GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理第四講

GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理

第四講河南工程學(xué)院土木工程系測(cè)繪教研室第四章GPS測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集本章主要內(nèi)容外業(yè)流程外業(yè)觀測(cè)進(jìn)度和費(fèi)用預(yù)算選點(diǎn)與埋石GPS接收機(jī)的選用及儀器檢驗(yàn)外業(yè)觀測(cè)（數(shù)據(jù)采集）外業(yè)成果驗(yàn)收和上交資料第四章GPS測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集GPS測(cè)量的作業(yè)模式GPS載波相對(duì)定位的作業(yè)模式與GPS接收機(jī)設(shè)備的硬件和軟件有關(guān)，主要有：靜態(tài)相對(duì)定位快速靜態(tài)相對(duì)定位準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位（停行動(dòng)態(tài)測(cè)量）動(dòng)態(tài)相對(duì)定位(RTK)第四章GPS測(cè)量外業(yè)數(shù)據(jù)采集在建立GPS控制網(wǎng)時(shí)，為了保證得到高精度的可靠的成果，一般采用靜態(tài)相對(duì)定位法或快速靜態(tài)相對(duì)模式。距離較長(zhǎng)（大于5公里）：采用靜態(tài)相對(duì)定位法距離較段（小于5公里）：采用快速靜態(tài)相對(duì)定位法一、靜態(tài)相對(duì)定位作業(yè)方法：兩臺(tái)以上儀器，同步觀測(cè)4顆以上衛(wèi)星，1?3h定位精度：基線測(cè)量的精度可達(dá)5mm+1ppm*D特點(diǎn):觀測(cè)的獨(dú)立基線邊，應(yīng)構(gòu)成某種閉合圖形，利于成果的檢核?；€長(zhǎng)數(shù)公里到上千公里。一、靜態(tài)相對(duì)定位適用范圍建立地殼運(yùn)動(dòng)或工程變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)建立全球性或國(guó)家級(jí)大地控制網(wǎng)建立長(zhǎng)距離檢校基線進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測(cè)建立精密工程測(cè)量控制網(wǎng)經(jīng)典靜態(tài)相對(duì)定位二、快速靜態(tài)相對(duì)定位作業(yè)方法：在測(cè)區(qū)中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站（或參考站），并設(shè)置一臺(tái)儀器，連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星。另一臺(tái)接收機(jī)，依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，且在每個(gè)流動(dòng)站上，靜止觀測(cè)數(shù)分鐘。按快速解算整周未知數(shù)的方法進(jìn)行基線解算。定位精度：基線測(cè)量的精度可達(dá)（5?10）mm+1ppm*D特點(diǎn):作業(yè)速度快，精度較高，可靠性差二、快速靜態(tài)相對(duì)定位適用范圍小范圍的控制測(cè)量及其加密；工程測(cè)量、邊界測(cè)量；地籍測(cè)量及碎部測(cè)量快速靜態(tài)相對(duì)定位三、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位作業(yè)方法：在測(cè)區(qū)選擇一個(gè)基準(zhǔn)站（或參考站），并設(shè)置一臺(tái)儀器，連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星。另一臺(tái)接收機(jī)于起點(diǎn)觀測(cè)數(shù)分鐘，以便快速解算整周未知數(shù)，保持對(duì)所測(cè)衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，流動(dòng)的接收機(jī)依次遷到各流動(dòng)點(diǎn)觀測(cè)1分鐘左右。定位精度：基線測(cè)量的精度可達(dá)（10?20）mm+1ppm*D特點(diǎn)作業(yè)效率非常高。三、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位適用范圍開(kāi)闊地區(qū)的加密測(cè)量；工程定位及碎部測(cè)量剖面測(cè)量和路線測(cè)量地籍測(cè)量等準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位四、動(dòng)態(tài)相對(duì)定位作業(yè)方法：建立一個(gè)基準(zhǔn)站，安置一臺(tái)接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見(jiàn)衛(wèi)星；另一臺(tái)接收機(jī)安置在運(yùn)動(dòng)的載體上，初始化后，運(yùn)動(dòng)過(guò)程，按預(yù)定的采樣率間隔實(shí)時(shí)自動(dòng)觀測(cè)。定位精度：基線測(cè)量的精度可達(dá)（1?3）cm+1ppm*D特點(diǎn)作業(yè)效率高,可實(shí)現(xiàn)載體的連續(xù)實(shí)時(shí)定位。四、動(dòng)態(tài)相對(duì)定位適用范圍精密測(cè)定載體的運(yùn)動(dòng)軌跡；道路中心線測(cè)量航道測(cè)量開(kāi)闊地區(qū)的剖面測(cè)量和水文測(cè)量GIS數(shù)據(jù)采集等動(dòng)態(tài)相對(duì)定位4.1外業(yè)觀測(cè)進(jìn)度和費(fèi)用預(yù)算問(wèn)題：要布設(shè)一個(gè)100個(gè)點(diǎn)的C級(jí)網(wǎng)，若某個(gè)外業(yè)測(cè)量對(duì)計(jì)劃采用4臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，問(wèn)題：外業(yè)觀測(cè)需要進(jìn)行多少天？外業(yè)觀測(cè)費(fèi)用是多少？一、重復(fù)設(shè)站次數(shù)和時(shí)段長(zhǎng)度的規(guī)定規(guī)范對(duì)不同等級(jí)網(wǎng)的重復(fù)設(shè)站次數(shù)和觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度的規(guī)定：級(jí)別項(xiàng)目AAABCDE衛(wèi)星截止高度角（0）101015151515同時(shí)觀測(cè)有效衛(wèi)星數(shù)≥4≥4≥4≥4≥4≥4有效衛(wèi)星總數(shù)≥20≥20≥9≥6≥4≥4觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥10≥6≥4≥2≥1.6≥1.6采樣間隔靜態(tài)30303010~3010~3010~30快速靜態(tài)———5~155~155~15一、重復(fù)設(shè)站次數(shù)和時(shí)段長(zhǎng)度的規(guī)定規(guī)范對(duì)不同等級(jí)網(wǎng)的重復(fù)設(shè)站次數(shù)和觀測(cè)時(shí)段長(zhǎng)度的規(guī)定：時(shí)段長(zhǎng)度（min）靜態(tài)≥720≥540≥240≥60≥45≥40快速靜態(tài)雙頻+P（Y）碼———≥10≥5≥2雙頻全波———≥15≥10≥5單頻或雙頻半波———≥30≥20≥10時(shí)段中任一衛(wèi)星有效觀測(cè)時(shí)間（min）靜態(tài)≥15≥15≥15≥15≥15≥15快速靜態(tài)雙頻+P（Y）碼———≥1≥1≥1雙頻全波———≥3≥3≥3單頻或雙頻半波———≥5≥5≥5一、重復(fù)設(shè)站次數(shù)和時(shí)段長(zhǎng)度的規(guī)定說(shuō)明：在各時(shí)段中觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間符合規(guī)定的衛(wèi)星，為有效衛(wèi)星；計(jì)算有效衛(wèi)星總數(shù)時(shí)，應(yīng)將各時(shí)段的有效衛(wèi)星觀測(cè)個(gè)數(shù)和扣除期間的重復(fù)衛(wèi)星數(shù)；觀測(cè)時(shí)段的長(zhǎng)度，應(yīng)為開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)到結(jié)記錄的時(shí)間；觀測(cè)時(shí)段數(shù)≥1.6，指每站觀測(cè)一時(shí)段，至少60%的測(cè)站再觀測(cè)一時(shí)段。二、最少觀測(cè)期數(shù)定義根據(jù)規(guī)范要求，布設(shè)一GPS網(wǎng)，需要觀測(cè)的最少時(shí)段數(shù)。特性最少觀測(cè)期數(shù)與網(wǎng)的等級(jí)、點(diǎn)的數(shù)量和用于觀測(cè)的接收機(jī)的數(shù)量有關(guān)。計(jì)算公式：最少觀測(cè)期數(shù)最少平均重復(fù)設(shè)站次數(shù)

網(wǎng)的點(diǎn)數(shù)接收機(jī)數(shù)三、進(jìn)度和費(fèi)用預(yù)算工程進(jìn)度估算外業(yè)天數(shù)=觀測(cè)天數(shù)+機(jī)動(dòng)天數(shù)估算外業(yè)觀測(cè)作業(yè)成本算法：觀測(cè)天數(shù)×單天成本單天成本的構(gòu)成人員開(kāi)支設(shè)備折舊或租賃交通食宿管理費(fèi)…觀測(cè)天數(shù)=最少觀測(cè)期數(shù)/單天觀測(cè)期數(shù)4.2GPS測(cè)量的作業(yè)流程測(cè)繪資料收集整理踏勘、選點(diǎn)、埋石儀器檢驗(yàn)、檢定作業(yè)隊(duì)進(jìn)駐、建立營(yíng)地衛(wèi)星狀態(tài)預(yù)報(bào)觀測(cè)計(jì)劃制定作業(yè)調(diào)度及外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)儲(chǔ)、備份基線解算及質(zhì)量控制4.3選點(diǎn)與埋石內(nèi)容概要圖上設(shè)計(jì)選點(diǎn)埋石一、圖上設(shè)計(jì)應(yīng)收集的資料現(xiàn)有測(cè)量控制（平面控制點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、GPS點(diǎn)）資料，包括：點(diǎn)之記、網(wǎng)圖、成果表、現(xiàn)有相關(guān)成果的技術(shù)總結(jié)等地形圖、交通圖測(cè)區(qū)總體建設(shè)規(guī)劃、近期發(fā)展規(guī)劃一、圖上設(shè)計(jì)圖上設(shè)計(jì)的作用確定點(diǎn)位的分布、數(shù)量，確定聯(lián)測(cè)的高等級(jí)控制點(diǎn)設(shè)計(jì)目標(biāo)：

滿足應(yīng)用要求，易于保存，交通方便二、選點(diǎn)測(cè)站的基本要求觀測(cè)條件對(duì)空通視條件好，高度角15°以上不宜有成片障礙物。高度角15°以上不宜有金屬導(dǎo)體。便于儀器安置及觀測(cè)作業(yè)。遠(yuǎn)離可能的干擾源。遠(yuǎn)離易引起多路徑的環(huán)境。二、選點(diǎn)測(cè)站的基本要求位置及設(shè)施地質(zhì)條件良好、點(diǎn)位穩(wěn)定、易于保存，盡可能顧及交通等條件。充分利用符合要求的現(xiàn)有觀測(cè)設(shè)施。盡量選擇測(cè)站小環(huán)境與周圍大環(huán)境一致的地點(diǎn)。二、選點(diǎn)輔助點(diǎn)和方位點(diǎn)輔助點(diǎn)作用：檢驗(yàn)、恢復(fù)主點(diǎn)要求：若AA級(jí)和A級(jí)GPS點(diǎn)不位于基巖上時(shí)，應(yīng)在附近埋設(shè)1~3個(gè)輔助點(diǎn)，并測(cè)定它們與GPS點(diǎn)之間的距離和高差，精度優(yōu)于5mm。方位點(diǎn)作用：高精度的后視方向要求：可根據(jù)需要在GPS點(diǎn)附近設(shè)置方位點(diǎn)。二、選點(diǎn)選點(diǎn)作業(yè)實(shí)地探勘選點(diǎn)、標(biāo)記。利用舊點(diǎn)時(shí)，應(yīng)對(duì)其穩(wěn)定性、可靠性和完好性進(jìn)行檢查。點(diǎn)名通常應(yīng)取居民地名，C、D、E級(jí)點(diǎn)也可取山名、地名、單位名。少數(shù)民族地區(qū)的點(diǎn)名采用音譯漢語(yǔ)名，可附原文。新舊點(diǎn)重合時(shí)，通常用原名，否則應(yīng)注上原名。與水準(zhǔn)點(diǎn)重合時(shí)，應(yīng)注明水準(zhǔn)點(diǎn)等級(jí)和編號(hào)。所有點(diǎn)應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)繪制點(diǎn)之記。AA級(jí)和A級(jí)點(diǎn)還應(yīng)填寫(xiě)地質(zhì)概要、構(gòu)造背景及地形地質(zhì)略圖。點(diǎn)位周圍存在高于10°的障礙物時(shí)，應(yīng)繪制點(diǎn)的環(huán)視圖。選點(diǎn)工作完成后，應(yīng)繪制GPS網(wǎng)選點(diǎn)圖。二、選點(diǎn)上交資料點(diǎn)之記和環(huán)視圖GPS網(wǎng)選點(diǎn)圖繪于測(cè)區(qū)地形圖上

選點(diǎn)工作總結(jié)二、選點(diǎn)二、選點(diǎn)二、埋石標(biāo)石類型標(biāo)石類型適用級(jí)別基巖天線墩AA，A巖層天線墩AA，A巖層標(biāo)石B巖層普通表示B~E土層天線墩AA，A普通基本標(biāo)石B~E凍土基本標(biāo)石B固定沙石基本標(biāo)石B普通標(biāo)石B~E建筑物上的標(biāo)石B~E二、埋石普通標(biāo)石示意圖二、埋石中心標(biāo)志基巖和基本標(biāo)石的中心標(biāo)志采用銅或不銹鋼制作普通標(biāo)石的中心標(biāo)志可采用鐵或堅(jiān)硬的復(fù)合材料制作中心用十字絲或直徑小于0.5mm的中心點(diǎn)表示埋石作業(yè)上交資料填寫(xiě)埋石情況的點(diǎn)之記土地占用批準(zhǔn)文件和測(cè)量標(biāo)志委托保管書(shū)埋石工作總結(jié)4.3GPS接收機(jī)的選用及儀器檢驗(yàn)Trimble：美國(guó)天寶Leica：瑞士萊佧Javad：伽瓦德TOPCON：日本拓普康THALES：蔡斯MAGELLAN：麥哲倫ASHTECH：阿斯泰克GARMIN：SOKKIA：索佳AOACMCNovatel：諾瓦泰Hemisphere：半球NAVMANOmnistarNavcom南方中海達(dá)蘇一光博飛GPS儀器公司幾種常見(jiàn)GPS接收機(jī)一、GPS接收機(jī)的選用規(guī)范規(guī)定二、GPS接收機(jī)的檢定檢定目的了解GPS接收機(jī)的性能及其能夠達(dá)到的精度水平GPS測(cè)量規(guī)范規(guī)定，新購(gòu)置的GPS接收機(jī)；經(jīng)過(guò)檢修或更換插件后以及每年度作業(yè)前，都應(yīng)對(duì)接收機(jī)進(jìn)行檢定二、GPS接收機(jī)的檢定檢定包括的項(xiàng)目一般性檢視通電檢視GPS接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平測(cè)試天線相位中心穩(wěn)定性的測(cè)試（自學(xué)）GPS接收機(jī)野外作業(yè)性能及精度指標(biāo)的測(cè)試接收機(jī)頻標(biāo)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)價(jià)接收機(jī)附件的檢驗(yàn)二、GPS接收機(jī)的檢定1一般性檢視目的外觀是否良好部件及附件是否齊全項(xiàng)目主機(jī)和天線外觀完好性檢視部件、附件的齊備性、完好性檢查及其與主機(jī)匹配性檢查型號(hào)是否正確部件是否有松動(dòng)和脫落設(shè)備文檔及軟件齊備性檢查二、GPS接收機(jī)的檢定2通電檢驗(yàn)?zāi)康哪軌蛘?dòng)并運(yùn)行項(xiàng)目GPS接收機(jī)與電源正確連接后，檢驗(yàn)電源信號(hào)燈工作是否工作正常按鍵、顯示系統(tǒng)和儀器表工作是否正常儀器自檢（利用自測(cè)試命令檢測(cè)儀器工作是否正常）信號(hào)跟蹤鎖定的檢驗(yàn)(檢驗(yàn)接收機(jī)鎖定衛(wèi)星時(shí)間的快慢)檢驗(yàn)接收機(jī)的信噪比及信號(hào)的失鎖情況二、GPS接收機(jī)的檢定3試測(cè)檢驗(yàn)?zāi)康墓ぷ餍阅苁欠襁_(dá)到要求準(zhǔn)備工作對(duì)中器、水準(zhǔn)器檢驗(yàn)天線高專用尺檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳錄設(shè)備及軟件檢驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件的測(cè)試評(píng)估二、GPS接收機(jī)的檢定3接收機(jī)內(nèi)部噪聲是接收機(jī)鐘差、信號(hào)通道時(shí)延、延遲鎖相環(huán)誤差及機(jī)內(nèi)噪聲所引起的定位誤差的綜合反映。接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的測(cè)試零基線超短基線二、GPS接收機(jī)的檢定3零基線測(cè)試采用“功率分配器”，將同一天線的輸出信號(hào)分成功率、相位相同的兩路或多路信號(hào)送到不同的GPS接收機(jī)主機(jī)中，然后對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行雙差處理，求得三維坐標(biāo)差，以檢驗(yàn)接收機(jī)的固有誤差。三維坐標(biāo)差的理論值應(yīng)為零---零基線測(cè)試法。做法測(cè)試時(shí)要求兩臺(tái)接收機(jī)同步接收4顆以上的衛(wèi)星信號(hào)1.5小時(shí)，利用隨機(jī)軟件進(jìn)行基線解算，在觀測(cè)一個(gè)時(shí)段。三維坐標(biāo)分量應(yīng)小于1mm。二、GPS接收機(jī)的檢定3優(yōu)點(diǎn)（可靠，結(jié)果能真實(shí)反應(yīng)接收機(jī)內(nèi)部噪聲）：能消除衛(wèi)星星歷誤差的影響；能消除天線相位中心偏差；能消除大氣傳播時(shí)延誤差；能消除多路徑效應(yīng)誤差及儀器對(duì)中、整平、定向和量高誤差等。二、GPS接收機(jī)的檢定3零基線測(cè)試示意圖二、GPS接收機(jī)的檢定3超短基線測(cè)試方法：在地面平坦、周圍高度角10度以上無(wú)障礙物、無(wú)強(qiáng)電磁波干擾及地面反射系數(shù)較小的地方，選擇5?10m的基線，用鑒定后的鋼尺量距。測(cè)試時(shí)，兩臺(tái)接收機(jī)的天線應(yīng)嚴(yán)格對(duì)中、整平，天線定向標(biāo)志指北。同步觀測(cè)1.5h。用隨機(jī)軟件進(jìn)行靜態(tài)定位計(jì)算，基線值與地面測(cè)量值之差應(yīng)小于儀器的固定誤差。若在GPS接收機(jī)檢定場(chǎng)中進(jìn)行，還可以比較基線分量缺點(diǎn):天線安置（對(duì)中、定向、整平、量高）誤差將影響檢測(cè)結(jié)果二、GPS接收機(jī)的檢定4天線相位中心穩(wěn)定性測(cè)試相對(duì)定位法（短基線）做法安置好天線A、B，觀測(cè)1～1.5小時(shí)固定天線A不動(dòng)，天線B分別轉(zhuǎn)動(dòng)90，180，270度，各觀測(cè)一個(gè)時(shí)段固定天線B不動(dòng)，天線A分別轉(zhuǎn)動(dòng)90，180，270度，各觀測(cè)一個(gè)時(shí)段采用靜態(tài)定位計(jì)算各時(shí)段的基線向量計(jì)算旋轉(zhuǎn)天線的平均相位中心偏差二、GPS接收機(jī)的檢定5野外實(shí)測(cè)目的接收機(jī)野外作業(yè)性能及不同測(cè)程精度指標(biāo)測(cè)試檢測(cè)方法在GPS接收機(jī)檢定場(chǎng)或電磁波測(cè)距儀檢定場(chǎng)進(jìn)行天線安置在具有強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩上，進(jìn)行整平、定向、量高，短基線觀測(cè)1.5h，中長(zhǎng)基線觀測(cè)4h二、GPS接收機(jī)的檢定5已知基線法：測(cè)試結(jié)果與基線場(chǎng)已知基線長(zhǎng)之間的較差Δ應(yīng)小于儀器的標(biāo)稱精度重復(fù)邊檢驗(yàn)法：至少觀測(cè)兩個(gè)時(shí)段，檢驗(yàn)不同時(shí)段觀測(cè)得到的重復(fù)邊的邊長(zhǎng)和坐標(biāo)分量的較差異步環(huán)檢驗(yàn)法：邊長(zhǎng)大于40km，觀測(cè)時(shí)段不小于4h,檢驗(yàn)多邊形閉合環(huán)的坐標(biāo)分量閉合差二、GPS接收機(jī)的檢定5建立GPS野外檢定場(chǎng)遵循的原則檢定場(chǎng)中應(yīng)具有各種長(zhǎng)度的基線：超短基線(5~10m），短基線(1~10km)，中等基線(10～50km)，長(zhǎng)基線(>50km).超短基線長(zhǎng)：用銦鋼基線尺丈量或GPS測(cè)量短基線長(zhǎng)：用ME5000等高精度光電測(cè)距儀測(cè)定或GPS測(cè)定中長(zhǎng)基線長(zhǎng)：一般只能用長(zhǎng)時(shí)間、多時(shí)段的GPS測(cè)量來(lái)測(cè)定（使用IGS精密星歷及高精度數(shù)據(jù)處理軟件）二、GPS接收機(jī)的檢定5檢定場(chǎng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固穩(wěn)定，交通，供電，凈空開(kāi)闊檢定