gps測量技術(shù)與外業(yè)觀測

1、第七章GPS測量技術(shù)設(shè)計與外業(yè)觀測,測量工作必須遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，先建立控制網(wǎng)，然后根據(jù)控制網(wǎng)進(jìn)行碎部測量和測設(shè)?？刂茰y量在測區(qū)內(nèi)，按測量任務(wù)所要求的精度，測定一系列控制點的平面位置和高程，建立起測量控制網(wǎng)，作為各種測量的基礎(chǔ)，這種測量工作稱為控制測量?？刂凭W(wǎng)具有控制全局，限制測量誤差累積的作用，是各項測量工作的依據(jù)。碎部測量基于控制下直接進(jìn)行的散點測量。如地形測繪，為地形測圖和工程測量建立控制網(wǎng)

2、所進(jìn)行的測量工作叫控制測量，而將儀器架設(shè)在控制點上進(jìn)行的各地形點采集則叫碎部測量。,GPS測量中的幾個基本概念,GPS測量中的幾個基本概念,觀測時段從測站上開始接收信號起到停止觀測間的連續(xù)工作時間稱為觀測時段。同步觀測兩臺或兩臺以上的GPS接收機同時對同一組衛(wèi)星信號進(jìn)行觀測?；€向量利用進(jìn)行同步觀測的GPS接收機所采集的觀測數(shù)據(jù)計算出的接收機間的三維坐標(biāo)差，簡稱基線。,同步觀測環(huán)三臺或者三臺以上接收機同步觀測所獲得的基線向量

3、構(gòu)成的閉合環(huán)。獨立基線若一組基線向量中任何一條基線向量皆不能由該組中其他基線向量的線性組合來表示，則該組基線向量就是一組獨立的基線向量。異步觀測環(huán)（獨立觀測環(huán)）在構(gòu)成多邊形的環(huán)路基線向量中，只要存在非同步觀測基線向量，則該多邊形環(huán)路就叫異步觀測環(huán)。,GPS測量中的幾個基本概念,主要內(nèi)容,,7.1 GPS測量的步驟及質(zhì)量要求,7.2 GPS技術(shù)設(shè)計的編寫,7.3 GPS接收機的檢定,7.4 GPS網(wǎng)的設(shè)計,7.5 GPS

4、測量的作業(yè)組織,7.1 GPS測量步驟及質(zhì)量要求,7.1.1 GPS測量的工作步驟（以基線向量網(wǎng)為例）,測前工作,工程項目的提出測區(qū)位置及其范圍提交成果的內(nèi)容用途和精度等級點位分布及點的數(shù)量,技術(shù)設(shè)計測繪資料的搜集與整理儀器的檢驗踏勘、選點埋石,時限要求投資經(jīng)費,測量實施,實地了解測區(qū)情況衛(wèi)星狀況預(yù)報確定作業(yè)方案外業(yè)觀測數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)儲基線處理與質(zhì)量評估重復(fù)“確定作業(yè)方案”、“外業(yè)觀測”、“數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)儲”及“

5、基線處理與質(zhì)量評估”四步，直至完成所有GPS觀測工作,測后工作,結(jié)果分析（網(wǎng)平差處理與質(zhì)量評估）技術(shù)總結(jié)成果驗收,7.1.2 GPS測量質(zhì)量的評定,精度指標(biāo),?：網(wǎng)中相鄰點間的距離中誤差(mm)；a：固定誤差(mm)；b：比例誤差(ppm)；D：相鄰點間的距離(km)。,GPS網(wǎng)的等級,各類GPS網(wǎng)的用途,A級網(wǎng)一般為區(qū)域或國家框架網(wǎng)、區(qū)域動力學(xué)網(wǎng)B級網(wǎng)為國家大地控制網(wǎng)或地方框架網(wǎng)C級網(wǎng)為地方控制網(wǎng)和工程控制網(wǎng)D級網(wǎng)為工

6、程控制網(wǎng)E級網(wǎng)為測圖網(wǎng)。,美國聯(lián)邦大地測量分管委員會（Federal Geodetic Control Subcommittee-FGCS）在1988年公布的GPS相對定位的精度標(biāo)準(zhǔn)中有一個AA級的等級，其要求固定誤差≤3mm，比例誤差≤0.01ppm，此等級的網(wǎng)一般為全球性的坐標(biāo)框架和地球動力學(xué)測量。,7.1.3 GPS測量規(guī)范,主要內(nèi)容：,精度分級網(wǎng)的設(shè)計要求選點與埋石的要求儀器設(shè)備類型要求檢定內(nèi)容外業(yè)觀測及記錄要求

7、數(shù)據(jù)處理成果驗收與上交資料,目的：指導(dǎo)規(guī)范GPS測量工作,規(guī)范的種類：,全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范，1992，國家測繪局全球定位系統(tǒng)城市測量規(guī)程，1997，建設(shè)部...,7.2 GPS技術(shù)設(shè)計的編寫,7.2.1 技術(shù)設(shè)計的作用,作業(yè)、數(shù)據(jù)處理的技術(shù)依據(jù),技術(shù)設(shè)計的內(nèi)容,項目來源測區(qū)概況工程概況技術(shù)依據(jù),現(xiàn)有測繪成果施測方案作業(yè)要求觀測質(zhì)量控制數(shù)據(jù)處理方案提交成果要求,7.3 GPS接收機的檢定,7.3.1 接收機的

8、檢定,利用基線場進(jìn)行儀器檢定,零基線的檢定 檢驗儀器的內(nèi)部噪聲,基座的檢定,7.3.2 其它設(shè)備的檢定,尺的檢定,7.4 GPS網(wǎng)的設(shè)計,7.4.1 GPS基線向量網(wǎng)的布網(wǎng)形式,跟蹤站式會戰(zhàn)式多基準(zhǔn)站式同步圖形擴展式單基準(zhǔn)站式,跟蹤站式的布網(wǎng),形式：若干臺接收機長期固定安放在測站上，進(jìn)行常年、不間斷的觀測，即一年觀測365天，一天觀測24小時，這種觀測方式很象是跟蹤站，因此，這種布網(wǎng)形式被稱為跟蹤站式（實際上就是跟蹤站）。數(shù)據(jù)

9、處理通常采用精密星歷。優(yōu)點：精度極高，具有框架基準(zhǔn)特性。缺點：需建立專門的永久性建筑即跟蹤站，觀測成本很高。適用范圍：一般用于建立GPS跟蹤站（AA級網(wǎng)），永久性的的監(jiān)測網(wǎng)（ 如用于監(jiān)測地殼形變、大氣物理參數(shù)等的永久性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)）。,會戰(zhàn)式的布網(wǎng),形式：在布設(shè)GPS網(wǎng)時，一次組織多臺GPS接收機，集中在一段不太長的時間內(nèi)，共同作業(yè)。在作業(yè)時，觀測分階段進(jìn)行，在同一階段中，所有的接收機，在若干天的時間里分別各自在同一批點上進(jìn)行多天、長

10、時段的同步觀測，在完成一批點的測量后，所有接收機又都遷移到另外一批點上采用相同方式，進(jìn)行另一階段的觀測，直至所有點觀測完畢。優(yōu)點：可以較好地消除SA等因素的影響，因而具有特高的尺度精度。適用范圍：用于布設(shè)A、B級網(wǎng)。,多基準(zhǔn)站式的布網(wǎng),形式：若干臺接收機在一段時間里長期固定在某幾個點上進(jìn)行長時間的觀測，這些測站稱為基準(zhǔn)站，在基準(zhǔn)站進(jìn)行觀測的同時，另外一些接收機則在這些基準(zhǔn)站周圍相互之間進(jìn)行同步觀測。優(yōu)點：各個基準(zhǔn)站之間進(jìn)行了長時間

11、的觀測，因此，可以獲得較高精度的定位結(jié)果，這些高精度的基線向量可以作為整個GPS網(wǎng)的骨架。另外一方面，其余的進(jìn)行了同步觀測的接收機間除了自身間有基線向量相連外，它們與各個基準(zhǔn)站之間也存在有同步觀測，因此，也有同步觀測基線相連，這樣可以獲得更強的圖形結(jié)構(gòu)。適用范圍：C，D。,同步圖形擴展式的布網(wǎng),形式：多臺接收機在不同測站上進(jìn)行同步觀測，在完成一個時段的同步觀測后，又遷移到其它的測站上進(jìn)行同步觀測，每次同步觀測都可以形成一個同步圖形，在

12、測量過程中，不同的同步圖形間一般有若干個公共點相連，整個GPS網(wǎng)由這些同步圖形構(gòu)成。優(yōu)點：擴展速度快，圖形強度較高，且作業(yè)方法簡單。適用范圍：C，D。,單基準(zhǔn)站（星形網(wǎng)）式的布網(wǎng),形式：以一臺接收機作為基準(zhǔn)站，在某個測站上連續(xù)開機觀測，其余的接收機在此基準(zhǔn)站觀測期間，在其周圍流動，每到一點就進(jìn)行觀測，流動的接收機之間一般不要求同步，這樣，流動的接收機每觀測一個時段，就與基準(zhǔn)站間測得一條同步觀測基線，所有這樣測得的同步基線就形成了一個

13、以基準(zhǔn)站為中心得星形。優(yōu)點：效率高。缺點：圖形強度弱適用范圍：D，E。,7.4.2 同步圖形的連接方式,點連式邊連式網(wǎng)連式混連式,點連式,形式：相鄰的同步圖形間只通過一個公共點相連。優(yōu)點：作業(yè)效率高，圖形擴展迅速。缺點：圖形強度低，如果連接點發(fā)生問題，將影響到后面的同步圖形。,邊連式,形式：相鄰的同步圖形間有一條邊（即兩個公共點）相連。優(yōu)點：作業(yè)效率較高，圖形強度較強。,網(wǎng)連式,形式：相鄰的同步圖形間有3個（含3個）以

14、上的公共點相連。優(yōu)點：圖形強度最強。缺點：作業(yè)效率低。,混連式,形式：相鄰的同步圖形間有3個（含3個）以上的公共點相連。優(yōu)點：圖形強度最強。缺點：作業(yè)效率低。,7.4.3 GPS基線向量網(wǎng)的設(shè)計指標(biāo),效率指標(biāo)可靠性指標(biāo)精度指標(biāo)費用指標(biāo),GPS網(wǎng)的特征值,1. 理論最少觀測時段Smin=n ·m / N其中n為GPS網(wǎng)的點數(shù)，m為要求每個點重復(fù)設(shè)站觀測的次數(shù)，N為GPS接收機的臺數(shù)。2. 基線總數(shù)BA=S

15、·N ·(N-1) / 2其中S為外業(yè)觀測用的時段數(shù)3. 獨立基線數(shù)BL=S ·（N-1）,4. 必要基線數(shù)GPS網(wǎng)的必要基線數(shù)指的是建立網(wǎng)中所有點之間相對關(guān)系所必需的基線向量數(shù)。BN=n-15. 多余基線數(shù)BR=BL-BN=S(N-1) – (n-1),GPS網(wǎng)的特征值,效率指標(biāo),Smin：理論最少觀測時段數(shù)R：最少重復(fù)觀測期數(shù)n：點數(shù)m：儀器數(shù),Sd：設(shè)計觀測時段數(shù),可靠性指標(biāo),l

16、r：多余獨立觀測基線數(shù)；lt：總獨立觀測基線數(shù)。,精度指標(biāo),GPS布網(wǎng)方式和觀測作業(yè)方式確定后，GPS網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就確定了，根據(jù)GPS網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以得到GPS網(wǎng)的設(shè)計矩陣。采用協(xié)因數(shù)矩陣Q或與其有關(guān)的一些指標(biāo)來衡量。,7.4.4 GPS基線向量網(wǎng)的設(shè)計原則,選點的原則,為保證對衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤觀測和衛(wèi)星信號的質(zhì)量，要求測站上空應(yīng)盡可能的開闊，在10°~15°高度角以上不能有成片的障礙物。為減少各種電磁波對GP

17、S衛(wèi)星信號的干擾，在測站周圍約200m的范圍內(nèi)不能有強電磁波干擾源，如大功率無線電發(fā)射設(shè)施、高壓輸電線等。為避免或減少多路徑效應(yīng)的發(fā)生，測站應(yīng)遠(yuǎn)離對電磁波信號反射強烈的地形、地物，如高層建筑、成片水域等。為便于觀測作業(yè)和今后的應(yīng)用，測站應(yīng)選在交通便利，上點方便的地方。測站應(yīng)選擇在易于保存的地方。,提高可靠性的原則,增加觀測期數(shù)（增加獨立基線數(shù)）。保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)。保證每點與三條以上的獨立基線相連。最小異步環(huán)邊數(shù)不大于6

18、。,提高精度的原則,網(wǎng)中距離較近的點一定要進(jìn)行同步觀測，以獲得它們間的直接觀測基線。建立框架網(wǎng)。最小異步環(huán)邊數(shù)不大于6 。適當(dāng)引入高精度測距邊。若要進(jìn)行高程擬合，水準(zhǔn)點密度要高，分布要均勻，且要將擬合區(qū)域包圍起來。適當(dāng)延長觀測時間，增加觀測時段。選取適當(dāng)數(shù)量的已知點，已知點分布均勻。,7.5 GPS測量的作業(yè)組織,7.5.1 GPS測量隊伍的組織結(jié)構(gòu),7.5.2 隊長的職責(zé),根據(jù)作業(yè)進(jìn)度，參考技術(shù)人員的意見，下達(dá)作業(yè)指令作