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1、任务4-4 GNSS静态控制测量外业观测,负责单位：扬州环境资源职业技术学院 北京工业职业技术学院,联合全国18家院校与企业共同建设,知识提纲,一、实地选点,二、标石的埋设,三、外业观测计划的拟定,四、外业观测,五、数据预处理,六、观测成果的外业检核,一、实地选点,实地选点就是把控制网的图上设计放到地面上去。图上设计是否正确以及选点工作是否顺利，在很大程度上取决于所用的地形图是否准确。如果差异较大，则应根据实际情况确定点位，对原来的图上设计作出修改。选点时使用的工具主要有：望远镜、小平板、测图器具、花杆、通讯工具和清除障碍的工具、设计好的网图和有用的地形图等。根据图上设计的控制点位置，在实地找
2、到大概位置，再按控制点选点要求，确定控制点的具体位置。点位确定后，打下木桩并绘点之记，如下图，便于日后寻找。选点任务完成后，应提供下列资料：（1）选点图；（2）点之记；（3）三角点一览表，表中应填写点名、等级、至邻点的概略方向和边长、建议建造的觇标类型及高度、对造埋和观测工作的意见等。,一 实地选点,注意事项：1.三角测量，导线测量选点时，相邻点之间必须通视（在通视条件差的地区，还涉及到造标的问题）2.GPS点没有通视这一要求，但是有其他要求。（具体参见教材 GPS 3.相邻点之间的视线应高于或旁离障碍物应有一定的距离，二等不应小于1.5米；三四等及一二级小三角以能保证成像清楚、便于观测为原则
3、；国家等级导线应不小于1.5米；工程三四等导线应不小于1米；一二三级导线应不小于0.5米（为了减弱球气差的影响及其他因素影响观测精度）。,注意事项：4 点位应选在展望良好易于扩展和土质坚实的地点，便于寻找造标埋石与观测，并能长期保存。城市里也可将点位选在坚固稳定的建筑物顶面上。点位应便于进一步加密低等级点。5 若边需要测距，则应考虑电磁波测距的需要。点位尽可能避开变电站，电台，微波站等强电磁场的干涉，离高压输电线也应有不小于20米的距离等等要求。,一 实地选点,一 实地选点,点之记：记载控制点点位情况的资料。有三角点点之记，导线点点之记，水准点点之记，GPS点点之记。点之记的内容包括点名，点号
4、，等级，所在地，点位略图，点与周围固定地物的相关尺寸等。点之记是必须的一种控制测量外业资料。,站标的建造：,控制点选好后，需要埋设标石（俗称给点位做个记号），通常在控制点上埋设带有中心标志的标石，以表示控制点的实际位置，并能保证点位的长期保存。,二 标石的埋设,为了长期保存三角测量的成果，就必须埋设稳定、坚固和耐久的中心标石，同时要广泛宣传保护测量标志的重要意义。,三角测量的标石中心是三角点的实际点位，通常所说的三角点坐标，就是指标石中心标志的坐标，所有三角测量的成果（坐标、距离、方位角）都是以标石中心为准的。因此，对于中心标石的任何损坏或位移，都将使三角测量成果失去作用或在很大程度上降低其精
5、度。所以，中心标石埋设的质量，是衡量控制网质量的一项指标。,二 标石的埋设,二 标石的埋设,控制点的标石的埋设，根据控制点的等级与地质条件的不同而有不同的的规格与形式，具体参照规范。（见工程测量规范附录B，城市测量规范附录B),国家规范按三角网的等级及其地质条件将中心标石分成8种规格。三、四等三角点的标石由两块组成（见右图）。下面一块叫盘石，上面一块叫柱石，盘石和柱石一般用钢筋混凝土预制，然后运到实地埋设。预制时，应在柱石顶面印字注明埋设单位及时间。标石也可用石料加工或用混凝土在现场浇制。,盘石和柱石中央埋有中心标志（见右图）。埋石时必须使盘石和柱石上的标志位于同一铅垂线上。埋设标石一般在造标
6、工作完成后随即进行。埋设时，应使标石中心与觇标中心位于同一铅垂线上。埋石工作全部完成后，要到三角点所在地的乡人民政府办理三角点的托管手续。,（1）GPS网规模的大小。（2）点位精度及密度的要求。（3）GPS卫星星座分布的几何图形强度。（4）参加作业的GPS接收机类型数量。（5）测区交通、通讯及后勤保障。,三、外业观测计划的拟定,观测工作是GPS测量的主耍外业工作。观测开始之前，外业观测计划的拟定对于顺利完成数据采集任务，保证测量精度度提高工作效益都是极为重要的。依据：,观测计划的主要内容（1）编制GPS卫星的可见性预报图；在高度角15度的限制下，输入测区中心某一测站的概略坐标，输入日期和时间应
7、使用不超过20天的星历文件，即可编制GPS卫星的可见性预报图。（2）卫星的几何图形强度；在GPS定位中，所测卫星与观测站所组成的几何图形，其强度因子可用空问位置因子（PDOP）来代表，无论是绝对定位还是相对定位，PDOP值不应大于6。（3）选择最佳的观测时段：卫星4颗且分布均匀，PDOP值小于6的时段就是最佳时段。（4）观测区域设计与划分：当GPS网的点数较多，网的规模较大而参加观测的接收机数量有限，交通和通讯不便时，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，且公共点数量不得少干3个。,5）编排作业调度表：作业组在观测前应根据测区的地形、交通状况、网的大小、精度的
8、高低、仪器的数量、GPS网设计、卫星预报表和测区的天时、地理环境等编制作业调度表，以提高工作效益。作业调度表包括观测时段、测站号、测站名称及接收机号等。,主要包括以下内容：天线安置开机观测气象参数测定观测记录,四、外业观测,（1）在正常点位天线应架设在三脚架上，并安置在标志中心的上方直接对中，天线基座上的圆水准气泡必须整平。（2）在特殊点位，当天线需要在三角点觇标的观测台或回光台上时，可先将觇标顶部拆除，以防上对GPS信号的遮挡。如果觇标顶部无祛拆除，接收天线若安置在标架内观测就会造成卫星信号中断。影响GPS测量精度、在这种情况下，可进行偏心观测。（3）天线的定向标志应指向正北，以减弱相位中心
9、偏差的影响。天线定向误差因定位精度不同而异，一般不应超过正负35度。,1.天线安置,1.天线安置,(4）刮凤天气安置天线时，应将天线进行三方向固定，以防倒地碰坏。雷雨天气安置天线时，应注意将其底盘接地，以防雷击天线。而且架设天线不宜过低，一般应距地面1m以上。天线架设好后在圆盘间隔120度的三个方向分别量取天线高，三次测量结果之差不应超过3mm，取其三次结果的平均值记入测量手薄中，天线高记录取值到0.001m。(5）测量气象参数；在高精度GPS测量中，要求测定气象元素。每时段气象观测应不少于 3次（时段开始、中间、结柬）气压读至0.1mbar，气温读至 0.1对一般城市及工程测量只记录天气状况
10、。(6）复查点名并记入测量手薄中。将天线电缆与仪器进行连接经检查无误后方能通电启动仪器。,（1）当确认外接电源电缆及天线等备项连接完全无误后方可接通电源，启动接收机。开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后，方能榆入有关测站和时段控制信息。（2）接收机在开始记录数据时应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、信噪比、相位观测量残差，实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。（3）一个时段观测过程中，不允许进行以下操作：关闭又重新启动；进行自测试（发现故障除外）改变卫星高度角；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功能键。,2.开机观测,2.开机观测,（4）每一观测时段中，气象元素一
11、般应在始、中、末各观测记录一次，当时段较长时可适当增加观测次数。（5）在观测过程中要特别注意供电情况，除在出测前认真检查电池容量是否充足外，作业中观测人员不要远离按收机，听到仪器的低电压报警应及时予以处理，否则可能会造成仪器内部数据的破坏或丢失。（6）仪器高一定要按规定始、末各量测一次，并及时输入仪器及记入测量手薄中。（7）接收机在观测过程中，不要靠近接收机使用对讲机；雷雨季节架设天线要防止雷击，雷雨过境时应关机停测，并卸下天线。,2.开机观测,（8）观测站的全部预定作业项目经检查均已按规定完成，且记录与资料完整无误后可迁站。（9）观测过程申要随时查看仪器内存或硬盘容量，每日观测结束后，应及时
12、将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。,l）观测记录 观测记录由GPS接收机自动进行，均记录在存储介质（如硬盘、硬卡记忆卡等）上，其主要内容有：载波相位观测值及相应的观测历元；同一历元的测码伪距观测值；GPS卫星星历及卫星钟差参数；实时绝对定位结果；测站控制信息及接收机工作状态信息。,3.观测记录,3.观测记录,2）观测手薄 观测手薄是在GPS接收机启动前和观测过程中由观测者实时填写的。其记录格式可参照现行规范执行。观测记录和测量手薄都是GPS精密定位的依据必须认真、及时填写坚决杜绝事后补记或追记。外业观测中存储介质上的数据文件应及时拷贝一式两份，分别保存在专人保管的防水、防静电的
13、资料箱内。存储介质的外面，应当贴制标签，注明文件名、网区名、点名、时段名、采集日期、测量手薄编号等。,五、数据预处理,对于两台及两台以上接收机同步观测值进行独立基线向量（坐标差）的平差计算叫基线解算，有的也叫观测数据预处理。预处理的主耍目的是对原始数据进行编辑、加工整理、分流并产生各种专用信息文件，为进一步平差计算做准备。它的基本内容是：（1）数据传输；将GPS接收机记录的观测数据传输到磁盘或其他介质上。（2）数据分流：从原始记录中，通过解码将各种数据分类整理，剔除无效观测值和冗余信息，形成各种数据文件，如星历文件、观测文件和测站信息文件等。,五、数据预处理,（3）统一数据文件格式，将不同类型
14、接收机的数据记录格式、项目和采样间隔，统一为标准化的丈件格式，以便统一处理。（4）卫星轨道的标准化，采用多项式拟合法，平滑GPS卫星每小时发送的轨道参数，使观测时段的卫星轨道标准化。（5）探测周跳、修复载波相位观测值。（6）对观测值迸行必要改正，在GPS观测值中加入对流层改正，单频接收的观测值中加入电离层改正。,五、数据预处理,基线向量的解算一般采用多站、多时段自动处理的方法进行，具体处理中应注意以下几个问题：（1）基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超过 30km的基线，解算时则可采用三差相位观测值。（2）卫星广播星历坐标值可作为基线解的起算数据。对于特大城市的首级控制网，也可采用其他精
15、密星历作为基线解算的起算值。（3）基线解算中所需的起算点坐标，应按以下优先顺序采用；国家 GPS A、B级网控制点或其他高级GPS网控制点已有的WGS-84坐标系坐标。国家或城市较高等级控制点转到WGS-84坐标系后的坐标值。不少于观测30分钟的单点定位结果的平差值提供的WGS-84系坐标。,五、数据预处理,（4）在采用多台接收机同步观测的一同步时段中，可采用单基线模式解算，也可以只选独立基线按多基线处理模式统一解算。（5）同一等级的GPS网根据基线长度的不同可采用不同的数据处理模型。若基线长小于0.8km，需采用双差固定解；小于30km，可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果；大于30km
16、时则可采用三差解作为基线解算结果。（6）在同步观测时间小于30分钟时的快速定位基线应采用合格的双差固定解作为基线解算的最终结果。,外业观测数据的评价标准良好（1）测站环境好，无信号干扰因素（2）观测过程中大气状况稳定（3）观测到所有预报的卫星（4）接收机工作正常，没有或偶尔发生短暂的失锁或故障报警，但很快就能排除。（5）测站上全部操作过程都符合规定，资料齐全（6）实时绝对定位解收敛平稳,六、观测成果的外业检核,观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节，所以当观测结束后，必须在测区及时对外业的观测数据质量进行检核何评价，以便及时发现不合格的成果，并根据情况采取淘汰或重测、
17、补测措施。,外业观测数据的评价标准合格（1）测站有明显干扰因素（2）观测过程中大气状况有明显的波动（3）接收机运行不太正常，多次出现失锁或故障报警，且由于不能及时排除或多次积累致使10的观测数据无效（4）测站上全部操作过程基本符合规定（5）实时绝对定位解收敛过程有波动,六、观测成果的外业检核,观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节，所以当观测结束后，必须在测区及时对外业的观测数据质量进行检核何评价，以便及时发现不合格的成果，并根据情况采取淘汰或重测、补测措施。,外业观测数据的评价标准存疑（1）测站上信号干扰因素比较严重（2）观测过程中失锁或故障报警情况频繁，约有20的
18、观测数据无效（3）实时绝对定位解收敛过程波动较大不合格（1）由于多种因素影响，致使无效观测数据多于30（2）观测卫星少于4颗（3）实时绝对定位解收敛过程很困难,六、观测成果的外业检核,观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节，所以当观测结束后，必须在测区及时对外业的观测数据质量进行检核何评价，以便及时发现不合格的成果，并根据情况采取淘汰或重测、补测措施。,同一条基线边若观测了多个时段，则可得到多个边长结果。这种具有多个独立观测结果的边就是重复观测边。重复观测边的检核内容包括：1：计算不同时段观测结果的互差，应小于相应类别规定精度的 倍。2：同一条边若有三个以上的观测结果
19、，则应计算各时段结果的平均值。其中任一时段的结果与其平均值之差不应超过相应类别的规定精度。,1.重复观测边的检核,当观测的基线边构成某种闭合图形时，图形的闭合差理论上应为零，但是，由于各种观测量误差以及数据处理模型误差等因素的综合影响，致使闭合差一般不为零，通过对环线闭合差的检核，可以有效地评定精度。假设闭合环中各基线边的坐标差之和为 式中，为第I条基线边的坐标分量差，n为环中的基线边数，则环线闭合差和全长相对闭合差为,2 环线闭合差的检核,3 同步闭合环的检核 当环中各边为多台接收机同步观测时，由于各边是不独立的；所以其闭合差应恒为零但是由于模型误差和处理软伴的内在缺陷，使得这种同步环的闲合
20、差实际上仍可能不为零。这种闭合差一般数值根小，不至于对定位结果产生明显影响，所以也可把它作为成果质量的一种检核标准。对于三边同步环，其坐标分量闭合差应小于下列数值 为相应级别规定的精度（按平均边长计算）。,对于四站以上的多边同步环。可以产生大量同步闭合环，在处理完各边观测值后，应检查一切可能的环闭合差。以右图为例A、B、C、D四站应检核（1）ABBCCA（2）ACCDDA（3）ABBDDA（4）BCCDDB（5）ABBCCDDA（6）ABBDDCCA（7）ADDBBC CA 所有闭合环的分量闭合差不应大于其中，n为闭合环中的边数。,无论采用单基线模式或多基线模式佰算基线都应在整个GPS网选取一
21、组完全的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭台差和全长闭合差应符合下式当发现边闭合数据或环闭合数据超出上述规定时，应分析原因并对其中部分或全部成果重测。需要重测的边，应尽量安排在一起进行同步观恻。,4 异步环闭合差的检核,在对经过检核超限的基线进行充分分析的基础上，进行野外返工观测，基线返工应注意如下几个问题：（1）无论何种原因造成一个拄制点不能与两条合格独立基线相连结在该点上都应补测或重测不少于一条独立基线。（2）可以舍弃在复测基线边长较差、同步环闭合差、独立环闭合差检验中超限的基线，但必须保证舍弃基线后的独立环所含基线数不得超过有关规定，否则，应重测该基线或者有关的同步图形。（3）当由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站重复观测仍不能满足限差的耍求时，则应按技术设计要求重新选择点位进行观测。,
