GPS測(cè)量技術(shù)與外業(yè)觀測(cè)課件

第七章

GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)與外業(yè)觀測(cè)測(cè)量工作必須遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，先建立控制網(wǎng)，然后根據(jù)控制網(wǎng)進(jìn)行碎部測(cè)量和測(cè)設(shè)?？刂茰y(cè)量在測(cè)區(qū)內(nèi)，按測(cè)量任務(wù)所要求的精度，測(cè)定一系列控制點(diǎn)的平面位置和高程，建立起測(cè)量控制網(wǎng)，作為各種測(cè)量的基礎(chǔ)，這種測(cè)量工作稱為控制測(cè)量?？刂凭W(wǎng)具有控制全局，限制測(cè)量誤差累積的作用，是各項(xiàng)測(cè)量工作的依據(jù)。碎部測(cè)量基于控制下直接進(jìn)行的散點(diǎn)測(cè)量。如地形測(cè)繪，為地形測(cè)圖和工程測(cè)量建立控制網(wǎng)所進(jìn)行的測(cè)量工作叫控制測(cè)量，而將儀器架設(shè)在控制點(diǎn)上進(jìn)行的各地形點(diǎn)采集則叫碎部測(cè)量。GPS測(cè)量中的幾個(gè)基本概念GPS測(cè)量中的幾個(gè)基本概念觀測(cè)時(shí)段從測(cè)站上開(kāi)始接收信號(hào)起到停止觀測(cè)間的連續(xù)工作時(shí)間稱為觀測(cè)時(shí)段。同步觀測(cè)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的GPS接收機(jī)同時(shí)對(duì)同一組衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)?；€向量利用進(jìn)行同步觀測(cè)的GPS接收機(jī)所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的接收機(jī)間的三維坐標(biāo)差，簡(jiǎn)稱基線。主要內(nèi)容7.1GPS測(cè)量的步驟及質(zhì)量要求7.2GPS技術(shù)設(shè)計(jì)的編寫7.3GPS接收機(jī)的檢定7.4GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)7.5GPS測(cè)量的作業(yè)組織7.1GPS測(cè)量步驟及質(zhì)量要求7.1.1GPS測(cè)量的工作步驟（以基線向量網(wǎng)為例）

測(cè)前工作工程項(xiàng)目的提出測(cè)區(qū)位置及其范圍提交成果的內(nèi)容用途和精度等級(jí)點(diǎn)位分布及點(diǎn)的數(shù)量技術(shù)設(shè)計(jì)測(cè)繪資料的搜集與整理儀器的檢驗(yàn)踏勘、選點(diǎn)埋石時(shí)限要求投資經(jīng)費(fèi)

測(cè)后工作結(jié)果分析（網(wǎng)平差處理與質(zhì)量評(píng)估）技術(shù)總結(jié)成果驗(yàn)收7.1.2GPS測(cè)量質(zhì)量的評(píng)定

精度指標(biāo)：網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離中誤差(mm)；a：固定誤差(mm)；b：比例誤差(ppm)；D：相鄰點(diǎn)間的距離(km)。GPS網(wǎng)的等級(jí)

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)，其要求固定誤差≤3mm，比例誤差≤0.01ppm，此等級(jí)的網(wǎng)一般為全球性的坐標(biāo)框架和地球動(dòng)力學(xué)測(cè)量。7.1.3GPS測(cè)量規(guī)范

主要內(nèi)容：精度分級(jí)網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求選點(diǎn)與埋石的要求儀器設(shè)備類型要求檢定內(nèi)容外業(yè)觀測(cè)及記錄要求數(shù)據(jù)處理成果驗(yàn)收與上交資料

目的：指導(dǎo)規(guī)范GPS測(cè)量工作

規(guī)范的種類：全球定位系統(tǒng)GPS測(cè)量規(guī)范，1992，國(guó)家測(cè)繪局全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量規(guī)程，1997，建設(shè)部...7.2GPS技術(shù)設(shè)計(jì)的編寫7.2.1技術(shù)設(shè)計(jì)的作用

作業(yè)、數(shù)據(jù)處理的技術(shù)依據(jù)

技術(shù)設(shè)計(jì)的內(nèi)容項(xiàng)目來(lái)源測(cè)區(qū)概況工程概況技術(shù)依據(jù)現(xiàn)有測(cè)繪成果施測(cè)方案作業(yè)要求觀測(cè)質(zhì)量控制數(shù)據(jù)處理方案提交成果要求7.3GPS接收機(jī)的檢定7.3.1接收機(jī)的檢定利用基線場(chǎng)進(jìn)行儀器檢定零基線的檢定檢驗(yàn)儀器的內(nèi)部噪聲7.4GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)7.4.1GPS基線向量網(wǎng)的布網(wǎng)形式跟蹤站式會(huì)戰(zhàn)式多基準(zhǔn)站式同步圖形擴(kuò)展式單基準(zhǔn)站式

跟蹤站式的布網(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（實(shí)際上就是跟蹤站）。數(shù)據(jù)處理通常采用精密星歷。優(yōu)點(diǎn)：精度極高，具有框架基準(zhǔn)特性。缺點(diǎn)：需建立專門的永久性建筑即跟蹤站，觀測(cè)成本很高。適用范圍：一般用于建立GPS跟蹤站（AA級(jí)網(wǎng)），永久性的的監(jiān)測(cè)網(wǎng)（如用于監(jiān)測(cè)地殼形變、大氣物理參數(shù)等的永久性監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)）。

會(huì)戰(zhàn)式的布網(wǎng)形式：在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，一次組織多臺(tái)GPS接收機(jī)，集中在一段不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，共同作業(yè)。在作業(yè)時(shí)，觀測(cè)分階段進(jìn)行，在同一階段中，所有的接收機(jī)，在若干天的時(shí)間里分別各自在同一批點(diǎn)上進(jìn)行多天、長(zhǎng)時(shí)段的同步觀測(cè)，在完成一批點(diǎn)的測(cè)量后，所有接收機(jī)又都遷移到另外一批點(diǎn)上采用相同方式，進(jìn)行另一階段的觀測(cè)，直至所有點(diǎn)觀測(cè)完畢。優(yōu)點(diǎn)：可以較好地消除SA等因素的影響，因而具有特高的尺度精度。適用范圍：用于布設(shè)A、B級(jí)網(wǎng)。

同步圖形擴(kuò)展式的布網(wǎng)形式：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。優(yōu)點(diǎn)：擴(kuò)展速度快，圖形強(qiáng)度較高，且作業(yè)方法簡(jiǎn)單。適用范圍：C，D。7.4.2同步圖形的連接方式點(diǎn)連式邊連式網(wǎng)連式混連式

點(diǎn)連式形式：相鄰的同步圖形間只通過(guò)一個(gè)公共點(diǎn)相連。優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)效率高，圖形擴(kuò)展迅速。缺點(diǎn)：圖形強(qiáng)度低，如果連接點(diǎn)發(fā)生問(wèn)題，將影響到后面的同步圖形。

邊連式形式：相鄰的同步圖形間有一條邊（即兩個(gè)公共點(diǎn)）相連。優(yōu)點(diǎn)：作業(yè)效率較高，圖形強(qiáng)度較強(qiáng)。

網(wǎng)連式形式：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。優(yōu)點(diǎn)：圖形強(qiáng)度最強(qiáng)。缺點(diǎn)：作業(yè)效率低。

混連式形式：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。優(yōu)點(diǎn)：圖形強(qiáng)度最強(qiáng)。缺點(diǎn)：作業(yè)效率低。7.4.3GPS基線向量網(wǎng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)效率指標(biāo)可靠性指標(biāo)精度指標(biāo)費(fèi)用指標(biāo)GPS網(wǎng)的特征值1.理論最少觀測(cè)時(shí)段Smin=n·m/N其中n為GPS網(wǎng)的點(diǎn)數(shù)，m為要求每個(gè)點(diǎn)重復(fù)設(shè)站觀測(cè)的次數(shù)，N為GPS接收機(jī)的臺(tái)數(shù)。2.基線總數(shù)BA=S·N·(N-1)/2其中S為外業(yè)觀測(cè)用的時(shí)段數(shù)3.獨(dú)立基線數(shù)BL=S·（N-1）4.必要基線數(shù)GPS網(wǎng)的必要基線數(shù)指的是建立網(wǎng)中所有點(diǎn)之間相對(duì)關(guān)系所必需的基線向量數(shù)。BN=n-15.多余基線數(shù)BR=BL-BN=S(N-1)–(n-1)GPS網(wǎng)的特征值

效率指標(biāo)Smin：理論最少觀測(cè)時(shí)段數(shù)R：最少重復(fù)觀測(cè)期數(shù)n：點(diǎn)數(shù)m：儀器數(shù)Sd：設(shè)計(jì)觀測(cè)時(shí)段數(shù)

可靠性指標(biāo)lr：多余獨(dú)立觀測(cè)基線數(shù)；lt：總獨(dú)立觀測(cè)基線數(shù)。

精度指標(biāo)GPS布網(wǎng)方式和觀測(cè)作業(yè)方式確定后，GPS網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就確定了，根據(jù)GPS網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以得到GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)矩陣。采用協(xié)因數(shù)矩陣Q或與其有關(guān)的一些指標(biāo)來(lái)衡量。7.4.4GPS基線向量網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則

選點(diǎn)的原則為保證對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測(cè)和衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量，要求測(cè)站上空應(yīng)盡可能的開(kāi)闊，在10°~15°高度角以上不能有成片的障礙物。為減少各種電磁波對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的干擾，在測(cè)站周圍約200m的范圍內(nèi)不能有強(qiáng)電磁波干擾源，如大功率無(wú)線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線等。為避免或減少多路徑效應(yīng)的發(fā)生，測(cè)站應(yīng)遠(yuǎn)離對(duì)電磁波信號(hào)反射強(qiáng)烈的地形、地物，如高層建筑、成片水域等。為便于觀測(cè)作業(yè)和今后的應(yīng)用，測(cè)站應(yīng)選在交通便利，上點(diǎn)方便的地方。測(cè)站應(yīng)選擇在易于保存的地方。

提高可靠性的原則增加觀測(cè)期數(shù)（增加獨(dú)立基線數(shù)）。保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)。保證每點(diǎn)與三條以上的獨(dú)立基線相連。最小異步環(huán)邊數(shù)不大于6。

提高精度的原則網(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。建立框架網(wǎng)。最小異步環(huán)邊數(shù)不大于6。適當(dāng)引入高精度測(cè)距邊。若要進(jìn)行高程擬合，水準(zhǔn)點(diǎn)密度要高，分布要均勻，且要將擬合區(qū)域包圍起來(lái)。適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間，增加觀測(cè)時(shí)段。選取適當(dāng)數(shù)量的已知點(diǎn)，已知點(diǎn)分布均勻。7.5GPS測(cè)量的作業(yè)組織7.5.1GPS測(cè)量隊(duì)伍的組織結(jié)構(gòu)內(nèi)業(yè)處理人員外業(yè)觀測(cè)