2009-02-第5章-GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)

GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理1目錄第0章.緒論第5章.GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)第6章.數(shù)據(jù)采集第7章.時(shí)間標(biāo)示法第8章.地球坐標(biāo)參照系第9章.GPS測(cè)量應(yīng)用中常用的數(shù)據(jù)格式第10章.GPS測(cè)量數(shù)據(jù)辦理原理第11章.GPS高程測(cè)量2第5章GPS測(cè)量的技術(shù)設(shè)計(jì)3第一節(jié)GPS測(cè)量中的幾個(gè)基本看法41.0內(nèi)容綱要5內(nèi)容綱要觀察時(shí)段和時(shí)段長(zhǎng)度同步觀察、基線向量和GPS基線向量網(wǎng)同步觀察基線閉合環(huán)和環(huán)的閉合差同步觀察環(huán)（同步環(huán)）和同步環(huán)檢驗(yàn)獨(dú)立基線向量獨(dú)立觀察環(huán)（異步環(huán)）和獨(dú)立觀察環(huán)檢驗(yàn)6基本看法7觀察時(shí)段和時(shí)段長(zhǎng)度觀察時(shí)段從測(cè)站上開(kāi)始接收衛(wèi)星信號(hào)起至停止接收衛(wèi)星信號(hào)間的連續(xù)工作的時(shí)間段是GPS測(cè)量的基本單位時(shí)段長(zhǎng)度觀察時(shí)段所連續(xù)的時(shí)間8同步觀察同步觀察兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的GPS接收機(jī)對(duì)同一組衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行的觀察9定義GPS基線向量是經(jīng)過(guò)在若干點(diǎn)長(zhǎng)進(jìn)行GPS同步觀察所確定出的點(diǎn)間的相對(duì)地點(diǎn)關(guān)系（與計(jì)算時(shí)所采用的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)同屬一個(gè)系統(tǒng)）。表達(dá)方式地心坐標(biāo)的坐標(biāo)差(X,Y,Z)大地坐標(biāo)的坐標(biāo)差(B,L,H)站心直角坐標(biāo)(N,E,U)站心極坐標(biāo)(S,A,EL)問(wèn)題GPS基線向量缺乏絕對(duì)地點(diǎn)基準(zhǔn)GPS基線向量基線向量10GPS網(wǎng)GPS網(wǎng)定義采用GPS技術(shù)布設(shè)的測(cè)量控制網(wǎng)，由點(diǎn)和GPS基線向量所形成。布設(shè)GPS網(wǎng)的最后目的以必定的質(zhì)量水平，確定網(wǎng)中點(diǎn)在某一坐標(biāo)參照系下的坐標(biāo)GPS網(wǎng)的觀察值GPS基線向量GPS基線向量在GPS網(wǎng)中的作用成立點(diǎn)間的相互關(guān)系GPS網(wǎng)11同步觀察基線定義利用同一時(shí)段的多個(gè)同步觀察站所采集的觀察數(shù)據(jù)所計(jì)算出的若干基線向量一個(gè)時(shí)段中，同步觀察基線的數(shù)目若在某時(shí)段共有n臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行了同步觀察，則共可獲取n(n-1)/2條同步觀察基線n=3n=2n=4n=512閉合環(huán)和環(huán)的閉合差閉合環(huán)由多條基線向量首尾相連所構(gòu)成的圖形n=5由5條基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)13閉合環(huán)和環(huán)的閉合差環(huán)的閉合差閉合差：構(gòu)成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）的矢量和重量閉合差：構(gòu)成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）矢量的各個(gè)重量的和全長(zhǎng)閉合差：重量閉合差的平方和開(kāi)方分量閉合差環(huán)的閉合差全長(zhǎng)閉合差14同步觀察環(huán)（同步環(huán)）和同步環(huán)檢驗(yàn)同步觀察環(huán)（同步環(huán)）三臺(tái)或三臺(tái)以上的GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀察所獲取的基線向量（完好由同一觀察時(shí)段的基線向量）所構(gòu)成的閉合環(huán)第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第二時(shí)段同步環(huán)與非同步環(huán)15同步觀察環(huán)（同步環(huán)）和同步環(huán)檢驗(yàn)同步環(huán)檢驗(yàn)定義：檢驗(yàn)同步環(huán)的閉合差大小特征理論上：采用嚴(yán)實(shí)算法所獲取的同步環(huán)，不論觀察值中能否含有偏差，其環(huán)閉合差必為零。（構(gòu)成同步環(huán)的基線向量之間是線性有關(guān)的）實(shí)踐中：假如算法不嚴(yán)實(shí)（目前大多半的商用軟件均屬于此種狀況），其環(huán)閉合差平時(shí)不為零，但平時(shí)很小結(jié)論：同步環(huán)閉合差很小，還不可以說(shuō)明基線解算結(jié)果必定能夠滿(mǎn)足精度要求16獨(dú)立基線向量定義線性沒(méi)關(guān)的一組基線向量滿(mǎn)足下面條件之一的為獨(dú)立基線向量未構(gòu)成閉合環(huán)的一組基線向量（比如：一條基線向量，未構(gòu)成閉合環(huán)的一組同步觀察基線）雖構(gòu)成了閉合環(huán)，但并不是所有基線都來(lái)自同一觀察時(shí)段提示完好由同步觀察基線所構(gòu)成的閉合環(huán)之間是線性有關(guān)的，是一組非獨(dú)立基線向量GPS網(wǎng)應(yīng)由相互獨(dú)立的基線向量構(gòu)成17獨(dú)立基線向量同步觀察基線向量的最大線性沒(méi)關(guān)組及選用方式18獨(dú)立觀察環(huán)（異步環(huán)）和獨(dú)立觀察環(huán)檢驗(yàn)獨(dú)立觀察環(huán)（異步環(huán)）定義：由相互函數(shù)獨(dú)立（線性沒(méi)關(guān)）的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)。（就是前面的非同步環(huán)）第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第二時(shí)段獨(dú)立環(huán)與非獨(dú)立環(huán)19獨(dú)立觀察環(huán)（異步環(huán)）和獨(dú)立觀察環(huán)檢驗(yàn)獨(dú)立觀察環(huán)檢驗(yàn)定義：檢驗(yàn)獨(dú)立觀察環(huán)的閉合差大小特征：與同步環(huán)閉合差不同，即使采用嚴(yán)實(shí)算法，并且計(jì)算過(guò)程中未發(fā)生錯(cuò)誤，獨(dú)立觀察環(huán)的閉合差平時(shí)也不為零，也不必定是個(gè)渺小量結(jié)論：獨(dú)立觀察環(huán)閉合差的大小，可作為評(píng)定基線解算結(jié)果質(zhì)量的有力指標(biāo)20問(wèn)題？21第二節(jié)技術(shù)設(shè)計(jì)的依照22內(nèi)容綱要23內(nèi)容綱要測(cè)量任務(wù)書(shū)或測(cè)量合同書(shū)GPS測(cè)量規(guī)范及規(guī)程其余規(guī)范及規(guī)程24測(cè)量任務(wù)書(shū)或測(cè)量合同書(shū)①測(cè)量任務(wù)書(shū)公布單位：上級(jí)事業(yè)性單位主管部門(mén)執(zhí)行單位：手下測(cè)量單位特點(diǎn)擁有強(qiáng)迫拘束力平時(shí)用于下達(dá)指令性計(jì)劃形式文件25測(cè)量任務(wù)書(shū)或測(cè)量合同書(shū)①測(cè)量合同書(shū)甲方：業(yè)主或上級(jí)主管部門(mén)乙方：測(cè)量實(shí)行單位特點(diǎn)擁有法律效勞市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)物形式合同26測(cè)量任務(wù)書(shū)或測(cè)量合同書(shū)②內(nèi)容點(diǎn)位要求分布、密度、數(shù)目、標(biāo)記及觀察設(shè)備質(zhì)量要求等級(jí)、點(diǎn)位偏差、相鄰點(diǎn)間距離偏差進(jìn)度要求提交成就的時(shí)間成就要求坐標(biāo)參照系、能否需要高程成就、提交資料的內(nèi)容27GPS測(cè)量規(guī)范及規(guī)程公布單位國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)或行業(yè)主管部門(mén)技術(shù)監(jiān)察局國(guó)家測(cè)繪局建設(shè)部作用規(guī)定測(cè)量成就的質(zhì)量規(guī)范實(shí)行的步驟、要求如何達(dá)成項(xiàng)目？28GPS測(cè)量規(guī)范及規(guī)程①現(xiàn)有規(guī)范、規(guī)程全世界定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范，GB/T18314-2001，國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)察局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2001全世界定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范，CH2001-92，國(guó)家測(cè)繪局，1992全世界定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量型接收機(jī)檢定規(guī)程CH8016-1995全世界定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程，CJJ73-97，建設(shè)部，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，1997…29GPS測(cè)量規(guī)范及規(guī)程②30GPS測(cè)量規(guī)范及規(guī)程③規(guī)范的內(nèi)容–國(guó)家測(cè)量規(guī)范的內(nèi)容31GPS測(cè)量規(guī)范及規(guī)程③規(guī)范的內(nèi)容–城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程32其余規(guī)范及規(guī)程若暫無(wú)與工程相對(duì)應(yīng)的GPS規(guī)范時(shí)，可參照與該工程對(duì)應(yīng)的慣例測(cè)量規(guī)范中的質(zhì)量要求，而后以此為依照，套用GPS規(guī)范33問(wèn)題？34第三節(jié)GPS網(wǎng)的精度和密度設(shè)計(jì)35內(nèi)容綱要GPS測(cè)量的等級(jí)及其用途各級(jí)GPS測(cè)量的精度指標(biāo)各級(jí)GPS點(diǎn)的密度指標(biāo)36GPS測(cè)量的等級(jí)及其用途①我國(guó)GPS測(cè)量規(guī)范所規(guī)定的網(wǎng)的等級(jí)37GPS測(cè)量的等級(jí)及其用途②我國(guó)城市測(cè)量規(guī)程所規(guī)定的網(wǎng)的等級(jí)38各級(jí)GPS測(cè)量的精度指標(biāo)相鄰點(diǎn)間基線長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)差，單位mm固定偏差，單位mm比率偏差，單位ppm相鄰點(diǎn)間的距離，單位mm39各級(jí)GPS測(cè)量的精度指標(biāo)相鄰點(diǎn)間基線長(zhǎng)度的精度要求40各級(jí)GPS測(cè)量的精度指標(biāo)點(diǎn)位及基線長(zhǎng)度年變化率的精度要求41各級(jí)GPS點(diǎn)的密度指標(biāo)GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間的均勻距離42規(guī)范中有關(guān)GPS網(wǎng)精度的內(nèi)容①全世界定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范（GB/T18314–2001）43規(guī)范中有關(guān)GPS網(wǎng)精度的內(nèi)容②全世界定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范（GB/T18314–2001）44問(wèn)題？45第四節(jié)GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)46內(nèi)容綱要地點(diǎn)基準(zhǔn)尺度基準(zhǔn)方向基準(zhǔn)47GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)包含地點(diǎn)基準(zhǔn)尺度基準(zhǔn)方向基準(zhǔn)48GPS網(wǎng)的地點(diǎn)基準(zhǔn)地點(diǎn)基正的確定自由網(wǎng)平差或擬穩(wěn)平差對(duì)網(wǎng)的尺度無(wú)影響固定一點(diǎn)（最小拘束平差）對(duì)網(wǎng)的尺度無(wú)影響固定多點(diǎn)（拘束平差）對(duì)網(wǎng)的尺度有影響49GPS網(wǎng)的尺度基準(zhǔn)尺度基正的確定GPS基線向量測(cè)距邊已知點(diǎn)間的固定邊固定多個(gè)已知點(diǎn)其余空間技術(shù)觀察量（VLBI、SLR等）50GPS網(wǎng)的方向基準(zhǔn)方向基正的確定GPS基線向量開(kāi)端方向固定多個(gè)已知點(diǎn)其余空間技術(shù)（如VLBI）供應(yīng)的方向51第五節(jié)GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)52內(nèi)容綱要GPS網(wǎng)形設(shè)計(jì)的內(nèi)容*GPS網(wǎng)的基本圖形圖形設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)GPS網(wǎng)的特點(diǎn)條件53GPS網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)的內(nèi)容*①一般控制網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)的內(nèi)容與精度和可靠性有關(guān)的點(diǎn)位設(shè)計(jì)觀察設(shè)計(jì)（觀察點(diǎn)、測(cè)回?cái)?shù)等）GPS網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)的內(nèi)容觀察設(shè)計(jì)（同步觀察圖形、重復(fù)觀察次數(shù)、觀察參數(shù)設(shè)置、觀察時(shí)長(zhǎng)要求）注意：GPS網(wǎng)無(wú)與精度和可靠性直接有關(guān)的圖形設(shè)計(jì)問(wèn)題（點(diǎn)位觀察環(huán)境方面的問(wèn)題除外）54GPS網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)的內(nèi)容*②假如假定對(duì)應(yīng)基線向量的質(zhì)量相同，則在下面兩個(gè)圖形中，對(duì)應(yīng)各點(diǎn)的可靠性和精度是完好相同的123451234555GPS網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)的內(nèi)容*③兩點(diǎn)重要提示GPS網(wǎng)的圖形強(qiáng)度（可靠性）與基線向量的數(shù)目和分布有關(guān)GPS點(diǎn)的精度和可靠性與與其相連的基線向量數(shù)親密有關(guān)，相連的基線向量數(shù)越多，精度和可靠性越高56GPS網(wǎng)圖形設(shè)計(jì)的內(nèi)容*④GPS網(wǎng)布設(shè)時(shí)的重復(fù)設(shè)站次數(shù)（觀察時(shí)段數(shù)）GPS點(diǎn)頻頻進(jìn)行設(shè)站觀察的次數(shù)復(fù)測(cè)邊（重復(fù)邊）的部署復(fù)測(cè)邊：同一基線向量不同時(shí)段的觀察結(jié)果注：以上兩點(diǎn)也可看作是GPS網(wǎng)測(cè)量的要求123456第一時(shí)段第二時(shí)段重測(cè)邊（基線）57GPS網(wǎng)的基本圖形①三角形網(wǎng)多邊形網(wǎng)附和導(dǎo)線網(wǎng)星形網(wǎng)58三角形網(wǎng)定義：以三角形作為基本圖形所構(gòu)成的GPS網(wǎng)特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：幾何強(qiáng)度高、抗粗差能力強(qiáng)、可靠性高弊端：工作量大提高圖形強(qiáng)度的方法加測(cè)對(duì)角線GPS網(wǎng)的基本圖形②59GPS網(wǎng)的基本圖形③多邊形網(wǎng)定義：以多邊形（邊數(shù)≥4）作為基本圖形所構(gòu)成的GPS網(wǎng)特點(diǎn)：效率高，工作量較小，圖形強(qiáng)度雖不如三角形網(wǎng)保證及提高圖形強(qiáng)度的方法對(duì)多邊形邊數(shù)加以限制60GPS網(wǎng)的基本圖形④附和導(dǎo)線網(wǎng)定義：附和導(dǎo)線（或稱(chēng)附和路線）作為基本圖形所構(gòu)成的GPS網(wǎng)特點(diǎn)效率高，工作量較小，圖形強(qiáng)度雖不如三角形網(wǎng)和多邊形網(wǎng)保證及提高圖形強(qiáng)度的方法對(duì)多邊形邊數(shù)加以限制，還可以保證必定的強(qiáng)度61GPS網(wǎng)的基本圖形⑤星形網(wǎng)（單基準(zhǔn)站）定義：從一個(gè)已知點(diǎn)上分別與各待定點(diǎn)進(jìn)行相對(duì)定位（待定點(diǎn)間一般無(wú)任何聯(lián)系）所構(gòu)成的GPS網(wǎng)特點(diǎn)：作業(yè)速度快，但抗粗差能力極差提高可靠性的方法：從兩個(gè)已知點(diǎn)（基準(zhǔn)站）上對(duì)同一待定點(diǎn)（流動(dòng)站）進(jìn)行觀察；適合復(fù)測(cè)應(yīng)用：界址點(diǎn)、碎部點(diǎn)和低等級(jí)控制點(diǎn)（圖根點(diǎn)）工作模式：GoandStop，RTK62GPS網(wǎng)的基本圖形⑥多基準(zhǔn)站定義：兩臺(tái)以上的接收機(jī)（基準(zhǔn)站）固定不中斷觀察，其余接收機(jī)流動(dòng)觀察（待定點(diǎn)間一般無(wú)聯(lián)系）所構(gòu)成的GPS網(wǎng)特點(diǎn)：抗粗差能力較差應(yīng)用：界址點(diǎn)、碎部點(diǎn)和低等級(jí)控制點(diǎn)（圖根點(diǎn)）工作模式：GoandStop，RTK提高可靠性的方法：適合復(fù)測(cè)63圖形設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)①布網(wǎng)形式AA、A、B級(jí)GPS網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成連續(xù)網(wǎng)，除邊沿點(diǎn)外，每點(diǎn)最少應(yīng)與3個(gè)點(diǎn)相連，C、D、E級(jí)GPS網(wǎng)可布設(shè)成多邊形或附和導(dǎo)線。64圖形設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)②各級(jí)GPS網(wǎng)中最簡(jiǎn)獨(dú)立閉合環(huán)或附和導(dǎo)線的邊數(shù)滿(mǎn)足下表要求65圖形設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)③AA、A、B級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)與永久GPS追蹤站聯(lián)測(cè)。聯(lián)測(cè)站數(shù)滿(mǎn)足下表要求66圖形設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)③AA、A、B級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)與參加過(guò)全國(guó)天文大地網(wǎng)整體平差的三角點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)及一、二等水平點(diǎn)重合新布設(shè)的GPS網(wǎng)應(yīng)與周邊已有的國(guó)家高等級(jí)GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，聯(lián)測(cè)點(diǎn)數(shù)許多于2個(gè)大陸、島、礁之間的A、B級(jí)GPS網(wǎng)的邊長(zhǎng)可視實(shí)質(zhì)狀況變通。重要島礁與大陸之間的聯(lián)測(cè)點(diǎn)數(shù)不得少于3個(gè)67圖形設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)④為求得GPS點(diǎn)在某一參照坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，應(yīng)與該坐標(biāo)系中的原有控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，聯(lián)測(cè)點(diǎn)數(shù)不得少于3個(gè)68圖形設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)⑤框架網(wǎng)的采用當(dāng)控制網(wǎng)的范圍較大時(shí)，可采用分級(jí)布設(shè)的方法，即第一布設(shè)點(diǎn)數(shù)較少但等級(jí)較高的框架網(wǎng)，而后再部分項(xiàng)目所要求等級(jí)的全面網(wǎng)*框架網(wǎng)全面網(wǎng)69圖形設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)⑥確定正常高時(shí)的注意事項(xiàng)為求得GPS點(diǎn)的正常高，應(yīng)進(jìn)行高程聯(lián)測(cè)，聯(lián)測(cè)應(yīng)滿(mǎn)足下表要求70規(guī)范中有關(guān)GPS網(wǎng)可靠性的內(nèi)容①全世界定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范（GB/T18314–2001）71規(guī)范中有關(guān)GPS網(wǎng)可靠性的內(nèi)容②全世界定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范（GB/T18314–2001）72規(guī)范中有關(guān)GPS網(wǎng)可靠性的內(nèi)容③全世界定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范（GB/T18314–2001）73GPS網(wǎng)的特點(diǎn)條件總基線數(shù)獨(dú)立基線數(shù)必需基線數(shù)剩余基線數(shù)74GPS網(wǎng)的特點(diǎn)條件若某GPS網(wǎng)由n個(gè)點(diǎn)構(gòu)成，每點(diǎn)的設(shè)站次數(shù)為m，用N臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行觀察觀察時(shí)段數(shù)C：總基線數(shù)J總：獨(dú)立基線數(shù)J獨(dú)：必需基線數(shù)J必：剩余基線數(shù)J多：75