工程學院gnss定位原理與應用第7章gps控制測量

GNSS定位原理與應用王果2017年9月-11月GPS控制網設計GPS外業(yè)準備與技術設計書編寫GPS外業(yè)測量工作GPS測量數據處理GPS測量技術總結第7章GPS控制測量7.1GPS控制網設計Design

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GPS

control

network7.1.0

概述GPS靜態(tài)測量測繪領域是應用GPS較早的領域之一，GPS被稱為測繪界的第一次技術

。靜態(tài)測量作為一種經典作業(yè)方式，應用于高精度大地測量、控制測量和變形監(jiān)測，活躍在測繪領域各方面。7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.0

概述GPS是測繪界第一次技術控制測量方面優(yōu)勢如下：1.測量效率顯著提高2.測量范圍更大，距離更長，點間直接測量距離可達到2000km以上，可建立地區(qū)性甚至全球性控制網3.可以實現連續(xù)不間斷觀測實現對地殼活動的連續(xù)監(jiān)測，對建立動態(tài)大地測量有重要意義。7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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networkGPS控制網設計基本步驟：1.設計階段根據網的用途和精度確定GPS控制網等級；在小比例尺地圖上進行圖上選點；根據GPS觀測條件，實地選點；精度估算；設計觀測時段2.觀測階段GPS觀測、數據

、保存、備份，水準測量和概算3.平差階段水準網平差、基線解算、三維無約束平差、二維約束平差和高程擬合，平差成果檢驗7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.2

GPS控制網原理已知點和基線向量計算：1點坐標已知，12向量能夠計算，求2點坐標12同理，可求得網中所有點的坐標，只要有已知點和計算得到的基線向量7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.3

技術設計依據現有規(guī)范、規(guī)程（GPS）測量規(guī)范，GB/T18314-2001，國家，

，2001（GPS）測量規(guī)范，CH2001-92，國家測繪（GPS）測量型

檢定規(guī)程CH8016-

城市測量技術規(guī)程，CJJ

73-97，建設部，行全球質量技術全球局，1992全球1995全球業(yè)標準，1997…7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.3

技術設計依據基本步驟：7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.4

GPS控制網等級級別用途A國家一等大地控制網，全球性地球動力學研究，地殼形變測量和精密定軌等B等大地控制網，地方或城市坐標基準框架，區(qū)域性地球動力學研究，地殼形變測量，局部形變監(jiān)測和各種精密工程測量等C三等大地控制網，區(qū)域、城市及工程測量的基本控制網等D四等大地控制網E中小城市、城鎮(zhèn)及測圖、地籍、土地信息、

、物探、勘測、建筑施工等的控制測量等7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.5

基準設計基準設計是坐標系統(tǒng)的選擇，其必要性：GPS是基于的導航，本身具有坐標系統(tǒng)（WGS84,地心坐標系），不需要地面起算點。但控制網必須與當地坐標系一致（西安80或北京54，參心坐標），而通常當地坐標系不是

WGS84坐標系因此應聯測原有控制點7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.5

基準設計坐標轉換的聯測設計《規(guī)范》中規(guī)定：——布設GPS網點時，應盡量與原有地面點重合或聯測，且應分布均勻。點的總數不得少于3個；——GPS網點盡量與原有水準點相重合或利用已有水準點進行聯測，分布要均勻；數量要滿足高程擬合的要求（有條件時點數盡量多）；聯測時要按不低于四等水準的要求進行。7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.6

圖形設計1.GPS控制網構成的幾個基本概念：（1）.觀測時段信號起至停止觀測間的連續(xù)工作從測站上開始接收時間段，稱為時段。時段持續(xù)的時間稱為時段長度。時段是GPS測量觀測工作的基本時間單位。不同精度等級的GPS測量對每點觀測的時段及時段長度均不同。7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.6

圖形設計1.GPS控制網構成的幾個基本概念：（2）.同步觀測指的是兩臺或者兩臺以上的GPS

同時對同一組衛(wèi)星信號進行觀測。同步觀測，可通過在削弱

星歷誤差、之間求差的方式消除或大幅差、電離層延遲。同步觀測是進行相對定位時必須遵循的一條原則。7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.6

圖形設計1.GPS控制網構成的幾個基本概念：（3）.同步環(huán)三臺或者三臺以上

進行同步觀測所獲得的基線向量成的閉合環(huán)，簡稱同步環(huán)。同步環(huán)閉合差理論為0如果采用單基線求解，由于基線觀測資料和處理方式不同，以及計算過程舍入誤差，同步環(huán)閉合差不為07.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.6

圖形設計1.GPS控制網構成的幾個基本概念：（4）.異步環(huán)在構成閉合環(huán)的所有基線中，只要有兩條不是同步觀測的基線，則這個環(huán)就是異步環(huán)。7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.6

圖形設計2.GPS控制

征條件計算：（1）.最小觀測時段（stage）數（理論上）在滿足所規(guī)定的重復設站次數情況下，完成外業(yè)需要的時段數假定GPS網有n個點，每點重復設站次數m次，利用N臺接收機進行觀測，則Cmin=ceil（n*m/N）（2）.總（all）基線（baseline）數對于一個時段而言基線總數為N*（N-1）/2則對S個時段，總基線數J=C*N*（N-1）/27.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.6

圖形設計2.GPS控制

征條件計算：（3）.獨立（independent）基線總數對于一個時段而言獨立基線總數為（N-1）則對S個時段，總基線數J獨=C*（N-1）（4）.必要基線數（necessary）建立網中所有點之間對應關系所必須的基線個數假定GPS網有n個點，每則需要n-1條基線，則J必=n-1（5）.多余（redundant）基線數獨立基線數和必要基線數之差J多=J獨-J必=C*(N-1)-（n-1）7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.6

圖形設計3.獨立基線選擇：N=2N=3N=4N=5

n

(n

1)2C2n同步圖形連接方式1.點連式通過一個公共點相連優(yōu)點：作業(yè)效率高，圖形擴展快；缺點：圖形強度低，連接點出問題，則會影響后續(xù)工作B11A1C1A2B22B3C33B4A447.1GPS控制網設計Design

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GPS

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networkB1C1同步圖形連接方式2.邊連式相鄰兩個同步圖形只通過一條邊連接，具有較多的重復基線和獨立環(huán)，圖形條件較強，作業(yè)效率較高，被廣泛采用。A121427.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network同步圖形連接方式3.網連式相鄰兩個同步圖形通過三個以上的公共點連接，至少需要4臺GPS

，圖形條件很強，成本較高，多用于高精度的控制網。7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network同步圖形連接方式4.混連式相鄰兩個同步圖形可能通過點、邊、網等形式連接，自檢性和可靠性較好，能有效發(fā)現粗差，在GPS工程控制網中廣采用。常見的有三角形和環(huán)形網等布網形式。7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1GPS控制網設計Design

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GPS

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network7.1.6

圖形設計4.圖形設計步驟：原則圖形必須有獨立基線組成；基線必須要互相連接成多個閉合環(huán)或附和路線，獨立閉合環(huán)的個數與附和路線的個數之和必須等于多余基線數；選擇獨立基線時，短基線優(yōu)先，基線相等時可任意選擇；閉合環(huán)或附和路線的邊數 過相應的規(guī)定；A,B級網，除邊緣點外，每點的連接點數不應小于3個；邊與邊之間不能交叉。級別ABCDE閉合環(huán)或附和路線邊數≤5≤6≤6≤8≤107.1GPS控制網設計Design

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network7.1.6

圖形設計4.圖形設計步驟：示例以E級網為例，由16個點組成的GPS控制網，用4臺儀器進行觀測，設站數取21.計算觀測時段數目（8），獨立基線數（24），必要基線數（15），多余基線數（9）。2.網圖設計的目的是將16個點連成24條基線，構成9個閉合環(huán)。7.1GPS控制網設計Design

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network7.1.6

圖形設計4.圖形設計步驟：將16個點連成24條基線，構成9個閉合環(huán)1.根據短邊優(yōu)先原則，在每個點上尋找最靠近點連線，得到11條邊；2.在每個點上尋找第二近的點連接起來，構成19條邊，如果點上有兩條邊，則忽略這一步；3.根據上面類似原則，補齊剩余的5條邊，并適當調整。技術設計書內容：1.項目來源項目發(fā)包部門，屬于何種性質的項目2.測區(qū)概況地理位置隸屬行政區(qū)氣候、人文、經濟發(fā)展交通、通信情況3.工程概況工程目的、作用、等級完成時間有無特殊要求7.2

GPS測量外業(yè)和技術設計書編寫技術設計書內容：4.技術依據依據的規(guī)范工程規(guī)范行業(yè)標準及相關規(guī)定5.現有成果現有測區(qū)地形圖已知點坐標6.施測方案采用的儀器型號及說明采取的布網方式作業(yè)調度等7.2

GPS測量外業(yè)和技術設計書編寫技術設計書內容：7.作業(yè)要求選點埋石要求外業(yè)觀測操作規(guī)程技術要求（儀器參數設置、對中精度、整平精度、測量天線高的方式和次數、相關精度要求等）8.觀測質量控制數據剔除率RMS值Ratio值同步環(huán)閉合差異步環(huán)閉合差相鄰點相對中誤差7.2

GPS測量外業(yè)和技術設計書編寫、參與解算的觀測值、解算時的技術設計書內容：9.數據處理方案基線解算：基線解算星歷情況網平差：網平差處理、網平差類型、平差坐標系、基準和投影情況、起算數據等10.成果提交相關成果提交的類型提交形式7.2

GPS測量外業(yè)和技術設計書編寫GPS控制網設計GPS外業(yè)準備與技術設計書編寫GPS外業(yè)測量工作GPS測量數據處理7.5GPS測量技術總結第7章GPS控制測量7.3

GPS外業(yè)測量工作7.3.1

選

點GPS測量外業(yè)選點準備測區(qū)周邊資料收集：國家平面控制點（三角點、導線點、點之記）水準點是否有GPS點和連續(xù)運行參考站平面控制網和水準網網圖、成果表、技術總結測區(qū)地形圖、交通圖、測區(qū)總體規(guī)劃根據任務書要求在圖上進行設計，標出計劃設站區(qū)域7.3.1

選

點觀測站選擇需要注意的問題：（1）測站周圍開闊，高度角15°以上不存在（2）遠離無線電信號，避免干擾（電臺、中繼站、高壓輸電線、變壓器）（3）測站避免多路徑效應，（房屋、圍墻、坡、大面積水域、停車場）（4）測站穩(wěn)定，易于保護，顧及交通（5）充分利用原有控制點（6）保證測站附近的氣象元素一致物、微波牌、山（7）點位布設應符合規(guī)范要求，為了便于使用常規(guī)方法作業(yè)，GPS點應與1~2個周圍GPS點通視7.3

GPS外業(yè)測量工作7.3.1

選

點2.選點作業(yè)要求：（1）在圖上初選基礎上結合點位要求，在實地最終選擇，并標定點之記。（2）對舊點的穩(wěn)定性和可靠性進行檢查，符合要求方可使用。（3）點名命名：以所在地命名（可加注數字進行區(qū)別）（4）新舊點重合：一般沿用舊點名，如的確需要修改，要括號加注舊點名；GPS點與水準點重合，要注明水準點等級和

。（5）點之記：點不論新舊，都要按要求做好點之記。（6）環(huán)視圖：點位周圍高于10°存在環(huán)視圖。（7）繪制選點圖。時，應按規(guī)定繪制7.3

GPS外業(yè)測量工作7.3.2

埋

石7.3

GPS外業(yè)測量工作7.3.2

埋

石7.3

GPS外業(yè)測量工作埋石1.標石：A級GPS點：標石設施相關技術要求按照CH/T

2008相關規(guī)定進行執(zhí)行：全球導航

系統(tǒng)連續(xù)運行參考站網建設規(guī)范。B級GPS點：埋設天線墩C、D、E級GPS點標石穩(wěn)定、易于長期保存。7.3

GPS外業(yè)測量工作埋石2.中心標志：基巖或基本標石：采用銅或不銹鋼。普通標石：鐵或堅硬的復合材料7.3

GPS外業(yè)測量工作埋石3.強制對中裝置：高等級控制網（A、B級）。特種精密工程對中誤差小于0.1mm7.3

GPS外業(yè)測量工作埋石4.埋石作業(yè)：（1）用混凝土灌制：也可整塊花崗巖、青石等硬石（規(guī)格不小于相應類別的混凝土標石），埋設天線墩、基巖和基本標石時，應現場澆灌混凝土，對于普通標石，可先預制后運往相應地點進行埋石。（2）埋石垂線方向要求：一般偏差不超過2mm，強制對中裝置不超過1mm。7.3

GPS外業(yè)測量工作埋石4.埋石作業(yè)：（3）利用舊點：應確認完好，并符合相應等級的要求，且可以長期保存。（4）方位點：埋設標石，并加以注記。（5）GPS點所占用土地：經土地使用者或土地管理部門同意，辦理相應手續(xù)，并進行標石委托保管手續(xù)。7.3

GPS外業(yè)測量工作埋石7.3

GPS外業(yè)測量工作埋石4.埋石作業(yè)：（6）B、C級標石：至少經過一個雨季，凍土地區(qū)要至少經過一個解凍期，基巖或巖層標石應穩(wěn)定至少一個月，方可進行觀測。（7）標石壓?。篏PS點類別、埋設年代、“國家設施勿動”、測量標志，法律保護字樣；對于荒漠、平原需要埋設

GPS點指示碑。7.3

GPS外業(yè)測量工作埋石5.提交資料：（1）GPS點之記：（2）土地占用批準和委托保管書（3）標石建造（4）埋石工作總結7.3

GPS外業(yè)測量工作觀測方案設計選點埋石外業(yè)觀測規(guī)范技術規(guī)定交通、通信一般工程，逐天編制外業(yè)觀測調度計劃表規(guī)模大、等級高需編寫“外業(yè)觀測施工設計書”。7.3

GPS外業(yè)測量工作基本技術要求采項目級別BCDE截至高度角（°）10151515同時觀測有效

數≥4≥4≥4≥4有效觀測衛(wèi)星總數≥20≥6≥4≥4觀測時段數≥3≥2≥1.6≥1.6時段長度≥23h≥4h≥60min≥40min樣間隔（s）3010~3010~3010~307.3

GPS外業(yè)測量工作配備級別ABCD、E單頻/雙頻雙頻/全波長雙頻單頻或雙頻單頻或雙頻觀測值種類L1、L2載波相位及雙頻碼偽距L1、L2載波相位L1、L2載波相位L1載波相位個以其他性能可外接頻標，3上數據端口，可輸出實時數據流、

7天30秒采樣數據---同步觀測接收機數-≥4≥3≥27.3

GPS外業(yè)測量工作的參數設置高度截止角，

的采樣間隔參數（規(guī)范中規(guī)定的為上限）在滿足條件情況下，根據儀器情況（容量）進行調整7.3

GPS外業(yè)測量工作設站及觀測記錄1.對中、整平和量儀器高對中：光學對 誤差不大于1mm整平：粗平和精平量儀器高：鋼卷尺互為120°三處量天線高，互查不小于3mm，取中數。7.3

GPS外業(yè)測量工作設站及觀測記錄2.定向天線有標志線：一般以正負5°為天線定向要求無標志：預先指定標記，按照該標記進行安置儀器。7.3

GPS外業(yè)測量工作設站及觀測記錄3.觀測記錄記錄異常量儀器高：每時段結束后各量取一次，較差不大于3mm。7.3

GPS外業(yè)測量工作作業(yè)調度內容1.

安排觀測小組1-3人合理搭配。2.交通工具車輛作為遷站的重要交通工具兩個組配備一臺7.3

GPS外業(yè)測量工作作業(yè)調度內容3.時段及其長度星歷預報：、PDOP值小的時候進行觀測7.3

GPS外業(yè)測量工作作業(yè)調度內容3.時段及其長度星歷預報：時間段7.3

GPS外業(yè)測量工作作業(yè)調度內容3.時段及其長度星歷預報：分布圖7.3

GPS外業(yè)測量工作作業(yè)調度內容3.時段及其長度星歷預報：軌道圖7.3

GPS外業(yè)測量工作GPS基線解算的過程1.觀測數據導入單擊菜單欄上的“輸入”，在出現的下拉菜單中選擇“原始數據”7.4

GPS測量數據處理GPS基線解算的過程2.檢查與修改外業(yè)輸入數據檢查數據點名、觀測時段及天線高是否輸入正確，如果有錯誤，可直接進行修改點名和天線高7.4

GPS測量數據處理GPS基線解算的過程3.設定基線解算的控制參數單擊鼠標右鍵，選擇“處理模式”→“自動”7.4

GPS測量數據處理GPS基線解算的過程4.進行基線解算在屏幕視圖上的條狀圖區(qū)域單擊鼠標右鍵，在打開的菜單中選擇“全部選擇”，可以看到條狀圖全部變綠。然后再次單擊鼠標右鍵，在打開的菜單上選擇“處理”，進行基線解算GPS基線解算的過程5.基線質量控制如果基線有未通過的，對其進行分析，出現此界面，然后選擇相應參數，對各個訊號進行逐個篩選。指標：

Ratio值RDOPRMS同步環(huán)閉合差異步環(huán)閉合差重復基線較差GPS無約束平差基線向量改正數7.4

GPS測量數據處理GPS基線解算的過程5.基線質量控制指標Ratio值定義RATIO

RMS次最小實質反映了所確定出的整周未知數參數的可靠性，該值總大于等于1，值越大，可靠性越高。這一指標取決于多種因素，既與觀測值的質量有關，也與觀測條件的好壞有關。RMS最小7.4

GPS測量數據處理GPS基線解算的過程5.基線質量控制指標RDOP值定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時待定參數的協RDOP值的大小與基線位置和 在空間中的幾何分布及運行軌跡（即觀測條件）有關，當基線位置確定后，RDOP值就只與觀測條件有關了，而觀測條件又是時間的函數，因此，實際上對與某條基線向量來講，

其RDOP值的大小與觀測時間段有關。實質：RDOP表明了GPS

的狀態(tài)對相對定位的影響，即取決于觀測條件的好壞，它不受觀測值質量好壞的影響。的平方根，即RDOP

(tr(Q))1

2因數陣的跡（tr(Q）)7.4

GPS測量數據處理GPS基線解算的過程5.基線質量控制指標RMS值定義：觀測值殘差的均方根（Root

Mean

Square）實質反映了觀測值與參數估值間的符合程度一定程度地反映了觀測值質量的優(yōu)劣一般認為，RMS越小越好VTVRMS

n7.4

GPS測量數據處理GPS基線解算的過程6.最終輸出結果文字和圖形方式內容：數據記錄情況：（起止時間、歷元間隔、觀測、歷元數）序列號、天線序列號、測站狀況測站信息:位置、采用、天線高每測站測量期間的氣象數據基線解算控制參數（星歷類型、截至高度角、解的類型、對流層、電離層處理方法、 處理方法）基線向量估值及其統(tǒng)計信息（基線分量、基線長度、基線向量的方差-協方差陣、觀測值殘差RMS、整周模糊度解方差的比值、單位權方差因子）觀測值殘差序列7.4

GPS測量數據處理GPS基線解算的過程數據導入（觀測值、星歷、氣象元素、測站信息等）數據預處理（

探測與修復、形成差分觀測值）組成觀測方程（待定參數包括基線向量、整周模糊度等）平差解算（待定參數包括基線向量、整周模糊度等）是否存在劣質觀測值或小剔除或修復是否能否確定整周模糊度參數否是確定基線向量的固定解確定基線向量的浮動解7.4

GPS測量數據處理一、數據靜態(tài)處理打開LGO，點擊左側的項目圖標，然后在右側的“內容”對話框內用鼠標右鍵單擊“項目”，并選擇“新建”來創(chuàng)建一個新項目單擊菜單欄上的“輸入”，在出現的下拉菜單中選擇“原始數據”檢查數據點名、觀測時段及天線高是否輸入正確，如果有錯誤，可直接進行修改點名和天線高將天線屬性進行修改二、基線處理1、單擊鼠標右鍵，選擇“處理模式”→“自動”在屏幕視圖上的條狀圖區(qū)域單擊鼠標右鍵，在打開的菜單中選擇“全部選擇”，可以看到條狀圖全部變綠。然后再次單擊鼠標右鍵，在打開的菜單上選擇“處理”，進行基線解算