GPS原理与应用本第五章.ppt

第五章 GPS测量的设计与实施 pGPS测量的技术设计 pGPS测量的外业准备及技术设计书编 写 pGPS测量的外业实施 pGPS测量的作业模式 p数据预处理及观测成果的质量 p技术总结与上交资料 5.1.1GPS网技术设计的依据 GPS布网设计与数据采集的技术依据主要是GPS测量规范和测量 任务书。二者同时也是数据处理等后续工作的技术依据。 一、测量任务书 测量任务书是测量施工单位上级主管部门下达的技术文件 。这种技术文件是指令性文件，它规定了测量任务的范围和目的 ，进度和密度的要求，完成任务并上交成果资料的项目和时间安 排以及完成测量任务的经济指标。 二、 GPS测量规范 是国家测绘主管部门或行业部门制定的技术法规。主要有 ： 2001年国家测绘局颁布的全球定位系统（GPS）的测 量规范 1996年建设部发布的行业标准全球定位系统城市测量技 术规程 5.1 GPS测量的技术设计 5.1.2 GPS网的精度、密度设计 1、精度设计 对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定 位技术所能达到的精度。精度指标通常是以相临点间弦 长的标准差来表示，即 式中 GPS基线向量的弦长中误差，mm； GPS接收机标称精度中的固定误差，mm； b GPS接收机标称精度中的比例误差系数， ppm； d GPS卫星定位网中相临点间的距离，km。 5.1 GPS测量的技术设计 级别 平均距离 （km） 固定误差a（mm）比例误差b（ppmD） AA100030.01 A30050.1 B7061 C1015105 D5101010 E0.251020 表 规范规定的GPS测量精度分级（一） 5.1 GPS测量的技术设计 等级 平均距离 （km） a （mm） b （ppmD） 最弱边相对中误差 二91021/12万 三51051/6万 四210101/4.5万 一级110101/2万 二级115201/1万 表 规程规定的GPS测量精度分级（二） 注：当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。 5.1 GPS测量的技术设计 2、GPS点的密度标准 规范和规程对GPS网中两相临点间距离 视其需要作出了规定：相邻点间最小距离应为 平均距离的1/21/3；最大距离应为平均距离 的23倍。规程还规定，特殊情况下，个 别点的间距还允许超出表中规定。 5.1 GPS测量的技术设计 5.1.3GPS网的基准设计 GPS网的基准包括位置基准、尺度基准、方位基准。 在基准设计时应考虑： o 1、为求定GPS点在地面坐标系的坐标，应在地面坐标系中选 定起算数据和联测原有地方控制点若干，用以坐标转换。 o 2、为保证GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性以及减少 尺度比误差影响，对GPS网内重合的高等级国家城市点或原城 市等级控制网点，除未知点联结图形观测外，对他们也要适当 的构成长边图形。 5.1 GPS测量的技术设计 o 3、GPS网经平差计算后,可以得到GPS点在地面参 照系中的大地高,为求的GPS点的正常高,可根据具 体情况联测高程点,联测的高程点需均匀分布于网中, 对丘陵或山地应按高程拟和曲面的要求进行布设 o 4、新建GPS网的坐标系应尽量与测区过去采用的 坐标系统一致,如果采用地方或工程坐标系,一般还应 注意 1、所采用的参考椭球；2、坐标系 的中央子午 线经度；3、纵、横坐标加常数；4、坐标系投影面 高程及测区平均高程异常值；5、起算点的坐标值 5.1 GPS测量的技术设计 5.1.4GPS图形设计 网的图形设计，虽然主要决定于用户的要求 ，但是有关经费、时间和人力的消耗以及所 需接收设备的类型、数量和后勤保障条件等 ，也都与网的图形设计有关。对此应当充分 加以顾及，以期在满足用户要求的条件下， 尽量减少消耗。 5.1 GPS测量的技术设计 为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则 ： （1）GPS网应根据测区实际需要和交通状况，作业时 的卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效 率，按照优化设计原则进行。 （2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例 如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加 检核条件，提高网的可靠性。 （3）GPS网的点与点之间不要求通视，但应考虑常规 测量方法加密时的应用，每点应有一个以上通视方向。 5.1 GPS测量的技术设计 （4）在可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的 GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控 制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分 布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参 数。 （5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。C级网每 隔36点联测一个高程点，D和E级网视具体情况确定联 测点数。A和B级网的高程联测分别采用三、四等水准测 量的方法；C至E级网可采用等外水准或与其精度相当的 方法进行。 5.1 GPS测量的技术设计 (1)设计的一般原则 o 为了满足用户的要求，设计的一般原则是 o GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形，例 如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件， 提高网的可靠性。 o GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的 精度，应分布均匀。 o GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重 合点一般不应少于3个（不足时应联测），且在网 中应分布均匀，以利于可靠地确定GPS网与地面网 之间的转换参数。 5.1 GPS测量的技术设计 o GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点， 一般应根据要求以水准测量方法（或相当精度的方 法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测 点，以便为大地水准面的研究提供资料。 o 为了便于GPS的测量观测和水准联测，GPS网点 一般设在视野开阔和交通便利的地方。 o 为了便于用经典方法联测或扩展，可在GPS网点 附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。 方位点与观测站的距离，一般应大于300m。 5.1 GPS测量的技术设计 （2）基本图形的选择 根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边， 应构成一定的几何图形。图形的基本形式如下。 图-1三角形 图-2环形网 5.1 GPS测量的技术设计 三角形网 o GPS网中的三角形边由独立观测边组成。根据 经典测量的经验已知，这种图形的几何结构强，具 有良好的自检能力，能够有效地发现观测成果的粗 差，以保障网的可靠性。同时，经平差后网中的相 邻点间基线向量的精度分布均匀。 o 这种网形的主要缺点是观测工作量较大，尤其 当接收机的数量较少时，将使观测工作的总时间大 为延长。因此通常只有当网的精度和可靠性要求较 高时，才单独采用这种图形。 o 5.1 GPS测量的技术设计 环形网 o 由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成 的网，称为环形网。这种网形与经典测量中 的导线网相似，其图形的结构强度比三角网 为差。不难理解，由于这时网的自检能力和 可靠性，与闭合环中所含基线边的数量有关 ，所以，根据网的不同精度要求，一般都规 定闭合环中包含的基线边，不超过一定的数 量。 5.1 GPS测量的技术设计 闭合环中基线边数的限值 表 级 别一二三 闭合环中的边数456 5.1 GPS测量的技术设计 o 环形网的优点是观测工作量较小，且具有较好 的自检性和可靠性，其缺点主要是，非直接观测的 基线边（或间接边）精度比直接观测边低，相邻点 间的基本精度分布不均匀。 o 作为环形网的特例，在实际工作中还可按照网 的用途和实际情况，采用所谓附合线路。这种附合 线与经典测量中的附合导线相类似。采用这种图形 的条件是，附合线路两端点间的已知基线向量，必 须具有较高的精度，另外，附合线路所包含的基线 边数，也不能超过一定的限制。 o 5.1 GPS测量的技术设计 o 三角形网和环形网，是大地测量和精密工程 测量中普遍采用的两种基本图形。通常，根 据情况往往采用上述两种图形的混合网形。 5.1 GPS测量的技术设计 星形网 星形网的几何图形简单，但 其直接观测边之间，一般不 构成闭合图形，所以其检验 与发现粗差的能力差。 o 这种网形的主要优点， 是观测中通常只需要两台 GPS接收机，作业简单。因 此在快速静态定位和准动态 定位等快速作业模式中，大 都采用这种网形，它被广泛 地应用于工程放样、边界测 量、地籍测量和碎部测量等 。 5.1 GPS测量的技术设计 （3）GPS测量的技术指标 观测时段observation session： 测站上开始接收卫 星信号到停止接收，连续观测的时间间隔称为观测 时段，简称时段。 同步观测simultaneous observation ： 两台或两台 以上接收机同时对同一组卫星所进行的观测。 5.1 GPS测量的技术设计 同步观测环simultaneous observation loop ： 三台或三台以上接 收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合 环。 独立观测环independent observation loop ： 由非同步观测获得的基线向量构 成的闭合环。 5.1 GPS测量的技术设计 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 5.2.1测区踏勘 p 交通情况 p 水系分布情况 p 植被情况 p 控制点分布情况 p 居民地分布情况 p 当地风俗民情 5.2.2 资料收集 p 各类图件 p 各类控制点成果 p 测区有关的地质、气象、交通、通信等方面 的资料 p 城市及其乡村行政区划表 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 5.2.3 设备、器材筹备及人员组织 p 筹备器材、计算机及配套设备 p 筹备机动设备及通信设备 p 筹备施工器材，计划油料，材料的消耗 p 组建施工队伍，拟订施工人员名单及岗位 p 进行详细的投资预算 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 5.2.4 拟定外业观测计划 拟订观测计划的主要依据 p GPS网的规模大小 p 点位精度要求 p GPS卫星星座几何图形强度 p 参加作业的接收机数量 p 交通、通信及后勤保障 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 观测计划的主要内容应包括： 编制GPS卫星的可见性预报图 选择卫星的几何图形强度 选择最佳的观测时段 观测区域的设计与划分 编排作业调度表 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 相关观测的概念 数据剔除率percentage of data rejection ： 同 一时段中，删除的观测值个数与获取的观测值总 数的比值。 天线高antenna height：观测时接收机天线相位 中心至测站中心标志面的高度。 国际地球参考框架ITRF Y International Terrestrial Reference Frame ：由国际地球自转服 务局推荐的以国际参考子午面和国际参考极为定 向基准，以ITRF Y Y天文常数为基础所定义的一 种地球参考系和地心（地球）坐标系。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 参考站Reference station ：在一定的 观测时间内，一台或几台接收机分别固定在 一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星 ，其余接收机在这些测站的一定范围内流动 设站作业，这些固定站就称为参考站。 流动站roving station ： 在参考站的一 定范围内流动作业的接收机所设立的测站。 5.1 GPS测量的技术设计 1、编制GPS卫星的可见性预报图 由于卫星的轨道运动和地球的自转，卫星相对于测站的 几何图形在不断变化。一些卫星从地平线升起至一定高度， 可以投入观测作业，另一些卫星观测高度角越来越小，无法 继续观测。考虑到作业中尽可能选取图形强度较好的卫星进 行观测，因而在一个观测时段要几次更换跟踪的卫星。我们 将时段中任一卫星有效观测时间符合要求的卫星，称为有效 观测卫星。测量等级越高，有效观测卫星总数需要越多，时 段中任一卫星有效观测时间需要越长，观测时段应该越多， 时段长度也应越长。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 级 别 项 目AAABCDE 卫星截止高度角（）101015151515 同时观测有效卫星数444444 观测有效卫星总数20209644 观测时段数106421.61.6 时段长度 min 静态720540240604540 快 速 静 态 双频+P(Y)码1052 双频全波151010 单频或双频半波302015 采样间隔 S 静态303030103010301030 快速静态515515515 静态151515151515 快 速 静 态 双频+P(Y)码111 双频全波333 单频或双频半波555 注： 1 在时段中观测时间符合表63中第七项规定的卫星，为有效观测卫星； 2 计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数； 3 观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段； 4 观测时段数1.6，指每站观测一时段，至少60%测站再观测一时段。 时段中任 一卫星有效 观测时间 min 表 规 范 规定 的各 级 GPS 测量 基本 技术 要求 规定 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 项 目 等 级 观测方法 二等三等四等一级二级 卫星截止高度角（） 静 态 1515151515 快速静态 有效观测卫星数 静 态44444 快速静态 5555 平均重复设站数 静 态221.61.61.6 快速静态 21.61.61.6 时段长度（min） 静 态9060454545 快速静态 20151515 数据采样间隔（S） 静 态 10601060106010601060 快速静态 PDOP静态、快速静态66666 表 规程规定的GPS测量各等级的作业的基本技术要求 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 2、选择卫星的几何图形强度 GPS定位精度同卫星与测站构成的图形强度有关，与能同步 跟踪的卫星数和接收机使用的通道数有关。若接收机有观测到5 颗卫星以上的能力，就应该把所有可能观测到的卫星都进行跟 踪观测，若只有观测到4颗卫星的能力，应在所有可见星中选取 PDOP值最小的那一组卫星进行观测，这是根据伪距定位时求解 公式推算出的选星原则。 规范对图形强度因子PDOP值没有要求；规程对点 的空间位置图形强度因子PDOP值要求不应超过上表所列值。 级 别二三四一级二级 PDOP66666 表 图形强度因子（PDOP）规定值 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 3、选择最佳观测时段 GPS卫星的观测，是待GPS卫星升离地平线一定的角度才开始的，这个 角度就是卫星高度截止角。高度角愈小，愈有利于减小三维位置图形强度因 子 （PDOP），从而延 长最佳观测时间；但 是卫星高度角愈小， 对流层影响愈显著， 测量误差随之增大。 在精密定位测量时， 卫星高度截止角宜选 定在15左右。 当卫星高度角15时 ，某测站上在视GPS 卫星的PDOP随时间 变化曲线的例子如左 图所示。 图 PDOP变化曲线图 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 该图是用测站概略经纬度和现有GPS卫星星历所做 出的PDOP预报，用以选择最佳观测时段。由图可知，整 个作业时段上除10：17至10：33间16min只有4颗卫星外 ，均有5颗以上卫星可供观测；除6：42至6：53约11min 内PDOP6外，其余时间的几何图形处于良好状态或一 般状态。通常用一个子环路的平均经纬度和最接近观测 时日的GPS卫星星历绘制PDOP变化曲线，以此选择测量 该子环路的公共观测时段，而不是依每一个测站选择最 佳观测时段。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 四、编排作业调度表 作业小组应在观测前根据测区地形、交通状况、控制网的大小、 精度的高低、仪器的数量、GPS网的设计、星历预报表和测区的天气 、地理环境等编制作业调度表，以提高工作效益。 时段 编号 观测 时间 测战号/名测战号/名测战号/名测战号/名测战号/名 机号机号机号机号机号 0 1 2 3 4 表GPS作业调度表 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 5.2.5、设计GPS网与地面网的联测方案 1.联测点（公共点）的精度要求 联测点作为GPS成果转化到常规地面坐标系的基准 点，在GPS测量数据处理中具有重要的意义。联测点的 地面实用坐标是将GPS定位结果的WGS64坐标系转换 至地面坐标系时的起算数据，所以要求联测点的地面坐 标具有较高的精度。 为此，联测点应是下列几种点之一： （1）测区内现有的最高等级的常规地面控制点； （2）地方坐标系中控制网定位、定向的起算点； （3）联接国家坐标系和地方坐标系的联接点； （4）水准点。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 2.联测点的密度和分布 GPS网与地面网的联测点最少应有两个。其中一个作 为GPS在地面网坐标系内的定位起算点，两个点间的方位 和距离作为GPS网在地面坐标系内定向、长度的起算数据 。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 3.GPS网中水准点的选择和分布 GPS网一般是求得测站点的三维坐标，其中高程为大 地高，而实际应用的高程系统为正常高系统。为此，通常 是在GPS网中施测或重合少量的几何水准点，用数值拟合 法拟合出测区的似大地水准面，继而内插出其它GPS点的 高程异常，再求出其正常高。 根据研究，在平原地区布测的GPS网中，只要用三等 实测或重合全网五分之一GPS点的几何水准，用数值拟合 法求定GPS点的正常高，即可代替四等水准测量。所实测 的水准点，大部分应布设在网的周围点上，少量放在网的 中间，以求获得最佳效果。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 5.2.6 GPS接收机的选择和检验 一、接收机的类型选择 1.单、双频接收机的选择 1）单频接收机 单频接收机只能接收经调制的L1 信号。它虽然可以 利用导航电文提供的参数，对观测量进行电离层影响的改 正，但由于改正模型的不完善，误差较大，所以单频接收 机主要用于基线较短（例如10km ）的精密定位工作。 但是，单频接收机的优点是工艺成熟，所用的电子元 件较少，对微处理器的要求较低，不需要昂贵的互相关器 ，不受P 码保密的限制，产量大，价格比双频接收机便宜 的多。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 2）双频接收机 双频接收机可以同时接收L1和 L2信号，利用双频技 术可以消除或减弱电离层折射对观测量的影响，所以定 位精度较高，基线长度不受限制。其次，解算整周未知 数的时间较短，约为单频机的一半，所以作业效率较高 。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 GPS接收机是完成测量定位的关键设备，可根据需要 按规范和规程选用。 级别AAABCD、E 单频/双 频 双频/全 波长 双频/全 波长 双频 双频或 单频 双频或单 频 观测量至 少有 L1、L2载 波相位 L1、L2载 波相位 L1、L2载 波相位 L1载波 相位 L1载波相 位 同步观测 接收机数 54432 表 接收机选用（规范） 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 等级 项目 二三四一级二级 接收机类型双频或单频双频或单频双频或单频 双频或单频 双频或单频 标称精度 （10mm+ 2106d （10mm+ 5106d （10mm+ 5106d （10mm+ 5106d （10mm+ 5106d 观测量载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位 同步观测 接收机数 33222 表 接收机选用（规程） 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 二、接收机的检验 GPS测量工作所采用的接收设备，都必须对其性能 和可能达到的精度水平进行检验，合格后方能参加作业 。尤其对于新购置的设备，应按规定进行全面的检验。 接收机全面检验的内容，包括一般检视、通电检验、试 测检验和随机数据后处理软件的检测。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 1. 一般性检视 o 主要检查接收设备的各部件及其附件是否齐全 、完好，紧固部件有否松动与脱落，设备的使用手 册及随机软件等资料是否齐全。 2. 通电检验 o 检验的主要项目包括：设备通电后有关信号灯 、按键、显示系统和仪表的工作情况，以及自测试 系统的工作情况。当自测试正常后，按操作步骤进 行卫星的捕获与跟踪，以检验接收机捕获卫星的时 间，接收信号的信噪比及信号的锁定等情况。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 3. 实测检验 o 实测检验应在不同长度的标准基线上，或专设的 GPS测量检验场上进行。标准基线的相对精度，应不 低于被检验接收设备的标称精度。实测检验是接收设备 检验的主要内容之一，凡是用于精密定位的接收设备， 都应按作业时间的长短，至少在每年出测前进行一次。 o 实测检验的主要内容包括：接收机野外作业的性能，接 收机的内部噪声水平，天线相位中心的稳定性，以及对 不同测程的基线测量所能达到的精度等。另外，天线底 座的圆水准器和光学对中器，也都要在每年出测前进行 检验和校正。对于作业中所使用的气象测量仪表（通风 干湿表、气压表、温度计），也应定期送气象部门检验 ，以保障其正常工作。 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 5.2.7 技术设计书的编写 1、任务来源及工作量 2、测区概况 3、布网方案 4、选点与埋标 5、观测 6、数据处理 7、完成任务的措施 5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写 一、野外选点 1.GPS选点应符合下列要求： （1）点位应选设在易于安置接收设备和便于操作的地方，视野 应开阔。被测卫星的地平高度角一般应大于1015，以减弱对流 层折射的影响。 （2）点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等， 其距离不得小于200m；并应远离高压输电线，其距离不得小于50m） ，以避免周围磁场对GPS卫星信号的干扰。 （3）点位附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体，并尽量避 免大面积水域，以减弱多路径误差的影响。 （4）点位应选在交通方便的地方，有利于用其他测量手段联测 或扩展。 （5）地面基础稳定，利于点位保存。 （6）应充分利用符合要求的旧有控制点。 5.3 GPS测量的外业实施 2.选点作业 选点人员在实地选定的点位上，打一木桩或以其它方式加以标 定，同时树立测旗，以便埋石及观测人员能迅速找到点位，开展后 续工作。选点人员还应按技术设计的要求，最后确认该点是否进行 水准联测，并应实地踏勘水准路线，提出有关建议。 GPS点名可取村名、山名、地名、单位名、应向当地政府部门或 群众进行调查后确定。当利用符合要求的旧有控制点时，点名不宜 更改。 不论是新选定的点或利用原有点位，均应按规范或规程中规定的 格式在实地绘制GPS点点之记，如表6-7所示。点位周围有高于10的 障碍物时；应用平板仪和罗盘仪绘制点的环视图。测区选点完成后 ，还应绘制GPS网选点图。测区选点完成后，还应绘制GPS网选点 图。 最后，要对选点工作写出总结，包括详细的交通情况，车的种类 、车次以及通讯、供电、充电情况等。 5.3 GPS测量的外业实施 点 名 及 种 类 GPS点 名 土 质 号 旧点名 所 在 地 交通路线 所在图幅号 概略位置 X Y L B (略图) 备 注 标石说明 （单、双层、 类型）旧点 相临点（名、 号、里程、 通视否） 日期：20 年 月 日 记录者： 绘图者： 校对者： 表 GPS点点之记 3、选点记录 5.3 GPS测量的外业实施 GPS 网 选 点 图 4、标石埋设 表 标石类型及其适用级别 类 别形 式适 用 级 别 基岩标石 基岩天线墩 基岩标石 A 基本标石一般基本标石 土层天线墩 岩层天线墩 冻土基本标石 沙丘基本标石 A或B 普通标石 一般标石 岩层标石 建筑物上标石 BE 5.3 GPS测量的外业实施 点位选定后（包括方位点），均应按规定绘制 点之记，其主要内容包括：点位及点位略图 ，点位的交通情况以及选点情况等。 选点工作结束后，应提交的技术资料主要包括 ： l 点之记及点的环视图 l GPS网选点图； l 选点工作技术总结。 5.3 GPS测量的外业实施 5.3.3观测工作 级 别 项 目AAABCDE 卫星截止高度角（）101015151515 同时观测有效卫星数444444 观测有效卫星总数20209644 观测时段数106421.61.6 时段长度 min 静态720540240604540 快 速 静 态 双频+P(Y)码1052 双频全波151010 单频或双频半波302015 采样间隔 S 静态303030103010301030 快速静态515515515 静态151515151515 快 速 静 态 双频+P(Y)码111 双频全波333 单频或双频半波555 注： 1 在时段中观测时间符合表63中第七项规定的卫星，为有效观测卫星； 2 计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数； 3 观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段； 4 观测时段数1.6，指每站观测一时段，至少60%测站再观测一时段。 1、观测工作依据的主要技术指标 1、天线安置 n 天线要尽量利用脚架安置，直接在点上对中。当控制点上建有 寻常标时，应在安置天线之前先放倒觇标或采取其它措施。只有在特 殊情况下，方可进行偏心观测，此时归心元素应以解析法精确测定。 n 天线的定向标志线应指向正北。其中A与B级在顾及当地磁偏角 修正后，定向误差不应大于5。天线底盘上的圆水准气泡必须居中 。 n 天线安置后，应在每时段观测前、后各量取天线高一次。对备 有专门测高标尺的接收设备，将标尺插入天线的专用孔中，下端垂准 中心标志，直接读出天线高。对其它接收设备，可采用倾斜测量方法 。从脚架互成120的三个空挡测量天线底盘下表面至中心标志面的距 离，互差小于3mm时，取平均值L，若天线底盘半径为R，再利用厂 方提供的平均相位中心至底盘下表面的高度hc，按求出天线高。 5.3 GPS测量的外业实施 n 测量气象参数：在高精度测量中，要求测定 气象元素，每时段气象元素的测定不应少于 3次，气压读至0.1mabar，气温读至0.1 n 复查点明并计入测量手簿 5.3 GPS测量的外业实施 2、开机观测 观测作业的主要任务是捕获GPS卫星信号，并对其进 行跟踪、处理和量测，以获得所需要的定位信息和观测 数 对于一些品牌的接收机，接收机开始记录数据后， 观测员可使用专用功能键和选择菜单，查看测站信息、 接收卫星数量、各通道信噪比、相位测量残差、实时定 位的结果及其变化、存储介质记录情况等。 观测员要细心操作，静置和观测期间防止接收设备 震动，防止人员和其它物体碰动天线和阻挡信号。 5.3 GPS测量的外业实施 3、观测记录 在外业观测过程中，所有信息资料和观测数据都要妥 善记录。记录的形式主要有以下两种： 1.观测记录 观测记录由接收设备自动完成，均记录在存储介质（ 如磁带、磁卡等）上，记录项目主要有：载波相位观测值 及其相应的GPS时间；GPS卫星星历参数；测站和接收机 初始信息（测站名、测站号、时段号、近似坐标及高程、 天线及接收机编号、天线高）。 存储介质的外面应贴制标签，注明文件名、网区名、 点名、时段号、采集日期、测量手簿编号等。 5.3 GPS测量的外业实施 接收机内存数据文件转录到外存介质上时，不得进 行任何剔除和删改，不得调用任何对数据实施重新加工 组合的操作指令。 2.测量手簿 测量手簿是在接收机启动前与作业过程中，由测量 员随时填写的。整个观测过程出现的重要问题及其处理 情况，亦应如实地填写在记事栏内。 观测记录和测量手簿都是GPS精密定位的依据，必 须按照规定妥善保管。 5.3 GPS测量的外业实施 观测者姓名 日 期 年 月 日 测 站 名 测 站 号 时段号 天 气状 况 测站近似坐标： 经度：E 纬度：N 高程： 本测站为 新点 等大地点 等水准点 记录时间：北京时间 UTC 区时 开录时间 结束时间 接收机号 天线号 天线高：（m） 测后校核值 1. 2. 3. 平均值 天线高量取方式略图 测站略图及障碍物情况 观测状况记录 1.电池电压 (快、条) 2.接收卫星号 3.信噪比（SNR） 4.故障情况 5.备注 工程GPS外业观测手簿 GPS外业观测手簿 5.3 GPS测量的外业实施 5.4 GPS测量的作业模式 一、常用的定位方法 1.静态定位 （1）作业方法 采用两 套接收设备，分别安置在 一条基线的两个端点，同 步观测4颗卫星1h左右，或 同步观测5颗卫星20min左 右。 （2）精度 基线的相对定 位精度可达5mm+1ppmD，D 为基线长度（km）。 6.4 GPS测量的作业模式 （3）适用范围 建立全球性或国家级大地控制 网、建立地壳运动监测网、建立长距离检校基 线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位。 （4）注意事项 所有观测过的基线应组成一系 列封闭图形，以利于外业检核，提高成果可靠 度。并且可以通过平差，有助于进一步提高定 位精度。 5.4 GPS测量的作业模式 图图 经典静态相对定位经典静态相对定位 2.快速静态定位 （1）作业方法 在测区 中部选择一个基准站，并安 置一套接收设备连续跟踪所 有可见卫星；另一台接收机 依次到各点流动设站，每点 观测12min。 （2）精度 流动站相对于 基准站的长度中误差为 5mm+1ppmD。 5.4 GPS测量的作业模式 （3）应用范围 控制网的建立及其加密、工 程测量、地籍 测量、大批相距百米左右的 点位定位。 （4）注意事项 在观测时段内应确保有5颗以 上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不 超过20km；流动站上的接收机在转移时， 不必保持对所测卫星连续跟踪，可关闭电源 以降低能耗。 5.4 GPS测量的作业模式 图 快速静态相对定位模式 基准站 观测基线 迁站路线 流动站 5.4 GPS测量的作业模式 3.准动态定位 （1）作业方法 在测区 选择一个基准站，安置接收 机连续跟踪所有可见卫星； 将另一台接收机先置于1号站 观测12min；在保持对所测 卫星连续跟踪而不失锁的情 况下，将流动接收机分别在2 、3、4各点观测数秒钟。 （2）精度 基线的中误差约为12cm。 5.4 GPS测量的作业模式 （3）应用范围 开阔地区的加密控制测量、工 程定位及碎部测量、剖面测量及路线测量等 。 （4）注意事项 应确保在观测时段上有5颗以 上卫星可供观测；流动点与基准点距离不超 过20km；观测过程中流动接收机不能失锁 ，否则应在失锁的流动点上延长观测时间 12min。 5.4 GPS测量的作业模式 4.往返式重复设站 （1）作业方法 建立一个 基准点安置接收机连续跟 踪所有可见卫星；流动接 收机依次到每点观测 12min；1h后逆序返测各 流动点12min。 （2）精度 相对于基准点 的基线中误差为 5mm+1ppmD。 图 往返式重复设站 5.4 GPS测量的作业模式 （3）应用范围 控制测量及控制网加密、取代 导线测量及三角测量、工程测量及地籍测量 等。 （4）注意事项 流动点与基准点相距不超过 20km；基准点上空开阔，能正常跟踪3颗 及以上的卫星。 5.4 GPS测量的作业模式 5.动态定位 （1）作业方法 建立一个基 准点安置接收机连续跟踪所有 可见卫星；流动接收机先在出 发点上静态观测12min；然 后流动接收机从出发点开始连 续运动；按指定的时间间隔自 动测定运动载体的实时位置。 （2）精度 相对于基准点的 瞬时点位精度可达12cm。 图 动态定位 5.4 GPS测量的作业模式 （3）应用范围 精密测定运动目标的轨迹、测 定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。 （4）注意事项 需同步观测5颗卫星，其中至 少4颗卫星要连续跟踪；流动点与基准点相 距不超过20km。 5.4 GPS测量的作业模式 在上述三种连接方案中，第1种工作量最小，但无重 复基线检核；第2种工作量最大，检核条件亦最多；第3种 比较灵活，工作量与检核条件比较适中。在选择测设方案 时，应从所具备的接收机数量和精度、工作量大小、卫星 运行状态、测区条件等方面进行权衡。通常GPS相对定位 精度较高，比较容易达到工程的期望精度，这时也就没有 必要以高额投入换取更高的精度。 5.4 GPS测量的作业模式 5.4.6实时动态测量作业模式与应用 1、实时动态（RTK）定位技术简介 RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另 一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基 准站和流动站同时接收同一时间相同GPS卫星发射 的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进 行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值 及时地通过无线电数据链电台传递给共视卫星的流 动站以精化其GPS观测值，得到经差分改正后流动 站较准确的实时位置。 5.4 GPS测量的作业模式 2、RTK作业模式与应用 （1）快速静态测量 （2）准动态测量 （3）动态测量 3、RTK系统的组成 下面以美国天宝导航有限公司生产的4600GPS双频接收 机为例，说明RTK的系统组成，天宝RTK系统由下列两部分 组成： 5.4 GPS测量的作业模式 5.4 GPS测量的作业模式 RTK定位测量外业准备的过程如下： 1.外业踏勘； 2.收集资料； 3.制定观测计划； 4.星历预报； 5.器材准备：经检定合格的GPS接收机（基准站+流动站 （含TSC1）一套，12V60A电源（含充电器），数据链 电台一套，手机或对讲机（每台GPS接收机上配一个）， 每台GPS接收机配观测记录手簿一本； 6. 运输工具：自备汽车或租车。 一、架设基准站 将基准站GPS接收机安置在开阔的地方，电台和天线架设好，连 上电缆后开机，先启动基准站，在TSC1控制器中进行： 按on/off键，打开TSC1控制器，则自动调用主菜单，选择Files(文 件)来建立新工程如下： 1.建立新工程：给工程起一个文件名，如当地的地名或工程名； 2.选择工程管理（Job management）并确认；若测量手簿中已有的 工程则显示其名称，若测量手簿中没有工程名，就选中New（F1）输 入工程名后确认； 3.在选择坐标系统窗口中选用手工键入参数（Key in parameter）； 4.在键入参数窗口中选设置投影参数（Projection）； 一、架设基准站 5.在输入椭球参数窗口中选： 投影方式: Transverce Mercator(横轴墨卡托投影) False northing（北偏）: 0.000m (北偏为0) False easting（东偏）: 500000.000m (东偏500km) origin lat(纬度): 00000.0000N central meridian: 1140000.0000E(当地中央子午线经度) scale（尺度比）：1.000000 semimajor axis: 6376245.000m(BJ54椭球长半轴) Flattening（扁率分母）：296.300000 若在某一测区，椭球参数只需输入一次即可，如再进入其它测 区，则需重新输入其它测区的椭球参数（主要是当地中央子午线的 经度）。 一、架设基准站 6.在键入参数窗口中再选输入转换参数，有三种情况： No transformation（没有转换参数）：若基准站没有 WGS64或BJ54坐标，则选此项。 Three parameter（三参数）：若基准站有BJ54坐标， 则选此项，此时将测区的参数输入即可，也可输入0。 Seven parameter（七参数）：一般不考虑。 到此，建立一个新工程项目的工作就完成了，需要说明 的是，建立新工程项目也可单独在内业进行。 二、启动基准站 在TSC1控制器中点击Survey（测量）图标，进入测量方式菜单。 在（Survey Styles）测量工作方式菜单中选Trimble RTK（实时动态）。 在（Survey）测量菜单中选Start base receiver（启动基准站）。 显示连接接收机后，输入基准站的点名，输入天线高，若控制器中有该 点的点名（也即隐含有该点的坐标）可直接按软键 Start （F1键）后，显示： Disconnect controller from receiver（控制器可以离开接收机） 若控制器中不存在该点或该点是未知点，则按 here （F3键）求得该点的 WGS64坐标（伪距），显示后，一直按回车键，直到高程变化趋于稳定为 止。再按软键 Start （F1键）。 当显示控制器可以离开接收机时，即启动了基准站，可以将基准站接收 机上的电缆插头拔下（可带电插拔）。但此时，控制器的显示器上并不显示 电台的标志，只有启动流动站后，电台的标志才在控制器上显出。 三、启动流动站 将TSC1控制器上的电缆插头插入流动站GPS接收机 的插口，在（Survey）测量菜单中选Start Survey（开始测 量）也称启动流动站。此时在TSC1控制器的窗口下部即 显示如下画面： 图6-6 TSC1控制器显示的有关图形 三、启动流动站 电池中的黑色部分是告之电量的多少；4600是告之与 TSC1控制器所连接的GPS接收机的型号；卫星图标中的5 是搜索到的卫星颗数，RTK测量时不能少于5颗；电台图 标中若两个小灯交替闪亮，则证明无线电数据链已连接； H和V分别代表水平和高程精度；PDOP代表空间位置精度 因子值，越小越好；当RTK=FIXED（固定解）时，初始 化完毕，可以开始测量（当RTK=float（浮点解）初始化 不成功，不能测量，必须再等待，直到RTK=FIXED时为 止）。 四、开始测量 可以分为几种形式： 测量点（Measure points）。 连续的碎部点的采集（Continuous topo）。 输入方位、距离、计算不可到达的点位（Offsets） 。 放样（Stakeout）。 测量结束后，在（Survey）测量菜单中选End Survey（结束测量）。 收工。 5.5.1 数据的预处理 1、数据处理软件及选择 GPS网的数据处理分基线解算和网平差两个阶段。各 阶段数据处理软件可采用随机软件或经正式鉴定的软件 ，如GAMIT/GLOBK、BERNESE、GIPSY、GFZ等软件 2、基线解算 预处理的主要目的是对原始数据进行编辑、加工与 整理，分流并产生各种专用信息文件，为进一步的平差 计算做准备。它的基本内容是： 5.5数据预处理及观测成果的质量检核 （1）数据传输 将GPS接收机记录的观测数据 传输到磁盘或其它介质上。 （2）数据分流 从原始记录中，通过解码将各 种数据分类整理，剔除无效观测值和冗余信 息，形成各种数据文件，如星历文件、观测 文件和测站信息文件等。 5.5数据预处理及观测成果的质量检核 （3）统一数据文件格式 将不同类型接收机的数据记录 格式、项目和采样间隔，统一为标准化的文件格式，以 便统一处理。 （4）卫星轨道的标准化 采用多项式拟合法，平滑GPS 卫星每小时发送的轨道参数，使观测时段的卫星轨道标 准化。 （5）探测周跳、修复载波相位观测值。 （6）对观测值进行必要改正 在GPS观测值中加入对流 层改正，单频接收机的观测值中加入电离层改正。 5.5数据预处理及观测成果的质量检核 根据上述预处理所获得的标准化数据文件，进行观 测数据的平差计算。其主要内容包括： （1）基线向量或多站网平差计算 对于两台接收机，要 对多个历元同步观测值进行独立基线向量（坐标差）的 平差计算。对于多台接收机所作的同步观测区，要同时 确定多条基线向量。由此所得到的平差结果为观测站之 间的基线向量及其方差与协方差。 （2）GPS网平差的计算 利用上述基线边的平差结果， 作为相关观测量进行网的整体平差。平差计算应在WGS 84坐标系统中进行，平差结果一般是网点的空间直角 坐标、大地坐标和高斯平面坐标以及相应的方差和协方 差。 （3）坐标系统的转换或与地面网的联合平差 上述GPS网 在WGS-84坐标系统中的平差结果，还需要化算到地方