GPS網(wǎng)平差參考模板

1、0 / 24焦作地區(qū)焦作地區(qū) D D 級控制網(wǎng)級控制網(wǎng) GPSGPS 測量測量學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 張俊杰張俊杰 學(xué)學(xué) 號：號：200853103583 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 尹暉尹暉 專專 業(yè)：業(yè)：工程測量技術(shù)工程測量技術(shù) 二一年十月目目 錄錄摘要摘要.I II I第一章第一章 概述概述.1 11.1 GPS 定位系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展.11.1.1 GPS 的工作原理與平臺構(gòu)成.11.1.2 衛(wèi)星定位系統(tǒng)市場及在中國的發(fā)展趨勢 .21.2 控制測量的概括 .31.2.1 平面控制測量 .31.2.2 高程控制測量 .41.2.3 控制網(wǎng)的布設(shè)原則 .4第二章第二章 焦作地區(qū)的焦作地區(qū)的 G GP

2、 PS S 測測量量.5 52.1 焦作地區(qū)的測量任務(wù) .52.2 GPS D 級網(wǎng)與 GPS 一級網(wǎng)設(shè)計.52.2.1 GPS D 級點補埋與 GPS 一級點選埋.72.2.2 GPS 控制網(wǎng)外業(yè)觀測.82.2.3 GPS 基線向量解算及檢核.82.2.4 GPS 網(wǎng)平差計算.82.3 項目概況 .92.4 GPS 網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計.92.4.1 GPS 網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)特點及方式.102.4.2 GPS 網(wǎng)的精度設(shè)計.122.4.3 GPS 控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計.132.4.4 GPS 網(wǎng)基準的設(shè)計.132.5GPS 測量測前準備 .14第三章第三章 數(shù)據(jù)處數(shù)據(jù)處理理與精度與精度分分析析.15153.1 G

3、PS 測量數(shù)據(jù)傳輸與格式轉(zhuǎn)換.153.2 GPS 測量數(shù)據(jù)處理.163.3 GPS 測量精度分析. 16結(jié)論與建議結(jié)論與建議.1717參考文獻參考文獻.1818摘摘要要應(yīng)焦作市國土局邀請我單位在焦作地區(qū)做 D 級控制網(wǎng)，于是單位派遣我們單位到焦作市做 D 級控制網(wǎng)的 GPS 靜態(tài)觀測。在那里根據(jù)焦作市國土局招標書的要求，對焦作地區(qū)進行 D 級控制網(wǎng)的設(shè)計、埋石、觀測、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)導(dǎo)出。這次的 D 級控制網(wǎng)的 GPS 觀測對焦作地區(qū)的所有地方進行了布網(wǎng)，是最全面、覆蓋面積最廣、觀測時間最快、精度最高的觀測。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：GPS 控制網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理、精度分析。第一章第一章 概述概述1.11.1

4、GPSGPS 定位系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展定位系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 全球定位系統(tǒng)（GPS）是由美國軍方開發(fā)的高科技產(chǎn)品，原本專門應(yīng)用于軍事目的。它的原始思維理念是，將參考的定位坐標系搬到天際上去。這樣，可在任何時候、任何地方提供全球范圍內(nèi)三維位置、三維速度和時間信息服務(wù)。1996 年 2月 29 日美國政府正式宣布將 GPS 開放為軍民兩用系統(tǒng)，但仍實行 SA（可用性選擇）政策，故意劣化定位精度，使民用用戶的應(yīng)用受到限制。2000 年 5 月 1 日，美國總統(tǒng)宣布將 SA 置為零，這無疑在很大程度上促進民用 GPS 應(yīng)用的發(fā)展和普及。 GPS 的民用領(lǐng)域已包括了陸地運輸、海洋運輸、民用航空、通信、測繪、建

5、筑、采礦、農(nóng)業(yè)、電力系統(tǒng)、醫(yī)療應(yīng)用、科研、家電、娛樂等等。因此，GPS 業(yè)界流行這樣一句話，“GPS 的應(yīng)用只受到人們想像力的限制”。如今，GPS 所達到的定位精度范圍已從 10M 級到 MM 級，其衛(wèi)星上時鐘源也已從銣原子鐘過渡到銫原子鐘和氫脈澤時鐘標準，工作壽命和精度大幅提高，可給世界各地提供精度為 11010的參考頻率。據(jù)美國商務(wù)部統(tǒng)計，2000 年全球 GPS 用戶機的年銷售額為 8090 億美元。到 2003 年，GPS 民用產(chǎn)品將超過 160 億美元?？梢院敛豢鋸埖剡@樣說，到達 2010年以后，GPS 的應(yīng)用產(chǎn)品將逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?，也是各類產(chǎn)品研發(fā)的基礎(chǔ)平臺。

6、1.1.11.1.1 GPSGPS 的工作原理與平臺構(gòu)成的工作原理與平臺構(gòu)成 在衛(wèi)星應(yīng)用初期，科學(xué)家就設(shè)想將運動物體的參照系搬到太空中。其物體的定位原理是將此物體的瞬間立體目標位置坐標（X、Y、Z）用已確定相對距離的已知參考點所發(fā)出的極其精確的無線電脈沖時鐘源來測定。這樣，利用地面接收器已存入的高等解析幾何所構(gòu)成的模型，就可建立三維位置量和一個時間量的算法方程。GPS 為全球用戶提供了非常精確的三維定位信息，即速度信息、時間和頻率參考，這些信息是以個衛(wèi)星的射頻信號的時間測量為基礎(chǔ)的。GPS 整個衛(wèi)星系統(tǒng)平臺由 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆備用衛(wèi)星組成，衛(wèi)星呈現(xiàn)出 55傾角均勻分布在 6 個近似于

7、圓軌道內(nèi)，軌道運行周期為 11h58min，軌道半徑為 26 560km，這些軌道衛(wèi)星每日重復(fù)同樣的地面軌跡。因此，在地球任意一處的用戶將可以在其地平線上方5范圍內(nèi)見到至少 4 顆衛(wèi)星，通過接收來自一顆衛(wèi)星的信號，用戶在獲知其具體位置和高穩(wěn)定度的頻率標準的基礎(chǔ)上，可以確定 GPS 的時間和頻率參考。衛(wèi)星的載波信號以兩個波段頻率（1 2276MH和 1 57542MH）來發(fā)射，這樣可以修正信號的時延，信號分別用碼和 CA 碼調(diào)制。P 碼用于精確的時間測量，CA 碼使信號易于鎖定，并使用了碼分多址（CDMA）尋址的擴頻調(diào)制技術(shù)，使得 GPS 信號通過一個偶極天線可以很容易地被接收。所有的衛(wèi)星都是同

8、步的，衛(wèi)星上時鐘源采用的是銣原子鐘或銫原子鐘等高精度、高穩(wěn)定的時鐘振蕩器。由此可見，超精度和超穩(wěn)定的時鐘和穩(wěn)定的空間構(gòu)架平臺是 GPS 的兩項關(guān)鍵技術(shù)。從整體上說，GPS 主要由三大部分組成：空間部分、控制部分、用戶部分?？臻g部分由衛(wèi)星星座構(gòu)成，控制部分由地面衛(wèi)星控制中心進行管理；用戶部分則由軍用和民用研發(fā)廠商開發(fā)、銷售、服務(wù)。空間部分和控制部分目前均由美國國防部掌握。1.1.21.1.2 衛(wèi)星定位系統(tǒng)市場及在中國的發(fā)展趨勢衛(wèi)星定位系統(tǒng)市場及在中國的發(fā)展趨勢目前，GPS 的發(fā)展很迅猛，僅國際上的 GPS 商業(yè)市場上就開發(fā)出了 460 余種商用產(chǎn)品，申請的有關(guān)專利已達上千個，用戶對產(chǎn)品的更新周期

9、要求為 1218 個月，而 GPS 應(yīng)用的回報周期為 612 個月?，F(xiàn)在已經(jīng)可以根據(jù)用戶的工作方式和使用需求設(shè)計出體積小、功耗低、價格低廉的 GPS 用戶接收機。 近年來，GPS 的應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)了一些值得注意的變化。其一，從軍用產(chǎn)品為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐攒娒駜捎媚酥烈悦裼脼橹鞯漠a(chǎn)品。據(jù)報道，美國 GPS 軍用產(chǎn)品和民用產(chǎn)品的銷量比例為 1:20。其二，從少數(shù)部門應(yīng)用快速進入了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)滲透入大眾日常生活范圍中。其三，GPS 的應(yīng)用迅速成為國民經(jīng)濟發(fā)展新的增長點。有關(guān)資料報道，GPS 的消費產(chǎn)品將成為未來數(shù)個具有爆發(fā)性增長的市場熱點。其四，GPS產(chǎn)品由于其專用 IC 集成電路的成熟以及其接收機 OEM

10、 板最低價格可達 10 美元或者10 美元以下，將不斷出現(xiàn)手持式、卡片式等產(chǎn)品，更可以嵌入方式靈活地與其他消費品集成在一起，達到一種完美的集成產(chǎn)品。 GPS 已與互聯(lián)網(wǎng)、蜂窩移動通信網(wǎng)一起成為目前全世界發(fā)展最快的三大信息產(chǎn)業(yè)，并與之相互緊密組合。例如，由 GPS 接收機采集數(shù)據(jù)信息，通過通信系統(tǒng)傳送，最后由互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布。在未來，GPS 技術(shù)與 GSM 和 CDMA 技術(shù)結(jié)合，將成為全球通信發(fā)展的熱點。 無論從軍事競爭的需要還是民用的需求分析，GPS 皆已引起世界各國決策領(lǐng)導(dǎo)層的關(guān)心，他們都意識到，誰能擁有覆蓋全球的 GPS 星際衛(wèi)星網(wǎng)和 GPS 控制網(wǎng)絡(luò)，誰就大大增強了國家基礎(chǔ)實力和擁有了巨大的

11、商業(yè)市場。正因為如此，俄羅斯前幾年盡管經(jīng)濟不太景氣，卻仍發(fā)射了 9 顆屬于 Glonass 系統(tǒng)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星。而歐洲也加快步伐籌建自己的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) Galileo 系統(tǒng)。 中國繼美國、俄羅斯、歐共體之后，也正加緊研制擁有自己主權(quán)的全球定位系統(tǒng)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。今年元月，中國已發(fā)射了該系統(tǒng)中的第二顆北斗導(dǎo)航試驗衛(wèi)星。相信不久的將來，中國將擁有自己的全球定位系統(tǒng)。在 2000 年第三屆中國北京高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)國際周的中國國際地球空間信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)及設(shè)備展覽會上，已有很多公司推出了 GPS 車輛跟蹤監(jiān)控產(chǎn)品。 綜上所述，GPS 產(chǎn)品的市場潛力極大，前景光明，如何及時有效地切入該市場，是當前一個必須努力

12、的方向。1.21.2 控制測量的控制測量的概括概括為限制測量誤差的積累，保證必要的測量精度，使所測的每幅地形圖精度均勻；使各分區(qū)測繪的地形圖能夠拼接成一個整體；使工程建設(shè)中整體設(shè)計的工程建筑物能夠分區(qū)施工放樣，就必須按照一定的測量原則首先在全測區(qū)范圍內(nèi)選定一些控制點，構(gòu)成一定的兒何圖形，用精密的測量儀器和精確的計算方法，在統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)中，確定它們的平面位置和高程，再以這些控制點為基礎(chǔ)進行碎部測量和施工放樣等 。傳統(tǒng)的控制測量分為平面控制測量和高程控制測量。平面控制測量確定控制點的平面位置(x，y)，高程控制測量則確定控制點的高程(H)。1.2.11.2.1、平面控制測量、平面控制測量 測量控

13、制點平面位置(x，y)的工作，稱為平面控制測量。平面控制網(wǎng)的建立，傳統(tǒng)方法主要有三角測量和導(dǎo)線測量，隨著電子技術(shù)和航天技術(shù)的不斷發(fā)展，全球定位系統(tǒng)(GPS)目前已廣泛地應(yīng)用于城市控制網(wǎng)的改造、控制點的更新和加密。 在地面上選定一系列點構(gòu)成連續(xù)三角形，若三角形向某一方向推進，這種圖形稱為三角鎖，如圖 1 所示，若三角形向四面擴展成網(wǎng)狀則稱為三角網(wǎng)。測定各三角形頂點的水平角，并根據(jù)起始邊長、方位角、起始點坐標利用正弦定律來推求各頂點平面位置的測量方法稱為三角測量，這種控制點稱為三角點，此控制網(wǎng)稱為三角網(wǎng)。 將地面上一系列點依相鄰次序連成折線形式，如圖 2 所示，并測定各折線邊的長度、轉(zhuǎn)折角，再根據(jù)

14、起始數(shù)據(jù)推求各點的平面位置的測量方法，稱為導(dǎo)線測量，這種控制點稱為導(dǎo)線點，由它所連接而成的折線稱為導(dǎo)線，此控制網(wǎng)稱為導(dǎo)線網(wǎng)。 圖 1 圖 2GPS 控制測量是將 GPS 接收機安置在控制點卜，通過接收衛(wèi)星信號加以處理，即可獲得地面控制點的位置，其定位原理可參見第一章第二節(jié)相關(guān)內(nèi)容。1.2.21.2.2 高程控制測量高程控制測量測定控制點高程(H)所進行的測量工作，稱為高程控制測量。傳統(tǒng)高程控制網(wǎng)主要采用水準測量、三角高程測量的方法建立。用水準測量方法建立的高程控制網(wǎng)稱為水準網(wǎng)。三角高程測量主要用于地形起伏較大、進行水準測量有困難的地區(qū)，為地形測圖提供高程控制。1.2.31.2.3 控制網(wǎng)的布設(shè)

15、原則控制網(wǎng)的布設(shè)原則控制網(wǎng)具有控制全局、限制誤差累積的作用，是各項測量工作的基礎(chǔ)和依據(jù)?？刂凭W(wǎng)的布設(shè)應(yīng)遵循整體控制、局部加密，高級控制、低級加密的原則。國家制定了一系列相應(yīng)的測量規(guī)范，對各種控制測量的技術(shù)要求做了詳細的規(guī)定。在測量工作中應(yīng)嚴格遵守和執(zhí)行測量規(guī)范。第二章焦作地區(qū)的第二章焦作地區(qū)的 GPSGPS 測量測量2.12.1 焦作地區(qū)的測量任務(wù)焦作地區(qū)的測量任務(wù)焦作市國土局發(fā)布的招標的焦作地區(qū) D 級控制網(wǎng)被我單位中標，根據(jù)招標書內(nèi)的要求，我單位必須在焦作地區(qū) D 級網(wǎng)點的間距在 5km10km,固定誤差小于10mm。在布網(wǎng)的過程中可以用焦作地區(qū)已有并保存完好的 C 級控制網(wǎng)點。招標書內(nèi)規(guī)

16、定在焦作地區(qū)的 D 級控制網(wǎng)點不少于 800 個。要在 5 個月內(nèi)完成出成果并通過檢核。2.22.2 GPSGPS D D 級網(wǎng)與級網(wǎng)與 GPSGPS 一級網(wǎng)設(shè)計一級網(wǎng)設(shè)計內(nèi)容內(nèi)容GPS D 級控制網(wǎng)的檢測、聯(lián)測與一級控制網(wǎng)的設(shè)計、選埋、測算均按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范和規(guī)定執(zhí)行，各級控制網(wǎng)中，采用的起算點應(yīng)分布均勻，有足夠的精度控制范圍，GPS D 級控制網(wǎng)與 GPS 一級控制網(wǎng)應(yīng)有足夠的網(wǎng)形強度，選埋、觀測的具技術(shù)指標見表 1。 表 1 GPS 控制網(wǎng)基本技術(shù)要求GPS 網(wǎng)等級項目 指標D 級一級閉合環(huán)或符合路線的邊數(shù)810相鄰點最大距離 km52相鄰點最小距離 km10.1相鄰點平均距離 km20

17、.25GPS 網(wǎng)設(shè)計GPS 網(wǎng)點布設(shè)平均密度點km220固定誤差 a mm1015標準差參數(shù)比例誤差 b ppm1010GPS 測量模式快速靜態(tài)快速靜態(tài)衛(wèi)星高度角 1515數(shù)據(jù)采樣間隔 s1515有效觀測衛(wèi)星數(shù) 5 5PDOP66觀測時段長度 min2015GPS觀測平均重復(fù)設(shè)站數(shù) 21.6坐標分量相對閉合差 ppm6.09.0精度評定環(huán)線全長相對閉合差 ppm10.015.0(1) 相鄰點空間距離觀測精度用公式 1.1 表示。= a2 + (bd)2式中：標準差， mm。a固定誤差， mm。b比例誤差， ppm。d相鄰點間距離，km。a、b取值見表 1.1。GPS 測量大地高的精度、a、b

18、亦按表 1.1 規(guī)定執(zhí)行。(2) GPS 點編號與命名GPS D 級控制點原網(wǎng)已命名，如需新布設(shè)，點名采用點位所在地的地理名稱如村名、山名、地名、單位名，應(yīng)向當?shù)卣块T、群眾進行調(diào)查后確定，點名一律采用規(guī)范化漢字表述。當利用原有舊點時，點名不宜更改。點號編排應(yīng)適應(yīng)于計算機計算。GPS 一級點命名規(guī)則：冠以“I” ，后跟自然數(shù)流水編號作為相應(yīng)點名。(3) GPS 網(wǎng)應(yīng)由非同步觀測邊構(gòu)成閉合環(huán)，每個閉合環(huán)邊數(shù)的要求按表 1.1 執(zhí)行，各級網(wǎng)組成閉合環(huán)應(yīng)相對獨立。2.2.12.2.1 GPSGPS D D 級點補埋與級點補埋與 GPSGPS 一級一級點選埋點選埋(1) 各等級 GPS 點位密度應(yīng)滿

19、足表 1.1 的基本要求。(2) GPS 點位應(yīng)選在交通便利的地方，便于作業(yè)觀測及其它測量手段利用。(3) 點位周圍應(yīng)視野開闊、便于操作，視場內(nèi)不應(yīng)有高度角大于 15的成片障礙物，點位應(yīng)遠離有整片幕墻玻璃的高大建筑物，遠離大片平靜水面，以降低多路徑效應(yīng)對 GPS 衛(wèi)星信號的影響。(4) 點位應(yīng)遠離高壓線和大功率無線電發(fā)射源，離高壓線的水平距離不小于50m，而與無線電發(fā)射源的水平距離不小于 200m。(5) 選點時每整幅 1500 圖內(nèi)（40cm50cm）應(yīng)有一個 GPS 一級點（包含GPS D 級控制點） ，GPS D 級點之間不要求通視，但每個 GPS 一級點需兩兩通視，即每個 GPS 一級

20、點需有相鄰的二個同級或高級點作為通視方向。當個別點地處復(fù)雜地區(qū)，通視困難時允許只有一個相鄰點通視。(6) GPS D 級補埋點與 GPS 一級控制點的標石制作規(guī)格、標石埋設(shè)均按城市測量規(guī)范的要求執(zhí)行。GPS D 級點標石的柱石頂面應(yīng)刻繪“GPS D”以及埋石年代，并描繪紅漆。GPS D 級點無論是新埋設(shè)點還是利用舊標石，均需在點旁埋設(shè)警示樁（調(diào)查區(qū)內(nèi)） 。(7) GPS D 級點與 GPS 一級點應(yīng)盡量布設(shè)在平地或小山包上，便于三、四等水準聯(lián)測。(8) 不論新埋點或利用原有舊點，均應(yīng)在實地繪制點之記和標志委托保管書。新補埋的 D 級點點之記除按城市測量規(guī)范要求繪制外，還應(yīng)標明交通路線。標志委托

21、保管手續(xù)由委托方辦理。2.2.22.2.2 GPSGPS 控制網(wǎng)外業(yè)觀測控制網(wǎng)外業(yè)觀測(1) 外業(yè) GPS 觀測采用雙頻接收機，接收機應(yīng)在使用前一年內(nèi)進行檢定，并提交檢定合格證明資料。(2) GPS 觀測采用快速靜態(tài)定位模式進行作業(yè)，觀測要求應(yīng)滿足規(guī)定。觀測時，應(yīng)視衛(wèi)星信號情況、點位環(huán)境和基線長度等因素的影響，必要時適當延長觀測時間。(3) 觀測過程中，人員應(yīng)盡量不靠近天線，且不要在天線附近走動和使用對講機，使用對講機應(yīng)離天線 10 米以上。(4) 雷雨天氣應(yīng)停測，并卸下天線。(5) 正確量取并記錄天線高，并要求測前、測后量取兩次，取平均值為天線高，兩次量取差值不得超過 3mm，否則應(yīng)重新設(shè)站

22、觀測。天線高記錄不得劃改。(6) 在 GPS 觀測時，每個測站均要求用觀測手簿進行記錄，記錄內(nèi)容為：點名、點號、觀測者、記錄者、天氣、日期、時間、時段、天線高，接收機編號、天線編號等，并將特殊情況記錄在備注欄內(nèi)，不要求記錄氣象元素。2.2.3GPS2.2.3GPS 基線向量解算及檢核基線向量解算及檢核(1) GPS 觀測原始數(shù)據(jù)的記錄、存貯及格式轉(zhuǎn)換，須嚴格保證數(shù)據(jù)的正確與可靠。GPS 觀測數(shù)據(jù)應(yīng)轉(zhuǎn)換成 RINEX 標準格式數(shù)據(jù)，然后采用嚴密、可靠的 GPS 基線處理軟件（如 Leica 公司的 SKI-PRO 軟件）解算和檢核 GPS 基線向量。(2) 由若干條非同步邊組成的異步環(huán)，其坐標差

23、分量閉合差按公式 2.2 進行計算并執(zhí)行：Wx 2 Wy 2 Wz 2 2.2 n n n式中：n為閉合環(huán)邊數(shù)； 為 GPS 基線空間距離標準差，其數(shù)值計算參見公式 2.1 及表 2.1。(3) 同一條基線邊任何兩個時段的成果互差，即重復(fù)基線互差，應(yīng)小于接收機標稱精度的 2倍。其中接收機標稱精度按公式 計算。 2 d)(1ppm10 222.2.42.2.4 GPSGPS 網(wǎng)平差計算網(wǎng)平差計算(1) GPS 網(wǎng)平差計算應(yīng)使用嚴密、可靠的 GPS 測量基線平差計算軟件（如同濟大學(xué)測量系提供的 TGPPSW 軟件包）進行，以非同步觀測的 GPS 基線向量作為觀測值，并兼顧地面起始坐標，采用三維嚴密

24、平差方法進行平差計算。(2) GPS D 級網(wǎng)平差時將杭州市區(qū) GPS C 級控制網(wǎng)點作為起算的固定點，采用三維嚴密約束平差方法進行平差計算，獲得杭州坐標系成果。將浙江省 GPS 基礎(chǔ)控制網(wǎng)點作為起算的固定點，采用三維嚴密約束平差方法進行平差計算，獲得1954 年北京坐標系、1980 西安坐標系成果。(3) 等級控制網(wǎng)平差計算完成后，應(yīng)進行控制網(wǎng)精度評定、統(tǒng)計計算，精度統(tǒng)計包括以下內(nèi)容： 控制網(wǎng)中同級相鄰點間最小、最大距離。 最弱邊相對中誤差。 最大非同步觀測基線向量邊獨立閉合環(huán)或附合路線邊數(shù)。 獨立基線構(gòu)成的獨立環(huán)坐標分量閉合差和全長閉合差及限差。無約束平差中基線向量改正數(shù)絕對值及限差。約束

25、平差與無約束平差同名基線改正數(shù)較差及限差。2.32.3 項目概況項目概況應(yīng)焦作市國土局邀請我單位在焦作地區(qū)做 D 級控制網(wǎng)，于是單位派遣我們 7人到焦作市做 D 級控制網(wǎng)的 GPS 靜態(tài)觀測。在那里根據(jù)焦作市國土局招標書的要求，對焦作地區(qū)進行 D 級控制網(wǎng)的設(shè)計、埋石、觀測、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)導(dǎo)出。這次的 D 級控制網(wǎng)的 GPS 觀測對焦作地區(qū)的所有地方進行了布網(wǎng)，是最全面、覆蓋面積最廣、觀測時間最快、精度最高的觀測。在短短的三個月內(nèi)觀測了近千個D 級 GPS 控制網(wǎng)點，在規(guī)定的時間內(nèi)提前完成任務(wù)焦作市國土資源局承擔的 D 級 GPS 三維大地測繪控制網(wǎng)項目，是為了促進“數(shù)字焦作”、推進信息化測繪

26、體系建設(shè)，服務(wù)焦作經(jīng)濟社會建設(shè)，構(gòu)建“數(shù)字國土”地理框架創(chuàng)建的測繪平臺，該項目具備國家規(guī)定的“統(tǒng)一、標準、權(quán)威、唯一”標準。該項目立項的歷史背景是：我們國家在上個世紀 50 年代為滿足測繪工作的急需，從前蘇聯(lián) 1942 普爾科夫坐標系傳算過來的,采用克拉索夫斯基橢球體，建立起來北京 1954 坐標系。該坐標系有以下缺點:橢球參數(shù)誤差較大、定位偏斜大、定向不明確、沒有進行整體平差。 這使得它不能滿足現(xiàn)代大地測量和有關(guān)科學(xué)發(fā)展的需要。1978 年 4 月在西安召開全國天文大地網(wǎng)平差會議，確定重新定位，建立我國新的坐標系。為此有了1980 年國家大地坐標系。1980 國家大地坐標系的大地原點設(shè)在我國

27、中部的陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)，位于西安市西北方向約 60 公里，故稱 1980 年西安坐標系，又簡稱西安大地原點。隨著數(shù)字地球、數(shù)字中國的叫響，推廣啟用 1980 年國家大地坐標系已經(jīng)拍在眉睫，為此，焦作市國土資源局在國家、省布控的基礎(chǔ)上，開展了 D級 GPS 三維大地測繪控制網(wǎng)項目建設(shè)。該項目的投入使用，對焦作經(jīng)濟社會的發(fā)展搭建了基礎(chǔ)平臺。2.42.4 GPSGPS 網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計GPS 網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計是 GPS 測量工作實施的第一步，是一項基礎(chǔ)性工作。這項工作應(yīng)根據(jù)網(wǎng)的用途和用戶的要求來進行，其主要內(nèi)容包括精度指標的確定，網(wǎng)的圖形設(shè)計和網(wǎng)的基準設(shè)計。2.4.12.4.1 GPSGPS

28、網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)特點及方式網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)特點及方式GPS 網(wǎng)的沒計需要考慮諸多因素，其核心是如何高質(zhì)量低成本完成既定的測量任務(wù)。GPS 網(wǎng)的設(shè)計包括網(wǎng)形構(gòu)造、精度、基準等方面的設(shè)計，此外，對于外業(yè)工作具體實施，還應(yīng)考慮觀測時段、時間、測站位置的選擇，接收機的類型及數(shù)量，交通后勤等因素。目前的 GPS 控制測量，基本上都是采用相對定位的測量方法。這就需要兩臺以及兩臺以上的 GPS 接收機在相同的時間段內(nèi)同時連續(xù)跟蹤相同的衛(wèi)星組，即實施所謂同步觀測。同步觀測時各 GPS 點組成的圖形稱為同步圖形。不同臺數(shù) GPS 接收機同步觀測一個時段，便組成以下各種同步圖形結(jié)構(gòu)如圖 3所示?？傊?，當 T 臺接收機同步觀測獲得

29、的同步圖形由n條基線構(gòu)成，其中n為 n=T(T-1)/2 同步圖形是構(gòu)成 GPS 網(wǎng)的基本圖形。而在組成同步圖形的n條基線中，只有(T-1)條足獨立基線，其余基線均為非獨立基線，可由獨立基線推算得到。由此，也就在同步圖形中形成若干坐標閉合差條件，稱為同步圖形閉合差。由于同步圖形是在相同的時間觀測相同的衛(wèi)星所獲得的基線解構(gòu)成的，基線之間是相關(guān)的觀測量。因此，同步圖形閉合差不能作為衡量精度的指標，但它可以反映野外觀測質(zhì)量和條件的好壞。圖 3在 GPS 測量中，與同步圖形相對應(yīng)的，還有非同步圖形或稱為異步圖形，即由不同時段的基線構(gòu)成的圖形。由異步圖形形成的坐標閉合差條件稱為異步圖形閉合差。當某條基線

30、被兩個或多個時段觀測時，就形成 r 重復(fù)基線坐標閉合差條件。異步圖形閉合條件和重復(fù)基線坐標閉合條件足衡量精度、檢驗粗差和系統(tǒng)差的重要指標。1) GPS 網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)方式GPS 網(wǎng)是由同步圖形作為基本圖形擴展延伸得到的，當采用不同的連接方式時，網(wǎng)形結(jié)構(gòu)隨之會有不同形狀。GPS 網(wǎng)的布設(shè)就是如何將各同步圖形合理地銜接成一個有機的整體，使之達到精度高， ，可靠性強，且作業(yè)量和作業(yè)經(jīng)費少的要求。GPS網(wǎng)的布設(shè)按網(wǎng)的構(gòu)成形式分為：星形網(wǎng)、點連式網(wǎng)、邊連式網(wǎng)、網(wǎng)連式網(wǎng)。按其作業(yè)方式可分為：同步作業(yè)方式網(wǎng)、基準站同步作業(yè)方式網(wǎng)(作業(yè)時始終保持靜止的儀器站稱為基準站)、快速定位作業(yè)方式。下面我們按照布網(wǎng)的形狀，逐

31、一討論各種構(gòu)網(wǎng)方式的優(yōu)劣1) 星形網(wǎng)星形網(wǎng)的圖形在作業(yè)中只需要兩臺 GPS 接收機。作業(yè)簡單，是一種快速定位作業(yè)方式，常用在快速靜態(tài)定位和準動態(tài)定位中。但由于各基線之間不構(gòu)成任何閉合圖形，所以其抗粗差的能力非常差。一般只用在工程測量、邊界測量、地籍測量和碎部測量等一些精度要求較低的測量中。2) 點連式網(wǎng)所謂點連式網(wǎng)，就是相鄰?fù)綀D形間僅由一個公共點連接成的網(wǎng)。任一個由m個點組成的網(wǎng)，由T臺接收機觀測，則完成該網(wǎng)至少要n個同步圖形： n=l+INT(mT)/(T1)(T一 1) （5-2）例如，當m=30 時，采用 3、4、5 臺接收機最少同步圖形分別為 15、l0、8。網(wǎng)的必要觀測基線數(shù)為m-

32、1。而網(wǎng)中n個同步圖形總共有n(T-1)條獨立基線。 顯然，以這種方式布網(wǎng)，沒有或僅有少量的異步圖形閉合條件。因此，所構(gòu)成的網(wǎng)形抗粗差能力仍不強，特別是粗差定位能力差，網(wǎng)的幾何強度也較弱。在這種網(wǎng)的布設(shè)中，可以在n個同步圖形的基礎(chǔ)上，再加測幾個時段，增加網(wǎng)的異步圖形閉合條件的個數(shù)，從而提高網(wǎng)的幾何強度，使網(wǎng)的可靠性得到改善。3) 邊連式網(wǎng)邊連式布網(wǎng)方法是指相鄰?fù)綀D形之間通過 2 個公共點相連，即同步圖形由 1條公共基線連接。任一個由m個點構(gòu)成的網(wǎng)，若用T臺(T3)接收機采用邊連式布網(wǎng)方法進行觀測，則完成該測量任務(wù)的最少同步圖形個數(shù)n為n=1+INT(m-T)/(T-2) (T3)相應(yīng)觀測獲得

33、的總基線數(shù)為 n(T-1)T/2 其中獨立基線數(shù)為n(T-1)，而網(wǎng)的多余觀測基線數(shù)為n(T-1)(m-1)。 比較邊連式與點連式布網(wǎng)方法，可以看出，采用邊連式布網(wǎng)方法有較多的非同步圖形閉合條件，以及大量的重復(fù)基線邊，因此，用邊連式布網(wǎng)方式布設(shè)的 GPS 網(wǎng)的幾何強度較高，具有良好的自檢能力，能夠有效發(fā)現(xiàn)測量中的粗差，具有較高的可靠性。4) 網(wǎng)連式網(wǎng)所謂網(wǎng)連式布網(wǎng)方法，是指相鄰?fù)綀D形之間有兩個以上公共點相連接，相鄰?fù)綀D形之間存在互相重迭的部分，即某一同步圖形的一部分是另一同步圖形中的一部分。這種布網(wǎng)方式通常需要 4 臺或更多的 GPS 接收機，這樣密集的布網(wǎng)方法，其幾何強度和可靠性指標是相

34、當高的，但其觀測工作量以及作業(yè)經(jīng)費均較高，僅適用于網(wǎng)點精度要求較高的測量任務(wù)。2.4.22.4.2 GPSGPS 網(wǎng)的精度設(shè)計網(wǎng)的精度設(shè)計精度是用來衡量網(wǎng)的坐標參數(shù)估值受觀測偶然誤差影響程度的指標。網(wǎng)的精度設(shè)計是根據(jù)偶然誤差傳播規(guī)律，按照一定的精度設(shè)計方法，分析網(wǎng)中各未知點平差后預(yù)期能達到的精度。這也常被稱為網(wǎng)的統(tǒng)計強度設(shè)計與分析。一般常用坐標的方差-協(xié)方差陣來分析，也常用誤差橢圓(球)和相對誤差橢圓(球)來描述坐標點的精度情況，或用點之間方位、距離和角度的標準差來定義。對于 GPS 網(wǎng)的精度要求，較為通行的方法是用網(wǎng)中點之間的距離誤差來表示，其形式為 22dba式中，為網(wǎng)中相鄰點之間距離的標

35、準差(mm)；a 為固定誤差(mm)；b 為比例誤差系數(shù)(10-6)；d 為兩點之問的距離(km)。我國頒發(fā)的全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范 ，根據(jù)網(wǎng)的不同用途，將 GPS 網(wǎng)劃分成 5 個等級，其相應(yīng)的精度如下表 2。表 2 GPS 精度表級別測量類型固定誤差a，mm比例誤差系數(shù)A地殼變形或國家高精度 GPS網(wǎng)50.1B國家基本控制測量81C控制網(wǎng)加密，城市、工程測量105D控制網(wǎng)加密，城市、工程測量1010E控制網(wǎng)加密，城市、工程測量1020在 GPS 網(wǎng)總體設(shè)計中，精度指標是比較重要的參數(shù)，它的數(shù)值將直接影響 GPS網(wǎng)的布設(shè)方案、觀測數(shù)據(jù)的處理以及作業(yè)的時間和經(jīng)費。在實際設(shè)計工作中，用戶

36、可根據(jù)所作控制的實際需要和可能，合理地制定。既不能制定過低而影響網(wǎng)的精度，也不必要盲目追求過高的精度造成不必要的支出。2.4.32.4.3 GPSGPS 控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計由各種構(gòu)網(wǎng)方式可以看出，在 GPS 作業(yè)前，應(yīng)設(shè)計出一種比較實用的既能滿足一定精度和可靠性要求、又有較高經(jīng)濟指標的布網(wǎng)作業(yè)計劃，這就是 GPS 網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計問題，本章將就此問題給予專門討論，在此僅給出網(wǎng)形設(shè)計的一般原則：1) GPS 網(wǎng)中不應(yīng)存在自由基線。所謂自由基線是指不構(gòu)成閉合圖形的基線，由于自由基線不具備發(fā)現(xiàn)粗差的能力，因而必須避免出現(xiàn)，也就是 GPS 網(wǎng)一般應(yīng)通過獨立基線構(gòu)成閉合圖形。2) GPS 網(wǎng)中的閉

37、合條件中基線數(shù)不可過少。網(wǎng)中各點最好有 3 條或更多基線分支，以保證檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性，使網(wǎng)的精度、可靠性較均勻。3) GPS 網(wǎng)應(yīng)以“每個點至少獨立設(shè)站觀測兩次”的原則布網(wǎng)。這樣不同接收機數(shù)測量構(gòu)成的網(wǎng)之精度和可靠性指標比較接近。4) 為了實現(xiàn) GPS 網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的坐標轉(zhuǎn)換，GPS 網(wǎng)至少應(yīng)與地面網(wǎng)有 2 個重合點。研究和實踐表明，應(yīng)有 35 個精度較高、分布均勻的地面點作為GPS 網(wǎng)的一部分，以便 GPS 成果較好地轉(zhuǎn)換至地面網(wǎng)中。同時，還應(yīng)與相當數(shù)量的地面水準點重合，以提供大地水準面的研究資料，實現(xiàn) GPS 大地高向正常高的轉(zhuǎn)換。5) 為了便于觀測，GPS 點應(yīng)選擇在交通便利、

38、視野開闊、容易到達的地方。盡管 GPS 網(wǎng)的觀測不需要考慮通視的問題，但是為了便于用經(jīng)典方法擴展，至少應(yīng)與網(wǎng)中另一點通視。2.4.42.4.4 GPSGPS 網(wǎng)基準的設(shè)計網(wǎng)基準的設(shè)計GPS 網(wǎng)的基準優(yōu)化設(shè)計主要是對坐標未知參數(shù)進行設(shè)計?；鶞蔬x取的不同將會對網(wǎng)的精度產(chǎn)生直接影響，其中包括 GPS 網(wǎng)基線向量解中位置基準的選擇，以及GPS 網(wǎng)轉(zhuǎn)換到地方坐標系所需的基準設(shè)計。另外，由于 GPS 尺度往往存在系統(tǒng)誤差，也應(yīng)提出對 GPS 網(wǎng)尺度基準的優(yōu)化設(shè)計。1. GPS 網(wǎng)位置基準的優(yōu)化設(shè)計研究表明，GPS 基線向量解算中作為位置基準的固定點誤差是引起基線誤差的一個重要因素，使用測量時獲得的單點定位

39、值作為起算坐標，由于其誤差可達數(shù)十米以上，所以選用不同點的單點定位坐標值作為固定點時，引起的基線向量差可達數(shù)厘米。因此，必須對網(wǎng)的位置基準進行優(yōu)選設(shè)計。對位置基準的優(yōu)化可以采用如下方案：1) 若網(wǎng)中點具有較準確的國家坐標系或地方坐標系坐標?？梢酝ㄟ^它們所屬坐標系與 WGS-84 坐標系的轉(zhuǎn)換參數(shù)求得該點的 WGS-84 系坐標，把它作為GPS 網(wǎng)的固定位置基準。2) 若網(wǎng)中某點是 Doppler 點或 SLR 站，由于其定位精度較 GPS 偽距單點定位高得多，可將其聯(lián)至 GPS 網(wǎng)中作為一點或多點基準。3) 若網(wǎng)中無任何其它類已知起算數(shù)據(jù)時，可將網(wǎng)中一點多次 GPS 觀測的偽距坐標作為網(wǎng)的位置

40、基準。2. GPS 網(wǎng)的尺度基準優(yōu)化設(shè)計盡管 GPS 觀測量本身已含有尺度信息，但由于 GPS 網(wǎng)的尺度含有系統(tǒng)誤差，所以還需要提供外部尺度基準。GPS 網(wǎng)的尺度系統(tǒng)誤差有兩個特點：一是隨時間變化，由于美國政府的 SA 政策，使廣播星歷誤差大大增加，從而對基線帶來較大的尺度誤差；二是隨區(qū)域變化，由區(qū)域重力場模型不準確引起的重力攝動所造成。因此，如何有效地降低或消除這種尺度誤差，提供可靠的尺度基準就是尺度基準優(yōu)化問題。其優(yōu)化有以下幾種方案：1) 提供外部尺度基準。對于邊長小于 50 km 的 GPS 網(wǎng)，可用較高精度的測距儀(10-6或更高)施測 23 條基線邊，作為整網(wǎng)的尺度基準，對于大型長基

41、線網(wǎng)，可采用 SLR 站的相對定位觀測值和 VLBI 基線作為 GPS 網(wǎng)的尺度基準。2) 提供內(nèi)部尺度基準。在無法提供外部尺度基準的情況下，仍可采用 GPS 觀測值作為 GPS 網(wǎng)的尺度基準，只是對于作為尺度基準的觀測量提出一些不同要求。3) 在網(wǎng)中選一條長基線，對該基線盡可能多地長時間、多次觀測，最后取多次觀測段所得的基線的平均值，以其邊長作為網(wǎng)的尺度基準。由于它是不同時期的平均值，尺度誤差可以抵消，其精度要比網(wǎng)中其他短基線高得多。所以，可以作為尺度基準。以上討論了 GPS 基線向量解算中位置基準及 GPS 尺度基準的選擇與優(yōu)化問題。此外，將 GPS 成果轉(zhuǎn)換到地面實用坐標系中，還存在一個

42、轉(zhuǎn)換基準的選擇問題。2 2. .5 5 GPSGPS 測量測量測前準備測前準備(1) GPS 內(nèi)存數(shù)據(jù)容量;(2) 認真了解各 GPS 點所處的環(huán)境，運用 GPS 軟件預(yù)測點的最佳觀測時間；(3) 檢查 GPS 的各項設(shè)置：靜態(tài)或動態(tài)、高度截止角、數(shù)據(jù)采樣率、天線類型、天線量測方式。第三章第三章 數(shù)據(jù)處理與精度分析數(shù)據(jù)處理與精度分析3.13.1 GPSGPS 測量數(shù)據(jù)傳輸與格式轉(zhuǎn)換測量數(shù)據(jù)傳輸與格式轉(zhuǎn)換1. GPS 數(shù)據(jù)傳輸（1）在傳輸數(shù)據(jù)前，先查看儀器里每個時段里記錄的數(shù)據(jù)量是否大小相近，將由于開關(guān)電源引起的無效記錄先刪除；（2）通信參數(shù)設(shè)置；（3）傳輸數(shù)據(jù)時，先檢查軟件中的各項設(shè)置，查看 GPS 類型、天線類型、天線高的量測方式等是否設(shè)置一致；（4）傳輸數(shù)據(jù)時，記錄好各數(shù)據(jù)文件的時段號、點名，以備基線解算后用；輸入天線高；（5）在做好上述工作后，查看高級設(shè)置，給定高度截止角、PDOP 值等幾個重要設(shè)置；即可傳輸數(shù)據(jù)；2. GPS 格式轉(zhuǎn)換（1） 收集應(yīng)用區(qū)域內(nèi)高等級控制點資料在應(yīng)用手持 GPS 接收機取土的區(qū)域內(nèi)（如一個縣）找出三個（或以上）分布均勻的等級點（精度越高越好）或 GPS“B”級網(wǎng)網(wǎng)點，點位最好是周圍無電磁波干擾，視野開闊，衛(wèi)星信號強。到當?shù)氐臏y繪管理部門（如：本地測繪局、測繪院）抄取這些點的北京 54