工程GPS控制網(wǎng)設(shè)計

1、山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 測繪測繪10-110-1班班 衛(wèi)星定位技術(shù)的優(yōu)勢有哪些？衛(wèi)星定位技術(shù)的優(yōu)勢有哪些？ 衛(wèi)星定位技術(shù)與常規(guī)控制及測量技術(shù)相比，有許衛(wèi)星定位技術(shù)與常規(guī)控制及測量技術(shù)相比，有許 多優(yōu)點(diǎn)，如多優(yōu)點(diǎn)，如 不要求控制點(diǎn)間通視不要求控制點(diǎn)間通視 網(wǎng)的幾何形狀幾點(diǎn)之間的距離長短可以不受限制網(wǎng)的幾何形狀幾點(diǎn)之間的距離長短可以不受限制 外業(yè)時間基本上不受天氣條件的約束外業(yè)時間基本上不受天氣條件的約束 內(nèi)外業(yè)和結(jié)合、自動化程度高，等等。內(nèi)外業(yè)和結(jié)合、自動化程度高，等等。 衛(wèi)星定位技術(shù)用于測圖控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和變衛(wèi)星定位技術(shù)用于測圖控制網(wǎng)、工程控制網(wǎng)和變 形監(jiān)測控制網(wǎng)的另一優(yōu)點(diǎn)是可以同時得到

2、控制點(diǎn)形監(jiān)測控制網(wǎng)的另一優(yōu)點(diǎn)是可以同時得到控制點(diǎn) 的三維坐標(biāo)，也會就是說，能夠的三維坐標(biāo)，也會就是說，能夠同時獲得控制點(diǎn)同時獲得控制點(diǎn) 的平面坐標(biāo)和高程的平面坐標(biāo)和高程。 一一 GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計 GPSGPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計就是設(shè)計網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計就是設(shè)計GPSGPS往事應(yīng)當(dāng)明往事應(yīng)當(dāng)明 確確GPSGPS定位測量最終提供的點(diǎn)位坐標(biāo)屬于什定位測量最終提供的點(diǎn)位坐標(biāo)屬于什 么坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。么坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。 GPSGPS的衛(wèi)星坐標(biāo)是的衛(wèi)星坐標(biāo)是WGS-84WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)，坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)， GPSGPS定位測量所得到的坐標(biāo)也就屬于定位測量所得到的坐標(biāo)也就屬于WGS-84W

3、GS-84 坐標(biāo)，而城市河工程測量一般需要國家或坐標(biāo)，而城市河工程測量一般需要國家或 地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，因此需要將地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，因此需要將GPSGPS所測的坐所測的坐 標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 u布測布測GPSGPS網(wǎng)時網(wǎng)時 ，需聯(lián)測一定數(shù)量的國家或，需聯(lián)測一定數(shù)量的國家或 地方坐標(biāo)的已知控制點(diǎn)，以便將地方坐標(biāo)的已知控制點(diǎn)，以便將GPSGPS點(diǎn)的點(diǎn)的 WGS-84WGS-84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國家或地方坐標(biāo)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為國家或地方坐標(biāo)。 uGPSGPS定位測量所取得的高程屬于定位測量所取得的高程屬于WGS-84WGS-84大地大地 高程，高程，GPSGPS網(wǎng)布設(shè)時，如果聯(lián)測一定數(shù)量的網(wǎng)布設(shè)時，如果聯(lián)測一

4、定數(shù)量的 水準(zhǔn)高程點(diǎn)，則可將水準(zhǔn)高程點(diǎn)，則可將GPSGPS大地高程轉(zhuǎn)換為水大地高程轉(zhuǎn)換為水 準(zhǔn)高程。準(zhǔn)高程。 所以，設(shè)計所以，設(shè)計GPSGPS網(wǎng)時，網(wǎng)時，聯(lián)測聯(lián)測一定數(shù)量一定數(shù)量 的具有國家或地方坐標(biāo)系坐標(biāo)的控的具有國家或地方坐標(biāo)系坐標(biāo)的控 制點(diǎn)和具有水準(zhǔn)高程的控制點(diǎn)，制點(diǎn)和具有水準(zhǔn)高程的控制點(diǎn)，以以 便將觀測的便將觀測的GPSGPS點(diǎn)點(diǎn) 的的WGS-84WGS-84坐標(biāo)坐標(biāo)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換為國家或地方坐標(biāo)，將為國家或地方坐標(biāo)，將GPSGPS大地高大地高 程轉(zhuǎn)換為水準(zhǔn)高程，這便是程轉(zhuǎn)換為水準(zhǔn)高程，這便是GPSGPS網(wǎng)基網(wǎng)基 準(zhǔn)設(shè)計的基本內(nèi)容。準(zhǔn)設(shè)計的基本內(nèi)容。 GPSGPS基準(zhǔn)設(shè)計中，首先要考慮的應(yīng)

5、當(dāng)是聯(lián)測基準(zhǔn)設(shè)計中，首先要考慮的應(yīng)當(dāng)是聯(lián)測 測區(qū)內(nèi)附近高等級的具有測區(qū)內(nèi)附近高等級的具有WGS-84WGS-84坐標(biāo)的控坐標(biāo)的控 制點(diǎn)，通過制點(diǎn)，通過GPSGPS觀測數(shù)據(jù)處理，觀測數(shù)據(jù)處理，GPSGPS點(diǎn)能夠點(diǎn)能夠 獲得高精度的獲得高精度的WGS-84WGS-84坐標(biāo)。坐標(biāo)。 然后，根據(jù)測圖或工程需要，聯(lián)測一定數(shù)然后，根據(jù)測圖或工程需要，聯(lián)測一定數(shù) 量高等級的國家或地方坐標(biāo)系的控制點(diǎn)量高等級的國家或地方坐標(biāo)系的控制點(diǎn) （一般（一般3 3個以上），聯(lián)測一定數(shù)量的水準(zhǔn)高個以上），聯(lián)測一定數(shù)量的水準(zhǔn)高 程點(diǎn)（一般程點(diǎn)（一般5 5個以上）。個以上）。 聯(lián)測的點(diǎn)又叫公共點(diǎn)聯(lián)測的點(diǎn)又叫公共點(diǎn)，設(shè)計時要求公

6、共點(diǎn)，設(shè)計時要求公共點(diǎn) 點(diǎn)位分布均勻。點(diǎn)位分布均勻。 二、二、GPS網(wǎng)形設(shè)計網(wǎng)形設(shè)計 1.1.同步觀測環(huán)與同步觀測環(huán)與GPSGPS網(wǎng)形結(jié)構(gòu)網(wǎng)形結(jié)構(gòu) GPSGPS定位技術(shù)應(yīng)用于工程控制測量主要是按定位技術(shù)應(yīng)用于工程控制測量主要是按 照照靜態(tài)相對定位的模式進(jìn)行。靜態(tài)相對定位的模式進(jìn)行。 所謂所謂相對定位相對定位，就是用兩臺以上的，就是用兩臺以上的GPSGPS接收接收 機(jī)，分別安置在地面不同的控制點(diǎn)上，同時機(jī)，分別安置在地面不同的控制點(diǎn)上，同時 對相同的對相同的GPSGPS衛(wèi)星（衛(wèi)星（4 4顆以上）進(jìn)行同步觀測，顆以上）進(jìn)行同步觀測， 根據(jù)對衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，解算出根據(jù)對衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，解算出 兩點(diǎn)之

7、兩點(diǎn)之 間的三維坐標(biāo)差（又叫基線向量），間的三維坐標(biāo)差（又叫基線向量），已知其已知其 中一點(diǎn)的三維坐標(biāo)，便可求得另一點(diǎn)的三維中一點(diǎn)的三維坐標(biāo)，便可求得另一點(diǎn)的三維 坐標(biāo)。坐標(biāo)。 如果同時用三臺如果同時用三臺GPSGPS接收機(jī)進(jìn)行相對定位，接收機(jī)進(jìn)行相對定位， 可以同時結(jié)算三條基線向量，三條基線向可以同時結(jié)算三條基線向量，三條基線向 量構(gòu)成同步觀測環(huán)。如果同時用四臺量構(gòu)成同步觀測環(huán)。如果同時用四臺GPSGPS接接 收機(jī)進(jìn)行相對定位，可以同時結(jié)算六條基收機(jī)進(jìn)行相對定位，可以同時結(jié)算六條基 線向量。如圖線向量。如圖3-253-25所示，用所示，用N N臺接收機(jī)進(jìn)行臺接收機(jī)進(jìn)行 相對定位，可以同時結(jié)算

8、出相對定位，可以同時結(jié)算出N(N-1)/2N(N-1)/2條基條基 線向量，構(gòu)成多個同步三角形觀測環(huán)。線向量，構(gòu)成多個同步三角形觀測環(huán)。 GPSGPS網(wǎng)形實(shí)際實(shí)質(zhì)上就是將不網(wǎng)形實(shí)際實(shí)質(zhì)上就是將不 同時間段同時間段GPSGPS同步觀測圖形連同步觀測圖形連 成一定的網(wǎng)形。成一定的網(wǎng)形。同步觀測圖形同步觀測圖形 之間連接的方式有之間連接的方式有點(diǎn)連接點(diǎn)連接、邊邊 連接連接和和邊點(diǎn)混合連接邊點(diǎn)混合連接幾種方式。幾種方式。 圖圖3-263-26為用三臺為用三臺GPSGPS接收機(jī)進(jìn)接收機(jī)進(jìn) 行多個時段觀測的行多個時段觀測的GPSGPS網(wǎng)形結(jié)網(wǎng)形結(jié) 構(gòu)。圖構(gòu)。圖3-263-26（a a）為三個同步）為三個同

9、步 時間段之間的，時間段之間的， 連接網(wǎng)形；連接網(wǎng)形； 圖圖3-263-26（b b）為五個同步時間）為五個同步時間 段之間的邊連接網(wǎng)形，有四條段之間的邊連接網(wǎng)形，有四條 重復(fù)觀測邊；圖重復(fù)觀測邊；圖3-263-26（c c）為）為 四個同步時間段之間的邊點(diǎn)混四個同步時間段之間的邊點(diǎn)混 合連接網(wǎng)形，有兩條重復(fù)觀測合連接網(wǎng)形，有兩條重復(fù)觀測 邊。顯然，同樣的邊。顯然，同樣的GPSGPS點(diǎn)數(shù)，點(diǎn)數(shù)， （a a）的工作量最小，（）的工作量最小，（b b）網(wǎng)）網(wǎng) 的工作量最多，（的工作量最多，（C C）網(wǎng)適中，）網(wǎng)適中， 但是（但是（b b）網(wǎng)的精度最高）網(wǎng)的精度最高。 對于對于GPSGPS導(dǎo)線網(wǎng)形，

10、可以認(rèn)為是用兩臺導(dǎo)線網(wǎng)形，可以認(rèn)為是用兩臺GPSGPS接收機(jī)接收機(jī) 按靜態(tài)相對定位的方法分別在不同時間段測量相按靜態(tài)相對定位的方法分別在不同時間段測量相 鄰兩點(diǎn)基線邊，從已知點(diǎn)開始用解算的坐標(biāo)差求鄰兩點(diǎn)基線邊，從已知點(diǎn)開始用解算的坐標(biāo)差求 取個取個GPSGPS點(diǎn)的坐標(biāo)值點(diǎn)的坐標(biāo)值GPSGPS網(wǎng)的構(gòu)成是相鄰觀測基線網(wǎng)的構(gòu)成是相鄰觀測基線 的點(diǎn)連接。的點(diǎn)連接。 2.獨(dú)立基線與必要觀測基線 前已述及，用前已述及，用N N臺接收機(jī)臺接收機(jī) 進(jìn)行相對相對定位，每個進(jìn)行相對相對定位，每個 時間段可以同時結(jié)算出時間段可以同時結(jié)算出 N(N-1)/2N(N-1)/2條觀測基線，其條觀測基線，其 中，有中，有N

11、-1N-1條是獨(dú)立基線。條是獨(dú)立基線。 因?yàn)槠渲腥我庖粭l基線可因?yàn)槠渲腥我庖粭l基線可 以用其余以用其余N-1N-1條基線計算條基線計算 出來。例如圖出來。例如圖3-253-25中（中（a a） （b b）(c)(c)同步觀測環(huán)獨(dú)立同步觀測環(huán)獨(dú)立 基線個數(shù)分別為基線個數(shù)分別為1 1、2 2、3 3。 圖圖3-263-26中，（中，（a a）(b)(b)（c c） 網(wǎng)的獨(dú)立基線個數(shù)分別為網(wǎng)的獨(dú)立基線個數(shù)分別為 6 6、1010、8 8。 GPSGPS網(wǎng)中，設(shè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)為網(wǎng)中，設(shè)網(wǎng)點(diǎn)數(shù)為n n其中有一個點(diǎn)的坐標(biāo)已知，其中有一個點(diǎn)的坐標(biāo)已知， 要求其余要求其余N-1N-1個未知點(diǎn)的坐標(biāo)必須要測定個未知點(diǎn)的

12、坐標(biāo)必須要測定N-1N-1條基線條基線 向量。也可以說必要觀測基線數(shù)為向量。也可以說必要觀測基線數(shù)為N-1N-1條。條。 圖圖3-263-26中，（中，（a a）（）（b b）(c)(c)網(wǎng)網(wǎng) ，假如已知點(diǎn)都是一，假如已知點(diǎn)都是一 個未知點(diǎn)個都是個未知點(diǎn)個都是6 6個則必要觀測基線數(shù)都是個則必要觀測基線數(shù)都是6 6條。顯條。顯 然，多余觀測基線個數(shù)分別為然，多余觀測基線個數(shù)分別為0 0、4 4、2 2條。條。工程工程 測量規(guī)范測量規(guī)范規(guī)定，獨(dú)立觀測基線總數(shù)不以少于必要規(guī)定，獨(dú)立觀測基線總數(shù)不以少于必要 觀測基數(shù)的觀測基數(shù)的1.51.5倍。照此規(guī)定圖倍。照此規(guī)定圖3-263-26中（中（a a）

13、(b)(b)（c c） 網(wǎng)中獨(dú)立基線條數(shù)分別為網(wǎng)中獨(dú)立基線條數(shù)分別為1.01.0、1.71.7、1.31.3倍。如果倍。如果 每個網(wǎng)中都有每個網(wǎng)中都有2 2個已知坐標(biāo)點(diǎn)，則必要觀測基線條個已知坐標(biāo)點(diǎn)，則必要觀測基線條 數(shù)分別為數(shù)分別為5 5條，多余觀測技基數(shù)分別為條，多余觀測技基數(shù)分別為5 5條，多余觀條，多余觀 測基數(shù)分別為測基數(shù)分別為1 1、5 5、3 3條，獨(dú)立基線條數(shù)分別為必條，獨(dú)立基線條數(shù)分別為必 要觀測基數(shù)是要觀測基數(shù)是1.21.2、2.02.0、1.61.6倍。倍。 3.異步觀測環(huán) 在構(gòu)成閉合多邊形環(huán)路的所有基線向量中，在構(gòu)成閉合多邊形環(huán)路的所有基線向量中， 只要有非同步觀測基線

14、向量，則該多邊形只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形 閉合環(huán)路叫做異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。閉合環(huán)路叫做異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。 不同時間段觀測的獨(dú)立基線組成的閉合環(huán)不同時間段觀測的獨(dú)立基線組成的閉合環(huán) 都是異步環(huán)。都是異步環(huán)。 工程測量規(guī)范工程測量規(guī)范規(guī)定，規(guī)定，GPSGPS控制網(wǎng)應(yīng)由獨(dú)控制網(wǎng)應(yīng)由獨(dú) 立觀測邊構(gòu)成一個或若干個閉合環(huán)或附合立觀測邊構(gòu)成一個或若干個閉合環(huán)或附合 路線，各等級控制網(wǎng)中構(gòu)成閉合環(huán)或符合路線，各等級控制網(wǎng)中構(gòu)成閉合環(huán)或符合 路線的邊數(shù)不宜多于路線的邊數(shù)不宜多于6 6條。條。 綜上所述，綜上所述，GPSGPS網(wǎng)形設(shè)計在某種意義上又叫網(wǎng)形設(shè)計在某種意義上又叫 觀測時段設(shè)計。觀

15、測時段設(shè)計。GPSGPS網(wǎng)形設(shè)計是采用點(diǎn)連接網(wǎng)形設(shè)計是采用點(diǎn)連接 或邊連接或邊點(diǎn)混合連接的方式將各時間或邊連接或邊點(diǎn)混合連接的方式將各時間 段觀測的基線連接成一定的網(wǎng)形。采用邊段觀測的基線連接成一定的網(wǎng)形。采用邊 連接的連接的GPSGPS網(wǎng)有較多是重復(fù)觀測基線，網(wǎng)的網(wǎng)有較多是重復(fù)觀測基線，網(wǎng)的 精度比采用點(diǎn)連接的精度比采用點(diǎn)連接的GPSGPS網(wǎng)精度高。高精度網(wǎng)精度高。高精度 的工程控制網(wǎng)設(shè)計時，應(yīng)采用邊連接的網(wǎng)的工程控制網(wǎng)設(shè)計時，應(yīng)采用邊連接的網(wǎng) 形結(jié)構(gòu)，一般測圖控制網(wǎng)采用邊點(diǎn)混合連形結(jié)構(gòu)，一般測圖控制網(wǎng)采用邊點(diǎn)混合連 接既可保證精度要求。接既可保證精度要求。 三、三、GPS網(wǎng)精度計算網(wǎng)精度計

16、算 對于對于GPSGPS網(wǎng)，網(wǎng)設(shè)計完成后要對精度進(jìn)網(wǎng)，網(wǎng)設(shè)計完成后要對精度進(jìn) 行精度估算。根據(jù)行精度估算。根據(jù)GPSGPS觀測使用的接收觀測使用的接收 機(jī)臺數(shù)機(jī)臺數(shù)N N，選區(qū)全部或，選區(qū)全部或N-1N-1條獨(dú)立基線設(shè)條獨(dú)立基線設(shè) 計計GPSGPS網(wǎng)是觀測圖形，根據(jù)精度要求，網(wǎng)是觀測圖形，根據(jù)精度要求， 確定觀測方案。詳細(xì)原理見第八章中有確定觀測方案。詳細(xì)原理見第八章中有 關(guān)內(nèi)容。關(guān)內(nèi)容。 四、四、GPS網(wǎng)觀測綱要設(shè)計網(wǎng)觀測綱要設(shè)計 選點(diǎn)要求：選點(diǎn)要求： GPSGPS網(wǎng)形設(shè)計完成后，要到實(shí)地選定并埋網(wǎng)形設(shè)計完成后，要到實(shí)地選定并埋 設(shè)標(biāo)石。點(diǎn)位選定要求周圍高度角設(shè)標(biāo)石。點(diǎn)位選定要求周圍高度角1

17、515以以 上不應(yīng)有障礙物，點(diǎn)位附近不應(yīng)有強(qiáng)的電上不應(yīng)有障礙物，點(diǎn)位附近不應(yīng)有強(qiáng)的電 磁波輻射源。磁波輻射源。 根據(jù)設(shè)計的根據(jù)設(shè)計的GPSGPS網(wǎng)形和精度等級，確定觀測網(wǎng)形和精度等級，確定觀測 時間段的長度，制定觀測實(shí)施計劃。觀測時間段的長度，制定觀測實(shí)施計劃。觀測 日期擬定后，用日期擬定后，用GPSGPS接收機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件依接收機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件依 據(jù)測區(qū)概略經(jīng)緯度河高程作出衛(wèi)星預(yù)報據(jù)測區(qū)概略經(jīng)緯度河高程作出衛(wèi)星預(yù)報 （衛(wèi)星對觀測站的幾何圖形強(qiáng)度因子（衛(wèi)星對觀測站的幾何圖形強(qiáng)度因子PDOPPDOP 值應(yīng)小于值應(yīng)小于6 6），最終確定觀測時間段。），最終確定觀測時間段。 GPSGPS網(wǎng)設(shè)計的最后部

18、分應(yīng)提出何種軟件進(jìn)行網(wǎng)設(shè)計的最后部分應(yīng)提出何種軟件進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理機(jī)最終提供的成果。數(shù)據(jù)處理機(jī)最終提供的成果。 由于由于對空中衛(wèi)星觀測條件的限制對空中衛(wèi)星觀測條件的限制，GPSGPS定位定位 測量不能完全取代工程控制測量。測量不能完全取代工程控制測量。GPSGPS定位定位 測量與導(dǎo)線測量和水準(zhǔn)測量相結(jié)合，是工測量與導(dǎo)線測量和水準(zhǔn)測量相結(jié)合，是工 程測量的主要方法。程測量的主要方法。 用用GPSGPSRTKRTK技術(shù)測定測圖用的圖根控制點(diǎn)，技術(shù)測定測圖用的圖根控制點(diǎn)， 目前也是較為廣泛應(yīng)用的一種方法。需要目前也是較為廣泛應(yīng)用的一種方法。需要 注意的是，測量時要求衛(wèi)星條件要好（至注意的是，測量時要求衛(wèi)星條件要好（至 少少5 5顆衛(wèi)星以上），流動站點(diǎn)距離基準(zhǔn)點(diǎn)不顆衛(wèi)星以上），流動站點(diǎn)距離基準(zhǔn)點(diǎn)不 能太遠(yuǎn)，而且要有能太遠(yuǎn)，而且