《测绘工程GPS》PPT课件.ppt

GPS静态测量 北京合众思壮上海分公司 主要内容 一.GPS控制测量概述 二.布设GPS控制网步骤 三.技术设计 四.仪器选用与检测 五.外业施测 六.数据处理与成果整理 一 GPS控制测量概述 一、GPS测量的特点 二、GPS测量所涉及的主要问题 三、GPS数据处理所涉及的主要问题 一、GPS测量的特点 测量精度高 选点灵活、不需要造标、费用低 全天侯作业 观测时间短 观测、处理自动化 可获得三维坐标 二、GPS测量所涉及的主要问题 测量计划需要考虑的问题 出测前硬件和软件的准备 外业操作的具体要求 采集的外业数据的确认和检核 室内计算 三、GPS数据处理所涉及的主要问题 采用什么样的软件进行求解 计算出来的结果是什么 结果的精度、可靠性如何 如何提高基线向量解的精度 在WGS-84坐标系下进行无约束网平差 约束平差 质量控制 二布设GPS控制网步骤 一、测前工作 二、测量实施 三、测后工作 一、测前工作 项目规划 测区位置及其范围 用途和精度等级 点位分布及点的数量 提交成果的内容 时限要求 投资经费 v技术设计 v测绘资料的搜集与整理 v仪器的检验 v踏勘、选点埋石 二、测量实施 实地了解测区情况 卫星状况预报 确定作业方案 外业观测 数据传输与转储 基线处理与质量评估 重复“确定作业方案”、“外业观测”、“数据传输转 储”及“基线处理与质量评估”四步，直至完成所有 GPS观测工作 三、测后工作 结果分析（网平差处理与质量评估） 技术总结 成果验收 三 技术设计 1技术设计的作用 2技术设计的内容 3GPS网精度与密度控制 4布网形式 5同步图形推进方式 6GPS布网作业准则 1 技术设计及其作用 在布设GPS网时，技术设计是非常重要的。 精心的计划可以最大限度地确保测量能用 合理的时间和预算达到所需的精度。 技术设计提供了布设GPS网的技术准则，是 作业、数据处理的技术依据。 GPS测量的技术设计是进行GPS定位测量的最 基本性工作，它是依据国家有关规范（规程 ）及GPS网的用途、用户的要求等对测量工 作的网形、精度及基准等的具体设计。 技术设计时必须考虑下列因素： 网的定义： 大小形状、点的数量、通视的要求 现有的（已知）点的间隔 对水平和垂直测量精度要求和标准 2 技术设计的内容 项目来源 测区概况 工程概况 技术依据 现有测绘成果 施测方案 作业要求 观测质量控制 数据处理方案 提交成果要求 一个完整的技术设计，主要应包含如下内容： 1.项目来源 介绍项目的来源、性质。即项目由何单位、部门下达、发包，属于何种性质的项目等。 2.测区概况 介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、交通条件、通讯条件等。这可为今后工程施测工作的 开展提供必要的信息。如在施测时作业时间、交通工具的安排，电力设备使用，通讯设备的使用等。 3.工程概况 介绍工程的目的、作用、要求、GPS网等级（精度）、完成时间、有无特殊要求等在进行技术设计、实际 作业和数据处理中所必须要了解的信息。 4.技术依据 介绍工程所依据的测量规范、工程规范、行业标准及相关的技术要求等。 5.现有测绘成果 介绍测区内及与测区相关地区的现有测绘成果的情况。如已知点、测区地形图等。 6.施测方案 介绍测量采用的仪器设备的种类、采取的布网方法、工作的推进等。 7.作业要求 规定选点埋石要求、外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、截止高 度角等）、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。 8.观测质量控制 介绍外业观测的质量要求，包括质量控制方法及各项限差要求等。如数据删除率、RMS值、RATIO值、同 步环闭合差、异步环闭合差、相邻点相对中误差、点位中误差等。 9.数据处理方案 详细的数据处理方案，包括基线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法等内容。对于基线解算的数据 处理方案，应包含如下内容：基线解算软件、参与解算的观测值、解算时所使用的卫星星历类型等。对于网平差的 数据处理方案，应包含如下内容：网平差处理软件、网平差类型、网平差时的坐标系、基准及投影、起算数据的选 取等。 10.提交成果要求 规定提交成果的类型及形式；若国家技术质量监督总局或行业发布新的技术设计规定，应据之编写。 3 GPS网精度与密度控制 ：网中相邻点间的距离中误差(mm)； a： 固定误差(mm)； b： 比例误差； D：相邻点间的距离(km)。 测量分类固定误差(mm)比例误差(ppm)相邻点距离(km) AA30.011002000 A50.11002000 B8115250 C105540 D1010215 E1020110 GPS网精度等级 3 GPS网精度与密度控制 在城市或工程GPS控制网布设中，有可分二、三、四等和一、二级。具 体见下表： 等级 相邻点距离(km)固定误差(mm)比例误差(ppm) 最弱边相对 中误差 二等91021/12万 三等51051/8万 四等210101/4.5万 一级110101/2万 二级115201/1万 GPS点密度指标 各级GPS点的密度是通过对相邻点的平均距离进行规定的 。也可以根据不通的对象和用途对点的分布作具体的规定。（ 相关数据参照国标） 4布网形式 一、跟踪站式 二、会战式 三、多基准站式 四、同步图形扩展式 五、单基准站式 1. 跟踪站式的布网 形式： 若干台接收机长期固定安放在测站上，进 行常年、不间断的观测，即一年观测365天 ，一天观测24小时，这种观测方式的很象 是跟踪站，因此，这种布网形式被称为跟 踪站式（实际上就是跟踪站）。 1. 跟踪站式的布网 特点： 不间断的连续观测，观测时间长、数据量大，数据 处理通常采用精密星历。 精度极高，具有框架基准特性。 需建立专门的永久性建筑即跟踪站，观测成本很高 。 适用范围：一般用于建立GPS跟踪站（AA级网 ），永久性的的监测网（ 如用于监测地壳形变 、大气物理参数等的永久性监测网络）。 2. 会战式的布网 形式： 在布设GPS网时，一次组织多台GPS接收机 ，集中在一段不太长的时间内，共同作业。 在作业时，观测分阶段进行，在同一阶段中 ，所有的接收机，在若干天的时间里分别各 自在同一批点上进行多天、长时段的同步观 测，在完成一批点的测量后，所有接收机又 都迁移到另外一批点上采用相同方式，进行 另一阶段的观测，直至所有点观测完毕。 2. 会战式的布网 特点： 各基线均进行过较长时间、多时段的观测 ，所以可以较好地消除各种误差的影响， 因而具有特高的尺度精度。 适用范围： 用于布设A、B级网。 3.多基准站式的布网 形式：若干台接收机 在一段时间里长期固 定在某几个点上进行 长时间的观测，这些 测站称为基准站，在 基准站进行观测的同 时，另外一些接收机 则在这些基准站周围 相互之间进行同步观 测。 3.多基准站式的布网 特点：各个基准站之间进行了长时间的观 测，因此，可以获得较高精度的定位结果 ，这些高精度的基线向量可以作为整个 GPS网的骨架。另外一方面，其余的进行 了同步观测的接收机间除了自身间有基线 向量相连外，它们与各个基准站之间也存 在有同步观测，因此，也有同步观测基线 相连，这样可以获得更强的图形结构。 适用范围：C，D级网。 4.同步图形扩展式的布网 形式：多台接收机在不同测站上进行同步 观测，在完成一个时段的同步观测后，又 迁移到其它的测站上进行同步观测，每次 同步观测都可以形成一个同步图形，在测 量过程中，不同的同步图形间一般有若干 个公共点相连，整个GPS网由这些同步图 形构成。 4.同步图形扩展式的布网 特点： 扩展速度快，图形强度较高，且作业方法 简单。 适用范围： C，D级网。 5.单基准站（星形网）式的布网 形式：以一台接收机作为基准站，在某个 测站上连续开机观测，其余的接收机在此 基准站观测期间，在其周围流动，每到一 点就进行观测，流动的接收机之间一般不 要求同步，这样，流动的接收机每观测一 个时段，就与基准站间测得一条同步观测 基线，所有这样测得的同步基线就形成了 一个以基准站为中心得星形。 5.单基准站（星形网）式的布网 特点： 效率高。 图形强度弱。 适用范围： D，E级网。 5同步图形的推进方式 一、点连式 二、边连式 三、网连式 四、混连式 1. 点连式 观测作业方式： 相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。这样 ，当有m台仪器共同作业时，每观测一个时段， 就可以测得m-1个新点，当这些仪器观测观测了s 个时段后，就可以测得1+s(m-1)个点。 特点： 作业效率高，图形扩展迅速。 图形强度低，如果连接点发生问题，将影响到后面的 同步图形。 2. 边连式 观测作业方式： 相邻的同步图形间有一条边（即两个公共 点）相连。这样，当有m台仪器共同同作业 时，每观测一个时段，就可以测得m-2个新 点，当这些仪器观测观测了s个时段后，就 可以测得2+s(m-2)个点。 特点： 作业效率较高，图形强度较强。 3. 网连式 观测作业方式： 相邻的同步图形间有3个（含3个）以上的公 共点相连。这样，当有m台仪器共同作业时 ，每观测一个时段，就可以测得m-k个新点， 当这些仪器观测了个时段后，就可以测得 k+s(m-k)个点。 特点： 图形强度最强。 作业效率低。 4. 混连式 观测作业方式： 在实际的GPS作业中，一般并不是单独采用上面 所介绍的某一种观测作业模式，而是根据具体情 况，有选择地灵活采用这几种方式作业，这样一 种种观测作业方式就是所谓的混连式。 特点： 混连式观测作业方式是我们实际作业中最常用的 作业方式，它实际上是点连式、边连式和网连式 的一个结合体。 1 2 3 4 6 GPS网布网作业准则 1. 选点的原则 2. 提高GPS网可靠性的方法 3. 提高GPS网精度的方法 4.布设GPS网时起算点的选取与分布 5.布设GPS网时起算边长和起算方位的选取 与分布 1. 选点的原则 为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号 的质量，要求测站上空应尽可能的开阔， 在1015高度角以上不能有成片的障碍物 。 为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰 ，在测站周围约200m的范围内不能有强电 磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、 高压输电线等。 1. 选点的原则 为避免或减少多路径效应的发生，测站应 远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物 ，如高层建筑、成片水域等。 为便于观测作业和今后的应用，测站应选 在交通便利，上点方便的地方。 测站应选择在易于保存的地方。 2. 提高GPS网可靠性的方法 增加观测期数（增加独立基线数）。 保证一定的重复设站次数。 保证每点与三条以上的独立基线相连。 最小异步环边数不大于6。 3. 提高GPS网精度的方法 网中距离较近的点一定要进行同步观测，以 获得它们间的直接观测基线。 建立框架网。 最小异步环边数不大于6 。 适当引入高精度测距边。 若要进行高程拟合，水准点密度要高，分布 要均匀，且要将拟合区域包围起来。 适当延长观测时间，增加观测时段。 4.布设GPS网时起算点的选取与分布 选取适当数量的已知点。 已知点分布均匀。 5.布设GPS网时起算边长和 起算方位的选取与分布 在布设GPS网时，可以采用高精度激光测距 边作为起算边长，数量可在3-5条左右，它 们可设置在GPS网中的任意位置。但激光测 距边两端点的高差不应过分悬殊。 在布设GPS网时，可以引入起算方位，数量 不宜太多，起算方位可设置在GPS网中的任 意位置。 四 仪器的选用与检测 仪器选用 接收机是完成测量任务的关键设备，其性能、型号、精度、数量与测 量的精度有关，接收机的选用可参考： 四 仪器的选用与检测 仪器检验 观测中所选用的接收机，必须对其性能与可靠性进行检验，合格后方可 参加作业。对新购和经修理后的接收机，应按规定进行全面的检验。接收机 全面检验的内容，包括一般性检视、通电检验和实测检验。 1、一般性检验 主要检查接收机设备各部件及其附件是否齐全、完好，紧固部分是否松 动与脱落，使用手册及资料是否齐全等。另外，天线底座的圆水准器和光学 对中器，应在测试前进行检验和校正。 2、通电检验 接收机通电后有关信号灯、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，当自测正常后，按操作步骤检验仪器的工作情况。 3、实测检验 测试检验是GPS接收机检验的主要内容。其检验方法有：用标准基线检 验；已知坐标、边长检验；零基线检验；相位中心偏移量检验等。 五 外业施测 1.选点与埋石 2.调动方案 3.观测 1 选点与埋石 1、图上设计 其目标是在应用满足要求、点位易于保存和交通便利等前提下确定点位 的数量和分布，确定联测的高等级控制点。 2、选点 选点工作通常应遵守的原则是： （1）点位应选易于安置接收设备、视野开阔的位置。视场周围15以上不应有障碍物，以避免GPS 信号被吸收或遮挡。 （2）点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不小于200米，远离高压输 电线，其距离不得小于50米，以避免电磁场对GPS信号的干扰。 （3）点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收的物体，以减弱多路径效应的影响。 （4）点位应选交通方便，有利于其他观测手段扩展与联测的地方。 （5）点位应选在地面基础稳定，易于点保存的地点。 （6）网形应有利于同步观测及边、点联结。 （7）当所选点位需要进行水准联测时，选点人员应实地踏勘水准路线，提出有关建议。 （8）点位选定后(包括方位点)，均应按规定绘制点位注记，其主要内容应包括点位及点位略图，点 位的交通情况以及选点情况等。 3、埋石 GPS网点一般应埋设具有中心标志的标石，以精确标志点位。点的标石 和标志必须稳定、坚固以利长久保存和利用。在基岩露头地区，也可直接在 基岩上嵌入金属标志。 国标中对标石的类型和适用级别作了具体规定。各类标石均设有中心标 志，以精确定位。 每个点位标石埋设结束后，应该做好相应的点位记录。在埋石工作完成 后要提供GPS网选点网图、点之记、土地占用批准文件和点位标准托管书和 选点与埋石技术总结。 1 选点与埋石 2