现代测量技术系列讲座2GPS网的布设.ppt

第4讲 GPS网的布设,1. GPS测量,GPS网的布设 GPS测量,GPS测量定位的结果是什么？,绝对定位 绝对位置，即地固系下的绝对坐标 相对定位 基线向量，即进行同步观测的两点间的坐标差,GPS网的布设 GPS测量 GPS测量定位的结果是什么？,相对定位,绝对定位,GPS在测量中的应用,控制测量 定位模式 相对定位 静态定位 载波相位测量 事后处理 质量要求 高（厘米至毫米级）,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,国家高精度GPS网,GPS在测量中的应用,形变监测 定位模式 相对定位 静态测量 载波相位测量 事后、准实时或实时处理 质量要求 极高（毫米级）,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,GPS大坝变形监测系统,GPS在测量中的应用,工程放样 定位模式 相对定位 动态测量 载波相位测量 实时处理 质量要求 较高（分米至厘米级） 不同工程要求有所不同,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,GPS RTK,GPS在测量中的应用,GIS数据采集 定位模式 动态测量 伪距测量 实时或事后处理 质量要求 较低（米级至亚米级）,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,用于GIS数据采集的GPS接收机,踏勘、资源调查 定位模式 动态测量 伪距测量 实时处理 质量要求 低（数十米至米级）,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,资源调查,本讲座主要关注的内容,涉及范围 GPS在控制测量中的应用 内容 作业流程 进度估算 成本估算 作业方法 数据处理 质量控制,GPS网的布设 GPS测量 本讲座主要关注的内容,常用术语,观测时段（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） 多台接收机同时对同一组卫星进行观测。 基线向量（Baseline） 对同步观测所采集的数据进行处理，所获得的同步观测测站间的坐标差。 截止高度角（Cut-off Elevation） 接收机观测卫星的高度角限值，低于此限值的卫星不被观测。,GPS网的布设 GPS测量 常用术语,常用术语,采样间隔（Interval） 接收机连续两个观测历元间的时间间隔。 独立基线（Independent Baseline） 由相互函数独立的差分观测值所确定出的基线向量。当某一时段有m台接收机进行同步观测时，可得到m-1条独立基线。 同步观测环（Simultaneous Observation Loop） 由同一时段观测所得到的基线向量构成的闭合环。 独立观测环（Independent Observation Loop） 由相互独立的基线所构成的闭合环，也称为异步环。 重复基线（复测基线） 具有两个时段以上同步观测结果的基线向量。,GPS网的布设 GPS测量 常用术语,2. GPS网及其类型,GPS网的布设 GPS网及其类型,GPS网,什么是GPS网 GPS网是由GPS基线向量所形成的一种网络。 布设GPS网的目的 易于引入外部基准 基线向量无法提供位置基准，必须从外部引入 构成网络，易于基准的传递 提高测量成果的质量 提供检核条件（闭合环、重复基线）,GPS网的布设 GPS网及其类型 GPS网,GPS网与常规网,GPS网的优势 不需要通视 运行与天气无关 测站的选择与网络无关，因而测站可以设置在任何需要的地方 不间断的运行 测量高效、迅速 容易达到测量精度要求 可同时获得三维坐标,GPS网的布设 GPS网及其类型 GPS网与常规网,GPS网与常规网,GPS网的劣势 高效率对测量计划和调度有更高的要求 不能容忍空中的障碍物，因此不能用于地下、植物下或建筑物下 GPS通常只能满足特定的测量需求 无法为后续的非GPS测量提供方位控制 GPS的精度通常高于周围现有的控制 GPS设备的投资成本高 需要新技能,GPS网的布设 GPS网及其类型 GPS网与常规网,GPS网的分类,分类方法 根据用途划分 GPS网的分类 框架基准网 大地控制网 工程控制网 测图控制网 另类 连续运行的参考站网（CORS）,GPS网的布设 GPS网及其类型 GPS网与常规网,框架基准网,覆盖范围 全球、大陆或次大陆 基准 地心基准 用途 建立、维持位置参考框架 进行大范围的地壳运动监测,GPS网的布设 GPS网及其类型 框架基准网,框架基准网,特点 精度、可靠性要求高 反复或连续观测 例 IGS全球跟踪站网 中国地壳运动监测站网络 中国A级网,IGS全球跟踪站网,GPS网的布设 GPS网及其类型 框架基准网,大地控制网,覆盖范围 国家、地区 基准 参心系 用途 大地控制 区域大地水准面精化,GPS网的布设 GPS网及其类型 大地控制网,大地控制网,特点 精度、可靠性要求较高 复测周期长 例 中国国家高精度GPS网 各省市地方的控制网,中国国家高精度GPS网,GPS网的布设 GPS网及其类型 大地控制网,工程控制网,覆盖范围 工程施工区域 用途 工程放样、施工 变形监测 GPS高程 基准 独立基准,GPS网的布设 GPS网及其类型 工程控制网,工程控制网,特点 精度、可靠性要求随工程要求差别较大 变形监测网需多次复测 例 各类工程控制网、滑坡监测网,GPS网的布设 GPS网及其类型 大地控制网,测图控制网,覆盖范围 测图区域 用途 图根控制、航测像控点 基准 参心基准或独立基准 特点 精度、可靠性要求低 例 各类图根控制网、像控点网,GPS网的布设 GPS网及其类型 测图控制网,连续运行的参考站网（CORS）,覆盖范围 国家、地区 用途 多用途 基准 多基准 特点 连续运行 例 深圳连续运行卫星定位服务系统,深圳连续运行卫星定位服务系统,GPS网的布设 GPS网及其类型 连续运行的参考站网（CORS）,3. 建立GPS控制网的工作流程,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程,建立GPS网的三个阶段,控制网方案设计 项目立项 方案设计 施工设计 测绘资料收集整理 仪器检验、检定 踏勘、选点、埋石,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 建立GPS网的三个阶段,建立GPS网的三个阶段,控制网施测 作业队进驻 卫星状态预报 观测计划制定 作业调度及外业观测 数据传输、转储、备份,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 建立GPS网的三个阶段,建立GPS网的三个阶段,数据处理 观测资料整理 基线解算（数据处理、分析）及质量控制 网平差（数据处理、分析）及质量控制 整理成果、技术总结,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 建立GPS网的三个阶段,项目立项,项目立项 项目用途、精度（等级）要求 点位分布、数量要求 提交成果的要求 时限要求 投入经费,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 项目立项,测绘资料收集整理,目标 控制点成果 水准资料 测区地形图 内容 控制点坐标、点之记 水准点坐标、点之记 测区地形图（1:5万 1:10万）,GPS点之记,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 测绘资料收集整理,仪器检验、检定,独立的权威仪器检定部门 目标 仪器检定证书 合格的仪器设备 内容 GPS接收机的检定 气象仪器的检定 其它设备的检验,检定证书,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 仪器检验、检定,踏勘、选点、埋石,实施方 乙方 目标 设置测量标志 内容 测区实地踏勘、了解测区状况 选点 埋设测量标志 食宿、交通安排,各类埋石标准,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 踏勘、选点、埋石,外业观测,目标 采集观测数据 内容 安置观测仪器设备 读（量）取非GPS观测数据（包括天线高、气象数据等） 保证仪器正常工作 按时迁站,GPS外业观测,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 外业观测,数据传输、转储、备份,目标 获取、保存接收机记录的观测数据 内容 接收外业作业组上缴的观测记录 下载GPS接收机的原始观测数据并备份 进行必要的格式转换,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 数据传输、转储、备份,基线处理与质量控制,内业数据处理 目标 获取合格的基线向量 内容 基线处理（解算） 基线质量评估 基线质量改善,数据处理,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 基线处理与质量控制,结果分析（网平差与质量控制）,内业数据处理 目标 获得最终数据处理结果（坐标、高程） 内容 GPS基线向量网的平差、坐标系的转换 高程拟合 网平差结果质量评估与改善,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 结果分析（网平差与质量控制）,整理成果、技术总结,目标 按要求需要提交的成果、报告 内容 选点图、点之记 原始记录、观测数据 基线处理结果及质量检核结果 网平差处理成果及质量检核结果 其它结果 技术总结报告,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 整理成果、技术总结,项目验收,对测量成果进行验收 内容 对项目进行的各个环节及提交的成果、报告进行检查验收 编写验收报告,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 项目验收,4. GPS网的设计,GPS网的布设 GPS网的设计,GPS网布设的内容,GPS网的设计 GPS网的施工（观测作业） GPS网的数据处理,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网布设的内容,GPS网设计的目的,质量的要求 保证成果质量 便于质量控制 应用的要求 利于成果的应用 观测的要求 保证观测质量 保证观测效率 便于观测施工,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网设计的目的,GPS网的设计目标,质量 精度 观测值间相互符合的程度 观测值与已知值间符合的程度 可靠性 发现粗差的能力 抵御粗差的能力 效率 费用,网设计的优劣,质量,效率,费用,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的设计目标,GPS网设计的内容,基准设计 起算条件、数量及分布 网形设计 同步观测图形的设置 观测设计 仪器要求 观测要求 观测时间及时段长度、观测参数设置等 作业调度 处理设计 数据处理方法,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网设计的内容,不同类型网的设计目的要求,框架基准网 精度(绝对)、可靠性要求高 效率、费用要求很低 大地控制网 精度(绝对)、可靠性、效率、费用要求较为均衡 工程控制网 精度(相对)、可靠性、效率、费用、分布均有要求 由于子类型多，要求各有不同 测图控制网 精度、可靠性要求低 效率、费用、分布要求较高,GPS网的布设 GPS网的设计 不同类型网的设计目的要求,GPS网设计的特点,设计内容多（基准、网形、观测和处理设计） 设计目的多（效率、费用、精度、可靠性和具体应用要求） 设计内容间相互关联 设计目的间相互关联 效率与费用正相关 精度与可靠性正相关 效率、费用与精度、可靠性负相关 设计内容与目的间相互关联 每一设计内容都与多项设计内容相关联 不同类型的网设计重点有所不同,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网设计的特点,GPS网设计的方法,依据设计指标（定量） 较少采用 依据设计准则（定性） 经常采用 实际上属于经验法,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网设计的方法,影响GPS网质量的因素,GPS基线向量的精度 与原始GPS观测值的精度有关 与基线解算方法有关 观测值（ 含GPS基线向量、常规观测量等）的数量、类型及分布 基准的选择（已知点及约束条件的选择） 网平差处理方法的完善性 粗差处理能力 模型的完善性,GPS网的布设 GPS网的设计 影响GPS网质量的因素,我国规范衡量GPS网精度的指标,GPS网的精度衡量指标 相邻点基线长度精度,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范衡量GPS网精度的指标,我国规范对精度的要求,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范对精度的要求,我国规范对精度的要求,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）（续）,精度分级,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范对精度的要求,我国规范对精度的要求,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）（续）,点位精度和基线长度年变化率精度规定,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范对精度的要求,精度设计准则,设计内容对精度的影响 基准设计的影响 基准对精度有直接影响 网形设计 基线的数量及质量对网的整体精度有直接影响 基线的分布对网的局部精度有直接影响 观测设计 观测方法直接影响基线的质量 处理设计 处理方法直接影响处理结果的精度,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,精度设计准则,提高精度的设计方法 基准设计 适当数量和均匀分布的已知点 当已知点质量较高时，数量越多越好 当已知点质量较差时，数量要适当 在使用已知点时，需对已知点的质量进行检验 引入已知边长 为工程网提供准确的长度基准 确保工程网成果投影到所需的高程面上 引入已知方位 为城市网或工程网提供方位基准,已知点的选择： IGS全球站 国家大地控制点 地方控制点 其它类型的控制点,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,精度设计准则,提高精度的设计方法（续） 网形设计 网规模较大时，采用高一等级要求建立框架网 对同一网，基线越多，精度越高，对重复设站数、复测边数量的最低要求以及最简异步环的最大边数的要求，都是为了这一目的 相邻点距离较近时，要保证进行同步观测（短边必测）,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,精度设计准则,提高精度的设计方法（续） 观测设计 选择合适的测站 选择合适观测时段和时段长度 采用高性能的接收机、抗多路径效果好的天线 采用合适的观测参数 截止高度角：该值越小，可观测卫星越多，但低高度角卫星的观测值数量较差 历元间隔：历元间隔越小，越有利于周跳的探测修复 注意天线定向和天线高的量测 不同时段间，若仪器未搬站，需要重新架设 采集气象数据,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,精度设计准则,提高精度的设计方法（续） 处理设计 基线 选择合适的软件 商用软件、高精度定位软件（GAMIT等） 采用合适的观测值 L1、Iono-free等 采用适当的解 固定解、浮动解 处理方法 估算对流层参数、轨道松弛 采用精密星历 质量控制 网 选择合适的软件 商用软件、高精度软件（GLOBK等） 网平差方案 粗差应对方法 质量控制,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,可靠性设计准则,设计内容对可靠性的影响 基准设计的影响 基准对可靠性有直接影响 网形设计 基线的数量及质量对网的整体可靠性有直接影响 基线的分布对网的局部可靠性有直接影响 观测设计 观测方案直接影响网的可靠性 处理设计 处理方法直接影响处理结果的可靠性,GPS网的布设 GPS网的设计 可靠性设计准则,可靠性设计准则,提高可靠性的设计方法 基准设计 数量多及均匀分布的已知点 引入已知边长 网形设计 同提高精度的设计方法 某一特定点的可靠性与该点所连接的基线成正比（重复设站次数越多，连接基线越多，点的可靠性越高）例：上图中如果所有基线均只观测了一个时段，则所有点的可靠性相同。,GPS网的布设 GPS网的设计 可靠性设计准则,可靠性设计准则,提高可靠性的设计方法 观测设计 同提高精度的设计方法 处理设计 同提高精度的设计方法,GPS网的布设 GPS网的设计 可靠性设计准则,我国规范中涉及可靠性的内容,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范中涉及可靠性的内容,我国规范对可靠性的要求,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范中涉及可靠性的内容,GPS网的布网方案,跟踪站式 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）。数据处理通常采用精密星历。 优点 精度极高，具有框架基准特性。 缺点 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跟踪站或永久性的监测网。,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,GPS网的布网方案,会战式 形式 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。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。 优点 可以较好地消除SA等因素的影响，因而具有特高的尺度精度。 适用范围 A、B级网。,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,GPS网的布网方案,多基准站式 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。 优点 各基准站间基线向量精度高，可以作为整个GPS网的骨架。 其余同步观测图形与各个基准站之间也存在有同步观测基线，图形结构强。 适用范围 C，D级网。,多基准站式的布网形式,基准站,基准站,基准站,同步图形,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,GPS网的布网方案,同步图形扩展式 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。 优点 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。,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,GPS网的布网方案,单基准站（星形网）式 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。 优点 效率高。 缺点 图形强度弱，可靠性低。 适用范围 D，E级网。,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,调度方案,点连式 形式 相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。 优点 作业效率高，图形扩展迅速。 缺点 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。,点连式,GPS网的布设 GPS网的设计 调度方案,调度方案,边连式 形式