全球定位系統(tǒng)課件：第十一章、GPS測量技術設計

1、 第十章 GPS測量技術設計與外業(yè)觀測一 GPS測量的技術設計GPS測量的技術設計主要依據(jù)GPS測量規(guī)范及測量任務書1 GPS測量規(guī)范2 測量任務書GPS控制網(wǎng)的精度、密度設計在國標中GPS測量按精度共分為AA、A、B、C、D、E六個等級，常用的是B、C、D、E。 式中， 為GPS基線向量的等效距離誤差，a為GPS接收機標稱精度中的固定誤差（mm）；b為GPS接收機標稱精度中的比例誤差；d為GPS網(wǎng)中相鄰點間的距離（mm）。GPS控制網(wǎng)的精度、密度設計控制網(wǎng)的精度、密度設計根據(jù)國標，各級GPS相鄰點間平均距離應符合下表的要求，而且相鄰點最小距離可為平均距離的1/31/2倍；最大距離可為平均距離

2、的23倍。 GPS控制網(wǎng)的基準設計控制網(wǎng)的基準設計GPS控制網(wǎng)的基準設計包括位置基準、方位基準和尺度基準。方位基準：一般由給定的起算方位角值確定。尺度基準：一般由地面的電磁波測距確定。位置基準；（1） 為求定GPS點在國家或地方坐標系中的坐標，應聯(lián)測地方控制地方點，用以坐標變換。當測區(qū)有舊的地面控制點成果時，應既考慮充分利用舊資料，又要使新建的高精度GPS控制網(wǎng)不受舊資料精度較低的影響。為此，應將新的GPS網(wǎng)與舊控制點進行聯(lián)測，聯(lián)測點一般不應少于 3個。 （2）GPS網(wǎng)的坐標系統(tǒng)盡量應與測區(qū)過去采用的坐標系統(tǒng)一致，一般應了解以下幾個參數(shù)： l：所采用的參考橢球體，一般是以國家坐標系的參考橢球為

3、基礎； 2：坐標系的中央子午線的經(jīng)度值； 3：縱、橫坐標的加常數(shù)； 4：坐標系的投影面高程及測區(qū)平均高程異常值； 5：起算點的坐標。 實際工作中，有時難以找到說明以上參數(shù)的資料，此時，也可以通過分析計算的方祛處理。（3） GPS網(wǎng)平差后得到的是大地高，為了得到GPS點的正常高，應使一定數(shù)量的GPS點與水準點重合，或者對部分GPS點聯(lián)測水準。聯(lián)測的高程點需均勻的分布于網(wǎng)中，對丘陵或山區(qū)高程點應按照高程擬合曲面的要求進行布設。GPS控制網(wǎng)圖形設計控制網(wǎng)圖形設計觀測時段：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)工作的時問段簡稱時段。同步觀測：兩臺或兩臺以上接收機同時對同一組衛(wèi)星進行的觀測。同步觀測環(huán)：

4、三臺或三臺以上接收機同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱同步環(huán)。獨立基線：對干N臺GPS接收機構(gòu)成的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，其中獨立基線數(shù)為N一1。獨立基線之間沒有相關性。獨立觀測環(huán)：由獨立觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱獨立環(huán)。異步觀測環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀側(cè)環(huán)，簡稱異步環(huán)。非獨立基線：除獨立基線外的其他叫非獨立基線，總基線數(shù)與獨立基線之差為非獨立基線數(shù)。GPS網(wǎng)特征條件的計算網(wǎng)特征條件的計算 對于由N臺GPS接收機構(gòu)成的同步圖形中一個時段包含的基線（或簡稱GPS邊）數(shù)為： J N*(N1)/2；但其中僅有N

5、1條是獨立邊，其余為非獨立邊。當同步觀測的GPS接收機數(shù)N3時，同步閉合環(huán)T的最少個數(shù)應為 TJ(N1)(N1)(N2)2觀測時段數(shù)計算公式：觀測時段數(shù)計算公式： Cn m/N 式中C為觀測時段數(shù)；n為網(wǎng)點數(shù)；m為每點平均設站次數(shù)；N為接收機數(shù)。故在GPS網(wǎng)中總基線數(shù)：J總 C N（N一1）/2必要基線數(shù)：J必n1獨立基線數(shù)：J獨C(N1）多余基線數(shù)：J多 C（N1）（n1）依據(jù)以上公式，就可以確定出一個具體GPS網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)的主要特征。對于同步環(huán)和異步環(huán)的幾點說明：對于同步環(huán)和異步環(huán)的幾點說明：（1）理論上，同步閉合環(huán)中各GPS 的坐標差之和即閉合差應為零，但實際上并非如此，一般規(guī)范都規(guī)定了同

6、步閉合差的限差。但當由于某種原因，同步不是很好的，應適當放寬此項限差。（2）同步閉合環(huán)的閉合差較小只能說明基線向量的計算合格，并不能說明GPS邊的觀測精廈高，也不能發(fā)現(xiàn)接收的信號受到干擾而產(chǎn)生的某些粗差。 為了確保GPS觀測效果的可靠性，有效地發(fā)現(xiàn)觀測成果中的粗差，必須使GPS網(wǎng)中的獨立邊構(gòu)成一定的幾何圖形。這種幾何圖形可以是由數(shù)條獨立邊構(gòu)成的非同步多邊形（亦稱非同步閉合環(huán)）當GPS網(wǎng)中有若干個起算點時，也可以是由兩個起算點之間的數(shù)條GPS獨立邊構(gòu)成的附合路線。GPS網(wǎng)的圖形設計，也就是根據(jù)所布設的網(wǎng)的精度要求和其它方面的要求，設計出由獨立邊構(gòu)成的多邊形網(wǎng) （3） 對于異步環(huán)的構(gòu)成，一般應按所

7、設計的網(wǎng)圖選定，必要時在經(jīng)技術負責人審定后，也可根據(jù)具體情況適當調(diào)整。當接收機多于3臺時，也可按軟件功能自動挑選獨立基線構(gòu)成環(huán)路。 GPS網(wǎng)的技術設計網(wǎng)的技術設計 GPS控制網(wǎng)布設的問題就是怎樣將各同步環(huán)有機地連成一個整體，構(gòu)成一定數(shù)量的同步觀測環(huán)和異步觀測環(huán)，也可采用線路形式，以較好地滿足精度、可靠性、經(jīng)費和后勤等限制條件。 根據(jù)以上布網(wǎng)原則，GPS網(wǎng)的布設通常有四種方式：星形，點連式、邊連式和混合式。 1：星形網(wǎng)特點：幾何圖形簡單，只需兩臺GPS接收機，是一種快速定位作業(yè)方式，但是，由于基線間不構(gòu)成任何同步閉合圖形因此抗粗差的能力差，一般適用于精度較低的工程測量。 2：點連式相鄰同步圖形之

8、間只有一個公共點連接。這種布網(wǎng)方式幾何強度較弱，抗粗差能力較差，一般可以加測幾個時段以增強網(wǎng)的異步圖形閉合條件的個數(shù)。 2：邊連式相鄰同步圖形由一條公共基線連接。這種布網(wǎng)方式幾何強度較高，抗粗差能力較強，有較多的復測邊和非同步圖形閉合條件，在相同的儀器個數(shù)的條件下，觀測時段將比點連接方式大大增加。 3：混連式該方式是把點連式和邊連式有機地結(jié)合在一起，這種方式既可以提高網(wǎng)的幾何強度和可靠性指標，有減少了外業(yè)工作量，式一種較為理想的布網(wǎng)方法。三種連接方式主要特征統(tǒng)計項目點連接邊連接混合連接總點數(shù)666同步圖形個數(shù)354總基線向量數(shù)91512獨立基線向量數(shù)6108必要基線向量數(shù)555多余基線向量數(shù)153項目點連接邊連接混合連接重復基線向量數(shù)042非同步圖形個數(shù)111一次設站數(shù)300二次設站數(shù)336三次設站數(shù)030總體可靠性指標0.170.500.38注：總體可靠性指標多余基線數(shù)/獨立基線數(shù)GPS網(wǎng)的技術設計應著眼于控制網(wǎng)的精度、可靠性以及經(jīng)費等要求。也應遵循以下原則1：