GPS控制网设计实用教案

1、1 目录 第一节 GPS测量中的几个(j )基本概念 第二节 GPS技术设计的依据 第三节 GPS网的精度和密度设计 第四节 GPS网的基准设计 第五节 GPS网的图形设计第六节 GPS测量(cling)的外业工作第1页/共81页第一页，共82页。2内容(nirng)概要 观测时段和时段长度 同步(tngb)观测、基线向量和GPS基线向量网 同步(tngb)观测基线 闭合环和环的闭合差 同步(tngb)观测环（同步(tngb)环）和同步(tngb)环检验 独立基线向量 独立观测环（异步环）和独立观测环检验第2页/共81页第二页，共82页。3观测(gunc)时段和时段长度 观测时段 从测站(c

2、zhn)上开始接收卫星信号起至停止接收卫星信号间的连续工作的时间段。 是GPS测量的基本单位。 时段长度 观测时段所持续的时间。第3页/共81页第三页，共82页。4同步观测(gunc)、基线向量和GPS基线向量网 同步观测 两台或两台以上的GPS接收机对同一组卫星信号进行的观测。 基线向量(xingling) 利用进行同步观测的接收机所采集的观测数据计算出的接收机间的三维坐标差。 与计算时所采用的卫星轨道数据同属一个系统。 GPS基线向量(xingling)网 采用GPS技术布设的测量控制网，由GPS点和基线向量(xingling)所构成。第4页/共81页第四页，共82页。5同步(tngb)观

3、测基线 定义 利用同一时段的多个同步观测站所采集的观测数据所计算出的若干(rugn)基线向量。 一个时段中，同步观测基线的数量 若在某时段共有n台接收机进行了同步观测，则共可得到n(n-1)/2条同步观测基线。n=3n=2n=4n=5第5页/共81页第五页，共82页。6第6页/共81页第六页，共82页。7闭合(b h)环和环的闭合(b h)差 闭合环 由多条基线向量(xingling)首尾相连所构成的图形。n=5由5条基线向量(xingling)所构成的闭合环第7页/共81页第七页，共82页。8闭合(b h)环和环的闭合(b h)差 环的闭合差 闭合差：组成(z chn)闭合环的基线向量按同一

4、方向（顺时针或逆时针）的矢量和。 分量闭合差：组成(z chn)闭合环的基线向量按同一方向（顺时针或逆时针）矢量的各个分量的和。 全长闭合差：分量闭合差的平方和开方。分量闭合差XYZXYZ环的闭合差1B2B3BnB1niiB222sXYZ全长闭合差第8页/共81页第八页，共82页。9同步观测(gunc)环（同步环）和同步环检验 同步观测环（同步环） 三台或三台以上的GPS接收机进行同步观测所获得的基线向量（完全由同一观测时段的基线向量）所构成(guchng)的闭合环。第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第二时段同步(tngb)环与非同步(tngb)环第9页/共81页第九页，共82页。10同

5、步观测(gunc)环（同步环）和同步环检验 同步环检验 定义：检验同步环的闭合差大小。 特性 理论上：采用严密算法所得到的同步环，无论观测(gunc)值中是否含有误差，其环闭合差必为零。（构成同步环的基线向量之间是线性相关的） 实践中：如果算法不严密（目前大多数的商用软件均属于此种情况），其环闭合差通常不为零，但通常很小。 结论：同步环闭合差很小，还不能说明基线解算结果一定能够满足精度要求第10页/共81页第十页，共82页。11独立(dl)基线向量 定义：线性无关的一组基线向量。 满足下面条件之一的为独立基线向量。 未构成闭合(b h)环的一组基线向量（例如：一条基线向量，未构成闭合(b h)

6、环的一组同步观测基线）。 虽构成了闭合(b h)环，但并非所有基线都来自同一观测时段。 提示 完全由同步观测基线所构成的闭合(b h)环之间是线性相关的，是一组非独立基线向量。 GPS网应由相互独立的基线向量构成。第11页/共81页第十一页，共82页。12独立基线(jxin)向量 同步(tngb)观测基线向量的最大线性无关组及选取方式第12页/共81页第十二页，共82页。13独立观测(gunc)环（异步环）和独立观测(gunc)环检验 独立观测环（异步环） 定义(dngy)：由相互函数独立（线性无关）的基线向量所构成的闭合环。（就是前面的非同步环）第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第二时

7、段独立(dl)环与非独立(dl)环第13页/共81页第十三页，共82页。14独立(dl)观测环（异步环）和独立(dl)观测环检验 独立观测环检验 定义：检验独立观测环的闭合差大小 特性：与同步环闭合差不同，即使采用严密算法，并且计算过程中未发生错误，独立观测环的闭合差通常也不为零，也不一定是个微小量 结论：独立观测环闭合差的大小，可作为(zuwi)评定基线解算结果质量的有力指标第14页/共81页第十四页，共82页。15第二节 技术设计(shj)的依据第15页/共81页第十五页，共82页。16内容(nirng)概要 测量任务书或测量合同书 GPS测量规范(gufn)及规程 其他规范(gufn)及

8、规程第16页/共81页第十六页，共82页。17测量(cling)任务书或测量(cling)合同书 发布单位 上级主管部门 甲方 作用 明确项目(xingm)的目标和要求第17页/共81页第十七页，共82页。18测量(cling)任务书或测量(cling)合同书 内容 点位要求 分布、密度、数量、标志及观测(gunc)设施 精度要求 等级、点位误差、相邻点间距离误差 进度要求 提交成果的时间 成果要求 坐标参照系、是否需要高程成果、提交资料的内容第18页/共81页第十八页，共82页。19GPS测量规范(gufn)及规程 发布单位 国家相关机构或行业主管部门 技术监督局 国家测绘局 建设部 作用

9、规定测量成果的质量(zhling) 规范实施的步骤、要求第19页/共81页第十九页，共82页。20GPS测量规范(gufn)及规程 现有规范、规程 全球定位系统（GPS）测量规范，GB/T18314-2001，国家质量技术监督局，国家标准(u ji bio zhn)，2001 全球定位系统（GPS）测量规范，CH2001-92，国家测绘局，1992 全球定位系统（GPS ）测量型接收机检定规程CH8016-1995 全球定位系统城市测量技术规程，CJJ 73-97，建设部，行业标准，1997 第20页/共81页第二十页，共82页。21GPS测量规范(gufn)及规程第21页/共81页第二十一页

10、，共82页。22GPS测量规范(gufn)及规程 规范的内容(nirng) 国家测量规范的内容(nirng)第22页/共81页第二十二页，共82页。23GPS测量(cling)规范及规程 规范的内容(nirng) 城市测量技术规程第23页/共81页第二十三页，共82页。24其他(qt)规范及规程 若暂无与工程相对应(duyng)的GPS规范时， 可参照与该工程对应(duyng)的常规测量规范 中的质量要求，然后以此为依据，套 用GPS规范第24页/共81页第二十四页，共82页。25第三节 GPS网的精度(jn d)和密度设计第25页/共81页第二十五页，共82页。26内容(nirng)概要 G

11、PS测量的等级及其用途 各级( j)GPS测量的精度指标 各级( j)GPS点的密度指标第26页/共81页第二十六页，共82页。27GPS测量的等级(dngj)及其用途 我国GPS测量(cling)规范所规定的网的等级第27页/共81页第二十七页，共82页。28GPS测量(cling)的等级及其用途 我国城市测量(cling)规程所规定的网的等级第28页/共81页第二十八页，共82页。29各级( j)GPS测量的精度指标 相邻点间基线( jxin)长度标准差标准差，单位(dnwi)mm22ab d固定误差，单位mm比例误差，单位ppm相邻点间的距离，单位Km第29页/共81页第二十九页，共82

12、页。30各级GPS测量(cling)的精度指标 相邻点间基线长度(chngd)的精度要求第30页/共81页第三十页，共82页。31各级( j)GPS测量的精度指标 点位及基线长度(chngd)年变化率的精度要求第31页/共81页第三十一页，共82页。32各级( j)GPS点的密度指标 GPS网中相邻点间的平均(pngjn)距离第32页/共81页第三十二页，共82页。33第四节 GPS网的基准(jzhn)设计第33页/共81页第三十三页，共82页。34GPS网的基准(jzhn) GPS网的基准包括(boku) 位置基准 尺度基准 方位基准第34页/共81页第三十四页，共82页。35GPS网的位置

13、(wi zhi)基准 位置基准的确定 自由网平差或拟稳平差 对网的尺度无影响 固定一点(y din)（最小约束平差） 对网的尺度无影响 固定多点（约束平差） 对网的尺度有影响第35页/共81页第三十五页，共82页。36GPS网的尺度(chd)基准 尺度基准的确定 GPS基线向量 测距边 已知点间的固定边 固定多个已知点 其他空间(kngjin)技术观测量（VLBI、SLR等）第36页/共81页第三十六页，共82页。37GPS网的方位(fngwi)基准 方位基准( jzhn)的确定 GPS基线向量 起始方位 固定多个已知点 其他空间技术（如VLBI）提供的方位第37页/共81页第三十七页，共82

14、页。38第五节 GPS网的图形(txng)设计第38页/共81页第三十八页，共82页。39内容(nirng)概要 GPS网形设计的内容* GPS网的基本( jbn)图形 图形设计中的注意事项 GPS网的特征条件第39页/共81页第三十九页，共82页。40GPS网图形设计(shj)的内容* 一般控制网图形(txng)设计的内容 与精度和可靠性有关的点位设计 观测设计（观测点、测回数等） GPS网图形(txng)设计的内容 观测设计（同步观测图形(txng)、重复观测次数、观测参数设置、观测时长要求） 注意：GPS网无与精度和可靠性直接相关的图形(txng)设计问题（点位观测环境方面的问题除外）第

15、40页/共81页第四十页，共82页。41GPS网图形(txng)设计的内容* 如果假定对应基线向量的质量(zhling)一样，则在下面两个图形中，对应各点的可靠性和精度是完全一样的1234512345第41页/共81页第四十一页，共82页。42GPS网图形(txng)设计的内容* 两点重要提示 GPS网的图形强度与基线向量的数量和分布有关(yugun) GPS点的精度和可靠性与与其相连的基线向量数密切相关，相连的基线向量数越多，精度和可靠性越高第42页/共81页第四十二页，共82页。43GPS网图形(txng)设计的内容* GPS网布设时的重复设站次数（观测时段数） GPS点反复(fnf)进行

16、设站观测的次数 复测边（重复边）的布置 复测边：同一基线向量不同时段的观测结果第43页/共81页第四十三页，共82页。44GPS网的基本(jbn)图形 三角形网 多边形网 附和(fh)导线网 星形网第44页/共81页第四十四页，共82页。45 三角形网 定义(dngy)：以三角形作为基本图形所构成的GPS网 特点 优点：几何强度高、抗粗差能力强、可靠性高 缺点：工作量大 提高图形强度的方法 加测对角线GPS网的基本(jbn)图形第45页/共81页第四十五页，共82页。46GPS网的基本(jbn)图形 多边形网 定义：以多边形（边数4）作为基本图形所构成的GPS网 特点： 效率高，工作量较小，

17、图形强度虽不如三角形网 保证(bozhng)及提高图形强度的方法 对多边形边数加以限制第46页/共81页第四十六页，共82页。47GPS网的基本(jbn)图形 附和导线网 定义：附和导线（或称附和路线）作为基本图形所构成的GPS网 特点 效率高，工作量较小， 图形强度虽不如三角形网和多边形网 保证及提高图形强度的方法(fngf) 对多边形边数加以限制，仍能保证一定的强度第47页/共81页第四十七页，共82页。48GPS网的基本(jbn)图形 星形网（单基准(jzhn)站） 定义：从一个已知点上分别与各待定点进行相对定位（待定点间一般无任何联系）所构成的GPS网 特点：作业速度快，但抗粗差能力极

18、差 提高可靠性的方法：从两个已知点（基准(jzhn)站）上对同一待定点（流动站）进行观测；适当复测 应用：界址点、碎部点和低等级控制点（图根点） 工作模式：Go and Stop，RTK第48页/共81页第四十八页，共82页。49GPS网的基本(jbn)图形 多基准站 定义：两台以上的接收机（基准站）固定(gdng)不间断观测，其余接收机流动观测（待定点间一般无联系）所构成的GPS网 特点：抗粗差能力较差 应用：界址点、碎部点和低等级控制点（图根点） 工作模式：Go and Stop，RTK 提高可靠性的方法：适当复测第49页/共81页第四十九页，共82页。50图形(txng)设计中的注意事项

19、 布网(b wn)形式 AA、A、B级GPS网应布设成连续网，除边缘点外，每点至少应与3个点相连， C、D、E级GPS网可布设成多边形或附和导线。第50页/共81页第五十页，共82页。51图形(txng)设计中的注意事项 各级( j)GPS网中最大独立闭合环或附和导线的边数满足下表要求第51页/共81页第五十一页，共82页。52图形(txng)设计中的注意事项 AA、A、B级GPS网点应与永久(yngji)GPS跟踪站联测。联测站数满足下表要求第52页/共81页第五十二页，共82页。53图形(txng)设计中的注意事项 AA、A、B级GPS网点应与参加过全国天文大地网整体平差的三角点、导线点及

20、一、二等水准点重合 新布设的GPS网应与附近已有的国家高等级GPS点进行( jnxng)联测，联测点数不少于2个 大陆、岛、礁之间的A、B级GPS网的边长可视实际情况变通。重要岛礁与大陆之间的联测点数不得少于3个第53页/共81页第五十三页，共82页。54图形(txng)设计中的注意事项 为求得GPS点在某一参考坐标系中的坐标，应与该坐标系中的原有控制点进行( jnxng)联测，联测点数不得少于3个第54页/共81页第五十四页，共82页。55图形(txng)设计中的注意事项 框架网的采用 当控制网的范围较大时，可采用分级布设的方法，即首先(shuxin)布设点数较少但等级较高的框架网，然后再部

21、分项目所要求等级的全面网*框架网全面网第55页/共81页第五十五页，共82页。56图形(txng)设计中的注意事项 确定正常高时的注意事项 为求得GPS点的正常高，应进行高程联测，联测应满足(mnz)下表要求第56页/共81页第五十六页，共82页。57GPS网的特征(tzhng)条件 总基线数 独立(dl)基线数 必要基线数 多余基线数第57页/共81页第五十七页，共82页。58GPS网的特征(tzhng)条件 若某GPS网由n个点组成(z chn)，每点的设站次数为m，用N台GPS接收机进行观测 观测时段数C： 总基线数J总： 独立基线数J独： 必要基线数J必： 多余基线数J多：Cn m N

22、12JC NN总1JCN独1Jn必JJJ必独多第58页/共81页第五十八页，共82页。59GPS网设计(shj)书 编写提纲 概述：测区位置，项目概况 技术(jsh)依据：规范、标准 坐标系统与起算数据 网形设计 质量检核 选点埋石 外业观测 数据处理：软件、处理方法（包括基线解算与网平差） 成果资料第59页/共81页第五十九页，共82页。60第六节 GPS测量(cling)的外业工作第60页/共81页第六十页，共82页。61第61页/共81页第六十一页，共82页。62 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

23、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(yugun)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。第62页/共81页第六十二页，共82页。633. GPS卫星预报与观测调度 卫星几

24、何(j h)分布及可接收卫星数与精度息息相关。根据软件可预报。第63页/共81页第六十三页，共82页。64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(shj)、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。第64页/共81页第六十四页，共82页。65132456GPS作业(zuy)调度表第65页/共81页第六十五页，共82页。664. 观测作业(zuy) 观测作业(zuy)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据。第66页/共81页第六十六页，共82页。6

25、7 5.观测成果的外业检核 观测成果的外业检核是外业工作的最后一个环节。每当观测任务(rn wu)结束，必须对观测数据的质量进行分析并作出评，以确保观测成果和定位结果的预期精度。外业检核的主要内容： 1每个时段同步边观测数据的检核 1）数据剔除率； 2）平差值的中误差。 2重复观测边的检核 3环闭合差的检核 4同步观测环检核第67页/共81页第六十七页，共82页。68第68页/共81页第六十八页，共82页。69第69页/共81页第六十九页，共82页。70（3）基线观测值残差分析 一些基线解算的软件中，通常都具有(jyu)以图或表的形式给出一个测段中每颗卫星与基准参考卫星之间观测值残差的功能。若每颗卫星的残差图形均在纵坐标零周附近，则该基解算较好。 若某颗星的残差起伏较大，则表明该星的单差可能有问题，可考虑删去