16-GPS控制网布设

测量工程与装备系:范百兴2020年2月10日GPS控制网布设GPSControlNetworkDesign本次课程主要内容GPS选点要求GPS控制网布设方案GPS控制网观测GPS平差解算GPS测量成果检核超站仪的无控制测量§6.6GPS控制网布设一、GPS控制网的技术设计1、工程GPS控制网测量规范《全球定位系统（GPS）测量规范》国家测绘局《全球定位系统城市测量规范》国家建设部总参测绘局各个部委制定的GPS测量规程与细则2、GPS控制网测量精度GPS控制网按照测量精度分为AA、A、B、C、D、E六级，相邻点间的基线长度精度计算公式为：其中：--相邻点间距离中误差a—固定误差（mm）b—比例误差（ppm）D—相邻点间的距离（km）22Dba§6.6GPS控制网布设级别固定误差amm比例误差bppm相邻点间平均距离DkmAA30.011000A50.1300B8170C10510~15D10105~10E10200.2~5GPS各级控制网精度指标§6.6GPS控制网布设级别用途AA全球性的地球动力学研究、地壳形变测量、精密定轨A区域性的地球动力学研究、地壳变形测量B局部变形监测、各种精密工程测量C大中城市及工程测量的基本控制网D中小城市、城镇及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘察、建筑施工等的控制测量EGPS各级控制网用途§6.6GPS控制网布设3、GPS控制网的基准设计原因GPS测量得到WGS84坐标系下的基线向量，而通常采用的是国家坐标系或独立坐标系，应该首先确定GPS成果所采用的坐标系统合起算数据，即GPS网基准设计。GPS网基准分类位置基准根据给定的起算点坐标确定方位基准常根据给定的起算方位或GPS基线向量确定长度基准根据起算点反算边长、EDM测距边长或GPS边长§6.6GPS控制网布设3、GPS控制网的基准设计注意事项若GPS测量成果需要进行坐标转换，应该选择或联测足够多的两坐标系的公共点，一般大于3，以保证坐标系转换参数的精度和可靠性；起算点数目越多，GPS网和原有网的吻合越好，但会损失现有GPS网的测量精度，起算点为3~5个时，既能保证两坐标系的一致，又可保证GPS网的测量精度；起算点在GPS网中应该均匀分布，避免分布在网中的一侧；EDM测距边作为起算边长时，数量在3~5条为宜，但是EDM边的两端点高差不应过大；§6.6GPS控制网布设3、GPS控制网的基准设计注意事项起算方位不宜过多，可以布设在网中的任意位置GPS网得到大地高，联测水准高程后才能将高程转换为正常高，联测规定为：AA、A级网应按照二等水准联测高程B级网应按照三等水准每隔2~3点联测高程C级网应按照三等水准每隔3~6点联测高程D、E级网应按照四等水准联测高程水准联测点应均匀分布整个测区，未知点正常高程的求解因采用内插的方法§6.6GPS控制网布设二、GPS控制网的网形设计1、GPS网形设计特点由于点间不需要通视，且点位精度主要取决于卫星与测站间的几何网形、观测数据质量和数据处理方法，因此GPS网的设计主要取决于用户的要求和用途。2、GPS测量的基本概念观测时段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同步观测两台以上的接收机同时对同一组卫星进行的观测§6.6GPS控制网布设2、GPS测量的基本概念同步观测环三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量所构成的闭合环。同步环各边的坐标差分量分量之和即为同步环闭合差。独立基线GPS控制网中相互之间不能构成检核条件的边，称为独立基线。N台GPS同步观测可得到基线边条数J为：J=N(N-1)/2独立基线为：DJ=N-1§6.6GPS控制网布设独立基线N=2,J=1N=3,J=3N=4,J=6N=5,J=10N=2,DJ=1N=3,DJ=2N=4,DJ=3§6.6GPS控制网布设独立观测环（异步环）由非同步观测获得的独立基线向量构成的闭合环。AA、A、B级GPS网中每点的连接点数不少于3，C、D、E级GPS网应布设成多边形或复合路线。级别ABCDE独立环或附和路线的边数566810重复基线同一条GPS边观测多个时段，可得到多个基线结果。§6.6GPS控制网布设三、GPS布网形式1、跟踪站式将数台GPS接收机长期固定在不同测站上，进行不间断连续观测。特点观测时间长、数据量大、多余观测较多、精度高、框架基准特性好。但成本较高，多用于AA级网。2、会站式多台GPS接收机在同一批点上多天长时间同步观测，然后再迁移到另外一批点上进行同样观测，直至全部观测完成。具有精度较高（尺度精度特高）等优点，多用于A、B级网。§6.6GPS控制网布设3、同步图形扩展式GPS网以同步图形的形式连接扩展，构成具有一定数量独立环的布网形式，不同的同步图形间有若干公共点连接，具有测量速度快、方法简单、图形强度较好等优点，是主要的GPS布网形式。可以分为点连式、边连式、网连式和混连式。点连式相邻两个同步图形只通过一个公共点连接，但图形强度较低，易有连环影响，一般不单独使用。B11A1C1A2B22B3C33B4A44§6.6GPS控制网布设边连式相邻两个同步图形只通过一条边连接，具有较多的重复基线和独立环，图形条件较强，作业效率较高，被广泛采用。B11A1C1242§6.6GPS控制网布设网连式相邻两个同步图形通过三个以上的公共点连接，至少需要4台GPS接收机，图形条件很强，成本较高，多用于高精度的控制网。§6.6GPS控制网布设混连式相邻两个同步图形可能通过点、边、网等形式连接，自检性和可靠性较好，能有效发现粗差，在GPS工程控制网中广采用。常见的有三角形和环形网等布网形式。三角形网优点：图形几何结构强，具有较多的检核条件，平差后网中相邻点间基线向量的精度比较均匀。缺点：观测工作量大。一般只有在网的精度和可靠性要求比较高时，才单独采用这种图形。§6.6GPS控制网布设环形网优点：观测工作量较小，且具有较好的自检性和可靠性。缺点：非直接观测基线边(或间接边)精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。是大地测量和精密工程测量中普遍采用的图形，通常采用上述两种图形的混合图形。§6.6GPS控制网布设星形网优点：观测中只需要两台GPS接收机，作业简单。缺点：几何图形简单，检验和发现粗差能力差。广泛用于工程测量、边界测量、地籍测量和碎部测量等。§6.6GPS控制网布设§6.6GPS控制网布设四、GPS测量作业1、外业测量准备测区踏勘资料收集技术设计书的编写项目、测区和测量概述作业依据技术要求、布网方案测区资料、选点埋石、数据处理、保证措施设备的准备与人员安排观测计划的拟定GPS仪器的选择与检验§6.6GPS控制网布设2、选点要求点位周围+15º以上天空无障碍物避免周围有强烈反射无线电信号的物体，如玻璃幕墙、水面、大型建筑等远离电台、发射塔等大功率无线电发射源，距离应大于200米，离高压线、变电所等的距离应大于50米；交通方便，有利于其他测量和联测地面基础条件稳定，便于点的保存选点埋石完成后应提交:点之记,GPS网选点图,选点工作总结3、GPS观测的技术规定项目级别AAABCDE卫星截至高度角10º10º10º10º10º10º同时观测有效卫星数444444有效观测卫星总数20209644观测时段数106421.61.6时段长度静态720540240604540快速静态双频+P码1052双频全波151010单频302015采样间隔静态30303010~3010~3010~30快速静态5~155~155~15时段中任一卫星的有效观测时间静态151515151515快速静态双频+P码111双频全波333单频555§6.6GPS控制网布设4、GPS观测过程§6.6GPS控制网布设天线安置在控制测量中，天线应该用三角架或强制对中装置直接安装在标石中心垂直上方，对中误差小于3mm，特殊情况进行偏心观测，需要精确测定归心元素；在觇标顶部安置天线进行测量时，卸掉觇标顶，按照投影点安置天线，投影示误三角形边长小于5mm;有寻常标的控制点安置天线前，应先放到寻常标；天线指北定向误差小于3º~5º，以消除相位中心偏差；圆水准气泡应该居中；天线高1.5m，在三个不同方向上量高误差小于3mm，时段测量前后分别量取,取平均结果作为天线高；§6.6GPS控制网布设观测作业观测小组严格严格按照调度指令，按照规定时间进行作业；检查接收机和主机连接无误后，方可开机测量测量过程应该严格填写测量手薄；开始测量后和测量过程中，测量人员不得离开测站，并且应该随时检查接收卫星状态和测量信息；各时段开始和结束时，应记录观测卫星号、天气、PDOP等；测量过程中，应严防被接收机碰撞、信号遮挡等事情发生；观测过程中，50m内不准使用电台，10米内不准使用对讲机；接收机的防热很困难，但应该防止电子手薄和主机直接被太阳照射；5、GPS作业模式§6.6GPS控制网布设静态相对定位作业方法将两台或多台GPS接收机安置在基线的两端，同步观测4颗以上卫星，观测时间在45min以上。精度基线相对定位精度可达5mm+1ppmD。特点观测精度和可靠性较高，主要用于国家级大地控制网的建立、地壳运动或工程变形监测网、精密工程控制网。§6.6GPS控制网布设快速静态定位作业方法在测区中央的某一基准站上，安置接收机连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机依次到各站进行测量。观测时间双频接收机同步观测5~10min，单频观测15min,接近静态相对定位测量模式的精度。特点具有速度快、精度高、能耗低等特点，但构不成闭合环，可靠性底，主要用于一般控制网的建立和加密、工程测量、地籍测量和碎步测量。§6.6GPS控制网布设准动态定位作业方法在测区中央的某一基准站上，安置接收机连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机首先到第一点观测2min，然后在不失锁的情况下到其他站观测几秒钟即可。精度基线解算精度为1~2cm。应用主要用开阔地区的一般控制网测量、工程测量、地籍测量和碎步测量等。§6.6GPS控制网布设动态定位作业方法在测区中央的某一基准站上，安置接收机连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机安装在运动载体上，出发前先观测几分钟，然后随着载体的运动按照指定时间间隔进行测量即可。精度相对于基准点的精度为1~2cm。应用主要用轨迹测量、剖面测量、航道测量和路线中线测量等。距离小于20km，同步观测五颗以上卫星。§6.6GPS控制网布设实时动态定位（RealTimeKinematic,RTK）作业方法在某一基准站上，安置接收机连续跟踪所有可见卫星，另一台接收机接收基准站数据，实时显示和计算流动站坐标。应用主要用导航测量、航空测量、航道测量和路线中线测量等。距离小于20km。6、GPS观测成果检核§6.6GPS控制网布设同一时段观测数据的剔除应该剔除观测时间过短、信噪比过大的观测数据，数据剔除率小于10%。同步环检测同步环各边的坐标差分量之和应满足：53555222111nnznynxzyxniizniiyniix其中：为由仪器标称精度得到的基线距离中误差。6、GPS观测成果检核§6.6GPS控制网布设异步环检测异步环各边的坐标差分量之和应满足：nnznynxzyxniizniiyniix33333222111其中：为由仪器标称精度得到的基线距离中误差。6、GPS观测成果检核§6.6GPS控制网布设重复基线检测22dB级网以下各级GPS网，同一条边任意两时段的边长之差d应满足：其中：为由仪器标称精度得到的基线距离中误差。成果检核不