GPS静态测量及数据处理

第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系1第6讲GPS静态测量李永川第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系2作业过程第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系3问题（1）GPS点的选择有哪些要求？它和导线点的选择要求有哪些不同？（2）名词解释：同步观测、同步网、同步环、异步网、异步环、独立基线、星历预报。（3）同步网以哪些连接方式构成了异步网？（4）制定外业观测计划包括哪些内容？第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系41准备资料（1）测量任务书（2）测区地形图或平面图（3）测区已知控制点点之记（4）测区已知控制点坐标（5）技术规范①《全球定位系统GPS测量规范》GB/T18314-2009（简称《规范》）②《全球定位系统城市测量技术规程》CJJ73-97（简称《规程》）③《公路全球定位系统（GPS）测量规范》JTJ/C066-98……第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系52踏勘选点由于GPS测量中不要求测站之间相互通视，网的图形结构也比较灵活，所以选点的野外工作比较简便。在选点工作开始之前，必须搜集测区的有关资料，例如已有的小比例尺地形图（1：1万～1：10万）、行政区划图和已有的测绘成果资料。要充分了解和研究测区情况，特别是交通、通讯、供电、气象及原有控制点等情况。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系62.1GPS选点要求（1）点位应选设在易于安置接收设备和便于操作的地方，视野应开阔。被测卫星的地平高度角一般应大于10°~15°，以减弱对流层折射影响。（2）点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等，其距离不得小于200m；并应远离高压输电线，其距离不得小于50m），以避免周围磁场对GPS卫星信号的干扰。（3）点位附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体（接打手机、对讲机最好在10m以外），并尽量避免大面积水域，以减弱多路径误差的影响。（4）点位应选在交通方便的地方，以便用其他测量手段联测或扩展。（5）地面基础稳定，利于点位保存。（6）应充分利用符合要求的旧有控制点。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系7选点人员在实地选定的点位上，打一木桩或以其它方式加以标定，同时树立测旗，以便埋石及观测人员能迅速找到点位，开展后续工作。选点人员还应按技术设计的要求，最后确认该点是否进行水准联测，并应实地踏勘水准路线，提出有关建议。点周围有高于10°的障碍物时；应用平板仪和罗盘仪绘制点的环视图。测区选点完成后，还应绘制GPS网选点图。2.2选点作业第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系82.3GPS点标志和标石埋设中心标石是地面GPS点的永久性标志，为了长期使用GPS测量成果，点的标石必须稳定、坚固以利长期保存和利用。各等级GPS点的标石用混凝土灌制。一般普通标石分上标石和下标石两层，其上均设有金属的中心标志。埋设标石时，须使各层标志中心在同一铅垂线上，其偏差不得大于2mm。新埋标石时，应依法办理征地手续和测量标志委托保管书。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系93布设GPS控制网GPS定位网设计及外业测量的主要技术依据是测量任务书和测量规范。测量任务书是测量施工单位上级主管部门下达的技术文件；而测量规范则是国家测绘管理部门制定的技术法规。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系103.1GPS网的精度分级GPS网的精度设计精度指标通常是以相邻点间弦长的标准差来表示，即用GPS边长的固定误差a和比例误差b表示在具体布设中，可以分级布设，也可以越级布设，或布设同级全面网。262(10)abd第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系113.2GPS点的密度《规范》和《规程》对GPS网中两相临点间距离视其需要作出了规定：相邻点间最小距离应为平均距离的1/2～1/3；最大距离应为平均距离的2～3倍。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系123.3技术设计中应考虑的因素（1）测站因素同测站布设有关的技术因素有：网点的密度；网的图形结构；时段分配、重复设站和重合点的布置等。（2）卫星因素同观测对象卫星有关的一些因素有：卫星高度角与观测卫星的数目；图形强度因子；卫星信号质量。大部分接收机具有解码并记录来自卫星的广播星历表的能力。（3）仪器因素同仪器有关的一些因素有：接收机，用于相对定位至少应有两台；天线质量；记录设备。（4）后勤因素后勤保障方面的因素有：使用的接收机台数、来源和使用时间；各观测时段的机组调度；交通工具和通讯设备的配置等。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系133.4GPS网的布网原则（1）GPS网应根据测区实际需要和交通状况，作业时的卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。（3）GPS网的点与点之间不要求通视，但应考虑常规测量方法加密时的应用，每点应有一个以上通视方向。（4）在可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。C级网每隔3~6点联测一个高程点，D和E级网视具体情况确定联测点数。A和B级网的高程联测分别采用三、四等水准测量的方法；C至E级网可采用等外水准或与其精度相当的方法进行。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系143.5GPS网的联测设计联测点应是下列几种点之一：①测区内现有的最高等级的常规地面控制点；②地方坐标系中控制网定位、定向的起算点；③联接国家坐标系和地方坐标系的联接点；④水准点。为了更好地解决GPS网与地面网两者成果的转换问题，应有更多的联测点。分析研究和作业实践表明，一个GPS网应联测3~5个精度较高、分布合理的地面点作为GPS网的一部分。当测区较大时，还应适当增加联测点。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系153.5GPS网的联测设计GPS网一般是求得测站点的三维坐标，其中高程为大地高，而实际应用的高程系统为正常高系统。为此，通常是在GPS网中施测或重合少量的几何水准点，用数值拟合法拟合出测区的似大地水准面，继而内插出其它GPS点的高程异常，再求出其正常高。根据研究，在平原地区布测的GPS网中，只要用三等实测或重合全网五分之一GPS点的几何水准，用数值拟合法求定GPS点的正常高，即可代替四等水准测量。所实测的水准点，大部分应布设在网的周围点上，少量放在网的中间，以求获得最佳效果。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系16GPS网技术设计依据GPS网技术设计依据——GPS测量规范（规程）和测量任务书GPS网技术设计依据的规范（规程）（1）2009年国家质量技术监督局发布的国家标准《全球定位系统（GPS）测量规范》，以下简称国标（GB）；（2）1998年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》，以下简称《规程》；（3）1992年国家测绘局发布的测绘行业标准《全球定位系统（GPS）测量规范》，以下简称《规范》；（4）各部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其它GPS测量规程或细则。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系17GPS网技术设计依据GPS网技术设计依据——GPS测量规范（规程）和测量任务书测量任务书测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件。这种技术文件是指令性的，它规定了测量任务的范围、目的、精度和密度要求，提交成果资料的项目和时间，完成任务的经济指标等。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系183.6GPS网的图形设计【重点及难点】在GPS网的技术设计时，必须明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采用的基准。GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。主要指确定网的位置基准问题。大中城市GPS控制网应与附近3个以上的国家控制点联测。小城市或工程控制可以联测2～3个点。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系193.6GPS网的图形设计当投入作业的接收机数目在两台或多于两台时，就可以在同一时段内，几个测站上的接收机同步观测共视卫星，这种观测过程称为同步观测。由同步观测边所构成的几何图形称为同步网。其中，三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环称为同步观测环，简称同步环。不同的接收机数量决定了同步网的网形结构。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系203.6GPS网的图形设计在同步观测之后，经过数据处理，同步网中每两个点之间就会形成一条基线向量。所谓基线向量就是利用由两台或两台以上的接收机所采集的同步观测数据形成的差分观测值通过参数估计的方法所计算出的两两接收机间的三维坐标差。若只考虑基线向量的大小而不考虑方向，基线向量就简称为基线。若同步网的点数为m，则网中同步边（基线）总数为在S条基线中，只有m-1条独立基线，其余基线均可由独立基线推算而得，属于非独立基线。同一条基线，其直接解算结果与独立基线推算所得结果之差，就产生了所谓坐标闭合差条件，用它可评判同步网的观测质量。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系213.6GPS网的图形设计同步网是GPS网的一个单元。由多个同步网相互连接构成了完整的GPS网，这个网也称异步网。同步网的不同连接方式会出现不同的异步网的网形结构。异步网中，由非同步观测获得的基线向量构成的闭合环称为异步观测环，简称异步环。在异步网中，同步网之间的连接方式有以下三种：点连式：同步网之间仅有一点相连接的异步网称为点连式异步网。边连式：同步网间由一条基线边相连接的异步网称为边连式异步网。混连式：混连式是点连式与边连式的一种混合连接方式。在上述三种连接方案中，点连式工作量最小，但无重复基线检核；边连式工作量最大，检核条件亦最多，结构也最稳定，定位精度较高；混连式比较灵活，工作量与检核条件比较适中。在选择测设方案时，应从所具备的接收机数量和精度、工作量大小、卫星运行状态、测区条件等方面进行权衡。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系224星历预报星历预报：在GPS外业观测之前，利用测站概略经纬度和现有GPS卫星星历所做出的PDOP变化、卫星可见数目、卫星分布、卫星高度角等预报性信息，以供制定外业观测计划时参考。编制预报表所用概略位置坐标应采用测区中心位置的经纬度。预报时间应选用作业期的中间时间。当测区较大时，作业时间较长时，应按不同时间和地区分段编制预报表，编制预报表所用概略星历龄期不应超过20天（d），否则应重新采集一组新的概略星历。通常可获取历书文件，从而得到卫星星历。某一瞬间的卫星位置，是由卫星星历提供的。卫星星历的数据来源有广播星历和实测星历两类。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系23广播星历广播星历又称预报星历。广播星历是是根据美国GPS控制中心跟踪站的观测数据进行外推，通过GPS卫星发播的一种预报星历，它是卫星电文中所携带的主要信息。当前从卫星电文中解译出来的星历参数共17个，每小时更换一次。由这17个星历参数确定的卫星位置精度约为20~40m，有时可达80m。广播星历的误差对相对定位的影响为1×10-6。距离星历更新时间越长，星历误差越大，致使GPS卫星定位精度可能从10m降到200m，甚至更低。启用全球均匀分布的跟踪网进行测轨和预报，此时由星历参数计算的卫星坐标可能精确到5~10m。民间所做的星历预报，其数据来源多为广播星历。第6讲：GPS静态测量黄河水利职业技术学院测绘工程系24实测星历IGS（国际GPS地