GPS定位测量的设计与实施

GPS 定位导航定位导航 试验报告试验报告 试验名称 试验名称 关于 GPS 测量的设计与实施的探讨 专业班级 专业班级 2008 级地理信息系统 学学 号 号 200820207107 姓姓 名 名 苗小利 2011 年 11 月 关于关于 GPS 测量的设计与实施的探讨测量的设计与实施的探讨 与常规测量相类似 GPS 测量在实际的测量工作中 也可以划分为三个阶段 方案设 计 外业实施及内业数据处理 本文主要介绍 GPS 测量的技术设计及外业实施各阶段的 工作 因为当前 GPS 测 量中普遍采用的精密定位方法 是以载波相位观测量为依据的相 对定位法 所以在本文探讨中主要讨论局域性城市与工程 GPS 控制网的相对测量的工作 方法与程序 一 一 GPS 测量的技术设计测量的技术设计 进行 GPS 定位的最基本的工作就是进行 GPS 测 量的技术设计 其主要是对测量工 作的网形 精度及基准等的具体设计 主要是根据国家有关规范及 GPS 网的用途 用户 的要求等 进行的设计过程 一 测量任务书 一 测量任务书 测量合同或者测 量任务书是合同甲方 或者测量施工单位上级主管部门下达的技术要 求文件 这种技术文件通常是带有指令性的 也就是说它对测量任务的范围 目的 精度 和密度要求等做出了明确的要求 而且对提交成果资料的完成任务的经济指标和项目和时 间 等也有了详细的要 求 通常来说在进 行 GPS 方案的设计时 首先要根据测量任务书 提出的经济指标 GPS 网的 精度和密度 然后再结合规范 的相关规定 同时进行现场踏 勘 最后确定确定各点间的连接方法 时段长短 各点设站观测的次数等布网观测方案 二 二 GPS 网的精度和密度设计网的精度和密度设计 GPS 网的精度 一般来说 网的用途决定了 GPS 测量精度标准和分类的设计 按照 当前的情况看 如果是用于壳形变地 全球性地球动力学 国家基本大地 测量的 GPS 网 就需要参 照 规 范 中 AA A B 级的精 度分级 如 果只是 应用于 城市或 工程 的 GPS 控制网 那就需要根据相邻点的平均距离和精度参照 规程 中的二 三 四等 和一 二 级 当然 在实际的测量工 作中 精度标准 的确定需要考虑各 个方面的影响 因素 比如说需要根据用户的实际需要 需要考虑测量单位的人力 物力 财力情况 当 然 在实践操作中 测量人员还会考虑参照本部门已有的生产规程和作业经 验进行适当的 掌握 和调整 在具体布 设中 以越级布设 可以分级布设 也可布设同级全面网 GPS 点的密度标准 通常来说 GPS 点的分布要求是 根据不同的任务要求和服务对 象而变化的 国家特级 AA A 级 基准点以及大陆地球动力学研究监测所布设的 GPS 点 的布设 时平均距离可能会有数百公里 因为其主要是为相关部门提供国家级精密定轨 基 准 高精度形变信息和星历计划的 但是普通的城市和工程测量布设点的密度 一般是为 了满足测图加密和工程测量的需要 所以其平均边长只需要在几公里以内 因此 现行的 规范 对 GPS 网 中两相邻点间距离视其需要作出了相关的的规 定 而现行 规程 则对各等级 GPS 网相邻点的平均距离作了相应的规定 三 三 GPS 网的基准设计网的基准设计 GPS 测量属于 WGS 84 坐标系的三维坐标差 其获得的是 GPS 基线向量 但是我 们在实际的测量中 所需要的 通常是地方独立坐标系或者国家坐标系的坐标 因此 在进 行 GPS 网的技术设计 过程中 首先一定要明确 GPS 成果所采用的坐标系统和起算 数 据 也就是必须要明确 GPS 网所采用的基准 也就是要进行 GPS 网的基准设计 GPS 网的基准 主要有三个部分 即位置基 准 方 位基准和尺度基准 通常以给定 的起算方位角值确定方位基准 当然也可 以根 据测量 的需 要利 用 GPS 基 线向量的 方 位作 为方 位基准 一般由地面的电磁波测距边确定尺度基准 当然也可通过两个以上 的起算点间的距离确定 此外还可以由 GPS 基线向量的距离确定 GPS 网的位置基准 通常都是根据给定的起算点坐标来进行确定的 那也就是说 从本质上看 GPS 网的基准 设计 主要是指确定网的位置基准问题 在具体的基准设计时 应充分考虑以下几个问题 1 为了更好的确定 GPS 点在地面坐标系的坐标 就必须要在地面坐标系中选定若干 个起算数据和联测原有地方控制点 以便能够进行坐标转换 在选择联测点时需要考虑两 个方面的问题 一方面是充 分利用旧资料 另一方面是 保证新建的高精度 GPS 网不受 旧资 料精度较 低的影响 所以 一 般情况下大 中 城市 GPS 控制 网必须 要和 附 近 的国家 控制 点联 测 3 个以上 如果是小城市或工程控制 那可以控制在 2 3 个联 测点 2 对 GPS 网内重合的高等级国家点或者原城市等级控制网点 一方面要进行未知点 联结图形观测 另一方面要适当地构成长边图形 这样才能有效的保证 GPS 网进行约束 平差后坐标精度的均匀性 也才能最大限度的减少尺度比误差的影响 3 因为在经过 GPS 网经平 差计算 后 能够求 出 GPS 点在地面参照 坐标系中的大 地高 所以为了进一步求得 GPS 点的正常高 结合具体 情况联测高程点 在这过程 中 需要联测的高程点都均 匀分布在网中 如果是丘陵 或山区联测高程点 则应该按照高程 拟合曲面的要求进行布设 具体联测一般都是需要采用不低于四等水准或与其精度相等的 方法进行 经过精度分析后的 GPS 点高程能够供测图或其他方面使用 4 新建 GPS 网的坐标系 一定要尽可能的与测区过去采用的坐标系统一致 假如采 用的是地方独立或工程坐标系 那还需要了解更多的参数 1 坐标系的中央子午线经度 2 所采用的参考椭球 3 坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值 4 纵 横坐标加 常数 5 起算点的坐标值 二 二 GPS 测量的外业实施测量的外业实施 一 选点 一 选点 一般来说 选点工作比常规 控制测量的选点要简 便 因为 GPS 测量观测站之间不 一定要求相互通视 同时网的图 形结构也比较灵活 但是我们必须要考虑的一点是点位的选择 是保证观测工作的顺利进行和保证测量结 果的可靠性的重要因素 因此在选点工作开始前 一方面需要尽可能的收集和了解有关测 区的地理情况 一方面要了解原有测量控制点分布 标石完好状况 标型 标架等 然后 合理的决定其适宜的点位 这就要求测量人员在选点工作时 需 要遵守这些 原则 1 点 位一定要 设在便于 安装接收设备和视野开阔的较高点上 2 保证点位目标的显著 视野 周围 15 以上 不能有障碍物 这样才能最大限度的减小 GPS 信号被遮挡或被障碍物吸 收 3 点位必须要远离大功率无线电发射源 其距离至少是 200m 如果是远离高压输电 线和微波无线电信号传送通道 其距离则控制在 50m 以上 这样才可以有效的避免电磁 场对 GPS 信号的干扰 4 避免点位附近有大面积水域或者有强烈干扰卫星信号接收的物 体 这样才能更好的减弱多路径效应的影响 5 点位的选择应该考虑交通的便利程度 这 样才能利于其他观测手段扩展与联 测的地方 6 选点人员应按技术设计进行踏勘 在实地 按要求选定点位 二 天线安置 二 天线安置 1 如果是在正常点位 那就应该保证天线架设在三脚架上 而且要求安置在标志中心 的上方直接对中 此外还要保证天线基座上的圆水准气泡的 整平 如 果是在特殊点位 当天线需要安置在回光台上或者三角点觇标的观测台时 为了尽可能的防止对 GPS 信号 的遮挡 需要先把觇标顶部拆除 此时测量人员就可以把标志中心反投影到回光台或者观 测台上 以此当成安置天线的主要依据 而如果遇到觇标顶部无法拆除的情况 如果还把 接收天线安置在标架内观测 那就极有可能会造成卫星信号中断 进而严重的影响 GPS 测量精度 在这种情况 下 可以 考虑 选择 偏心 观测 当 然要 注意 把偏 心点 选在 离三 角点 100m 以内的地方 归心元素应以解析法精密测定 2 应该要保证天线的定向标志线指向正北 同时需要考虑当地 磁偏角的影响 这样 才能很好的减弱相 位中心偏差的影响 依定位精度不同天 线定向误差也不尽相 同 一 般不应超过 3 三 开机观测 三 开机观测 为了能够捕获 GPS 卫星信号 同时对其进行跟踪 处理和量测 获得所需要的定位信息 和观测数据 就需要进行观测作业 在完成天线的安置后 可以在离开天线适当位置的地 面上安放 GPS 接收