中科大GPS原理及应用课件10 GPS测量技术设计与外业观测

第十章GPS测量技术设计与外业观测一

GPS测量的技术设计GPS测量的技术设计主要依据GPS测量规范及测量任务书1GPS测量规范2测量任务书GPS控制网的精度、密度设计在国标中GPS测量按精度共分为AA、A、B、C、D、E六个等级，常用的是B、C、D、E。

式中，为GPS基线向量的等效距离误差，a为GPS接收机标称精度中的固定误差（mm）；b为GPS接收机标称精度中的比例误差；d为GPS网中相邻点间的距离（mm）。GPS控制网的精度、密度设计根据国标，各级GPS相邻点间平均距离应符合下表的要求，而且相邻点最小距离可为平均距离的1/3—1/2倍；最大距离可为平均距离的2－3倍。

GPS控制网的基准设计GPS控制网的基准设计包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准：一般由给定的起算方位角值确定。尺度基准：一般由地面的电磁波测距确定。位置基准；（1）为求定GPS点在国家或地方坐标系中的坐标，应联测地方控制地方点，用以坐标变换。当测区有旧的地面控制点成果时，应既考虑充分利用旧资料，又要使新建的高精度GPS控制网不受旧资料精度较低的影响。为此，应将新的GPS网与旧控制点进行联测，联测点一般不应少于3个。

（2）GPS网的坐标系统尽量应与测区过去采用的坐标系统一致，一般应了解以下几个参数：

l：所采用的参考椭球体，一般是以国家坐标系的参考椭球为基础；2：坐标系的中央子午线的经度值；3：纵、横坐标的加常数；4：坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值；5：起算点的坐标。实际工作中，有时难以找到说明以上参数的资料，此时，也可以通过分析计算的方祛处理。（3）GPS网平差后得到的是大地高，为了得到GPS点的正常高，应使一定数量的GPS点与水准点重合，或者对部分GPS点联测水准。联测的高程点需均匀的分布于网中，对丘陵或山区高程点应按照高程拟合曲面的要求进行布设。GPS控制网图形设计观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时问段简称时段。同步观测：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环，简称同步环。独立基线：对干N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为N一1。独立基线之间没有相关性。独立观测环：由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环。异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观侧环，简称异步环。非独立基线：除独立基线外的其他叫非独立基线，总基线数与独立基线之差为非独立基线数。GPS网特征条件的计算对于由N台GPS接收机构成的同步图形中一个时段包含的基线（或简称GPS边）数为：

J＝N*(N－1)/2；但其中仅有N－1条是独立边，其余为非独立边。当同步观测的GPS接收机数N＞3时，同步闭合环T的最少个数应为

T＝J－(N－1)＝(N－1)(N－2)／2观测时段数计算公式：

C＝n·m/N

式中．C为观测时段数；n为网点数；m为每点平均设站次数；N为接收机数。故在GPS网中总基线数：J总＝C·N·（N一1）/2必要基线数：J必＝n－1独立基线数：J独＝C·(N－1）多余基线数：J多＝C·（N－1）－（n—1）依据以上公式，就可以确定出一个具体GPS网图形结构的主要特征。对于同步环和异步环的几点说明：（1）理论上，同步闭合环中各GPS的坐标差之和即闭合差应为零，但实际上并非如此，一般规范都规定了同步闭合差的限差。但当由于某种原因，同步不是很好的，应适当放宽此项限差。（2）同步闭合环的闭合差较小只能说明基线向量的计算合格，并不能说明GPS边的观测精厦高，也不能发现接收的信号受到干扰而产生的某些粗差。为了确保GPS观测效果的可靠性，有效地发现观测成果中的粗差，必须使GPS网中的独立边构成一定的几何图形。这种几何图形可以是由数条独立边构成的非同步多边形（亦称非同步闭合环）当GPS网中有若干个起算点时，也可以是由两个起算点之间的数条GPS独立边构成的附合路线。GPS网的图形设计，也就是根据所布设的网的精度要求和其它方面的要求，设计出由独立边构成的多边形网（3）对于异步环的构成，一般应按所设计的网图选定，必要时在经技术负责人审定后，也可根据具体情况适当调整。当接收机多于3台时，也可按软件功能自动挑选独立基线构成环路。

GPS网的技术设计

GPS控制网布设的问题就是怎样将各同步环有机地连成一个整体，构成一定数量的同步观测环和异步观测环，也可采用线路形式，以较好地满足精度、可靠性、经费和后勤等限制条件。根据以上布网原则，GPS网的布设通常有四种方式：星形，点连式、边连式和混合式。1：星形网特点：几何图形简单，只需两台GPS接收机，是一种快速定位作业方式，但是，由于基线间不构成任何同步闭合图形因此抗粗差的能力差，一般适用于精度较低的工程测量。2：点连式相邻同步图形之间只有一个公共点连接。这种布网方式几何强度较弱，抗粗差能力较差，一般可以加测几个时段以增强网的异步图形闭合条件的个数。2：边连式相邻同步图形由一条公共基线连接。这种布网方式几何强度较高，抗粗差能力较强，有较多的复测边和非同步图形闭合条件，在相同的仪器个数的条件下，观测时段将比点连接方式大大增加。

3：混连式该方式是把点连式和边连式有机地结合在一起，这种方式既可以提高网的几何强度和可靠性指标，有减少了外业工作量，式一种较为理想的布网方法。三种连接方式主要特征统计项目点连接边连接混合连接总点数666同步图形个数354总基线向量数91512独立基线向量数6108必要基线向量数555多余基线向量数153项目点连接边连接混合连接重复基线向量数042非同步图形个数111一次设站数300二次设站数336三次设站数030总体可靠性指标0.170.500.38注：总体可靠性指标＝多余基线数/独立基线数GPS网的技术设计应着眼于控制网的精度、可靠性以及经费等要求。也应遵循以下原则1