全球定位系統(tǒng)課件：第十一章、GPS測量技術(shù)設(shè)計(jì)

1、 第十章 GPS測量技術(shù)設(shè)計(jì)與外業(yè)觀測一 GPS測量的技術(shù)設(shè)計(jì)GPS測量的技術(shù)設(shè)計(jì)主要依據(jù)GPS測量規(guī)范及測量任務(wù)書1 GPS測量規(guī)范2 測量任務(wù)書GPS控制網(wǎng)的精度、密度設(shè)計(jì)在國標(biāo)中GPS測量按精度共分為AA、A、B、C、D、E六個等級，常用的是B、C、D、E。 式中， 為GPS基線向量的等效距離誤差，a為GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的固定誤差（mm）；b為GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的比例誤差；d為GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的距離（mm）。GPS控制網(wǎng)的精度、密度設(shè)計(jì)控制網(wǎng)的精度、密度設(shè)計(jì)根據(jù)國標(biāo)，各級GPS相鄰點(diǎn)間平均距離應(yīng)符合下表的要求，而且相鄰點(diǎn)最小距離可為平均距離的1/31/2倍；最大距離可為平均距離

2、的23倍。 GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。方位基準(zhǔn)：一般由給定的起算方位角值確定。尺度基準(zhǔn)：一般由地面的電磁波測距確定。位置基準(zhǔn)；（1） 為求定GPS點(diǎn)在國家或地方坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，應(yīng)聯(lián)測地方控制地方點(diǎn)，用以坐標(biāo)變換。當(dāng)測區(qū)有舊的地面控制點(diǎn)成果時，應(yīng)既考慮充分利用舊資料，又要使新建的高精度GPS控制網(wǎng)不受舊資料精度較低的影響。為此，應(yīng)將新的GPS網(wǎng)與舊控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，聯(lián)測點(diǎn)一般不應(yīng)少于 3個。 （2）GPS網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)盡量應(yīng)與測區(qū)過去采用的坐標(biāo)系統(tǒng)一致，一般應(yīng)了解以下幾個參數(shù)： l：所采用的參考橢球體，一般是以國家坐標(biāo)系的參考橢球?yàn)?/p>

3、基礎(chǔ)； 2：坐標(biāo)系的中央子午線的經(jīng)度值； 3：縱、橫坐標(biāo)的加常數(shù)； 4：坐標(biāo)系的投影面高程及測區(qū)平均高程異常值； 5：起算點(diǎn)的坐標(biāo)。 實(shí)際工作中，有時難以找到說明以上參數(shù)的資料，此時，也可以通過分析計(jì)算的方祛處理。（3） GPS網(wǎng)平差后得到的是大地高，為了得到GPS點(diǎn)的正常高，應(yīng)使一定數(shù)量的GPS點(diǎn)與水準(zhǔn)點(diǎn)重合，或者對部分GPS點(diǎn)聯(lián)測水準(zhǔn)。聯(lián)測的高程點(diǎn)需均勻的分布于網(wǎng)中，對丘陵或山區(qū)高程點(diǎn)應(yīng)按照高程擬合曲面的要求進(jìn)行布設(shè)。GPS控制網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)控制網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)觀測時段：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)工作的時問段簡稱時段。同步觀測：兩臺或兩臺以上接收機(jī)同時對同一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測。同步觀測環(huán)：

4、三臺或三臺以上接收機(jī)同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱同步環(huán)。獨(dú)立基線：對干N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，其中獨(dú)立基線數(shù)為N一1。獨(dú)立基線之間沒有相關(guān)性。獨(dú)立觀測環(huán)：由獨(dú)立觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱獨(dú)立環(huán)。異步觀測環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀側(cè)環(huán)，簡稱異步環(huán)。非獨(dú)立基線：除獨(dú)立基線外的其他叫非獨(dú)立基線，總基線數(shù)與獨(dú)立基線之差為非獨(dú)立基線數(shù)。GPS網(wǎng)特征條件的計(jì)算網(wǎng)特征條件的計(jì)算 對于由N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步圖形中一個時段包含的基線（或簡稱GPS邊）數(shù)為： J N*(N1)/2；但其中僅有N

5、1條是獨(dú)立邊，其余為非獨(dú)立邊。當(dāng)同步觀測的GPS接收機(jī)數(shù)N3時，同步閉合環(huán)T的最少個數(shù)應(yīng)為 TJ(N1)(N1)(N2)2觀測時段數(shù)計(jì)算公式：觀測時段數(shù)計(jì)算公式： Cn m/N 式中C為觀測時段數(shù)；n為網(wǎng)點(diǎn)數(shù)；m為每點(diǎn)平均設(shè)站次數(shù)；N為接收機(jī)數(shù)。故在GPS網(wǎng)中總基線數(shù)：J總 C N（N一1）/2必要基線數(shù)：J必n1獨(dú)立基線數(shù)：J獨(dú)C(N1）多余基線數(shù)：J多 C（N1）（n1）依據(jù)以上公式，就可以確定出一個具體GPS網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)的主要特征。對于同步環(huán)和異步環(huán)的幾點(diǎn)說明：對于同步環(huán)和異步環(huán)的幾點(diǎn)說明：（1）理論上，同步閉合環(huán)中各GPS 的坐標(biāo)差之和即閉合差應(yīng)為零，但實(shí)際上并非如此，一般規(guī)范都規(guī)定了同

6、步閉合差的限差。但當(dāng)由于某種原因，同步不是很好的，應(yīng)適當(dāng)放寬此項(xiàng)限差。（2）同步閉合環(huán)的閉合差較小只能說明基線向量的計(jì)算合格，并不能說明GPS邊的觀測精廈高，也不能發(fā)現(xiàn)接收的信號受到干擾而產(chǎn)生的某些粗差。 為了確保GPS觀測效果的可靠性，有效地發(fā)現(xiàn)觀測成果中的粗差，必須使GPS網(wǎng)中的獨(dú)立邊構(gòu)成一定的幾何圖形。這種幾何圖形可以是由數(shù)條獨(dú)立邊構(gòu)成的非同步多邊形（亦稱非同步閉合環(huán)）當(dāng)GPS網(wǎng)中有若干個起算點(diǎn)時，也可以是由兩個起算點(diǎn)之間的數(shù)條GPS獨(dú)立邊構(gòu)成的附合路線。GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)，也就是根據(jù)所布設(shè)的網(wǎng)的精度要求和其它方面的要求，設(shè)計(jì)出由獨(dú)立邊構(gòu)成的多邊形網(wǎng) （3） 對于異步環(huán)的構(gòu)成，一般應(yīng)按所

7、設(shè)計(jì)的網(wǎng)圖選定，必要時在經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人審定后，也可根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)接收機(jī)多于3臺時，也可按軟件功能自動挑選獨(dú)立基線構(gòu)成環(huán)路。 GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì) GPS控制網(wǎng)布設(shè)的問題就是怎樣將各同步環(huán)有機(jī)地連成一個整體，構(gòu)成一定數(shù)量的同步觀測環(huán)和異步觀測環(huán)，也可采用線路形式，以較好地滿足精度、可靠性、經(jīng)費(fèi)和后勤等限制條件。 根據(jù)以上布網(wǎng)原則，GPS網(wǎng)的布設(shè)通常有四種方式：星形，點(diǎn)連式、邊連式和混合式。 1：星形網(wǎng)特點(diǎn)：幾何圖形簡單，只需兩臺GPS接收機(jī)，是一種快速定位作業(yè)方式，但是，由于基線間不構(gòu)成任何同步閉合圖形因此抗粗差的能力差，一般適用于精度較低的工程測量。 2：點(diǎn)連式相鄰?fù)綀D形之

8、間只有一個公共點(diǎn)連接。這種布網(wǎng)方式幾何強(qiáng)度較弱，抗粗差能力較差，一般可以加測幾個時段以增強(qiáng)網(wǎng)的異步圖形閉合條件的個數(shù)。 2：邊連式相鄰?fù)綀D形由一條公共基線連接。這種布網(wǎng)方式幾何強(qiáng)度較高，抗粗差能力較強(qiáng)，有較多的復(fù)測邊和非同步圖形閉合條件，在相同的儀器個數(shù)的條件下，觀測時段將比點(diǎn)連接方式大大增加。 3：混連式該方式是把點(diǎn)連式和邊連式有機(jī)地結(jié)合在一起，這種方式既可以提高網(wǎng)的幾何強(qiáng)度和可靠性指標(biāo)，有減少了外業(yè)工作量，式一種較為理想的布網(wǎng)方法。三種連接方式主要特征統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目點(diǎn)連接邊連接混合連接總點(diǎn)數(shù)666同步圖形個數(shù)354總基線向量數(shù)91512獨(dú)立基線向量數(shù)6108必要基線向量數(shù)555多余基線向量數(shù)153項(xiàng)目點(diǎn)連接邊連接混合連接重復(fù)基線向量數(shù)042非同步圖形個數(shù)111一次設(shè)站數(shù)300二次設(shè)站數(shù)336三次設(shè)站數(shù)030總體可靠性指標(biāo)0.170.500.38注：總體可靠性指標(biāo)多余基線數(shù)/獨(dú)立基線數(shù)GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)著眼于控制網(wǎng)的精度、可靠性以及經(jīng)費(fèi)等要求。也應(yīng)遵循以下原則1：