GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)講課講稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)-第九講GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)指南主要講述GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的方法與過程。進(jìn)行GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)了解控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，掌握GPS控制網(wǎng)的布網(wǎng)形式與布網(wǎng)原則。在設(shè)計(jì)中要確定GPS網(wǎng)的位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)，同時(shí)通過精度預(yù)算進(jìn)行GPS網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)。GPS測(cè)量在外業(yè)觀測(cè)工作之前，應(yīng)做好施測(cè)前的收集、器材準(zhǔn)備、人員組織、外業(yè)觀測(cè)計(jì)劃擬訂以及技術(shù)設(shè)計(jì)書的編寫等工作。這一階段要進(jìn)行衛(wèi)星的可視見性預(yù)報(bào)、最佳觀測(cè)時(shí)段的選擇、制定接收機(jī)的調(diào)度計(jì)劃。完成了一個(gè)GPS控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)之后，必須按一定

2、內(nèi)容和格式的要求編寫相應(yīng)的技術(shù)設(shè)計(jì)書，它是GPS作業(yè)開展的指導(dǎo)性文件。在對(duì)講內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，要掌握GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)內(nèi)容，結(jié)合一定實(shí)際，掌握GPS網(wǎng)的圖形構(gòu)成的基本概念和網(wǎng)的特征條件的內(nèi)容。重點(diǎn)掌握GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)原則，能夠進(jìn)行觀測(cè)綱要的設(shè)計(jì)，熟悉技術(shù)設(shè)計(jì)書的編寫內(nèi)容與要求。本節(jié)的難點(diǎn)是GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和精度設(shè)計(jì)問題。本單元教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1、GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)書的編寫。2、GPS網(wǎng)圖形的設(shè)計(jì)。3、GPS點(diǎn)選擇的原則方法。教學(xué)目標(biāo)1、掌握GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)書的編寫。2、掌握GPS網(wǎng)圖形的設(shè)計(jì)。3、結(jié)合理論，在實(shí)際的工程中靈活應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容GPS測(cè)量規(guī)范（規(guī)程）的應(yīng)用，GPS測(cè)量精度

3、標(biāo)準(zhǔn)及分類、GPS點(diǎn)的密度標(biāo)準(zhǔn)、GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)、GPS網(wǎng)圖形的設(shè)計(jì)、基本圖形的選擇、GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)書的編寫，GPS接收機(jī)的選擇與檢驗(yàn)等。一、GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)是進(jìn)行GPS測(cè)量定位的最基礎(chǔ)性工作，它是根據(jù)國家現(xiàn)行的規(guī)范、規(guī)程，針對(duì)GPS控制網(wǎng)的用途及用戶要求，提出對(duì)GPS測(cè)量的網(wǎng)形、精度及基準(zhǔn)等的具體設(shè)計(jì)。1GPS控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)的依據(jù)GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)及業(yè)外測(cè)量的主要技術(shù)依據(jù)是GPS測(cè)量規(guī)范（規(guī)程）和測(cè)量任務(wù)書。11GPS測(cè)量規(guī)范（規(guī)程）GPS測(cè)量規(guī)范（規(guī)程）是國家測(cè)繪管理部門和行業(yè)部門所制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，目前GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范（規(guī)程）有：2001年

4、國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范，以下簡稱國標(biāo)（GB）；1992年國家測(cè)繪局發(fā)布的測(cè)繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范，以下簡稱規(guī)范；1998年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程，以下簡稱規(guī)程；各部委根據(jù)本部門GPS工作的實(shí)際情況指定的其他GPS測(cè)量規(guī)程或細(xì)則。12測(cè)量任務(wù)書測(cè)量任務(wù)書或測(cè)量合同是測(cè)量施工單位上級(jí)主管部門或合同甲方下達(dá)的技術(shù)要求文件。這種技術(shù)文件是指令性的，它規(guī)定了測(cè)量任務(wù)的范圍、目的、精度和密度要求、提交成果資料的項(xiàng)目和時(shí)間、完成任務(wù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。在GPS測(cè)量方案設(shè)計(jì)時(shí)，一般首先依據(jù)測(cè)量任務(wù)書提出的GPS網(wǎng)的精度、點(diǎn)位密度和經(jīng)

5、濟(jì)指標(biāo)，并結(jié)合國家標(biāo)準(zhǔn)或其他行業(yè)規(guī)范（規(guī)程），現(xiàn)場(chǎng)具體確定點(diǎn)位及點(diǎn)間的連接方式、各點(diǎn)設(shè)站觀測(cè)的次數(shù)、時(shí)段長短等布網(wǎng)施測(cè)方案。2GPS控制網(wǎng)的精度、密度設(shè)計(jì)應(yīng)用GPS定位技術(shù)建立的測(cè)量控制網(wǎng)稱為GPS控制網(wǎng)，其控制點(diǎn)稱為GPS點(diǎn)。GPS控制網(wǎng)可分為兩大類：一類是國家或區(qū)域性的高精度GPS控制網(wǎng)；另一類是局部性的GPS控制網(wǎng)，包括城市或工礦區(qū)及各類工程控制網(wǎng)。21GPS測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn)及分級(jí)對(duì)于GPS網(wǎng)的精度要求，主要取決于網(wǎng)的用途和定位技術(shù)所能達(dá)到的精度。精度指標(biāo)通常是以GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)間弦長標(biāo)準(zhǔn)差來表示，即：式中：標(biāo)準(zhǔn)差（基線向量的弦長中誤差，mm）；aGPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的固定誤差（mm）；b

6、GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)（110-6）d相鄰點(diǎn)間的距離（km）。根據(jù)2001年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范，將GPS控制網(wǎng)按其精度劃分為AA、A、B、C、D、E六個(gè)精度級(jí)別，如表6-1所示。表6-1GB規(guī)范規(guī)定的GPS測(cè)量控制網(wǎng)精度分級(jí)級(jí)別平均距離/Km固定誤差a/mm比例誤差系數(shù)b/10-6AA100030.01A30050.1B7081C1015105D5101010E0.251020其中，AA級(jí)主要用于全球性的地球動(dòng)力學(xué)研究、地殼形變測(cè)量和精密定軌；A級(jí)主要用于區(qū)域性的地球動(dòng)力學(xué)研究和地殼形變測(cè)量；B級(jí)主要用于局部變形監(jiān)測(cè)和各種精密工程測(cè)量；

7、C級(jí)主要用于大、中城市及工程測(cè)量的基本控制網(wǎng)；D、E級(jí)主要用于中、小城市，城鎮(zhèn)及測(cè)圖、地籍、土地信息、房產(chǎn)、物探、勘測(cè)、建筑施工等控制測(cè)量。AA、A級(jí)是建立地心參考框架的基礎(chǔ)，同時(shí)AA、A、B級(jí)也是建立國家空間大地測(cè)量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)。為了進(jìn)行城市和工程測(cè)量，建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程將GPS測(cè)量劃分為二等、三等、四等和一級(jí)、二級(jí)，如表6-2所示。表6-2規(guī)程規(guī)定的GPS測(cè)量控制網(wǎng)精度分級(jí)等級(jí)平均距離/km固定誤差a/(mm)比例誤差b/10-6最弱邊相對(duì)中誤差二等91021/120000三等51051/80000四等210101/45000一級(jí)110101/20000二級(jí)1

8、5的限制下，根據(jù)數(shù)據(jù)處理軟件的提示，輸入測(cè)區(qū)中心位置的概略經(jīng)、緯度值，輸入將要預(yù)報(bào)日期和時(shí)間，星歷齡期不超過20天的星歷衛(wèi)星文件，即可編制GPS衛(wèi)星的可見性預(yù)報(bào)圖。圖6-10是用AshtechSolution軟件編制的衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)圖。3.圖6-10AshtechSolution軟件編制的衛(wèi)星可見性預(yù)報(bào)圖3.最佳觀測(cè)窗口與最佳觀測(cè)時(shí)段的選擇GPS定位精度同衛(wèi)星與測(cè)站構(gòu)成的圖形強(qiáng)度有關(guān)，所測(cè)衛(wèi)星與觀測(cè)站所組成的幾何圖形，其強(qiáng)度因子可用空間位置因子（PDOP）來代表，無論是絕對(duì)定位還是相對(duì)定位，PDOP值不應(yīng)大于6。此時(shí)，可視衛(wèi)星幾何分布對(duì)應(yīng)的觀測(cè)窗口稱為最佳觀測(cè)窗口。當(dāng)在進(jìn)行GPS觀測(cè)時(shí)，可觀測(cè)

9、到衛(wèi)星數(shù)大于4顆時(shí)，且分布均勻，PDOP值小于6的時(shí)段就是最佳時(shí)段。當(dāng)衛(wèi)星高度角大于等于15時(shí)，某測(cè)站上可視衛(wèi)星的PDOP隨時(shí)間變化曲線的例子如圖6-11所示，它是使用AshtechSolution軟件，用測(cè)站的概略經(jīng)、緯度和星歷齡期不大于20d的星歷所做出的PDOP值預(yù)報(bào)，用以選擇最佳觀測(cè)時(shí)段。由圖可知，在整個(gè)作業(yè)期間，除10:1511:00期間，可見衛(wèi)星數(shù)有5顆，PDOP6外，其余時(shí)段的可見衛(wèi)星數(shù)5顆，PDOP6，均可進(jìn)行觀測(cè)。3.圖6-11PDOP值預(yù)報(bào)及最佳觀測(cè)時(shí)段的選擇4.觀測(cè)區(qū)域的設(shè)計(jì)與劃分當(dāng)GPS網(wǎng)的點(diǎn)數(shù)較多，網(wǎng)的規(guī)模較大，而參與觀測(cè)的接收機(jī)數(shù)量有限，交通和通訊不便時(shí)，可實(shí)行分區(qū)

10、觀測(cè)。為了增強(qiáng)網(wǎng)的整體性，提高網(wǎng)的精度，相鄰分區(qū)應(yīng)設(shè)置公共觀測(cè)點(diǎn)，且公共點(diǎn)數(shù)不得少于3個(gè)。3.5.接收機(jī)調(diào)度計(jì)劃擬定作業(yè)組在觀測(cè)前應(yīng)根據(jù)測(cè)區(qū)的地形、交通狀況、控制網(wǎng)的大小、精度的高低、儀器的數(shù)量、GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)、衛(wèi)星預(yù)報(bào)表和測(cè)區(qū)的天氣、地理環(huán)境等擬定接收機(jī)調(diào)度計(jì)劃和編制作業(yè)的調(diào)度表，以提高工作效益。調(diào)度計(jì)劃制定遵循以下原則：（1）保證同步觀測(cè)（2）保證足夠重復(fù)基線（3）設(shè)計(jì)最優(yōu)接收機(jī)調(diào)度路徑（4）保證最佳觀測(cè)窗口。作業(yè)調(diào)度表包括觀測(cè)時(shí)段、測(cè)站號(hào)、測(cè)站名稱及接收機(jī)號(hào)等。其作業(yè)調(diào)度表見表6-7。表6-7GPS作業(yè)調(diào)度表時(shí)段編號(hào)觀測(cè)時(shí)間測(cè)站號(hào)/名測(cè)站號(hào)/名測(cè)站號(hào)/名測(cè)站號(hào)/名測(cè)站號(hào)/名測(cè)站號(hào)/名機(jī)號(hào)

11、機(jī)號(hào)機(jī)號(hào)機(jī)號(hào)機(jī)號(hào)機(jī)號(hào)12若作業(yè)儀器臺(tái)數(shù)、觀測(cè)時(shí)段數(shù)及測(cè)站數(shù)較多時(shí)，在每日出測(cè)前應(yīng)采用外業(yè)觀測(cè)通知單進(jìn)行調(diào)度，如表6-8所示。表6-8GPS測(cè)量外業(yè)觀測(cè)通知單觀測(cè)日期年月日組別：操作員：接收機(jī)號(hào)：點(diǎn)位所在圖幅：測(cè)站編號(hào)/名：觀測(cè)時(shí)段：1：2：3：4：5：6：安排人：年月日例如擬布設(shè)如圖6-12所示GPS網(wǎng)A-B-C-D-E-F-G-H-I，計(jì)劃采用3臺(tái)接收機(jī)（1、2、3）同步觀測(cè)。編制GPS接收機(jī)作業(yè)調(diào)度表于表6-9圖6-12GPS網(wǎng)A-B-C-D-E-F-G-H-I表6-91、2、3時(shí)段GPS接收機(jī)作業(yè)調(diào)度表4技術(shù)設(shè)計(jì)書編寫測(cè)區(qū)外業(yè)踏勘和資料收集完成后，根據(jù)測(cè)量任務(wù)或合同的要求，按照GPS測(cè)量

12、的設(shè)計(jì)原則和方法進(jìn)行GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)，并編寫相應(yīng)的技術(shù)設(shè)計(jì)書，用于指導(dǎo)GPS的外業(yè)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理。技術(shù)設(shè)計(jì)書是保證GPS測(cè)量工程任務(wù)圓滿完成的一項(xiàng)重要的技術(shù)文件，其主要內(nèi)容如下：(1)項(xiàng)目概述包括GPS項(xiàng)目的來源、性質(zhì)、用途及意義；項(xiàng)目的總體概況，如工作量等。(2)測(cè)區(qū)概況測(cè)區(qū)隸屬的行政管轄；測(cè)區(qū)范圍的地理坐標(biāo)、控制面積；測(cè)區(qū)的交通狀況和人文地理測(cè)區(qū)的地形及氣候狀況；測(cè)區(qū)控制點(diǎn)的分布及對(duì)控制點(diǎn)的分析、利用和評(píng)價(jià)。(3)作業(yè)依據(jù)完成該項(xiàng)目所需的所有的測(cè)量規(guī)范、工程規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。(4)技術(shù)要求根據(jù)任務(wù)書或合同的要求，或網(wǎng)的用途提出具體的精度指標(biāo)要求、提交成果的坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)等。(5)測(cè)區(qū)已有

13、資料的收集和利用情況所收集到的測(cè)區(qū)資料，特別是測(cè)區(qū)已有的控制點(diǎn)的成果資料，包括控制點(diǎn)的數(shù)量、點(diǎn)名、坐標(biāo)、高程、等級(jí)以及所屬的系統(tǒng)，點(diǎn)位的保存狀況，可利用的情況介紹。(6)布網(wǎng)方案在適當(dāng)比例尺的地形圖上進(jìn)行GPS網(wǎng)的圖上設(shè)計(jì)，包括GSP網(wǎng)點(diǎn)的圖形、網(wǎng)點(diǎn)數(shù)、連接形式，GPS網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征的測(cè)算，精度估算和點(diǎn)位圖的繪制。(7)選點(diǎn)與埋標(biāo)GPS的點(diǎn)位基本要求，點(diǎn)位標(biāo)志的選用及埋設(shè)方法，點(diǎn)位的編號(hào)等問題。(8)GPS網(wǎng)的外業(yè)觀測(cè)采用的儀器與測(cè)量模式，觀測(cè)的基本程序與觀測(cè)的基本要求，觀測(cè)計(jì)劃的制定。對(duì)數(shù)據(jù)采集提出應(yīng)注意的問題，包括外業(yè)觀測(cè)時(shí)的具體操作規(guī)程、對(duì)中整平的精度、天線高的量測(cè)方法及精度要求，氣象元素測(cè)

14、量等。(9)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理的基本方法及使用的軟件，起算點(diǎn)坐標(biāo)選擇；閉合環(huán)和重復(fù)基線的檢驗(yàn)及點(diǎn)位精度的評(píng)定指標(biāo)。(10)質(zhì)量保證措施要求措施具體，方法可靠，能在實(shí)際中貫徹執(zhí)行。(11)人員配備情況(12)設(shè)備配備情況(13)驗(yàn)收與上交成果資料思考題6.1GPS定位網(wǎng)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)依據(jù)是什么？6.2GPS控制網(wǎng)位置基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是什么？如何設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)的位置基準(zhǔn)？6.3GPS控制網(wǎng)方位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是什么？如何設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)的方位基準(zhǔn)？6.4GPS控制網(wǎng)邊長基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是什么？如何設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)的邊長基準(zhǔn)？6.5GPS網(wǎng)的精度要求是什么？精度指標(biāo)通常是以什么來表示的？6.6簡述GPS網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)的步聚和方法。6.7以5臺(tái)接收機(jī)為例，