《控制測量》GNSS控制網(wǎng)的布網(wǎng)形式和設(shè)計

昆明冶金高等專科學(xué)校測繪學(xué)院第二十五講GNSS控制網(wǎng)的布網(wǎng)形式和設(shè)計[本章提要]

一GNSS控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計二GNSS控制網(wǎng)的布網(wǎng)形式

[習(xí)題]

一GNSS控制測量的技術(shù)設(shè)計

一、GNSS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的依據(jù)1、GNSS測量規(guī)范（規(guī)程）（1）《全球定位系統(tǒng)（GNSS）測量規(guī)范》

（2）《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》

（3）各行業(yè)部門的其他GNSS測量規(guī)程或細(xì)則2、測量任務(wù)書測量任務(wù)書或合同是測量施工單位上級主管部門或合同甲方下達(dá)的技術(shù)要求文件。它規(guī)定了測量任務(wù)的范圍、目的、精度和密度要求，提交成果資料的項目和時間，完成任務(wù)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。二、

GNSS網(wǎng)的精度、密度設(shè)計1、GNSS測量精度標(biāo)準(zhǔn)及分類（1）GNSS測量精度分類GNSS測量精度分級（一）級別主要用途固定誤差a（mm）比例誤差b（mm）A地殼形變測量或國家高精度GNSS網(wǎng)建立≤5≤0.1B國家基本控制測量≤8≤1GNSS測量精度分級（二）等級平均距離（km）a（mm）b（mm）最弱邊相對中誤差二9≤10≤21/12萬三5≤10≤51/8萬四2≤10≤101/4.5萬一級1≤10≤101/2萬

二級1≤15≤201/1萬（2）GNSS測量的精度標(biāo)準(zhǔn)GNSS測量的精度標(biāo)準(zhǔn)通常用網(wǎng)中相鄰點之間的距離中誤差表示，其形式為：

式中：σ--距離中誤差（毫米）；ɑ——固定誤差（mm）；b——比例誤差系數(shù)（ppm）；d——相鄰點之間的距離（km）。實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)測區(qū)大小、GNSS網(wǎng)的用途，來設(shè)計網(wǎng)的等級和精度標(biāo)準(zhǔn)。（9-1）2、GNSS點的密度標(biāo)準(zhǔn)制定GNSS網(wǎng)的密度標(biāo)準(zhǔn)，主要考慮任務(wù)要求和服務(wù)對象。

GNSS網(wǎng)中相鄰點間距離單位：km

級別項目ABCDE相鄰點最小距10015521相鄰點最大距2000250401510相鄰點平均距3007015～1010～55～2三、GNSS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計1.基準(zhǔn)設(shè)計的定義在GNSS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計中，必須明確GNSS網(wǎng)的成果所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)的工作，稱為GNSS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計。GNSS網(wǎng)的基準(zhǔn)包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。2.GNSS網(wǎng)的基準(zhǔn)的確定

方位基準(zhǔn)：由給定起算方位角確定。

尺度基準(zhǔn)：由地面的電磁波測距確定。

位置基準(zhǔn)：由給定的起算點坐標(biāo)確定。3.基準(zhǔn)設(shè)計應(yīng)考慮的幾個問題（1）應(yīng)在地面坐標(biāo)系中選定起算數(shù)據(jù)和聯(lián)測原有地方控制點若干個，用以轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。大中城市GNSS控制網(wǎng)應(yīng)與附近的國家控制點聯(lián)測3個以上。小城市或工程控制可以聯(lián)測2--3個點。（2）對GNSS網(wǎng)內(nèi)重合的高等級國家點或原城市等級控制點，除未知點連結(jié)圖形觀測外，對它們也要適當(dāng)?shù)貥?gòu)成長邊圖形。

3.基準(zhǔn)設(shè)計應(yīng)考慮的幾個問題：

（3）聯(lián)測的高程點需均勻分布于網(wǎng)中，對丘陵或山區(qū)聯(lián)測高程點應(yīng)按高程擬合曲面的要求進(jìn)行布設(shè)。A、B級網(wǎng)應(yīng)按二等水準(zhǔn)逐點聯(lián)測高程。B級網(wǎng)應(yīng)按三等水準(zhǔn)或與其相當(dāng)?shù)姆椒ㄖ辽倜扛?～3點聯(lián)測一點。C級網(wǎng)應(yīng)按四等水準(zhǔn)或與其相當(dāng)?shù)姆椒ㄖ辽倜扛?～6點聯(lián)測一點。D、E級網(wǎng)具體聯(lián)測宜采用不低于四等水準(zhǔn)或與其精度相等的方法進(jìn)行。

（4）新建GNSS網(wǎng)的坐標(biāo)系應(yīng)盡量與測區(qū)過去采用的坐標(biāo)系統(tǒng)一致。采用的是地方獨立或城市獨立坐標(biāo)系應(yīng)具備下列技術(shù)參數(shù)：

①所采用的參考橢球幾何參數(shù)；

②坐標(biāo)系的中央子午線經(jīng)度值；

③縱橫坐標(biāo)的加常數(shù)；

④坐標(biāo)系的投影面高程及測區(qū)均高程異常值；

⑤起算點的坐標(biāo)值及起算方位。四、幾個基本概念及GNSS網(wǎng)特征條件1、GNSS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個基本概念

觀測時段：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)工作的時間段，簡稱時段。同步觀測：兩臺或兩臺以上接收機(jī)同時對同一組衛(wèi)星進(jìn)行的觀測。同步觀測環(huán)：三臺或三臺以上接收機(jī)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)路叫異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。獨立基線：對于N臺GNSS接收機(jī)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-1。非獨立基線：除獨立基線外的其它基線叫非獨立基線，總基線數(shù)與獨立基線之差即為非獨立基線數(shù)。

星歷（Ephemeris）：是不同時刻衛(wèi)星在軌道上的坐標(biāo)值。

數(shù)據(jù)剔除率（Percentageofdatarejection）刪除的觀測值個數(shù)與應(yīng)獲得的觀測值個數(shù)比值。

天線高（Antennaheight）：觀測時接收機(jī)天線平均相位中心到測站中心標(biāo)志面的高度。

參考站（Referencestation）：在一定的觀測時間內(nèi)，一臺或幾臺接收機(jī)分別固定在一個或幾個測站上，一直保持跟蹤觀測衛(wèi)星，其余接收機(jī)在這些測站的一定范圍內(nèi)流動設(shè)站作業(yè)。

流動站（Movingstation）：在參考站的一定范圍內(nèi)流動作業(yè)的接收機(jī)設(shè)立的測站。2、GNSS網(wǎng)特征條件的計算觀測時段數(shù)：

式中：n為網(wǎng)點數(shù)，m為每點設(shè)站數(shù)，N為接收機(jī)數(shù)，總基線數(shù)：必要基線數(shù)：獨立基線數(shù)：多余基線數(shù)：3、GNSS網(wǎng)同步圖形構(gòu)成及獨立邊的選擇對應(yīng)于獨立GNSS邊可以有如下圖所示的不同選擇當(dāng)同步觀測的GNSS接收機(jī)數(shù)N≥3時，同步閉合環(huán)的最少數(shù)應(yīng)為：N與J、T的關(guān)系表接收機(jī)數(shù)N23456GNSS邊數(shù)J1361015同步閉合環(huán)數(shù)T013610

五、GNSS網(wǎng)的圖形設(shè)計

1、GNSS網(wǎng)的圖形設(shè)計定義

根據(jù)對所布設(shè)的GNSS網(wǎng)的精度要求和其它方面的要求，設(shè)計出獨立的GNSS邊構(gòu)成的多邊形網(wǎng)，稱為GNSS網(wǎng)的圖形設(shè)計。2、GNSS網(wǎng)的圖形布設(shè)方式（1）點連式：相鄰?fù)綀D形之間僅有一個公共點的連接。（2）邊連式：同步圖形之間由一條公共基線連接。（3）網(wǎng)連式：指相鄰?fù)綀D形之間有兩個以上公共點相連接，需要4臺以上接收機(jī)。（4）邊點混合連接式：把點連式與邊連式有機(jī)地結(jié)合起來，組成GNSS網(wǎng)的方式。

（5）星形布設(shè)

（1）GNSS網(wǎng)應(yīng)根據(jù)測區(qū)實際需要和交通狀況進(jìn)行設(shè)計。GNSS網(wǎng)的點與點間不要求通視，但應(yīng)考慮常規(guī)測量方法加密時的應(yīng)用，每點應(yīng)有一個以上的通視方向。（2）在布網(wǎng)設(shè)計中應(yīng)顧及原有測繪成果資料以及各種大比例尺地形圖的沿用，宜采用原有坐標(biāo)系統(tǒng)。對凡符合GNSS網(wǎng)布點要求的舊有控制點，應(yīng)充分利用其標(biāo)石。（3）GNSS網(wǎng)應(yīng)由一個或若干個獨立觀測環(huán)構(gòu)成，也可采用附合線路形式構(gòu)成。GNSS網(wǎng)的圖形設(shè)計原則

（4）為求定GNSS點在地面坐標(biāo)系的坐標(biāo)，應(yīng)在地面坐標(biāo)系中選定起算數(shù)據(jù)和聯(lián)測原有地方控制點若干個。大、中城市的GNSS網(wǎng)應(yīng)與國家控制網(wǎng)相互聯(lián)接和轉(zhuǎn)換，并應(yīng)與附近的國家控制點聯(lián)測，聯(lián)測點數(shù)不應(yīng)少于3個點。小城市或工程控制網(wǎng)可聯(lián)測2～3個點。（5）為了求得GNSS網(wǎng)點的正常高，應(yīng)進(jìn)行水準(zhǔn)測量的高程聯(lián)測，并應(yīng)按下列要求實施：①高程聯(lián)測應(yīng)采用不低與四等水準(zhǔn)測量與其精度相當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行；②平原地區(qū)，高程聯(lián)測點應(yīng)不少于5個點，并應(yīng)均勻分布于網(wǎng)中；③丘陵或山地，高程聯(lián)測點應(yīng)按測區(qū)地形特征，適當(dāng)增加高程聯(lián)測點其點數(shù)不宜少于10個點；④GNSS點高程（正常高）經(jīng)計算分析后符合精度要求的可供測圖或一般工程測量使用。

六、GNSS觀測綱要設(shè)計1.1測區(qū)踏勘

1、交通情況；

2、水系分布情況；

3、植被情況；

4、控制點分布情況；

5、居民點分布情況；

6、當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗民情。1.2資料收集

1、各類圖件；

2、各類控制點成果；

3、測區(qū)有關(guān)的地質(zhì)、氣象、交通、通訊等方面的資料；

4、城市及鄉(xiāng)、村行政區(qū)劃表。一、測區(qū)踏勘及資料收集二、設(shè)備、器材籌備及人員組織1、籌備儀器、計算機(jī)及配套設(shè)備；

2、籌備機(jī)動設(shè)備及通訊設(shè)備；

3、籌備施工器材，計劃油料，材料的消耗；

4、組建施工隊伍，擬定施工人員名單及崗位；

5、進(jìn)行詳細(xì)的投資預(yù)算。三、擬定外業(yè)觀測計劃1、擬定觀測計劃的主要依據(jù)：（1）GNSS網(wǎng)的規(guī)模大?。唬?）點位精度要求；（3）GNSS衛(wèi)星星座幾何圖形強(qiáng)度；（4）參加作業(yè)的接收機(jī)數(shù)量；（5）交通、通訊及后勤保障。2、觀測計劃的主要內(nèi)容：（1）編制GNSS衛(wèi)星的可見性預(yù)報圖；（2）選擇衛(wèi)星的幾何圖形強(qiáng)度；（3）選擇最佳觀測時斷；（4）觀測區(qū)域的設(shè)計與劃分；（5）編排作業(yè)調(diào)度表；作業(yè)調(diào)整度表（6）采用規(guī)定格式GNSS測量外業(yè)觀測通知單進(jìn)行調(diào)度。GNSS作業(yè)調(diào)度表時斷編號觀測時間測站號測站號測站號測站號測站號測站號機(jī)號機(jī)號機(jī)號機(jī)號機(jī)號機(jī)號1234GNSS測量外業(yè)觀測通知單

觀測日期年月日組別：操作員：點位所在圖幅：測站編號/名：觀測時斷：1：2：

3：4：

5：6：安排人：年月日四、設(shè)計GNSS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測方案GNSS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測，可根據(jù)測區(qū)地形變化和地面控制點的分布而定，一般在GNSS網(wǎng)中至少要重合觀測三個以上的地面控制點作為約束點。五、技術(shù)設(shè)計書編寫1、項目概述包括GNSS項目的來源、下達(dá)任務(wù)的項目、用途及意義；GNSS測量點的數(shù)量（包括新定點數(shù)、約束點數(shù)、水準(zhǔn)點數(shù)、檢查點數(shù)）；GNSS點的精度指標(biāo)及坐標(biāo)、高程系統(tǒng)。2、測區(qū)概況測區(qū)隸屬的行政管轄；測區(qū)范圍的地理坐標(biāo)，控制面積；測區(qū)的交通狀況和人文地理；測區(qū)的地形及氣候狀況。(3)作業(yè)依據(jù)完成該項目所需的所有的測量規(guī)范、工程規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。(4)技術(shù)要求根據(jù)任務(wù)書或合同的要求，或網(wǎng)的用途提出具體的精度指標(biāo)要求、提交成果的坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)等。(5)測區(qū)已有資料的收集和利用情況所收集到的測區(qū)資料，特別是測區(qū)已有的控制點的成果資料，包括控制點的數(shù)量、點名、坐標(biāo)、高程、等級以及所屬的系統(tǒng)，點位的保存狀況，可利用的情況介紹。(6)布網(wǎng)方案在適當(dāng)比例尺的地形圖上進(jìn)行GNSS網(wǎng)的圖上設(shè)計，包括GNSS網(wǎng)點的圖形、網(wǎng)點數(shù)、連接形式，GNSS網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征的測算，精度估算和點位圖的繪制。（7）選點與埋標(biāo)

GNSS的點位基本要求，點位標(biāo)志的選用及埋設(shè)方法，點位的編號等問題。(8)GNSS網(wǎng)的外業(yè)觀測采用的儀器與測量模式，觀測的基本程序與觀測的基本要求，觀測計劃的制定。對數(shù)據(jù)采集提出應(yīng)注意的問題，包括外業(yè)觀測時的具體操作規(guī)程、對中整平的精度、天線高的量測方法及精度要求，氣象元素測量等。(9)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理的基本方法及使用的軟件，起算點坐標(biāo)選擇；閉合環(huán)和重復(fù)基線的檢驗及點位精度的評定指標(biāo)。(10)質(zhì)量保證措施要求措施具體，方法可靠，能在實際中貫徹執(zhí)行。(11)人員配備情況(12)設(shè)備配備情況(13)驗收與上交資料七、GNSS接收機(jī)選型及檢驗

等級項目二三四五六單頻/雙頻單頻或雙頻單頻或雙頻單頻或雙頻單頻或雙頻單頻或雙頻標(biāo)稱精度≤10mm+2ppm·D≤10mm+3ppm·D≤10mm+3ppm·D≤10mm+3ppm·D≤10mm3ppm·D觀測量載波相位載波相位載波相位載波相位載波相位同步觀測接收機(jī)數(shù)≥2≥2≥2≥2≥21、接收機(jī)的選用接收機(jī)的選用可參考下表：接收機(jī)全面檢驗的內(nèi)容，包括一般性檢視、通電檢驗和實測檢驗。（1）一般檢驗：主要檢查接收機(jī)設(shè)備各部件及其附件是否齊全、完好，緊固部分是否松動與脫落，使用手冊及資料是否齊全等。（2）通電檢驗：接收機(jī)通電后有關(guān)信號燈、按鍵、顯示系統(tǒng)和儀表的工作情況，以及自測試系統(tǒng)的工作情況，當(dāng)自測正常后，按操作步驟檢驗儀器的工作情況。（3）實測檢驗：測試檢驗是GNSS接收機(jī)檢驗的主要內(nèi)容。其檢驗方法有：用標(biāo)準(zhǔn)基線檢驗；已知坐標(biāo)、邊長檢驗；零基線檢驗；相位中心偏移量檢驗等。①用零基線檢驗接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平?；€測試方法如下：●選擇周圍高度角10度以上無障礙物的地方安放天線?！襁B接電源，二臺GNSS接收機(jī)同步接收四顆以上衛(wèi)星1∽1.5h。●交換功分器與接收機(jī)接口，再觀察一個時段。●用隨機(jī)軟件計算基線坐標(biāo)增量和基線長度?；€誤差應(yīng)少于1mm。否則應(yīng)送廠檢修或降低級別使用。2、接收機(jī)的檢驗②天線相位中心穩(wěn)定性檢驗●該項檢驗可在標(biāo)準(zhǔn)基線、比較基線或GNSS檢測場上進(jìn)行?！?/p>