衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念課件

衛(wèi)星定位測量的基本概念2011年9月20日衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念平面控制網(wǎng)的建立，可采用衛(wèi)星定位測量、導(dǎo)線測量、三角形網(wǎng)測量等方法。

衛(wèi)星定位測量技術(shù)以其精度高、速度快、全天候、操作簡便而著稱，已被廣泛應(yīng)用于測繪領(lǐng)域，故本規(guī)范將衛(wèi)星定位測量技術(shù)列為平面控制網(wǎng)建立的首選方法。鑒于GPS特指美國的衛(wèi)星定位系統(tǒng)；俄羅斯的GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)也于1996年1月18日正式起用；歐盟委員會2002年3月26日最終通過啟動GALILEO研制發(fā)射計(jì)劃；我國也建立了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)多元化或多極化的格局。故，本規(guī)范初步引入衛(wèi)星定位測量概念，代替單一的GPS測量。關(guān)于GPS測量部分依然稱之為GPS測量。根據(jù)工程測量部門現(xiàn)時的情況和發(fā)展趨勢，首級網(wǎng)大多采用衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)，加密網(wǎng)較多采用導(dǎo)線或?qū)Ь€網(wǎng)形式。三角形網(wǎng)用于建立大面積控制或控制網(wǎng)加密已較少使用。所以按衛(wèi)星定位測量、導(dǎo)線測量和三角形網(wǎng)測量的順序編寫。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念1、什么是衛(wèi)星定位測量？

利用兩臺或兩臺以上接收機(jī)同時接收多顆定位衛(wèi)星信號，確定地面點(diǎn)相對位置的方法。<解釋>衛(wèi)星定位測量的概念，主要是面向多元化的全球空間衛(wèi)星定位系統(tǒng)而提出的，如美國的GPS、俄羅斯的GLONASS和歐洲的GALILEO等衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。其不僅僅局限于美國的GPS。工程測量主要采用載波相位觀測值進(jìn)行相對定位。目前有多部國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也都采用了我們所倡導(dǎo)的這一概念！

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念2、什么是衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)？利用衛(wèi)星定位測量技術(shù)建立的測量控制網(wǎng)。

<解釋>衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)，是對應(yīng)用空間衛(wèi)星定位技術(shù)建立的工程控制網(wǎng)的統(tǒng)稱。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念3、衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)的精度要求如何制定？衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)主要技術(shù)要求的確定，是從工程測量對相應(yīng)等級的大型工程控制網(wǎng)的基本技術(shù)要求出發(fā)，并以三角形網(wǎng)的基本指標(biāo)為依據(jù)制定的，也是為了使衛(wèi)星定位測量的應(yīng)用具有良好的可操作性而提出的。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念4、什么是基線精度計(jì)算的計(jì)算公式？相鄰點(diǎn)的基線長度中誤差公式中的固定誤差和比例誤差系數(shù)，與接收機(jī)廠家給出的精度公式（A＋B×D）中的、含義相似。廠家給出的公式和規(guī)范（3.2.2）式是兩種類型的精度計(jì)算公式，應(yīng)用上各有其特點(diǎn)。基線長度中誤差公式主要應(yīng)用于控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)和外業(yè)觀測數(shù)據(jù)的檢核。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念5、如何對外業(yè)觀測精度進(jìn)行評定？衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)外業(yè)觀測精度的評定，應(yīng)按異步環(huán)的實(shí)際閉合差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。這里采用全中誤差的計(jì)算方法，來衡量控制網(wǎng)的實(shí)際觀測精度，網(wǎng)的全中誤差不應(yīng)超過基線長度中誤差的理論值。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念6、什么是衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)設(shè)計(jì)？衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)是一個綜合設(shè)計(jì)的過程，首先應(yīng)明確工程項(xiàng)目對控制網(wǎng)的基本精度要求，然后才能確定控制網(wǎng)或首級控制網(wǎng)的基本精度等級。最終精度等級的確立還應(yīng)考慮測區(qū)現(xiàn)有測繪資料的精度情況、計(jì)劃投入的接收機(jī)的類型、標(biāo)稱精度和數(shù)量、定位衛(wèi)星的健康狀況和所能接收的衛(wèi)星數(shù)量，同時還應(yīng)兼顧測區(qū)的道路交通狀況和避開強(qiáng)烈的衛(wèi)星信號干擾源等；衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念7、為什么要聯(lián)測2個以上高等級國家平面控制點(diǎn)？由于衛(wèi)星定位測量所獲得的是空間基線向量或三維坐標(biāo)向量，屬于其相應(yīng)的空間坐標(biāo)系（如GPSWGS—84坐標(biāo)系），故，應(yīng)將其轉(zhuǎn)換至國家坐標(biāo)系或地方獨(dú)立坐標(biāo)系方能使用。為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換，便要求聯(lián)測若干個舊有控制點(diǎn)以求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。故，規(guī)定聯(lián)測2個以上高等級國家平面控制點(diǎn)或地方坐標(biāo)系的高等級控制點(diǎn)；衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念8、為什么要求對長邊要構(gòu)成大地四邊形？對控制網(wǎng)內(nèi)的長邊，宜構(gòu)成大地四邊形或中點(diǎn)多邊形的規(guī)定，主要是為了保證控制網(wǎng)進(jìn)行約束平差后坐標(biāo)精度的均勻性，也是為了減少尺度比誤差的影響。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念9、什么是可靠性？有多余觀測的控制網(wǎng)才有可靠性所言；可靠性的定義就是多余觀測數(shù)與所有獨(dú)立觀測數(shù)的比值；工程控制網(wǎng)通常規(guī)定該比值不小于1/3。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念10、為什么各等級網(wǎng)中構(gòu)成閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)不宜多于6條？規(guī)范課題組對m×n環(huán)組成的連續(xù)網(wǎng)形進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：三條邊的網(wǎng)型、四條邊的網(wǎng)型、五條邊的網(wǎng)型、六條邊無限大的網(wǎng)型都能達(dá)到要求。八條、十條邊的網(wǎng)型規(guī)模不管多大均無法滿足網(wǎng)的平均可靠性指標(biāo)為1/3的要求。故，規(guī)定衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)中構(gòu)成閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)以6條為限值。簡言之，如果異步環(huán)中獨(dú)立基線數(shù)太多，將導(dǎo)致這一局部的相關(guān)觀測基線可靠性降低。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念11、為什么要求控制網(wǎng)要由獨(dú)立觀測邊構(gòu)成閉合環(huán)或附合路線？由于衛(wèi)星定位測量過程中，要受到各種外界因素的影響，有可能產(chǎn)生粗差和各種隨機(jī)誤差。這種誤差對同步觀測的影響可能是一致的系統(tǒng)性的，同步環(huán)檢驗(yàn)無法發(fā)現(xiàn)，因此，要求由非同步獨(dú)立觀測邊構(gòu)成閉合環(huán)或附合路線，就是為了對觀測成果進(jìn)行質(zhì)量檢查，以保證成果可靠并恰當(dāng)評定精度；

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念12、為什么GPS控制網(wǎng)的工作量與接收機(jī)臺數(shù)不相關(guān)？在一些規(guī)范和專業(yè)教科書中，各有觀測時段數(shù)、施測時段數(shù)、重復(fù)設(shè)站數(shù)、平均重復(fù)設(shè)站數(shù)、重復(fù)測量的最少基線數(shù)、重復(fù)測量的基線占獨(dú)立確定的基線總數(shù)的百分?jǐn)?shù)等不同概念和技術(shù)指標(biāo)的規(guī)定，且在觀測基線數(shù)的計(jì)算中均涉及到GPS網(wǎng)點(diǎn)數(shù)、接收機(jī)臺數(shù)、平均重復(fù)設(shè)站數(shù)、平均可靠性指標(biāo)等四項(xiàng)因素；工程應(yīng)用上也顯得比較繁瑣、條理不清。規(guī)范組研究認(rèn)為：GPS控制網(wǎng)的工作量與接收機(jī)臺數(shù)不相關(guān)。推論見規(guī)范說明。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念13、為什么規(guī)定全網(wǎng)獨(dú)立觀測基線總數(shù)不宜少于必要觀測基線數(shù)的1.5倍？規(guī)范組研究成果，基于工程控制網(wǎng)通常取1/3為網(wǎng)的可靠性指標(biāo)進(jìn)行公式推導(dǎo)得出的。詳見規(guī)范說明。故，規(guī)定全網(wǎng)獨(dú)立觀測基線總數(shù)，不宜少于必要觀測基線數(shù)的1.5倍。必要觀測基線數(shù)為網(wǎng)點(diǎn)數(shù)減1。作業(yè)時，應(yīng)準(zhǔn)確把握以保證控制網(wǎng)的可靠性。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念14、為什么控制網(wǎng)布設(shè)時，每個點(diǎn)至少應(yīng)與一個以上的相鄰點(diǎn)通視？衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)的點(diǎn)位之間原則上不要求通視，但考慮到在使用其他測量儀器對控制網(wǎng)進(jìn)行加密或擴(kuò)展時的需要，故提出控制網(wǎng)布設(shè)時，每個點(diǎn)至少應(yīng)與一個以上的相鄰點(diǎn)通視；衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念15、為什么要有衛(wèi)星高度角的限制？衛(wèi)星高度角的限制主要是為了減弱對流層對定位精度的影響，由于隨著衛(wèi)星高度的降低，對流層影響愈顯著，測量誤差隨之增大。因此，衛(wèi)星高度角一般都規(guī)定大于15°；

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念16、為什么測站要求避開周圍的電磁波干擾源？

定位衛(wèi)星信號本身是很微弱的，為了保證接收機(jī)能夠正常工作及觀測成果的可靠性，故應(yīng)注意避開周圍的電磁波干擾源。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念17、什么是多路徑效應(yīng)？如果接收機(jī)同時接收來自衛(wèi)星的直接信號和很強(qiáng)的反射信號，這樣會造成解算結(jié)果不可靠或出現(xiàn)錯誤，這種影響稱為多路徑效應(yīng)。為了減少觀測過程中的多路徑效應(yīng)，故提出控制點(diǎn)位要遠(yuǎn)離強(qiáng)烈反射衛(wèi)星接收信號的物體。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念18、什么是符合要求的舊有控制點(diǎn)？符合要求的舊有控制點(diǎn)就是指滿足衛(wèi)星定位測量的外部環(huán)境條件、滿足網(wǎng)形和點(diǎn)位要求的舊有控制點(diǎn)。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念19、為什么要采用相對定位模式GPS定位有絕對定位和相對定位兩種形式，本規(guī)范所指的定位方式為相對定位；依據(jù)測距的原理，GPS定位可劃分為偽距法定位、載波相位測量定位和GPS差分定位等。規(guī)范的GPS定位特指載波相位測量定位，測地型接收機(jī)目前主要采用載波相位觀測值等進(jìn)行相對定位。手持機(jī)采用的是偽距法定位模式。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念20、什么是雙頻接收機(jī)和單頻接收機(jī)？GPS定位衛(wèi)星使用兩種或兩種以上不同頻率的載波，即載波、載波等；只能接收載波的接收機(jī)稱為單頻接收機(jī)，能同時接收載波和載波的接收機(jī)稱為雙頻接收機(jī)。利用雙頻技術(shù)可以建立較為嚴(yán)密的電離層修正模型，通過改正計(jì)算，可以消除或減弱電離層折射對觀測量的影響，從而獲得很高的精度，這便是后者的優(yōu)點(diǎn)。對于前者，雖然可以利用導(dǎo)航電文所提供的參數(shù)，對觀測量進(jìn)行電離層影響修正，但由于修正模型尚不完善，故精度較差。對一般的工程控制網(wǎng)，單頻接收機(jī)便能滿足精度要求。試驗(yàn)證明，當(dāng)基線邊超過8km時，雙頻接收機(jī)的精度尤為顯著。故，規(guī)定二等網(wǎng)采用雙頻接收機(jī)。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念21、什么是GPS衛(wèi)星有兩種星歷？通常我們所直接接收到的星歷便是衛(wèi)星廣播星歷，它是一種外推星歷或者說預(yù)估星歷。雖然在GPS衛(wèi)星廣播星歷中給出了衛(wèi)星鐘差的預(yù)報值，但誤差較大。可見衛(wèi)星廣播星歷的精度相對不高，但通?？蓾M足工程測量的需要。對于有特殊精度要求的工程控制網(wǎng)，例如高精度變形監(jiān)測網(wǎng)，需采用精密星歷處理觀測數(shù)據(jù)，才能獲得更高的基線測量精度。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念22、為什么工程控制網(wǎng)的建立，可采用靜態(tài)和快速靜態(tài)兩種GPS作業(yè)模式？根據(jù)工程控制網(wǎng)的應(yīng)用特點(diǎn)，規(guī)定了建立四等以上工程控制網(wǎng)時，需采用靜態(tài)定位。為了快速求解整周未知數(shù)，要求每次至少觀測5顆衛(wèi)星。由于快速靜態(tài)定位對直接觀測基線不構(gòu)成閉合圖形，可靠性較差。所以，規(guī)定僅在一、二級采用。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念23、為什么有觀測時段的長度和數(shù)據(jù)采樣間隔的限制？觀測時段的長度和數(shù)據(jù)采樣間隔的限制，是為了獲得足夠的數(shù)據(jù)量。足夠的數(shù)據(jù)量有利于整周未知數(shù)的解算、周跳的探測與修復(fù)和觀測精度的提高；由于接收機(jī)的性能和功能在不斷的提高和完善，對接收時段長度的要求也不盡相同，故，本規(guī)范不做嚴(yán)格的規(guī)定。如二等網(wǎng)時段長度為：30-90min

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念24、什么是GPS定位的精度因子？

精度因子通常包括：平面位置精度因子HDOP，高程位置精度因子VDOP，空間位置精度因子PDOP，接收機(jī)鐘差精度因子TDOP，幾何精度因子GDOP等；用戶接收機(jī)普遍采用空間位置精度因子（又稱圖形強(qiáng)度因子）PDOP值，來直觀地計(jì)算并顯示所觀測衛(wèi)星的幾何分布狀況。其值的大小與觀測衛(wèi)星在空間的幾何分布變化有關(guān)。所測衛(wèi)星高度角越小，分布范圍越大，PDOP值越小。實(shí)際觀測中，為了減弱大氣折射的影響，衛(wèi)星高度角不能過低。在滿足15°高度角的前提下，PDOP值越小越好。PDOP值不能滿足規(guī)范的要求時，則要求暫時中斷觀測并作好記錄。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念25、為什么一般工程測量作業(yè)可不觀測相關(guān)氣象數(shù)據(jù)？

由于工程控制網(wǎng)邊長相對較短（二等網(wǎng)的平均邊長也不超過10km），衛(wèi)星信號在傳播中所經(jīng)過的大氣狀況較為相似，即同步觀測中，經(jīng)電離層折射改正后的基線向量長度的殘差小于。若采用雙頻接收機(jī)時，其殘差會更小。加之在測站上所測定的氣象數(shù)據(jù)，有一定局限性。因此，作業(yè)時可不觀測相關(guān)氣象數(shù)據(jù)。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念26、為什么一般工程測量作業(yè)，可不編制GPS測量作業(yè)計(jì)劃？

GPS測量作業(yè)計(jì)劃的編制僅限于規(guī)模較大的測區(qū)，其目的是為了進(jìn)行統(tǒng)一的組織協(xié)調(diào)。編制預(yù)報表時所需測區(qū)中心的概略經(jīng)緯度，可從小比例尺地圖上量取并精確至分。小測區(qū)則無需進(jìn)行此項(xiàng)工作。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念27、為什么接收機(jī)要進(jìn)行預(yù)熱和靜置？接收機(jī)預(yù)熱和靜置的目的，是為了讓接收機(jī)自動搜索并鎖定衛(wèi)星，并對機(jī)內(nèi)的衛(wèi)星廣播星歷進(jìn)行更替，同時也是為了使機(jī)內(nèi)的電子元件運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。隨著接收機(jī)制造技術(shù)的進(jìn)一步完善，本條對預(yù)熱和靜置的時間不做統(tǒng)一規(guī)定，應(yīng)根據(jù)接收機(jī)的品牌及性能具體掌握；衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念28、為什么要認(rèn)真做好測站記錄？

由于GPS接收機(jī)數(shù)據(jù)采集的高度自動化，其記錄載體不同于常規(guī)測量，人們?nèi)菀缀鲆晹?shù)據(jù)采集過程的其他操作。如果不嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)操作或人工記錄有誤，如點(diǎn)名、點(diǎn)號混淆將給數(shù)據(jù)處理造成麻煩，天線高量錯也將影響成果質(zhì)量，以致造成超限返工。因此，應(yīng)認(rèn)真做好測站記錄。衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念29、為什么要進(jìn)行單點(diǎn)定位？

基線解算時，起算點(diǎn)在WGS－84坐標(biāo)系中的坐標(biāo)精度，將會影響基線解算結(jié)果的精度。單點(diǎn)定位是直接獲取已知點(diǎn)在WGS－84坐標(biāo)系中已知坐標(biāo)的方法。理論計(jì)算和試驗(yàn)表明：用30min單點(diǎn)定位結(jié)果的平均值作為起算數(shù)據(jù)，可以滿足相對定位的精度要求；

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念30、多基線解算模式和單基線解算模式的主要區(qū)別是什么？多基線解算模式和單基線解算模式的主要區(qū)別是，前者顧及了同步觀測圖形中獨(dú)立基線之間的誤差相關(guān)性，后者沒有顧及。大多數(shù)商業(yè)化軟件基線解算只提供單基線解算模式，在精度上也能滿足工程控制網(wǎng)的要求。因此，規(guī)定兩種解算模式都是可以采用的；衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念31、為什么要采用雙差固定解？由于基線長度的不同，觀測時間長短和獲得的數(shù)據(jù)量將不同，所以，解算整周期模糊度的能力不同。能獲得全部模糊度參數(shù)整數(shù)解的結(jié)果，稱為雙差固定解；只能獲得雙差模糊度參數(shù)實(shí)數(shù)解的結(jié)果，稱為雙差浮點(diǎn)解；對于較長的基線，浮點(diǎn)解也不能得到好的結(jié)果，只能用三差分相位解，稱為三差解?；趯こ炭刂凭W(wǎng)質(zhì)量和可靠性的要求，規(guī)定基線解算結(jié)果應(yīng)采用雙差固定解。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念32、為什么應(yīng)對同步環(huán)閉合差進(jìn)行檢驗(yàn)？由同步觀測基線組成的閉合環(huán)稱為同步環(huán)。同步環(huán)閉合差理論上應(yīng)為零。但由于觀測時同步環(huán)基線間不能做到完全同步，即觀測的數(shù)據(jù)量不同，以及基線解算模型的不完善，即模型的解算精度或模型誤差而引起同步環(huán)閉合差不為零。因此，應(yīng)對同步環(huán)閉合差進(jìn)行檢驗(yàn)；衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念33、為什么要進(jìn)行異步環(huán)檢驗(yàn)？由獨(dú)立基線組成的閉合環(huán)稱為異步環(huán)。異步環(huán)閉合差的檢驗(yàn)是GPS控制網(wǎng)質(zhì)量檢核的主要指標(biāo)。計(jì)算公式是按誤差傳播規(guī)律確定的，并取2倍中誤差作為異步環(huán)閉合差的限差；衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念34、舍棄不合格基線后是否重測的原則是什么？在異步環(huán)檢核和復(fù)測基線比較檢核中，允許舍去超限基線而不予重測或補(bǔ)測，但舍去超限基線后，異步環(huán)中所含獨(dú)立基線邊數(shù)不宜多于6條，反之就需重測。

衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念35、如何進(jìn)行無約束平差？

1無約束平差的目的，是為了提供GPS網(wǎng)平差后的WGS－84坐標(biāo)系三維坐標(biāo)，同時也是為了檢驗(yàn)GPS網(wǎng)本身的精度及基線向量之間有無明顯的系統(tǒng)誤差和粗差；2無約束平差是在WGS－84坐標(biāo)系中進(jìn)行。通常以一個控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)作為起算數(shù)據(jù)進(jìn)行平差計(jì)算，實(shí)為單點(diǎn)位置約束平差或最小約束平差，其與完全無約束的虧秩自由網(wǎng)平差是等價的，因此稱之為無約束平差。起算點(diǎn)坐標(biāo)可選用控制點(diǎn)30分種的單點(diǎn)定位結(jié)果（規(guī)范3.2.10條）或已知控制點(diǎn)的GPS坐標(biāo)；衛(wèi)星定位測量的幾個基本概念35、如何進(jìn)行無約束平差？3基線向量改正數(shù)的絕對值限差的提出，是為了對基線觀測量進(jìn)行粗差檢驗(yàn)。即基線向量各坐標(biāo)分量改正數(shù)的絕對值，不應(yīng)超過相應(yīng)等級的基線長度中誤差的3倍。超限時，認(rèn)為該基線或鄰近基線含有粗差，應(yīng)采用軟件提供的自動方法或人工方法剔除含有粗差的基線，并符合規(guī)范3.2.12條的規(guī)定。衛(wèi)星定位測量