duì)精度，對(duì)網(wǎng)中距離較近的點(diǎn)一定要進(jìn)行同步觀測(cè)，以獲得它們間的直接觀測(cè)基線。為提高整個(gè)GPS網(wǎng)的精度，可以在全面網(wǎng)之上布設(shè)框架網(wǎng)，以框架網(wǎng)作為整個(gè)GPS網(wǎng)的骨架；精心制定一個(gè)子區(qū)和子環(huán)路的實(shí)測(cè)方案。

在布網(wǎng)時(shí)要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不大于6條。

在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，引入高精度激光測(cè)距邊，作為觀測(cè)值與GPS觀測(cè)值（基線向量）一同進(jìn)行聯(lián)合平差，或?qū)⑺鼈冏鳛槠鹚氵呴L(zhǎng)。

若要采用高程擬合的方法，測(cè)定網(wǎng)中各點(diǎn)的正常高/正高，則需在布網(wǎng)時(shí)，選定一定數(shù)量的水準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)竟可能的多，且應(yīng)在網(wǎng)中均勻分布，還要保證有部分點(diǎn)分布在網(wǎng)中的四周，將整個(gè)網(wǎng)包含在其中。

二）、接收機(jī)操作：在測(cè)站上測(cè)量操作（一）、開機(jī)

1）．到測(cè)站后，先連