靜態(tài)GPS控制測量使用技術(shù)方法參考模板

1、靜態(tài)GPS控制測量使用技術(shù)方法1控制點(diǎn)的布設(shè)為了達(dá)到GPS測量高精度、高效益的目的，減少不必要的耗費(fèi)，在測量中遵循這樣的原則：在保證質(zhì)量的前提下,盡可能地提高效率、降低成本。所以對GPS測量各階段的工作，都要精心設(shè)計，精心組織和實(shí)施。建議用戶在測量實(shí)施前，對整個GPS測量工作進(jìn)行合理的總體設(shè)計?？傮w設(shè)計，是指對GPS網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，主要是：確定精度指標(biāo)，網(wǎng)的圖形設(shè)計，網(wǎng)中基線邊長度的確定及 網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計。在設(shè)計中用戶可以參照有關(guān)規(guī)范靈活地處理，下面將結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有的一些資料對GPS測量的總體設(shè)計簡單地介紹一下。1、確定精度標(biāo)準(zhǔn)在GPS網(wǎng)總體設(shè)計中，精度指標(biāo)是比較重要的參數(shù)，它的數(shù)值將直接影響GP

2、S網(wǎng)的布設(shè)方案、觀測數(shù)據(jù)的處理以及作業(yè)的時間和經(jīng)費(fèi)。在實(shí)際設(shè)計工作中，用戶可根據(jù)所作控制的實(shí)際需要和可能，合理地制定。既不能制定過低而影響網(wǎng)的精度，也不必要盲目追求過高的精度造成不必要的支出。2、選點(diǎn)選點(diǎn)即觀測站位置的選擇。在GPS測量中并不要求觀測站之間相互通視，網(wǎng)的圖形選擇也比較靈活，因此選點(diǎn)比經(jīng)典控制測量簡便得多。但為了保證觀測工作的順利進(jìn)行和可靠地保持測量結(jié)果，用戶注意使觀測站位置具有以下的條件： 確保GPS接收機(jī)上方的天空開闊GPS測量主要利用接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號，而且接收機(jī)上空越開闊，則觀測到的衛(wèi)星數(shù)目越多。一般應(yīng)該保證接收機(jī)所在平面15以上的范圍內(nèi)沒有建筑物或者大樹的遮擋。圖

3、5-1 高度截止角 周圍沒有反射面，如大面積的水域，或?qū)﹄姶挪ǚ瓷洌ɑ蛭眨?qiáng)烈的物體（如玻璃墻，樹木等），不致引起多路徑效應(yīng)。 遠(yuǎn)離強(qiáng)電磁場的干擾。GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星廣播的微波信號，微波信號都會受到電磁場的影響而產(chǎn)生噪聲，降低信噪比，影響觀測成果。所以GPS控制點(diǎn)最好離開高壓線、微波站或者產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾的場所。鄰近不應(yīng)有強(qiáng)電磁輻射源，如無線電臺、電視發(fā)射天線、高壓輸電線等，以免干擾GPS衛(wèi)星信號。通常，在測站周圍約 200m 的范圍內(nèi)不能有大功率無線電發(fā)射源（如電視臺、電臺、微波站等）；在 50m 內(nèi)不能有高壓輸電線和微波無線電信號傳遞通道。 觀測站最好選在交通便利的地方以利于其它測量手段

4、聯(lián)測和擴(kuò)展； 地面基礎(chǔ)穩(wěn)固，易于點(diǎn)的保存。1 / 6注意：用戶如果在樹木、覘標(biāo)等對電磁波傳播影響較大的物體下設(shè)觀測站，當(dāng)接收機(jī)工作時，接收的衛(wèi)星信號將產(chǎn)生畸變，這樣即使采集時各項(xiàng)指標(biāo)，如觀測衛(wèi)星數(shù)、DOP值等都較好，但觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量很差。建議用戶可根據(jù)需要在GPS點(diǎn)大約 300 米附近建立與其通視的方位點(diǎn)，以便在必要時采用常規(guī)經(jīng)典的測量方法進(jìn)行聯(lián)測。在點(diǎn)位選好后，在對點(diǎn)位進(jìn)行編號時必須注意點(diǎn)位編號的合理性，在野外采集時輸入的觀測站名由四個任意輸入的字符組成，為了在測后處理時方便及準(zhǔn)確，必須不使點(diǎn)號重復(fù)。建議用戶在編號時盡量采用阿拉伯?dāng)?shù)字按順序編號。3、基線長度GPS接收機(jī)對收到的衛(wèi)星信號量測可達(dá)

5、毫米級的精度。但是，由于衛(wèi)星信號在大氣傳播時不可避免地受到大氣層中電離層及對流層的擾動，導(dǎo)致觀測精度的降低。因此在使用GPS接收機(jī)測量時，通常采用差分的形式，用兩臺接收機(jī)來對一條基線進(jìn)行同步觀測。在同步觀測同一組衛(wèi)星時，大氣層對觀測的影響大部分都被抵消了?；€越短，抵消的程度越顯著，因?yàn)檫@時衛(wèi)星信號通過大氣層到達(dá)兩臺接收機(jī)的路徑幾乎相同。同時，當(dāng)基線越長時，起算點(diǎn)的精度對基線的精度的影響也越大。起算點(diǎn)的精度常常影響基線的正常求解。因此，建議用戶在設(shè)計基線邊時，應(yīng)兼顧基線邊的長度。通常，對于單頻接收機(jī)而言，基線邊應(yīng)以20公里范圍以內(nèi)為宜?；€邊過長，一方面觀測時間勢必增加，另一方面由于距離增大而

6、導(dǎo)致電離層的影響有所增強(qiáng)。4、提高GPS網(wǎng)可靠性的方法可以通過下面的一些方法提高GPS網(wǎng)的可靠性：1、增加獨(dú)立基線數(shù)在布設(shè)GPS 網(wǎng)時，適當(dāng)增加觀測時段數(shù)，對于提高GPS 網(wǎng)的可靠性非常有效。因?yàn)殡S著觀測時段數(shù)的增加，所測得的獨(dú)立基線數(shù)就會增加，而獨(dú)立基線數(shù)的增加對網(wǎng)的可靠性的提高是非常有效的。2、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，通過在同一測站上的多次觀測，可有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)站、對中、整平、量測天線高等人為錯誤；另一方面，重復(fù)設(shè)站次數(shù)的增加，也意味著觀測期數(shù)的增加。不過需要注意的是，當(dāng)同一臺接收機(jī)在同一測站上連續(xù)進(jìn)行多個時段的觀測時，各個時段間必須重

7、新安置儀器，以更好地消除各種人為操作誤差和錯誤。3、保證每個測站至少與三條以上的獨(dú)立基線相連。保證每個測站至少與三條以上的獨(dú)立基線相連，這樣可以使得測站具有較高的可靠性，在布設(shè)GPS 網(wǎng)時，各個點(diǎn)的可靠性與點(diǎn)位無直接關(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。4、在布網(wǎng)時要使網(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，檢查GPS 觀測值基線向量質(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，因此，要控制最小異步環(huán)的邊數(shù)。所謂最小異步閉合環(huán)，即構(gòu)成閉合環(huán)的基線邊是異步的，且邊數(shù)又是最少的。5、提高GPS網(wǎng)精

8、度的方法 可以通過下列方法提高GPS網(wǎng)的精度：為保證GPS 網(wǎng)中各相鄰點(diǎn)具有較高的相對精度，對網(wǎng)中距離較近的點(diǎn)一定要進(jìn)行同步觀測，以獲得它們間的直接觀測基線；為提高整個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GPS 網(wǎng)的骨架；在布網(wǎng)時要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數(shù)不大于6 條；若要采用高程擬合的方法測定網(wǎng)中各點(diǎn)的正常高/正高，則需在布網(wǎng)時選定一定數(shù)量的水準(zhǔn)點(diǎn)。水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)盡可能的多，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，將整個網(wǎng)包含在其中；為提高GPS 網(wǎng)的尺度精度，可采用增設(shè)長時間、多時段的基線向量。6、布設(shè)GPS 網(wǎng)時起算點(diǎn)的選取與分布若要求所布設(shè)的G

9、PS 網(wǎng)的成果與舊成果吻合最好，則起算點(diǎn)數(shù)量越多越好。若不要求所布設(shè)的GPS 網(wǎng)的成果完全與舊成果吻合，則一般可選35 個起算點(diǎn)，這樣既可以保證新老坐標(biāo)成果的一致性，也可以保持GPS 網(wǎng)的原有精度。為保證整網(wǎng)的點(diǎn)位精度均勻，起算點(diǎn)一般應(yīng)均勻地分布在GPS 網(wǎng)的周圍。要避免所有的起算點(diǎn)分布在網(wǎng)中一側(cè)的情況或連成一線的情況。2 GPS基線解算1 基線解算的步驟基線解算的過程，實(shí)際上主要是一個利用最小二乘法進(jìn)行平差的過程。平差所采用的觀測值主要是雙差觀測值。在基線解算時，平差要分五個階段進(jìn)行。第一階段，根據(jù)三差觀測值，求得基線向量的初值。第二階段，根據(jù)初值及雙差觀測值進(jìn)行周跳修復(fù)。第三階段進(jìn)行雙差浮

10、點(diǎn)解算，解算出整周未知數(shù)參數(shù)和基線向量的實(shí)數(shù)解。第四階段將整周未知數(shù)固定成整數(shù)，即整周模糊度固定。在第五階段，將確定了的整周未知數(shù)作為已知值，僅將待定的測站坐標(biāo)作為未知參數(shù)，再次進(jìn)行平差解算，解求出基線向量的最終解-整數(shù)解。2 重復(fù)基線的檢查同一基線邊觀測了多個時段得到的多個基線邊稱為重復(fù)基線邊。對于不同觀測時段的基線邊的互差，其差值應(yīng)小于相應(yīng)級別規(guī)定精度的倍。而其中任一時段的結(jié)果與各時段平均值之差不能超過相應(yīng)級別的規(guī)定精度。我們在進(jìn)行基線處理時經(jīng)常會遇到重復(fù)基線檢查不合格的情況。而造成這種情況的主要有以下幾種情況：1、在架設(shè)儀器時由于對中整平的誤差造成（該種情況一般對短基線影響很大），處理該

11、種情況時需要在出外業(yè)前對基座進(jìn)行檢查并且進(jìn)行外業(yè)觀測架設(shè)儀器時嚴(yán)格對中整平。2、由于點(diǎn)號及儀器高輸錯、或外業(yè)記錄時出錯造成（這種情況最為普遍，并且由于該種情況還會造成異步環(huán)搜索時異步環(huán)不閉合），一般來說在軟件上比較好檢查出出錯的觀測點(diǎn)，例如我們可以在軟件上查看觀測數(shù)據(jù)通過觀測數(shù)據(jù)的初始經(jīng)緯度來判定點(diǎn)號是否出錯。在搜索異步環(huán)時往往超限數(shù)據(jù)非常大。對于這種情況的處理一定要嚴(yán)格外業(yè)觀測手簿的記錄。3 閉合環(huán)搜索在GPS測量中，為了檢驗(yàn)GPS野外實(shí)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，往往需要計算GPS網(wǎng)中同步環(huán)或異步環(huán)閉合差。為了使精度評估更準(zhǔn)確，往往需要刪除一些重復(fù)基線，通常的軟件都要求手工輸入，若網(wǎng)較復(fù)雜，則工作量就非

12、常龐大，而且錯誤、遺漏也就難以避免。實(shí)際上，在軟件中，可以結(jié)合圖論的有關(guān)知識，采用深度優(yōu)先搜索的方法搜索整個GPS網(wǎng)中的最小獨(dú)立閉合環(huán)、最小獨(dú)立異步閉合環(huán)、最小獨(dú)立同步閉合環(huán)以及手工選定環(huán)路和重復(fù)基線。所謂最小獨(dú)立閉合環(huán)，具有以下幾方面的含義：l 閉合環(huán)必須是最小的，即邊數(shù)是最少的；l 閉合環(huán)必須是獨(dú)立的。4 GPS基線向量網(wǎng)平差在一般情況下，多個同步觀測站之間的觀測數(shù)據(jù)，經(jīng)基線向量解算后，用戶所獲得的結(jié)果一般是觀測站之間的基線向量及其方差與協(xié)方差。再者，在某一區(qū)域的測量工作中，用戶可能投入的接收機(jī)數(shù)總是有限的，所以，當(dāng)布設(shè)的GPS網(wǎng)點(diǎn)數(shù)較多時，則需在不同的時段，按照預(yù)先的作業(yè)計劃，多次進(jìn)行觀

13、測。而GPS解算不可避免地會帶來誤差、粗差以及不合格解。在這種情況下，為了提高定位結(jié)果的可靠性，通常需將不同時段觀測的基線向量連接成網(wǎng)，并通過觀測量的整體平差，以提高定位結(jié)果的精度。這樣構(gòu)成的GPS網(wǎng)，將含有許多閉合條件，整體平差的目的，在于清除這些閉合條件的不符值，并建立網(wǎng)的基準(zhǔn)。另外，不管是靜態(tài)解算還是動態(tài)解算，都是在WGS-84坐標(biāo)系下進(jìn)行的，而已有的經(jīng)典地面控制網(wǎng)規(guī)模大，資料豐富；或者，用戶只進(jìn)行小范圍的測量，需要的僅僅是局部平面坐標(biāo)；加之，GPS單點(diǎn)定位的坐標(biāo)精度較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高精度測量的要求。而且，通常用戶需要的是國家坐標(biāo)系下的大地坐標(biāo)（或投影坐標(biāo)）或地方坐標(biāo)系下的投影坐標(biāo)，高

14、程坐標(biāo)也不再是大地高（橢球高），而是水準(zhǔn)高（正高）。有時還需要通過高精度GPS網(wǎng)與經(jīng)典地面網(wǎng)的聯(lián)合處理，加強(qiáng)和改善經(jīng)典地面網(wǎng)，以滿足用戶的需要。這樣就需要將WGS-84之間的坐標(biāo)增量轉(zhuǎn)換到大地坐標(biāo)中去，從而得到用戶所需要的坐標(biāo)。由于坐標(biāo)系之間的系統(tǒng)參數(shù)不一樣以及水準(zhǔn)異常等原因，這種轉(zhuǎn)換理所當(dāng)然地會帶來誤差。根據(jù)平差所進(jìn)行的坐標(biāo)空間，可將GPS 網(wǎng)平差分為三維平差和二維平差。根據(jù)平差時所采用的觀測值和起算數(shù)據(jù)的數(shù)量和類型，可將平差分為無約束平差約束平差和聯(lián)合平差等。所謂三維平差是指平差在空間三維坐標(biāo)系中進(jìn)行。觀測值為三維空間中的觀測值，解算出的結(jié)果為點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。GPS 網(wǎng)的三維平差，一般在

15、三維空間直角坐標(biāo)系或三維空間大地坐標(biāo)系下進(jìn)行。所謂二維平差，是指平差在二維平面坐標(biāo)系下進(jìn)行，觀測值為二維觀測值，解算出的結(jié)果為點(diǎn)的二維平面坐標(biāo)。所謂無約束平差，指的是在平差時不引入會造成GPS 網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。常見的GPS 網(wǎng)的無約束平差，一般是在平差時沒有起算數(shù)據(jù)或沒有多余的起算數(shù)據(jù)。所謂約束平差，指的是平差時所采用的觀測值完全是GPS 基線向量，而且，在平差時引入了使得GPS 網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。GPS 網(wǎng)的聯(lián)合平差，指的是平差時所采用的觀測值除了GPS 觀測值以外，還采用了地面常規(guī)觀測值，這些地面常規(guī)觀測值包括邊長、方向、角度等觀測值等

16、。3 常遇問題的解決辦法1如何處理不合格基線通過設(shè)置衛(wèi)星高度角、采樣間隔、有效歷元等參數(shù)可以對基線進(jìn)行優(yōu)化。1 衛(wèi)星高度截止角衛(wèi)星高度角的截取對于數(shù)據(jù)觀測和基線處理都非常重要，觀測較低仰角的衛(wèi)星有時會因?yàn)樾l(wèi)星信號強(qiáng)度太弱、信噪比較低而導(dǎo)致信號失鎖，或者信號在傳輸路徑上受到較大的大氣折射影響而導(dǎo)致整周模糊度搜索的失敗。但選擇較大的衛(wèi)星高度角可能出現(xiàn)觀測衛(wèi)星數(shù)的不足或衛(wèi)星圖形強(qiáng)度欠佳，因此同樣不能解算出最佳基線。一般情況下處理基線中高度截止角默認(rèn)設(shè)置為20度。如果同步觀測衛(wèi)星數(shù)太少或者同步觀測時間不足，對于短基線來說，可以適當(dāng)降低高度角后重新試算，這樣可能會獲得滿足要求的基線結(jié)果，此時應(yīng)注意，要求

17、測站的數(shù)據(jù)要穩(wěn)定，且環(huán)視條件要好，解算后的基線應(yīng)進(jìn)行外部檢核（如同步環(huán)和異步環(huán)檢核）以保證其正確性。如果用默認(rèn)設(shè)置值解算基線失敗，且連續(xù)觀測時間較長、觀測的衛(wèi)星數(shù)較多、圖形強(qiáng)度因子GDOP值較小，則適當(dāng)提高衛(wèi)星的高度角重新進(jìn)行解算可能會得到較好的結(jié)果，這主要是觀測環(huán)境和低仰角的衛(wèi)星信號產(chǎn)生了較嚴(yán)重的多路徑效應(yīng)和時間延遲所引起的。2 采樣間隔一般的接收機(jī)具有較高的內(nèi)部采樣率（指野外作業(yè)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集間隔，由1秒至255秒自由設(shè)置，默認(rèn)為15秒）。而處理基線中并不是所有的數(shù)據(jù)都參與處理，而是從中根據(jù)優(yōu)化原則選取其中一部分的數(shù)據(jù)采樣進(jìn)行處理。采集高質(zhì)量的載波相位觀測值是解決周跳問題的根本途徑，而適當(dāng)

18、增加其采集密度，又是診斷和修復(fù)周跳的重要措施，因此在采用快速靜態(tài)作業(yè)或者該基線觀測時間較短的情況下，可以適當(dāng)把采樣間隔縮短。3無效歷元在某些情況下，例如該衛(wèi)星的健康情況惡劣；或者測站環(huán)境不理想、受電磁干擾而導(dǎo)致某些衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號經(jīng)常失鎖；又或者低仰角的衛(wèi)星有時會因?yàn)樾l(wèi)星信號強(qiáng)度太弱、信噪比較低而導(dǎo)致信號失鎖，或者信號在傳輸路徑上受到較大的大氣折射影響而導(dǎo)致整周模糊度搜索的失敗。此時應(yīng)該對該衛(wèi)星的星歷進(jìn)行處理。通過查看基線詳解，可以對衛(wèi)星觀測中周跳的情況進(jìn)行檢查，對于失鎖次數(shù)較多的衛(wèi)星或者觀測歷元數(shù)過少的衛(wèi)星進(jìn)行剔除。2如何確定坐標(biāo)系統(tǒng)1標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的WGS-84、北京54以及國家80坐標(biāo)系可以直接在網(wǎng)平差設(shè)置里選擇，但是必須按要求輸入正確的原點(diǎn)經(jīng)度（投影中央子午線）。2自定義坐標(biāo)系統(tǒng)（或者工程橢球） 已知參數(shù)一般的自定義坐標(biāo)系（或工程橢球）是從標(biāo)準(zhǔn)的國家坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換而來，大多數(shù)情形下是對加常數(shù)或者中央子午線、投影橢球高重新進(jìn)行定義，因此必須選擇相應(yīng)的參數(shù)，包括所用橢球的參數(shù)、加常數(shù)、投影中央子午線、投影橢球高等。 未知參數(shù)假如是完全獨(dú)立自定義的工程坐標(biāo)系，尤其是沒有辦法與國家點(diǎn)聯(lián)測、又或者投影變形超過規(guī)范要求的，可以選用標(biāo)準(zhǔn)橢球，例如北京54橢球參數(shù)，然后采用固定一點(diǎn)和一個方位角的辦法來處理。具體方法如下：采用基線某一端點(diǎn)的單點(diǎn)定位解作為起點(diǎn)，然后用高精度的紅外激光測距儀