GPS测量技术设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流GPS测量技术设计.精品文档.第九讲 GPS测量技术设计学习指南主要讲述GPS控制网技术设计的方法与过程。进行GPS网设计时，应了解控制网设计的依据，掌握GPS控制网的布网形式与布网原则。在设计中要确定GPS网的位置基准、方位基准和尺度基准，同时通过精度预算进行GPS网的精度设计。GPS测量在外业观测工作之前，应做好施测前的收集、器材准备、人员组织、外业观测计划拟订以及技术设计书的编写等工作。这一阶段要进行卫星的可视见性预报、最佳观测时段的选择、制定接收机的调度计划。完成了一个GPS控制网的技术设计之后，必须按一定内容和格式的要求编写相应的技

2、术设计书，它是GPS作业开展的指导性文件。在对讲内容学习时，要掌握GPS控制网的基准设计内容，结合一定实际，掌握GPS网的图形构成的基本概念和网的特征条件的内容。重点掌握GPS控制网的图形设计及设计原则，能够进行观测纲要的设计，熟悉技术设计书的编写内容与要求。本节的难点是GPS控制网的基准和精度设计问题。本单元教学重点和难点1、GPS测量技术设计书的编写。2、GPS网图形的设计。3、GPS点选择的原则方法。教学目标1、掌握GPS测量技术设计书的编写。2、掌握GPS网图形的设计。3、结合理论，在实际的工程中灵活应用。教学内容GPS测量规范（规程）的应用，GPS测量精度标准及分类、GPS点的密度标

3、准、GPS网的基准设计、GPS网图形的设计、基本图形的选择、GPS测量技术设计书的编写，GPS接收机的选择与检验等。 一、GPS测量的技术设计GPS测量的技术设计是进行GPS测量定位的最基础性工作，它是根据国家现行的规范、规程，针对GPS控制网的用途及用户要求，提出对GPS测量的网形、精度及基准等的具体设计。1 GPS控制网的技术设计的依据GPS控制网技术设计及业外测量的主要技术依据是GPS测量规范（规程）和测量任务书。11 GPS测量规范（规程）GPS测量规范（规程）是国家测绘管理部门和行业部门所制定的技术标准和法规，目前GPS控制网设计依据的规范（规程）有： 2001年国家质量技术监督局发

4、布的国家标准全球定位系统（GPS）测量规范，以下简称国标（GB）； 1992年国家测绘局发布的测绘行业标准全球定位系统（GPS）测量规范，以下简称规范； 1998年建设部发布的行业标准全球定位系统城市测量技术规程，以下简称规程； 各部委根据本部门GPS工作的实际情况指定的其他GPS测量规程或细则。12测量任务书测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件。这种技术文件是指令性的，它规定了测量任务的范围、目的、精度和密度要求、提交成果资料的项目和时间、完成任务的经济指标等。在GPS测量方案设计时，一般首先依据测量任务书提出的GPS网的精度、点位密度和经济指标，并结合

5、国家标准或其他行业规范（规程），现场具体确定点位及点间的连接方式、各点设站观测的次数、时段长短等布网施测方案。2 GPS控制网的精度、密度设计应用GPS定位技术建立的测量控制网称为GPS控制网，其控制点称为GPS点。GPS控制网可分为两大类：一类是国家或区域性的高精度GPS控制网；另一类是局部性的GPS控制网，包括城市或工矿区及各类工程控制网。21 GPS测量的精度标准及分级对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度。精度指标通常是以GPS网相邻点间弦长标准差来表示，即：式中： 标准差（基线向量的弦长中误差，mm）； a GPS接收机标称精度中的固定误差（mm）； b

6、GPS接收机标称精度中的比例误差系数（110-6） d 相邻点间的距离（km）。根据2001年国家质量技术监督局发布的国家标准全球定位系统（GPS）测量规范，将GPS控制网按其精度划分为AA、A、B、C、D、E六个精度级别，如表6-1所示。表6-1 GB规范规定的GPS测量控制网精度分级级别平均距离/Km固定误差a/mm比例误差系数b/10-6AA100030.01A30050.1B7081C1015105D5101010E0.251020其中，AA级主要用于全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和精密定轨；A级主要用于区域性的地球动力学研究和地壳形变测量；B级主要用于局部变形监测和各种精密工程

7、测量； C级主要用于大、中城市及工程测量的基本控制网；D、E级主要用于中、小城市，城镇及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘测、建筑施工等控制测量。AA、A级是建立地心参考框架的基础，同时AA、A、B级也是建立国家空间大地测量控制网的基础。为了进行城市和工程测量，建设部发布的行业标准全球定位系统城市测量技术规程将GPS测量划分为二等、三等、四等和一级、二级，如表6-2所示。表6-2规程规定的GPS测量控制网精度分级等 级平均距离/km固定误差a/(mm)比例误差b/10-6最弱边相对中误差二等91021/120000三等51051/80000四等210101/45000一级110101/200

8、00二级15的限制下，根据数据处理软件的提示，输入测区中心位置的概略经、纬度值，输入将要预报日期和时间，星历龄期不超过20天的星历卫星文件，即可编制GPS卫星的可见性预报图。图6-10是用Ashtech Solution软件编制的卫星可见性预报图。3.图6-10 Ashtech Solution软件编制的卫星可见性预报图3. 最佳观测窗口与最佳观测时段的选择GPS定位精度同卫星与测站构成的图形强度有关，所测卫星与观测站所组成的几何图形，其强度因子可用空间位置因子（PDOP）来代表，无论是绝对定位还是相对定位，PDOP值不应大于6。此时，可视卫星几何分布对应的观测窗口称为最佳观测窗口。当在进行G

9、PS观测时，可观测到卫星数大于4颗时，且分布均匀，PDOP值小于6的时段就是最佳时段。当卫星高度角大于等于15时，某测站上可视卫星的PDOP随时间变化曲线的例子如图6-11所示，它是使用Ashtech Solution软件，用测站的概略经、纬度和星历龄期不大于20d的星历所做出的PDOP值预报，用以选择最佳观测时段。由图可知，在整个作业期间，除10:1511:00期间，可见卫星数有5颗，PDOP6外，其余时段的可见卫星数5颗，PDOP6，均可进行观测。3.图6-11 PDOP值预报及最佳观测时段的选择4. 观测区域的设计与划分当GPS网的点数较多，网的规模较大，而参与观测的接收机数量有限，交通

10、和通讯不便时，可实行分区观测。为了增强网的整体性，提高网的精度，相邻分区应设置公共观测点，且公共点数不得少于3个。3.5. 接收机调度计划拟定作业组在观测前应根据测区的地形、交通状况、控制网的大小、精度的高低、仪器的数量、GPS网的设计、卫星预报表和测区的天气、地理环境等拟定接收机调度计划和编制作业的调度表，以提高工作效益。调度计划制定遵循以下原则：（1）保证同步观测（2）保证足够重复基线（3）设计最优接收机调度路径（4）保证最佳观测窗口。作业调度表包括观测时段、测站号、测站名称及接收机号等。其作业调度表见表6-7。表6-7 GPS作业调度表时段编号观测时间测站号/名测站号/名测站号/名测站号

11、/名测站号/名测站号/名机号机号机号机号机号机号12若作业仪器台数、观测时段数及测站数较多时，在每日出测前应采用外业观测通知单进行调度，如表6-8所示。表6-8 GPS测量外业观测通知单观测日期 年 月 日 组别： 操作员： 接收机号： 点位所在图幅： 测站编号/名： 观测时段：1： 2： 3： 4： 5： 6： 安排人： 年 月 日例如拟布设如图6-12所示GPS网A-B-C-D-E-F-G-H-I，计划采用3台接收机（1、2、3）同步观测。编制GPS接收机作业调度表于表6-9图6-12 GPS网A-B-C-D-E-F-G-H-I 表6-9 1、2、3时段GPS接收机作业调度表4 技术设计书

12、编写测区外业踏勘和资料收集完成后，根据测量任务或合同的要求，按照GPS测量的设计原则和方法进行GPS控制网设计，并编写相应的技术设计书，用于指导GPS的外业测量、数据处理。技术设计书是保证GPS测量工程任务圆满完成的一项重要的技术文件，其主要内容如下：(1) 项目概述包括GPS项目的来源、性质、用途及意义；项目的总体概况，如工作量等。(2) 测区概况测区隶属的行政管辖；测区范围的地理坐标、控制面积；测区的交通状况和人文地理测区的地形及气候状况；测区控制点的分布及对控制点的分析、利用和评价。(3)作业依据完成该项目所需的所有的测量规范、工程规范、行业标准。(4)技术要求根据任务书或合同的要求，或

13、网的用途提出具体的精度指标要求、提交成果的坐标系统和高程系统等。(5) 测区已有资料的收集和利用情况所收集到的测区资料，特别是测区已有的控制点的成果资料，包括控制点的数量、点名、坐标、高程、等级以及所属的系统，点位的保存状况，可利用的情况介绍。(6) 布网方案在适当比例尺的地形图上进行GPS网的图上设计，包括GSP网点的图形、网点数、连接形式，GPS网结构特征的测算，精度估算和点位图的绘制。(7) 选点与埋标GPS的点位基本要求，点位标志的选用及埋设方法，点位的编号等问题。(8) GPS网的外业观测采用的仪器与测量模式，观测的基本程序与观测的基本要求，观测计划的制定。对数据采集提出应注意的问题

14、，包括外业观测时的具体操作规程、对中整平的精度、天线高的量测方法及精度要求，气象元素测量等。(9) 数据处理数据处理的基本方法及使用的软件，起算点坐标选择；闭合环和重复基线的检验及点位精度的评定指标。(10) 质量保证措施要求措施具体，方法可靠，能在实际中贯彻执行。(11) 人员配备情况(12) 设备配备情况(13) 验收与上交成果资料思考题6.1 GPS定位网设计的主要技术依据是什么？6.2 GPS控制网位置基准设计的内容是什么？如何设计GPS控制网的位置基准？6.3 GPS控制网方位基准设计的内容是什么？如何设计GPS控制网的方位基准？6.4 GPS控制网边长基准设计的内容是什么？如何设计

15、GPS控制网的边长基准？6.5 GPS网的精度要求是什么？精度指标通常是以什么来表示的？6.6 简述GPS网的精度设计的步聚和方法。6.7 以5台接收机为例，说明GPS控制网同步观测图形的构成形式，独立边的选择。6.8 GPS控制网的构成形式有哪些？各有哪些优缺点？6.9 简述GPS控制网的图形设计原则。6.10 GPS测量进行测区踏勘时了解哪些情况？6.11 GPS测量的技术设计中，应收集哪些资料？6.12 如何选择最佳观测时段？6.13 如何编制作业调度计划？6.14 GPS技术设计书的内容有哪些？6.15 名词解释： 观测时段； 同步观测； 同步观测环； 独立观测环； 独立基线； 星历； 数据剔除率； 天线高； 重复基线。