GPS原理与应用本第五章.ppt

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1、第五章 GPS测量的设计与实施,GPS测量的技术设计GPS测量的外业准备及技术设计书编 写GPS测量的外业实施GPS测量的作业模式数据预处理及观测成果的质量技术总结与上交资料,网技术设计的依据 GPS布网设计与数据采集的技术依据主要是GPS测量规范和测量任务书。二者同时也是数据处理等后续工作的技术依据。一、测量任务书 测量任务书是测量施工单位上级主管部门下达的技术文件。这种技术文件是指令性文件，它规定了测量任务的范围和目的，进度和密度的要求，完成任务并上交成果资料的项目和时间安排以及完成测量任务的经济指标。二、GPS测量规范 是国家测绘主管部门或行业部门制定的技术法规。主要有：2001年国家测

2、绘局颁布的全球定位系统（GPS）的测量规范 1996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,5.1 GPS测量的技术设计,5.1.2 GPS网的精度、密度设计,1、精度设计 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。精度指标通常是以相临点间弦长的标准差来表示，即,式中 GPS基线向量的弦长中误差，mm；GPS接收机标称精度中的固定误差，mm；b GPS接收机标称精度中的比例误差系数，ppm；d GPS卫星定位网中相临点间的距离，km。,5.1 GPS测量的技术设计,表 规范规定的GPS测量精度分级（一）,5.1 GPS测量的技术设计,表 规程规定的GPS测

3、量精度分级（二）,注：当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。,5.1 GPS测量的技术设计,2、GPS点的密度标准,规范和规程对GPS网中两相临点间距离视其需要作出了规定：相邻点间最小距离应为平均距离的1/21/3；最大距离应为平均距离的23倍。规程还规定，特殊情况下，个别点的间距还允许超出表中规定。,5.1 GPS测量的技术设计,网的基准设计 GPS网的基准包括位置基准、尺度基准、方位基准。在基准设计时应考虑：1、为求定GPS点在地面坐标系的坐标，应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点若干，用以坐标转换。2、为保证GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性以及减少尺度比误差影

4、响，对GPS网内重合的高等级国家城市点或原城市等级控制网点，除未知点联结图形观测外，对他们也要适当的构成长边图形。,5.1 GPS测量的技术设计,3、GPS网经平差计算后,可以得到GPS点在地面参照系中的大地高,为求的GPS点的正常高,可根据具体情况联测高程点,联测的高程点需均匀分布于网中,对丘陵或山地应按高程拟和曲面的要求进行布设4、新建GPS网的坐标系应尽量与测区过去采用的坐标系统一致,如果采用地方或工程坐标系,一般还应注意 1、所采用的参考椭球；2、坐标系 的中央子午线经度；3、纵、横坐标加常数；4、坐标系投影面高程及测区平均高程异常值；5、起算点的坐标值,5.1 GPS测量的技术设计,

5、图形设计 网的图形设计，虽然主要决定于用户的要求，但是有关经费、时间和人力的消耗以及所需接收设备的类型、数量和后勤保障条件等，也都与网的图形设计有关。对此应当充分加以顾及，以期在满足用户要求的条件下，尽量减少消耗。,5.1 GPS测量的技术设计,为了用户的利益，GPS网图形设计时应遵循以下原则：（1）GPS网应根据测区实际需要和交通状况，作业时的卫星状况，预期达到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照优化设计原则进行。（2）GPS网一般应通过独立观测边构成闭合图形，例如一个或若干个独立观测环，或者附合路线形式，以增加检核条件，提高网的可靠性。（3）GPS网的点与点之间不要求通视，但应考虑常规测

6、量方法加密时的应用，每点应有一个以上通视方向。,5.1 GPS测量的技术设计,（4）在可能条件下，新布设的GPS网应与附近已有的GPS点进行联测；新布设的GPS网点应尽量与地面原有控制网点相联接，联接处的重合点数不应少于三个，且分布均匀，以便可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数。（5）GPS网点，应利用已有水准点联测高程。C级网每隔36点联测一个高程点，D和E级网视具体情况确定联测点数。A和B级网的高程联测分别采用三、四等水准测量的方法；C至E级网可采用等外水准或与其精度相当的方法进行。,5.1 GPS测量的技术设计,(1)设计的一般原则,为了满足用户的要求，设计的一般原则是GPS网一般应

7、采用独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个（不足时应联测），且在网中应分布均匀，以利于可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。,5.1 GPS测量的技术设计,GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量方法（或相当精度的方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料。为了便于GPS的测量观测和水准联测，GPS网点一般设在视野开阔和交通便利的地方。为了便于用经典方法

8、联测或扩展，可在GPS网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于300m。,5.1 GPS测量的技术设计,（2）基本图形的选择,根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边，应构成一定的几何图形。图形的基本形式如下。,图-1三角形 图-2环形网,5.1 GPS测量的技术设计,三角形网,GPS网中的三角形边由独立观测边组成。根据经典测量的经验已知，这种图形的几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效地发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时，经平差后网中的相邻点间基线向量的精度分布均匀。这种网形的主要缺点是观测工作量较大，尤其当接收机的数量较少时，将使观测

9、工作的总时间大为延长。因此通常只有当网的精度和可靠性要求较高时，才单独采用这种图形。,5.1 GPS测量的技术设计,环形网由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成的网，称为环形网。这种网形与经典测量中的导线网相似，其图形的结构强度比三角网为差。不难理解，由于这时网的自检能力和可靠性，与闭合环中所含基线边的数量有关，所以，根据网的不同精度要求，一般都规定闭合环中包含的基线边，不超过一定的数量。,5.1 GPS测量的技术设计,闭合环中基线边数的限值 表,5.1 GPS测量的技术设计,环形网的优点是观测工作量较小，且具有较好的自检性和可靠性，其缺点主要是，非直接观测的基线边（或间接边）精度比直接观测边

10、低，相邻点间的基本精度分布不均匀。作为环形网的特例，在实际工作中还可按照网的用途和实际情况，采用所谓附合线路。这种附合线与经典测量中的附合导线相类似。采用这种图形的条件是，附合线路两端点间的已知基线向量，必须具有较高的精度，另外，附合线路所包含的基线边数，也不能超过一定的限制。,5.1 GPS测量的技术设计,三角形网和环形网，是大地测量和精密工程测量中普遍采用的两种基本图形。通常，根据情况往往采用上述两种图形的混合网形。,5.1 GPS测量的技术设计,星形网,星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间，一般不构成闭合图形，所以其检验与发现粗差的能力差。这种网形的主要优点，是观测中通常只需要两台G

11、PS接收机，作业简单。因此在快速静态定位和准动态定位等快速作业模式中，大都采用这种网形，它被广泛地应用于工程放样、边界测量、地籍测量和碎部测量等。,5.1 GPS测量的技术设计,（3）GPS测量的技术指标,观测时段observation session：测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间间隔称为观测时段，简称时段。同步观测simultaneous observation：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星所进行的观测。,5.1 GPS测量的技术设计,同步观测环simultaneous observation loop：三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。独

12、立观测环independent observation loop：由非同步观测获得的基线向量构成的闭合环。,5.1 GPS测量的技术设计,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,测区踏勘交通情况水系分布情况植被情况控制点分布情况居民地分布情况当地风俗民情,5.2.2 资料收集各类图件各类控制点成果测区有关的地质、气象、交通、通信等方面的资料城市及其乡村行政区划表,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,5.2.3 设备、器材筹备及人员组织筹备器材、计算机及配套设备筹备机动设备及通信设备筹备施工器材，计划油料，材料的消耗组建施工队伍，拟订施工人员名单及岗位进行详细的投资预算,5.2GPS

13、测量的外业准备及技术设计书编写,5.2.4 拟定外业观测计划拟订观测计划的主要依据GPS网的规模大小点位精度要求GPS卫星星座几何图形强度参加作业的接收机数量交通、通信及后勤保障,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,观测计划的主要内容应包括：编制GPS卫星的可见性预报图选择卫星的几何图形强度选择最佳的观测时段观测区域的设计与划分编排作业调度表,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,相关观测的概念数据剔除率percentage of data rejection：同一时段中，删除的观测值个数与获取的观测值总数的比值。天线高antenna height：观测时接收机天线相位中心至测站

14、中心标志面的高度。国际地球参考框架ITRF Y International Terrestrial Reference Frame：由国际地球自转服务局推荐的以国际参考子午面和国际参考极为定向基准，以ITRF Y Y天文常数为基础所定义的一种地球参考系和地心（地球）坐标系。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,参考站Reference station：在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持跟踪观测卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动设站作业，这些固定站就称为参考站。流动站roving station：在参考站的一定范围内流动作业的接收机所设立的测

15、站。,5.1 GPS测量的技术设计,1、编制GPS卫星的可见性预报图 由于卫星的轨道运动和地球的自转，卫星相对于测站的几何图形在不断变化。一些卫星从地平线升起至一定高度，可以投入观测作业，另一些卫星观测高度角越来越小，无法继续观测。考虑到作业中尽可能选取图形强度较好的卫星进行观测，因而在一个观测时段要几次更换跟踪的卫星。我们将时段中任一卫星有效观测时间符合要求的卫星，称为有效观测卫星。测量等级越高，有效观测卫星总数需要越多，时段中任一卫星有效观测时间需要越长，观测时段应该越多，时段长度也应越长。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,时段中任一卫星有效观测时间min,表 规范规定的各级G

16、PS测量基本技术要求规定,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,表 规程规定的GPS测量各等级的作业的基本技术要求,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,2、选择卫星的几何图形强度,GPS定位精度同卫星与测站构成的图形强度有关，与能同步跟踪的卫星数和接收机使用的通道数有关。若接收机有观测到5颗卫星以上的能力，就应该把所有可能观测到的卫星都进行跟踪观测，若只有观测到4颗卫星的能力，应在所有可见星中选取PDOP值最小的那一组卫星进行观测，这是根据伪距定位时求解公式推算出的选星原则。,规范对图形强度因子PDOP值没有要求；规程对点的空间位置图形强度因子PDOP值要求不应超过上表所列值。,

17、表 图形强度因子（PDOP）规定值,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,3、选择最佳观测时段,GPS卫星的观测，是待GPS卫星升离地平线一定的角度才开始的，这个角度就是卫星高度截止角。高度角愈小，愈有利于减小三维位置图形强度因子,（PDOP），从而延长最佳观测时间；但是卫星高度角愈小，对流层影响愈显著，测量误差随之增大。在精密定位测量时，卫星高度截止角宜选定在15左右。当卫星高度角15时，某测站上在视GPS卫星的PDOP随时间变化曲线的例子如左图所示。,图 PDOP变化曲线图,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,该图是用测站概略经纬度和现有GPS卫星星历所做出的PDOP预报，用

18、以选择最佳观测时段。由图可知，整个作业时段上除10：17至10：33间16min只有4颗卫星外，均有5颗以上卫星可供观测；除6：42至6：53约11min内PDOP6外，其余时间的几何图形处于良好状态或一般状态。通常用一个子环路的平均经纬度和最接近观测时日的GPS卫星星历绘制PDOP变化曲线，以此选择测量该子环路的公共观测时段，而不是依每一个测站选择最佳观测时段。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,四、编排作业调度表,作业小组应在观测前根据测区地形、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、星历预报表和测区的天气、地理环境等编制作业调度表，以提高工作效益。,表G

19、PS作业调度表,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,、设计GPS网与地面网的联测方案,1.联测点（公共点）的精度要求 联测点作为GPS成果转化到常规地面坐标系的基准点，在GPS测量数据处理中具有重要的意义。联测点的地面实用坐标是将GPS定位结果的WGS64坐标系转换至地面坐标系时的起算数据，所以要求联测点的地面坐标具有较高的精度。为此，联测点应是下列几种点之一：（1）测区内现有的最高等级的常规地面控制点；（2）地方坐标系中控制网定位、定向的起算点；（3）联接国家坐标系和地方坐标系的联接点；（4）水准点。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,2.联测点的密度和分布 GPS网与地面

20、网的联测点最少应有两个。其中一个作为GPS在地面网坐标系内的定位起算点，两个点间的方位和距离作为GPS网在地面坐标系内定向、长度的起算数据。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,3.GPS网中水准点的选择和分布 GPS网一般是求得测站点的三维坐标，其中高程为大地高，而实际应用的高程系统为正常高系统。为此，通常是在GPS网中施测或重合少量的几何水准点，用数值拟合法拟合出测区的似大地水准面，继而内插出其它GPS点的高程异常，再求出其正常高。根据研究，在平原地区布测的GPS网中，只要用三等实测或重合全网五分之一GPS点的几何水准，用数值拟合法求定GPS点的正常高，即可代替四等水准测量。所实测

21、的水准点，大部分应布设在网的周围点上，少量放在网的中间，以求获得最佳效果。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,5.2.6 GPS接收机的选择和检验,一、接收机的类型选择,1.单、双频接收机的选择 1）单频接收机 单频接收机只能接收经调制的L1 信号。它虽然可以利用导航电文提供的参数，对观测量进行电离层影响的改正，但由于改正模型的不完善，误差较大，所以单频接收机主要用于基线较短（例如10km）的精密定位工作。但是，单频接收机的优点是工艺成熟，所用的电子元件较少，对微处理器的要求较低，不需要昂贵的互相关器，不受P 码保密的限制，产量大，价格比双频接收机便宜的多。,5.2GPS测量的外业准

22、备及技术设计书编写,2）双频接收机 双频接收机可以同时接收L1和 L2信号，利用双频技术可以消除或减弱电离层折射对观测量的影响，所以定位精度较高，基线长度不受限制。其次，解算整周未知数的时间较短，约为单频机的一半，所以作业效率较高。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,GPS接收机是完成测量定位的关键设备，可根据需要按规范和规程选用。,表 接收机选用（规范）,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,表 接收机选用（规程）,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,二、接收机的检验 GPS测量工作所采用的接收设备，都必须对其性能和可能达到的精度水平进行检验，合格后方能参加作业。尤其

23、对于新购置的设备，应按规定进行全面的检验。接收机全面检验的内容，包括一般检视、通电检验、试测检验和随机数据后处理软件的检测。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,1.一般性检视,主要检查接收设备的各部件及其附件是否齐全、完好，紧固部件有否松动与脱落，设备的使用手册及随机软件等资料是否齐全。,2.通电检验,检验的主要项目包括：设备通电后有关信号灯、按键、显示系统和仪表的工作情况，以及自测试系统的工作情况。当自测试正常后，按操作步骤进行卫星的捕获与跟踪，以检验接收机捕获卫星的时间，接收信号的信噪比及信号的锁定等情况。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,3.实测检验,实测检验应在不

24、同长度的标准基线上，或专设的GPS测量检验场上进行。标准基线的相对精度，应不低于被检验接收设备的标称精度。实测检验是接收设备检验的主要内容之一，凡是用于精密定位的接收设备，都应按作业时间的长短，至少在每年出测前进行一次。实测检验的主要内容包括：接收机野外作业的性能，接收机的内部噪声水平，天线相位中心的稳定性，以及对不同测程的基线测量所能达到的精度等。另外，天线底座的圆水准器和光学对中器，也都要在每年出测前进行检验和校正。对于作业中所使用的气象测量仪表（通风干湿表、气压表、温度计），也应定期送气象部门检验，以保障其正常工作。,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,5.2.7 技术设计书的编

25、写1、任务来源及工作量2、测区概况3、布网方案4、选点与埋标5、观测6、数据处理7、完成任务的措施,5.2GPS测量的外业准备及技术设计书编写,一、野外选点,1.GPS选点应符合下列要求：（1）点位应选设在易于安置接收设备和便于操作的地方，视野应开阔。被测卫星的地平高度角一般应大于1015，以减弱对流层折射的影响。（2）点位应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等，其距离不得小于200m；并应远离高压输电线，其距离不得小于50m），以避免周围磁场对GPS卫星信号的干扰。（3）点位附近不应有强烈干扰接收卫星信号的物体，并尽量避免大面积水域，以减弱多路径误差的影响。（4）点位应选在交通方便的地

26、方，有利于用其他测量手段联测或扩展。（5）地面基础稳定，利于点位保存。（6）应充分利用符合要求的旧有控制点。,5.3 GPS测量的外业实施,2.选点作业,选点人员在实地选定的点位上，打一木桩或以其它方式加以标定，同时树立测旗，以便埋石及观测人员能迅速找到点位，开展后续工作。选点人员还应按技术设计的要求，最后确认该点是否进行水准联测，并应实地踏勘水准路线，提出有关建议。GPS点名可取村名、山名、地名、单位名、应向当地政府部门或群众进行调查后确定。当利用符合要求的旧有控制点时，点名不宜更改。不论是新选定的点或利用原有点位，均应按规范或规程中规定的格式在实地绘制GPS点点之记，如表6-7所示。点位周

27、围有高于10的障碍物时；应用平板仪和罗盘仪绘制点的环视图。测区选点完成后，还应绘制GPS网选点图。测区选点完成后，还应绘制GPS网选点图。最后，要对选点工作写出总结，包括详细的交通情况，车的种类、车次以及通讯、供电、充电情况等。,5.3 GPS测量的外业实施,标石说明（单、双层、类型）旧点,相临点（名、号、里程、通视否）,日期：20 年 月 日 记录者：绘图者：校对者：,表 GPS点点之记,3、选点记录,5.3 GPS测量的外业实施,GPS网选点图,4、标石埋设,表 标石类型及其适用级别,5.3 GPS测量的外业实施,点位选定后（包括方位点），均应按规定绘制点之记，其主要内容包括：点位及点位略

28、图，点位的交通情况以及选点情况等。选点工作结束后，应提交的技术资料主要包括：点之记及点的环视图GPS网选点图；选点工作技术总结。,5.3 GPS测量的外业实施,观测工作,1、观测工作依据的主要技术指标,1、天线安置,天线要尽量利用脚架安置，直接在点上对中。当控制点上建有寻常标时，应在安置天线之前先放倒觇标或采取其它措施。只有在特殊情况下，方可进行偏心观测，此时归心元素应以解析法精确测定。天线的定向标志线应指向正北。其中A与B级在顾及当地磁偏角修正后，定向误差不应大于5。天线底盘上的圆水准气泡必须居中。天线安置后，应在每时段观测前、后各量取天线高一次。对备有专门测高标尺的接收设备，将标尺插入天线

29、的专用孔中，下端垂准中心标志，直接读出天线高。对其它接收设备，可采用倾斜测量方法。从脚架互成120的三个空挡测量天线底盘下表面至中心标志面的距离，互差小于3mm时，取平均值L，若天线底盘半径为R，再利用厂方提供的平均相位中心至底盘下表面的高度hc，按求出天线高。,5.3 GPS测量的外业实施,测量气象参数：在高精度测量中，要求测定气象元素，每时段气象元素的测定不应少于3次，气压读至0.1mabar，气温读至0.1复查点明并计入测量手簿,5.3 GPS测量的外业实施,2、开机观测 观测作业的主要任务是捕获GPS卫星信号，并对其进行跟踪、处理和量测，以获得所需要的定位信息和观测数 对于一些品牌的接

30、收机，接收机开始记录数据后，观测员可使用专用功能键和选择菜单，查看测站信息、接收卫星数量、各通道信噪比、相位测量残差、实时定位的结果及其变化、存储介质记录情况等。观测员要细心操作，静置和观测期间防止接收设备震动，防止人员和其它物体碰动天线和阻挡信号。,5.3 GPS测量的外业实施,3、观测记录,在外业观测过程中，所有信息资料和观测数据都要妥善记录。记录的形式主要有以下两种：1.观测记录 观测记录由接收设备自动完成，均记录在存储介质（如磁带、磁卡等）上，记录项目主要有：载波相位观测值及其相应的GPS时间；GPS卫星星历参数；测站和接收机初始信息（测站名、测站号、时段号、近似坐标及高程、天线及接收

31、机编号、天线高）。存储介质的外面应贴制标签，注明文件名、网区名、点名、时段号、采集日期、测量手簿编号等。,5.3 GPS测量的外业实施,接收机内存数据文件转录到外存介质上时，不得进行任何剔除和删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。2.测量手簿 测量手簿是在接收机启动前与作业过程中，由测量员随时填写的。整个观测过程出现的重要问题及其处理情况，亦应如实地填写在记事栏内。观测记录和测量手簿都是GPS精密定位的依据，必须按照规定妥善保管。,5.3 GPS测量的外业实施,工程GPS外业观测手簿,GPS外业观测手簿,5.3 GPS测量的外业实施,5.4 GPS测量的作业模式,一、常用的定位方

32、法,1.静态定位（1）作业方法 采用两套接收设备，分别安置在一条基线的两个端点，同步观测4颗卫星1h左右，或同步观测5颗卫星20min左右。（2）精度 基线的相对定位精度可达5mm+1ppmD，D为基线长度（km）。,6.4 GPS测量的作业模式,（3）适用范围 建立全球性或国家级大地控制网、建立地壳运动监测网、建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位。（4）注意事项 所有观测过的基线应组成一系列封闭图形，以利于外业检核，提高成果可靠度。并且可以通过平差，有助于进一步提高定位精度。,5.4 GPS测量的作业模式,图 经典静态相对定位,2.快速静态定位,（1）作业方法 在测区中部选择一个

33、基准站，并安置一套接收设备连续跟踪所有可见卫星；另一台接收机依次到各点流动设站，每点观测12min。（2）精度 流动站相对于基准站的长度中误差为5mm+1ppmD。,5.4 GPS测量的作业模式,（3）应用范围 控制网的建立及其加密、工程测量、地籍 测量、大批相距百米左右的点位定位。（4）注意事项 在观测时段内应确保有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点相距应不超过20km；流动站上的接收机在转移时，不必保持对所测卫星连续跟踪，可关闭电源以降低能耗。,5.4 GPS测量的作业模式,图 快速静态相对定位模式,基准站,观测基线,迁站路线,流动站,5.4 GPS测量的作业模式,3.准动态定位,（1）

34、作业方法 在测区选择一个基准站，安置接收机连续跟踪所有可见卫星；将另一台接收机先置于1号站观测12min；在保持对所测卫星连续跟踪而不失锁的情况下，将流动接收机分别在2、3、4各点观测数秒钟。,（2）精度 基线的中误差约为12cm。,5.4 GPS测量的作业模式,（3）应用范围 开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量、剖面测量及路线测量等。（4）注意事项 应确保在观测时段上有5颗以上卫星可供观测；流动点与基准点距离不超过20km；观测过程中流动接收机不能失锁，否则应在失锁的流动点上延长观测时间12min。,5.4 GPS测量的作业模式,4.往返式重复设站,（1）作业方法 建立一个基准点安置

35、接收机连续跟踪所有可见卫星；流动接收机依次到每点观测12min；1h后逆序返测各流动点12min。（2）精度 相对于基准点的基线中误差为5mm+1ppmD。,图 往返式重复设站,5.4 GPS测量的作业模式,（3）应用范围 控制测量及控制网加密、取代导线测量及三角测量、工程测量及地籍测量等。（4）注意事项 流动点与基准点相距不超过20km；基准点上空开阔，能正常跟踪3颗及以上的卫星。,5.4 GPS测量的作业模式,5.动态定位,（1）作业方法 建立一个基准点安置接收机连续跟踪所有可见卫星；流动接收机先在出发点上静态观测12min；然后流动接收机从出发点开始连续运动；按指定的时间间隔自动测定运动

36、载体的实时位置。（2）精度 相对于基准点的瞬时点位精度可达12cm。,图 动态定位,5.4 GPS测量的作业模式,（3）应用范围 精密测定运动目标的轨迹、测定道路的中心线、剖面测量、航道测量等。（4）注意事项 需同步观测5颗卫星，其中至少4颗卫星要连续跟踪；流动点与基准点相距不超过20km。,5.4 GPS测量的作业模式,在上述三种连接方案中，第1种工作量最小，但无重复基线检核；第2种工作量最大，检核条件亦最多；第3种比较灵活，工作量与检核条件比较适中。在选择测设方案时，应从所具备的接收机数量和精度、工作量大小、卫星运行状态、测区条件等方面进行权衡。通常GPS相对定位精度较高，比较容易达到工程

37、的期望精度，这时也就没有必要以高额投入换取更高的精度。,5.4 GPS测量的作业模式,实时动态测量作业模式与应用1、实时动态（RTK）定位技术简介 RTK的工作原理是将一台接收机置于基准站上，另一台或几台接收机置于载体（称为流动站）上，基准站和流动站同时接收同一时间相同GPS卫星发射的信号，基准站所获得的观测值与已知位置信息进行比较，得到GPS差分改正值。然后将这个改正值及时地通过无线电数据链电台传递给共视卫星的流动站以精化其GPS观测值，得到经差分改正后流动站较准确的实时位置。,5.4 GPS测量的作业模式,2、RTK作业模式与应用（1）快速静态测量（2）准动态测量（3）动态测量3、RTK系

38、统的组成,下面以美国天宝导航有限公司生产的4600GPS双频接收机为例，说明RTK的系统组成，天宝RTK系统由下列两部分组成：,5.4 GPS测量的作业模式,5.4 GPS测量的作业模式,RTK定位测量外业准备的过程如下：1.外业踏勘；2.收集资料；3.制定观测计划；4.星历预报；5.器材准备：经检定合格的GPS接收机（基准站+流动站（含TSC1）一套，12V60A电源（含充电器），数据链电台一套，手机或对讲机（每台GPS接收机上配一个），每台GPS接收机配观测记录手簿一本；6.运输工具：自备汽车或租车。,一、架设基准站,将基准站GPS接收机安置在开阔的地方，电台和天线架设好，连上电缆后开机，

39、先启动基准站，在TSC1控制器中进行：按on/off键，打开TSC1控制器，则自动调用主菜单，选择Files(文件)来建立新工程如下：1.建立新工程：给工程起一个文件名，如当地的地名或工程名；2.选择工程管理（Job management）并确认；若测量手簿中已有的工程则显示其名称，若测量手簿中没有工程名，就选中New（F1）输入工程名后确认；3.在选择坐标系统窗口中选用手工键入参数（Key in parameter）；4.在键入参数窗口中选设置投影参数（Projection）；,一、架设基准站,5.在输入椭球参数窗口中选：投影方式:Transverce Mercator(横轴墨卡托投影)Fa

40、lse northing（北偏）:0.000m(北偏为0)False easting（东偏）:500000.000m(东偏500km)origin lat(纬度):00000.0000Ncentral meridian:1140000.0000E(当地中央子午线经度)scale（尺度比）：1.000000semimajor axis:6376245.000m(BJ54椭球长半轴)Flattening（扁率分母）：296.300000 若在某一测区，椭球参数只需输入一次即可，如再进入其它测区，则需重新输入其它测区的椭球参数（主要是当地中央子午线的经度）。,一、架设基准站,6.在键入参数窗口中再选

41、输入转换参数，有三种情况：No transformation（没有转换参数）：若基准站没有WGS64或BJ54坐标，则选此项。Three parameter（三参数）：若基准站有BJ54坐标，则选此项，此时将测区的参数输入即可，也可输入0。Seven parameter（七参数）：一般不考虑。到此，建立一个新工程项目的工作就完成了，需要说明的是，建立新工程项目也可单独在内业进行。,二、启动基准站,在TSC1控制器中点击Survey（测量）图标，进入测量方式菜单。在（Survey Styles）测量工作方式菜单中选Trimble RTK（实时动态）。在（Survey）测量菜单中选Start ba

42、se receiver（启动基准站）。显示连接接收机后，输入基准站的点名，输入天线高，若控制器中有该点的点名（也即隐含有该点的坐标）可直接按软键 Start（F1键）后，显示：Disconnect controller from receiver（控制器可以离开接收机）若控制器中不存在该点或该点是未知点，则按 here（F3键）求得该点的WGS64坐标（伪距），显示后，一直按回车键，直到高程变化趋于稳定为止。再按软键 Start（F1键）。当显示控制器可以离开接收机时，即启动了基准站，可以将基准站接收机上的电缆插头拔下（可带电插拔）。但此时，控制器的显示器上并不显示电台的标志，只有启动流动站后

43、，电台的标志才在控制器上显出。,三、启动流动站,将TSC1控制器上的电缆插头插入流动站GPS接收机的插口，在（Survey）测量菜单中选Start Survey（开始测量）也称启动流动站。此时在TSC1控制器的窗口下部即显示如下画面：,图6-6 TSC1控制器显示的有关图形,三、启动流动站,电池中的黑色部分是告之电量的多少；4600是告之与TSC1控制器所连接的GPS接收机的型号；卫星图标中的5是搜索到的卫星颗数，RTK测量时不能少于5颗；电台图标中若两个小灯交替闪亮，则证明无线电数据链已连接；H和V分别代表水平和高程精度；PDOP代表空间位置精度因子值，越小越好；当RTK=FIXED（固定解

44、）时，初始化完毕，可以开始测量（当RTK=float（浮点解）初始化不成功，不能测量，必须再等待，直到RTK=FIXED时为止）。,四、开始测量,可以分为几种形式：测量点（Measure points）。连续的碎部点的采集（Continuous topo）。输入方位、距离、计算不可到达的点位（Offsets）。放样（Stakeout）。测量结束后，在（Survey）测量菜单中选End Survey（结束测量）。收工。,5.5.1 数据的预处理 1、数据处理软件及选择 GPS网的数据处理分基线解算和网平差两个阶段。各阶段数据处理软件可采用随机软件或经正式鉴定的软件，如GAMIT/GLOBK、BE

45、RNESE、GIPSY、GFZ等软件 2、基线解算 预处理的主要目的是对原始数据进行编辑、加工与整理，分流并产生各种专用信息文件，为进一步的平差计算做准备。它的基本内容是：,5.5数据预处理及观测成果的质量检核,（1）数据传输 将GPS接收机记录的观测数据传输到磁盘或其它介质上。（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。,5.5数据预处理及观测成果的质量检核,（3）统一数据文件格式 将不同类型接收机的数据记录格式、项目和采样间隔，统一为标准化的文件格式，以便统一处理。（4）卫星轨道的标准化 采用多

46、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）对观测值进行必要改正 在GPS观测值中加入对流层改正，单频接收机的观测值中加入电离层改正。,5.5数据预处理及观测成果的质量检核,根据上述预处理所获得的标准化数据文件，进行观测数据的平差计算。其主要内容包括：（1）基线向量或多站网平差计算 对于两台接收机，要对多个历元同步观测值进行独立基线向量（坐标差）的平差计算。对于多台接收机所作的同步观测区，要同时确定多条基线向量。由此所得到的平差结果为观测站之间的基线向量及其方差与协方差。（2）GPS网平差的计算 利用上述基线边的平差结果

47、，作为相关观测量进行网的整体平差。平差计算应在WGS84坐标系统中进行，平差结果一般是网点的空间直角坐标、大地坐标和高斯平面坐标以及相应的方差和协方差。,（3）坐标系统的转换或与地面网的联合平差 上述GPS网在WGS-84坐标系统中的平差结果，还需要化算到地方所采用的坐标系统中去。如果为了改善已有的地方控制网，还需要确定GPS网与原控制网之间的转换参数，进行两网的联合平差。平差计算完成后，需输出打印以下基本信息：测区和各测站的基本信息；观测值的数量、数据剔除率、时段起止时刻和持续时间的统计信息；平差计算采用的坐标系统、基本常数、起算数据、观测值类型和数据处理方法；平差计算采用的先验约束条件、先

48、验误差；平差结果；平差值的精度。,5.5.2 观测成果的外业检核,对野外观测资料首先要进行复查，内容包括：成果是否符合调度命令和规范的要求；进行的观测数据质量分析是否符合实际。然后进行下列项目的检核：1.每个时段同步边观测数据的检核 两端点的接收机，通过多历元同步观测，经平差计算的基线边称为同步边。同步边检核的内容有：,（1）数据剔除率 剔除的观测值个数与应获取的观测值个数的比值称为数据剔除率。同一时段观测值的数据剔除率，其值应小于10。（2）平差值中的误差 计算同步边各时段平差值中误差和相对中误差。其中中误差应小于0.1m。2.重复观测边的检核 同一条基线边若观测了多个时段，则可得到多个边长

49、结果。这种具有多个独立观测结果的边就是重复观测边。对于重复观测边的任意两个时段的成果互差，均应小于接收机标称精度的倍。,3.环闭合差的检核,当独立观测的各同步边构成闭合环形（如三角形、多边形）时，各边的坐标差之和应为零。但是由于多种误差的存在，环中各独立观测边的坐标差分量闭合差不为零，设其为 式中n为闭合环中同步边数。此时环闭合差的定义是 环闭合差的大小是评价观测成果质量的重要标志之一。“规范”规定，若干个独立边组成闭合环时，各坐标差分量闭合差不应大于，其中 为相应级别按平均边长算出的规定中误差。,4.同步观测环检核,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。

50、例如三边同步环中只有两条同步边可以视为独立的成果，第三边成果应为其余两边的代数和。但是由于模型误差和处理软件的内在缺陷，使得这种同步环的闭合差实际上仍可能不为零。这种闭合差一般数值很小，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。“规范”规定，三边同步环中第三边处理结果与前两边的代数和之差值应小于下列数值：式中 为相应级别的规定中误差（按平均边长计算）。,5.异步观测环检核,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,应检查一切可能的闭合差。以图616为例，A、B、C、D四站应检核：ABBCCA；ACCDDA；ABBDDA；BCCDDB；A