GPS測量的形式、指標和技術設計

1、1GPS測量的形式、指標和技術設計2本章內容概述GPS網的精度和密度設計GPS網的基準設計 GPS網的布網形式 GPS網的圖形設計GPS網的設計準則GPS網的設計指標技術設計書的編寫31. 概述41.1 技術設計及其作用5技術設計的內涵技術設計依據：GPS網的用途及用戶的要求，GPS測量規(guī)范（規(guī)程），內容：基準、精度、密度、網形及作業(yè)綱要（如觀測的時段數、每個時段的長度、采樣間隔、截止高度角、接收機的類型及數量、數據處理的方案）的具體規(guī)定和要求。技術設計的作用提供了建立GPS網的技術準則，項目實施及成果檢查驗收時的技術依據6技術設計的過程確定設計的技術依據進行技術設計精度設計密度設計基準設計圖

2、形（結構）設計71.2 技術設計的依據8技術依據測量任務書或測量合同書GPS測量規(guī)范及規(guī)程其他規(guī)范及規(guī)程9GPS測量規(guī)范及規(guī)程現有規(guī)范、規(guī)程全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范，GB/T 18314-2009 國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會，2009年。全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范，GB/T18314-2001，國家質量技術監(jiān)督局，國家標準，2001全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范，CH2001-92，國家測繪局，1992全球定位系統(tǒng)（GPS ）測量型接收機檢定規(guī)程 ，國家測繪局， CH8016-1995全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程，CJJ 73-97，建設部，行業(yè)標準，199710

3、GPS測量規(guī)范及規(guī)程11GPS測量規(guī)范及規(guī)程規(guī)范的內容 國家測量規(guī)范的內容12GPS測量規(guī)范及規(guī)程規(guī)范的內容 城市測量技術規(guī)程13其他規(guī)范及規(guī)程若暫無與工程相對應的GPS規(guī)范時，可參照與該工程對應的常規(guī)測量規(guī)范中的質量要求，然后以此為依據，套用GPS規(guī)范14測量任務書或測量合同書測量任務書與合同書測量任務書測量單位的上級事業(yè)性單位主管部門下達的具有強制性約束力的文件。常用于下達計劃指令性任務。測量合同書由業(yè)主方（或上級主管部門）與測量實施單位所簽訂的合同，具有法律效力。市場經濟條件下廣泛采用的一種形式。測量任務書和合同書的作用測量單位必須按照規(guī)定的項目目的、用途、范圍、精度、密度等進行施測，按

4、時提交合格的成果及相關資料。上級主管部門及業(yè)主方也應按規(guī)定及時撥（支）付作業(yè)費用，在資料、場地、生活方面給予必要的協(xié)助和照顧。技術設計必須保證所規(guī)定的各項技術指標均能得以滿足，并在時間和進度安排上留有余地。15與甲方的關系積極了解甲方要求網的用途及質量要求積極與甲方進行溝通成果內容及形式質檢指標162. 精度和密度設計17GPS測量的等級我國GPS測量規(guī)范（ GB/T 18314-2009 ）所規(guī)定的網的等級18GPS測量的等級我國城市測量規(guī)程（CJJ 73-97 ）所規(guī)定的網的等級基線向量的弦長中誤差：19各級GPS測量的精度及密度要求20精度和密度設計的原則精度設計的原則滿足合同或任務書要

5、求滿足規(guī)范要求滿足應用要求密度設計的原則根據工程項目的需要，而非網的規(guī)模大小或邊長的長短213. GPS網的基準設計22GPS網基準設計的內涵GPS網基準設計指定GPS網所采用的坐標參照系（基準）確定所采用的起算數據GPS網的基準位置基準尺度基準方位基準23坐標參照系設計設計方法：根據布網的目的用途城市控制網或工礦企業(yè)的獨立控制網，起算點的坐標采用上述坐標系中的坐標。全球性的或區(qū)域性的地球動力學研究時，通常采用ITRF坐標。24位置基準設計決定位置基準的因素網中“起算點”坐標平差方法確定位置基準的方法選取網中一個點的坐標并加以固定或給以適當的權（最小約束平差）。網中各點坐標均不固定，通過自由網

6、偽逆平差或擬穩(wěn)平差來確定網的位置基準 。在網中選取若干個點的坐標并加以固定或給以適當的權（約束平差）。25位置基準設計獨立網和附和網獨立網采用最小約束平差、自由網偽逆平差或擬穩(wěn)平差時，網平差中僅引入了位置基準，無多余約束條件，對網的定向和尺度無影響。附合網采用約束平差時，起算數據多于必要的起算數據數，在確定網位置基準的同時也會對網的方向和尺度產生影響。26尺度基準設計決定尺度基準的因素GPS網中的基線地面測距邊已知點間的固定邊GPS基線向量確定尺度基準的方法新建控制網：可直接由GPS基線向量提供尺度基準，即采用獨立網或固定一點一方位進行平差的形式，這樣可以充分利用GPS技術的高精度特性。舊控制

7、網加密或改造：采用附合網形式，已知點間的邊長成為尺度基準。涉及特殊投影面（投影面非參考橢球面）的網：若在指定投影面上沒有足夠數量控制點，則可以引入地面高精度測距邊作為尺度基準。 27方位基準設計 決定方位基準的因素網中的起始方位角GPS基線向量確定尺度基準的方法利用舊網中的若干控制點作為GPS網中的已知點進行約束平差28基準設計的內容及原則設計內容平差方法起算數據的類型、數量及分布設計原則滿足項目要求結合現有條件294. GPS網的布網形式30跟蹤站式形式每個點上設置一臺接收機，長期固定安放在測站上，進行常年、不間斷的觀測。所有接收機的地位對等，無主次之分。優(yōu)點精度和可靠性極高缺點需建立專門的

8、永久性建筑即跟蹤站，觀測成本很高。適用范圍一般用于建立GPS跟蹤站或永久性的監(jiān)測網（A級）。31會戰(zhàn)式形式多臺GPS接收機集中在一段不太長的時間內，共同作業(yè)。分批觀測模式，即一段時間里所有接收機在同一批點上進行多天、長時段的同步觀測；然后，所有接收機又都遷移到另外一批點上進行相同方式的觀測，直至完成所有點的觀測。有時也被稱為分區(qū)觀測。所有接收機的地位是對等的，沒有主次之分。優(yōu)點精度和可靠性很高適用范圍B級網32多基準站式形式有若干臺接收機長期固定在某幾個點作為基準站進行長時間的觀測，與此同時，另外一些接收機則在這些基準站周圍相互之間進行網觀測模式或點觀測模式的測量。優(yōu)點各基準站間基線向量精度高

9、，可作為整個GPS網的骨架。其余同步觀測圖形與各個基準站之間也存在同步觀測基線，圖形結構強。適用范圍BE級網多基準站式網模式點模式33同步圖形擴展式形式多臺接收機在不同測站上進行同步觀測，在完成一個時段的同步觀測后，又遷移到其它的測站上進行同步觀測，每次同步觀測都可以形成一個同步圖形，在測量過程中，不同的同步圖形間一般有若干個公共點相連，整個GPS網由這些同步圖形構成。優(yōu)點擴展速度快，圖形強度較高，作業(yè)方法簡單。適用范圍BE級網同步圖形的擴展34單基準站（星形網）式形式以一臺接收機作為基準站，連續(xù)開機觀測，其余接收機在其周圍流動觀測，流動接收機之間一般不要求同步。流動接收機每觀測一個時段，就測

10、得一條與基準站間的同步觀測基線，所有同步基線形成一個以基準站為中心的星形。優(yōu)點效率高。缺點圖形強度弱，可靠性低。適用范圍不適用于等級GPS控制網測量，可用于對可靠性要求不高的等外GPS測量 。單基準站式的布網35確定布網方案應顧及的問題網的質量要求所具備儀器的數量測區(qū)測繪基礎設施（是否可利用CORS）網點的分布形態(tài)面狀還是帶狀365. GPS網的圖形設計37GPS網的基本圖形三角形多邊形附合導線形星形38定義以三角形作為基本圖形所構成的GPS網特點優(yōu)點：幾何強度高、抗粗差能力強、可靠性高缺點：工作量大提高圖形強度的方法加測對角線三角形網39多邊形網定義以多邊形（邊數4）作為基本圖形特點：效率高

11、，工作量較小，圖形強度雖不如三角形網保證及提高圖形強度的方法對多邊形邊數加以限制40附和導線網定義以附和導線（或稱附和路線）作為基本圖形特點效率高，工作量較小，圖形強度雖不如三角形網和多邊形網保證及提高圖形強度的方法對多邊形邊數加以限制，仍能保證一定的強度41星形網（單基準站）定義從一個已知點上分別與各待定點進行相對定位（待定點間一般無聯系）特點作業(yè)速度快，但抗粗差能力極差提高可靠性的方法從兩個已知點（基準站）上對同一待定點（流動站）進行觀測；適當復測應用界址點、碎部點和低等級控制點（圖根點）工作模式Go and StopRTK42多基準站定義兩臺以上的接收機（基準站）固定不間斷觀測，其余接收

12、機流動觀測（待定點間一般無聯系）特點抗粗差能力較差應用界址點、碎部點和低等級控制點（圖根點）工作模式Go and StopRTK提高可靠性的方法適當復測436. GPS網的設計準則44GPS網設計的出發(fā)點前提保證質量目標提高效率降低成本45GPS網設計的特點常規(guī)控制網圖形設計與精度和可靠性有關的點位設計觀測設計（觀測點、測回數等）GPS網圖形設計觀測設計（同步觀測圖形、重復觀測次數、觀測參數設置、觀測時長要求）注意：GPS網無與精度和可靠性直接相關的圖形設計問題（點位觀測環(huán)境方面的問題除外）46網形與GPS網質量的關系如果假定對應基線向量的質量一樣，則在下面兩個圖形中，對應各點的可靠性和精度是

13、完全一樣的123451234547網形與GPS網質量的關系網的形狀對GPS網的質量沒有直接影響對于上述兩個網形，如果對應基線的質量相同，則兩個網的質量也相同。48網形與GPS網質量的關系 兩點重要提示GPS網的圖形強度（可靠性）與基線向量的數量和分布有關GPS點的精度和可靠性與與其相連的基線向量數密切相關，相連的基線向量數越多，精度和可靠性越高49重復設站與復測邊GPS網布設時的重復設站次數（觀測時段數）GPS點反復進行設站觀測的次數復測邊（重復邊）的布置復測邊：同一基線向量不同時段的觀測結果注：以上兩點也可看作是GPS網測量的要求123456第一時段第二時段重測邊（基線）50提高GPS網可靠

14、性的方法增加觀測時段數（增加獨立基線數） 保證一定的重復設站次數保證每個測站至少與三條以上的獨立基線相連，這樣可以使得測站具有較高的可靠性 在布網時要使網中所有最簡異步環(huán)的邊數不要過多各級GPS網中最簡獨立閉合環(huán)或附和導線的邊數要求51提高GPS網精度的方法對網中距離較近的點一定要進行同步觀測，以獲得直接觀測基線。可以在全面網之上建立框架網，以框架網作為整個GPS網的骨架。在布網時要使網中所有最簡異步環(huán)的邊數要過多。在建立GPS網時，引入高精度激光測距邊，作為觀測值與GPS觀測值（基線向量）一同進行聯合平差，或將它們作為起算邊長。若要采用高程擬合的方法，測定網中各點的正常高或正高，則需在布網時

15、，選定一定數量的水準點，水準點的數量應盡可能多，且應在網中均勻分布，還要保證有部分點分布在網中的四周，將整個網包圍起來。在網中增設長時間、多時段的基線向量。52短邊必測網中距離較近的點間要進行直接觀測（短邊必測）短邊必測53框架網的采用當控制網的范圍較大時，可采用分級布設的方法，即首先布設點數較少但等級較高的框架網，然后再部分項目所要求等級的全面網框架網全面網54起算數據的選取與分布 起算點的選取與分布若要求新舊成果吻合最好，則起算點數量越多越好；若不要求新舊成果完全吻合，則一般可選35個起算點，用于基準轉換和檢核；起算點一般應均勻地分布在GPS網的周圍，要避免所有的起算點分布在網中一側的情況

16、。起算邊長的選取與分布若需要將所建立的GPS網成果投影到某一指定的高程面上，可以采用高精度激光測距邊（已歸算到指定高程面上）作為起算邊長，數量為35條，可設置在網中任意位置，但激光測距邊兩端點的高差不應過分懸殊。起算方位的選取與分布在采用GPS技術建立獨立坐標系下的控制網時，可以引入起算方位，但起算方位不宜太多，起算方位可設置在網中任意位置。557. GPS網的設計指標56GPS網的特征值57理論最少觀測時段數 定義理論最少觀測時段數是在滿足所規(guī)定的重復設站次數要求的前提下，完成GPS網外業(yè)觀測理論上所需的最少觀測時段數。計算公式理論最少觀測時段數 點數重復設站觀測數接收機數58設計時段數定義按照設計的外業(yè)觀測方案完成GPS網的觀測所需的觀測時段數，稱為設計時段數，用符號SD表示。59基線總數定義通過外業(yè)觀測所測得所有基線的數量計算公式 基線總數觀測時段數接收機數60獨立基線數定義通過外業(yè)觀測所測得獨立基線的數量計算公式 基線總數觀測時段數接收機數61必要基線數定義建立網中所有點之間相對關系所必須的基線數 計算公式 基線總數點數62多余基線數定義獨立基線數與必要基線數之差 計算公式 多余基