第6章+GPS测量的实施.ppt

1、,GPS原理与应用,第六章 GPS测量的实施,测绘工程系 主讲：刘辉,第六章 GPS测量的实施,主要内容 6.1 GPS测量的技术设计 6.2 选点与建立标志 6.3 GPS测量的观测工作 6.4 GPS相对定位的作业模式 6.5 观测成果的外业检核 6.6 观测数据的测后处理过程,第六章 GPS测量的实施,前面几章已经介绍了有关GPS测量的基本概念及定位原理，这一章将介绍GPS测量工作的实施问题。因为GPS测量工作的实施方法，与用户的要求和所用接收系统硬件与软件的发展水平密切相关，所以，这里将介绍GPS测量实施的主要过程，作业的基本方法和原则。关于作业的细节，用户还须按,国家有关部门颁发的G

2、PS测量现范以及所用GPS接收系统的操作说明书执行。,第六章 GPS测量的实施,GPS测量工作与经典大地测量工作相类似，按其性质可分为外业和内业两大部分。其中：外业工作主要包括选点(即观测站址的选择)、建立观测标志、野外观测作业以及成果质量检核等，内业工作主要包括GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段：技术设计；选点与建立标志；外业观测；成果检核与处理。GPS测量是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作，对这项工作总的原则是，在满足用户要求的情足下，尽可能地减少经费、时间和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作都要精心设计和实施

3、。为了保障观测成果的可靠性和满足用户的要求，GPS测量作业应遵守统一的规范和细则。但是，测量工作的实施与用户接收系统的发展水平密切相关。GPS接收系统硬件与软件的不断改善，将直接影响测量工作的实施方法、观测时间、作业的要求和成果的处理方法。,第六章 GPS测量的实施,近年来，虽然一些国家为了实际工作的需要，已制定一些适用于不同任务的作业规范或细则，但一般也只能对GPS测量工作的实施提出一些原则性的规定与要求。因此，这里我们将以这些主要规范为参考，主要介绍一下有关GPS测量作业的基本方法和原则。考虑到以载波相位观测量为根据的相对定位法，是目前GPS测量中普遍采用的精密定位方法，所以下边将主要讨论

4、实施高精度GPS相对测量的工作程序与方法。,6.1 GPS测量的技术设计,GPS网的技术设计是GPS测量工作实施的第一步，是一项基础性工作。这项工作应根据网的用途和用户的要求来进行，其主要内容包括精度指标的确定，网的图形设计和网的基准设计。,6.1.1 GPS网技术设计的依据,GPS网技术设计的主要依据是GPS测量规范(规程)和测量任务书。,第六章 GPS测量的实施,GPS测量规范(规程)GPS测量规范(规程)是国家测绘管理部门或行业部门制定的技术法规。目前GPS网设计依据的规范(规程)有:2009年国家质量监督检验检疫总局：全球定位系统(GPS)测量规范以下简称规范；1999年国家质量技术监

5、督局发布的差分全球定位系统(DGPS) 技术要求； 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，况以下简称规程；各部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其他GPS测量规程或细则。,第六章 GPS测量的实施,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要求，完成任务的经济指标等。在GPS方案设计时，一般首先依据测量任务书提出的GPS网的精度、密度和经济指标，再结合规范(规程)规定并现场踏勘具体确定各点间的连接方法，各点设站观测的次数、时段长短等

6、布网观测方案。,第六章 GPS测量的实施,6.1.2 GPS网的精度、密度设计GPS测量精度标准及其分类对于各类GPS网的精度设计主要取决于网的用途。用于全球性地球动力学、地壳形变及国家基本大地测量的GPS网可参照规范中AA、A、B级的精度分级，见表6-1。,第六章 GPS测量的实施,用于城市或工程的GPS控制网可根据相邻点的平均距离和精度参照规程中的二、三、四等和一、二级，见表6-2。,第六章 GPS测量的实施,各等级GPS相邻点间弦长精度估算,式中：GPS基线向量的弦长中误差(mm)，亦即等效距离误差;a 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(

7、ppm);dGPS网中相邻点间的距离(km)。,在实际工作中，精度标准的确定要根据用户的实际需要及人力、物力、财力情况合理设计，也可参照本部门已有的生产规程和作业经验适当掌握。在具体布设中，可以分级布设，也可以越级布设，或布设同级全面网。,第六章 GPS测量的实施,GPS点的密度标准,各种不同的任务要求和服务对象，对GPS点的分布要求也不同。对于国家特级(AA、A级)基准点及大陆地球动力学研究监测所布设的GPS点，主要用于提供国家级基准、精密定轨、星历计划及高精度形变信息，所以布设时平均距离可达数百公里。而一般城市和工程测量布设点的密度主要满足测图加密和工程测量的需要，平均边长往往在几公里以内

8、。因此，现行规范、规程对GPS网中两相邻点间距离视其需要作出了如表6-3的规定。,第六章 GPS测量的实施,6.1.3 GPS网的基准设计,GPS测量获得的是GPS基线向量，它属于WGS-84坐标系的三维坐标差，而实际我们需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。所以在GPS网的技术设计时，必须明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采用的基准。我们将这项工作称之为GPS网的基准设计。,GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般以给定的起算方位角值确定，也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁波测距确定，也可由两个以上的起算点间的距

9、离确定，同时也可由GPS基线向量的距离确定。GPS网的位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。因此，GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。,第六章 GPS测量的实施,基准设计时应注意的问题,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个，用以坐标转换。在选择联测点时既要考虑充分利用旧资料，又要使新建的高精度GPS网不受旧资料精度较低的影响，因此，大、中城市GPS控制网应与附近的国家控制点联测3个以上。小城市或工程控制可以联测23个点。,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响，对GPS网内重合的高等级国家点

10、或原城市等级控制网点，除未知点联结图形观测外，对它们也要适当地构成长边图形。,第六章 GPS测量的实施, GPS网经平差计算后，可以得到GPS点在地面参照坐标系中的大地高，为求得GPS点的正常高，可据具体情况联测高程点，联测的高程点需均匀分布于网中，对丘陵或山区联测的高程点应按高程拟合曲面的要求进行布设。具体联测宜采用不低于四等水准或与其精度相当的方法进行。GPS点高程在经过精度分析后可供测图或其它方面使用。关于GPS高程问题将在以后的GPS网数据处理中讨论。,新建GPS网的坐标系统应尽量与测区过去采用的坐标系统一致，如果采用的是地方独立或工程坐标系，一般还应该了解以下参数:所采用的参考椭球

11、坐标系的中央子午线经度；纵、横坐标加常数 坐标投影面高程及测区平均高程异常值； 起算点的坐标值。,第六章 GPS测量的实施,观测时段:测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时间段，简称时段。同步观测:两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。同步观测环:三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所构成的闭合环，简称同步环。独立观测环:由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称独立环。异步观测环:在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环。,在进行GPS网图形设计前，必须明确有关GPS网构成的几个概念，掌握网的特征条件计算方法

12、。,6.1.4 GPS网构成的几个基本概念及网的特征条件, GPS网图形构成的几个基本概念,第六章 GPS测量的实施,独立基线:对于N台GPS接收机构成的同步观测环，有J条同步观测基线，其中独立基线数为N-1；, GPS网特征条件的计算,按R.A Sany提出的观测时段数计算公式,式中，C为观测时段数；n为网点数；m为每点设站次数；N为接收机台数。故在GPS网中：,总基线数：,必要基线数：,独立基线数：,非独立基线:除独立基线外的其他基线叫非独立基线，总基线数与独立基线数之差即为非独立基线数。,多余基线数：,第六章 GPS测量的实施,根据以上公式，就可以确定出一个具体GPS网图形结构的主要特征

13、。 GPS网同步图形的构成及独立边的计算 BACK根据(6.3)式，对于由N台GPS接收机构成的同步图形中,一个时段包含的GPS基线(或简称GPS边)数为:,但其中仅有N-1条是独立的GPS边，其余为非独立的GPS边。当同步观测的GPS接收机数N3时，同步闭合环的最少个数为,接收机数N与GPS边数J和同步闭合环数T（最少个数）的对应关系如表6-4所示。,第六章 GPS测量的实施,设某一城市D级GPS控制网，由32个GPS点组成，准备采用6台接收机进行观测，每点观测2个时段，试完成下述内容： 1）一个时段的同步基线数和独立基线数； 2）该GPS网总的观测时段数； 3）该GPS网的总基线数、必要基

14、线数、独立基线数、多余基线数。, GPS网特征条件计算示例,解：1）一个时段的同步基线数和独立基线数一个时段的同步基线数：一个时段的独立基线数：,第六章 GPS测量的实施,2）该GPS网总的观测时段数式中，C为观测时段数；n为网点数；m为每点设站次数；N为接收机台数。时段数不能为小数，且不能小于计算的数字，故该GPS网总的观测时段数为11时段。,3）该GPS网总基线数、必要基线数、独立基线数、多余基线数,总基线数：必要基线数：独立基线数：多余基线数：,OK,第六章 GPS测量的实施,从理论上来说，同步闭合环中各GPS边的坐标差之和(即闭合差)应为0，但由于有时各台GPS接收机并不是严格同步，同

15、步闭合环的闭合差并不等于零。有的GPS规范规定了同步闭合差的限差。对于同步较好的情况，应遵守此限差的要求；但当由于某种原因，同步不是很好的，应适当放宽此项限差。,值得注意的是，当同步闭合环的闭合差较小时，通常只能说明GPS基线向量的计算合格，并不能说明GPS边的观测精度高，也不能发现接收的信号受到干扰而产生的某些粗差。,第六章 GPS测量的实施,为了确保GPS观测成果的可靠性，有效地发现观测成果中的粗差，必须使GPS网中的独立边构成一定的几何图形。这种几何图形，可以是由数条GPS独立边构成的非同步多边形(亦称非同步闭合环)，如三边形、四边形、五边形等。当GPS网中有若干个起算点时，也可以是由两

16、个起算点之间的数条GPS独立边构成的附合路线。GPS网的图形设计，也就是根据对所布设的GPS网的精度要求和其他方面的要求，设计出由独立GPS边构成的多边形网(或称为环形网)。,对于异步环的构成，一般应按所设计的网图选定，必要时在经技术负责人审定后，也可根据具体情况适当调整。当接收机多于3台时，也可按软件功能自动挑选独立基线构成环路。,第六章 GPS测量的实施,6.1.5 GPS网的图形设计,常规测量中对控制网的图形设计是一项非常重要的工作。而在GPS图形设计时，因GPS同步观测不要求通视，所以其图形设计具有较大的灵活性。GPS网的图形设计主要取决于用户的要求、经费、时间、人力以及所投入接收机的

17、类型、数量和后勤保障条件等。,GPS网一般应通过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网图形设计的一般原则, 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，以便可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。,第六章 GPS测量的实施,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。为了便于观测和水准联测，GPS网点一般应设在视野开阔和容易到达的地方。为了便于用经典方法联测

18、或扩展，可在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。, GPS网图形的基本类型,根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接四种基本方式。,点连式点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接。以这种方式布点所构成的图形几何强度很弱，没有或极少有非同步图形闭合条件，一般不单独使用。,第六章 GPS测量的实施,边连式 边连式是指同步图形之间由一条公共基线连接。这种布网方案，网的几何强度较高有较多的复测边和非同步图形闭合条件。在相同的仪器台数条件下，观测时段数将比点连式大大增加。,网连式网连式是指相邻同步图形之间有两

19、个以上的公共点相连接，这种方法需要4台以上的接收机。显然，这种密集的布图方法，它的几何强度和可靠性指标是相当高的，但花费的经费和时间较多，一般仅适于较高精度的控制测量。,边点混合连接式边点混合连接式是指把点连式与边连式有机地结合起来，组成GPS网，既能保证网的几何强度，提高网的可靠指标，又能减少外业工作量，降低成本，是一种较为理想的布网方法。,图形的基本形式主要有三角形网、环形网和星形网。,第六章 GPS测量的实施,三角形网GPS网中的三角形由独立观测边组成。根据经典大地测量的经验已知，这种图形的几何结构强，具有良好的自检能力，能够有效的发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。同时经平差后网中相

20、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，将使观测工作的总时间大为,延长。因此通常只有当网的可靠,性和精度要求较高时，才单独采用这种图形。,第六章 GPS测量的实施,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。这种网形与经典大地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，一般根据网的不同精度要求，一般规定闭合环中包含的基线边，不超过一定的数量。例如，对于一、二、三等网，基线,边数分别不超过4、5、6条。,环形网的优点是观测工作量较小，且具有较好

21、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)精度较直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。,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。这种附合线路与经典大地测量中的附合导,第六章 GPS测量的实施,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。,星形网,星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间不构成任何闭合图形，所以其检验与发现粗差的能力差。,三角形网和环形网是大地测量和精密工程测量中普通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。

22、,这种网形的主要优点，是观测中只需要两台GPS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，均采用这种网形。它广泛地应用于工程测量、边界测量、地籍测量和碎部测量等。,第六章 GPS测量的实施,6.2.1 选点工作由于GPS测量观测站之间不需要相互通视，而且网的图形结构也比较灵活，所以选点工作远较经典控制测量的选点工作简便。但由于点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和测量结果的可靠性具有重要意义，所以，在选点工作开始之前，应充分收集和了解有关测区的地理情况以及原有测量标志点的分布及保持情况，以便确定适宜的观测站位置。,6.2 选点与建立标志,选点工作通常应遵守的原则是：观测站

23、(即接收天线安置点)应远离大功率的无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对GPS卫星信号的干扰。接收机天线与其距离一般不得小于200m；,第六章 GPS测量的实施,观测站附近不应有大面积的水域或对电磁波反射(或吸收)强烈的物体，以减弱多路径效应的影响；观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视场开阔。在视场内周围障碍物的高度角，根据情况一般不应大于1015 ，以减弱多路径效应的影响；观测站应选在交通方便的地方，并且便于用其它测量手段联测和扩展。,对于基线较长的GPS网，还应考虑观测站附近具有良好的通讯设施(电话与电报、邮电)和电力供应，以供观测站之间的联络和设备用电。点位选定后(包括方位点)

24、，均应按规定绘制点之记，其主要内容包括点位及点位略图，点位的交通情况以及选点情况等。,第六章 GPS测量的实施,第六章 GPS测量的实施,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。,6.2.2 点位标志的建立为了保持点位，以便长期利用GPS测量结果和进行重复观测，GPS网点一般应设置具有中心标志的标石，以精确标志点位，点的标石和标志必须稳定、坚固以利长久保存和利用。尤其对于为研究地球动力学现象和工程变形而建立的各种监测网，以及大范围的高精度GPS网，其网点的位置必须可靠地加以标志。,第六章 GPS测量的实施,第六章 GPS测量的实施,目前，

25、GPS网点的标石类型及其近用范围，如表5所列，关于各种标石的构造可参阅有关规程。,第六章 GPS测量的实施,第六章 GPS测量的实施,观测工作的内容主要包括：观测计划的拟定、仪器的选择与检验和观测工作的实施等。,6.3 GPS测量的观测工作,6.3.1 观测计划的拟定因为观测工作是GPS测量的主要外业工作，所以，在观测工作开始之前，仔细地拟定观测计划，对于顺利地完成观测任务，保障测量成果的精度，提高效益是极为重要的。拟定观测计划的依据主要是：GPS网的规模大小，精度要求，GPS卫星星座，参加作业的GPS接收机数量，测区交通和地形条件以及后勤保障条件(运输、通讯)等。观测计划的主要内容应包括：G

26、PS卫星的可见性图及最佳观测时间的选择，采用的接收机数量，观测区的划分和观测工作的进程及接收机的调度计划等。,第六章 GPS测量的实施,观测工作量的设计与计算外业观测的工作量与用户的要求精度和采用的接收机数量等因素有关。GPS网观测工作量的设计，除要考虑观测工作的效率外，还必须保证网的可靠性。（GPS网特征条件的计算）,关于分区观测当GPS网的点数较多，而参加观测的接收机数量有限时，网的观测工作需分区进行。当实行分区观测时，为了增加网的整体性，提高网的精度，相邻分区应设置公共点，且公共点的数量不得少于3个。相邻分区间的公共点数过少，将使网的整体性变差，影响网的精度，而增加公共点数又会延缓测量工

27、作的进程，这在实际工作中应根据网的用途慎重考虑。,第六章 GPS测量的实施,关于GPS卫星的可见性预报及观测时段的选择因为观测卫星的几何分布对GPS定位的精度具有重要影响，所以，为了选择最佳的观测时段，拟定观测计划，应首先编制GPS卫星可见性图。,编制可见性图所用的概略星历，其龄期也不能过长，一般不应超过90天，超过时应重新观测一组新的概赂星历。,第六章 GPS测量的实施,第六章 GPS测量的实施,第六章 GPS测量的实施,第六章 GPS测量的实施,第六章 GPS测量的实施,GPS定位中，所测卫星与观测站所组成的几何图形，其强度因子可取空间位置精度因子(PDOP)为代表，无论是绝对定位或相对定

28、位，其值均不应超过一定的要求。不同精度的GPS网，PDOP值应不超过下表所列限值。,观测进程及调度计划最佳观测时间确定后，在观测之前须拟定观测工作的进程表及接收机的调度计划。尤其当GPS网规模较大，参加作业的仪器较多时，仔细地拟定这些计划，对于顺利地实现预定的观测任务极为重要。,观测工作的进程计划涉及到网的规模、精度要求、作业的接收机数量和后勤保障条件等，在实际工作中应根据最优化的原则合理拟定。,第六章 GPS测量的实施,6.3.2 仪器的选择与检验,观测中所有采用的接收设备，都必须对其性能与可靠性进行检验，合格后方能参加作业。尤其对于新购置的没备，应按规定进行全面的检验。接收机全面检验的内容

29、，包括一般性检视、通电检验和试测检验。具体检验内容参见全球定位系统(GPS)测量规范。,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，设备的使用手册及资料是否齐全等。,GPS接收机是完成测量任务的关键设备，其性能要求和所需的接收机数量与测量的精度有关。,第六章 GPS测量的实施,试测检验,试测检验应在不同长度的标准基线上或专门的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。试测检验是接收设备检验的主要内容，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。,GPS接收机属贵重的精密电子仪器，为了确保设备

30、的安全和正常工作，用户必须制定严格的使用、运输与保管办法。,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。,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。当日测试正常后，按操作步骤进行卫星的捕获与跟踪，以检验其工作情况。,通电检验,第六章 GPS测量的实施,6.3.3 观测工作,观测工作主要包括：天线安置，观测作业，观测记录和观测数据的质量判定等。天线安置天线的妥善安置是实现精密定位的重要条件之一。其安置工作一般

31、应满足以下要求：静态相对定位时，天线应尽可能利用三脚架，并安置在标志中心的上方直接对中观测。在特殊情况下，方可进行偏心观测，但归心元素应以解析法精密测定。当天线需安置在三角点觇标的基板上时，应先将觇标顶部拆除，以防止对信号的干扰。这时可将标石中心投影到基板上作为安置天线的依据。,第六章 GPS测量的实施,天线底板上的圆水准器气泡必须居中。 天线的定向标志线应指向正北，并顾及当地磁偏角影响，以减弱相位中心偏差的影响。定向的误差以定位的精度不同而异，一般应不超过35。 雷雨天气安置天线时，应注意将其底盘接地，以防止雷击。,所谓天线高，系指天线的相位中心至观测点标志中心顶面的垂直距离。一般分为上、下

32、两段：上段是从相位中心至天线底面的距离，这一段的数值由厂家给出，并作为常数；下段是从天线底面至观测点标志中心顶面的距离，这一段由用户测定。天线高的量测值应为上下两段距离之和。,天线安置后，应在各观测时段的前后各量测天线高一次。两次量测结果之差不应超过3mm，并取其均值采用。,第六章 GPS测量的实施,观测作业,在开机实施观测工作之前，接收机一般需按规定经过预热和静置。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，以获取所需要的定位信息和观测数据。,关于利用接收机作业的具体操作步骤和方法，随接收机的类型和作业模式不同而异。而且，随着接收设备软件和硬件的不断发展，接收设备的操

33、作方法也将有所变化，自动化的水平将不断提高。用户可按随机的操作手册执行。,当确认外接电源电缆及天线等各项联结完全无误后，方可接通电源，启动接收机。,一般来说，在外业观测工作中，操作人员应注意以下事项：,第六章 GPS测量的实施,接收机在开始记录数据后，用户应注意查看有关接收卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。,在观测过程中，接收机不得关闭并重新启动；不准改变卫星高度角的限值，不准改变天线高。,开机后接收机的有关指示和仪表数据显示正常时，方能进行自测试和输入有关测站和时段控制信息。,每一观测时段中，气象资料一般应在时段始末及中间各观测记录一次，当时段较长时(

34、如超过60分)应适当增加观测次数。,观测站的全部预定作业项目，经检查均巳按规定完成，且记录与资料均完整无误后方可迁站。,第六章 GPS测量的实施,观测记录,5）测站控制信息及接收机工作状态信息。,4）实时绝对定位结果；,3）GPS卫星星历及卫星钟差参数；,2）同一历元的测码伪距观测值；,1）载波相位观测值及相应的观测历元；,观测记录由接收设备自动形成，均记录在存储介质(如磁带、磁盘、记录卡等），记录内容主要包括：,观测记录,在外业观测过程中，所有的观测数据和资料均须妥善记录。记录的形式主要有以下两种：,第六章 GPS测量的实施,测量手簿测量手簿是在接收机启动前及观测过程中，由用户随时填写的。其

35、记录格式和内容一般如下表所示。其中，观测记事栏应记载观测过程中发生的主要问题，问题出现的时间及并处理方式。,为了保证记录的准确性，测量手簿必须在作业过程中随时填写，不得事后补记。,第六章 GPS测量的实施,记录要求1）观测前和观测过程中应按要求及时填写各项内容，书写要认真细致，字迹清晰、工整、美观。2）各项观测记录一律使用铅笔，不得开刀和涂改，不得转抄和追记，如有读、记错误，可整齐划掉，将正确数据写在上面并注明原因。其中天线高，气象读数等原始记录不得连环涂改。3）手簿整饰，存储介质注记和各种计算一律使用蓝黑墨水书写。4）外业观测中接收机内存储介质上的数据文件应及时拷贝成一式两份，并在外存储介质

36、外面适当处制贴标签，注明网区名、点名、点号、观测单元号、时段号、文件名、采集日期、测量手簿编号等。两份存储介质应分别保存在专人保管的防水、防静电的资料箱内。,第六章 GPS测量的实施,5）接收机内存数据文件卸到外存介质上时，不得进行任何剔除、删改和编辑。6）测量手簿应事先连续编印页码并装订成册，不得缺陨。7）其他记录，亦应分别装订成册。,6.4 GPS相对定位的作业模式,所谓GPS相对定位的作业模式，亦即利用GPS确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。它与GPS接收设备的软件和硬件密切相关。同时，不同的作业模式因作业方法、观测时间和应用范围的不同而有所差异。由于GPS测量后处理软件系统的发展

37、，为确定两点之间的基线向量，目前已有多种作业模式可供选择。目前的GPS测量系统，在其硬件和软件的支持下，作业模式一般有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位和动态相对定位等。,第六章 GPS测量的实施,6.4.1 静态相对定位模式,作业方法,基线的相对定位精度可达5mm十1ppmD，D为基线长度(km)。,定位精度,这种作业模式所观测过的基线边，应构成某种闭合图形(如图)，以便于观测成果的检核，提高成果的可靠性和GPS网平差后的精度。基线长度由20km至几百公里。,采用两套(或两套以上)接收设备，分别安置在一条(或数条)基线的端点，同步观测4颗卫星1小时左右，或同步观测5颗卫星20分钟

38、左右。当基线超过100km时，观测时间应适当延长。,特点,第六章 GPS测量的实施,适用范围建立全球性或国家级大地控制网；建立地壳运动或工程变形监测网；建立长距离检校基线；进行岛屿与大陆联测；钻井精密定位。,6.4.2 快速静态相对定位模式作业方法,在测区的中部选择一个基准站，并安置一台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，并且在每个流动站上观测12分钟。,第六章 GPS测量的实施,该作业模式要求，在观测时段中必须有5颗卫星可供观测；同时流动站与基淮站相距不超过15km。定位精度流动站相对基准站的基线中误差可达5mm十1ppmD 。特点接收机在流动站之间移动时，不必保

39、持对所测卫星的连续跟踪，因而可关闭电源以降低能耗。该模式作业速度快、精度高。缺点是直接观测边不构成闭合图形，可靠性较差。,适用范围控制测景及其加密；工程测量、边界测量；地籍测量及碎部测量等。,第六章 GPS测量的实施,6.4.3 准动态相对定位模式作业方法在测区选择一基准站，并在其上安置一台接收机连续跟踪所有可见卫星；置另一台流动的接收机于起始点(图中l号点)观测l2分钟；在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，流动的接收机依次迁到2，3，13号流动点各观测数秒钟。,作业模式要求,在观测时段上必须有5颗以上卫星可供观测；,第六章 GPS测量的实施,在观测过程中流动接收机对所测卫星信号不能失锁；一旦发

40、生失锁现象，应在失锁后的流动点上，将观测时间延长12分钟。,流动点与基准点相距应不超过15km。,定位精度基线的中误差可达12cm。特点作业只需两台接收设备，效率甚高。即使偶然发生失锁，只要在失锁的流动点延长观测12分钟，仍可继续按该模式作业。,应用范围开阔地区的加密测量；工程定位及碎部测量；剖面测量及路线测量等。,第六章 GPS测量的实施,6.4.4 动态相对定位模式,作业方法建立一个基准点，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；另一台接收机安置在运动的载体上，在出发点按快速静态相对定位法，静止观测12分钟；,运动的接收机从出发点开始，在运动过程中按预定的时间间隔自动观测。作业模式要

41、求 同步观测5颗卫星，其中至少有4颗卫星应保持连续跟踪；同时，运动点与基准点的距离应不超过15km。,第六章 GPS测量的实施,定位精度运动点相对基准点之点位精度可达12cm 。特点速度快，精度高，可实现载体的连续定位。应用范围精密测定载体的运动轨迹；道路中心测量；航道测量；开阔地区的剖面测量等。,第六章 GPS测量的实施,6.5 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，所以当观测任务结束后，必须在测区及时对外业的观测数据质量进行检核和评价，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。,6.5.1 外业观测数据的评价标准在静态相对

42、定位中，外业观测数据的评价一般分为四级，即良好、合格、存疑和不合格。各级的评价标准如下。良好测站环境好，无信号干扰因素；观测过程中大气状况稳定；能观测到所有预报的卫星；,第六章 GPS测量的实施,接收机运行正常，没有或偶而发生暂短的失锁或故障报警，但很快得以排除；测站上全部操作过程部符合规定，资料齐全；实时绝对定位解收敛平稳。,合格测站上有明显的干扰因素；观测过程中大气状况有明显的波动（如有暴风雨过境、各方位的云量分布极不均匀和气象突变等）接收机运行不大正常，多次出现报警或卫星失锁，且由于未能及时排除或多次积累致使约有10的观测数据无效；测站上的操作过程基本符合规定要求；实时单点定位解收敛过程

43、有波动。,第六章 GPS测量的实施,存疑(或部分合格)测站上信号干扰因素比较严重；观测过程中报警或信号失锁频繁，有约20的观测数据无效：单点定位解的收敛波动较大。,不合格由于多种因素影响，致使无效观测数据多于30；观测卫星数少于4颗；单点实时定位解收敛很困难。,第六章 GPS测量的实施,6.5.2 外业观测数据的评价标准,外业观测成果的质量检核项目，主要包括同步边观测数据检核、重复边检核、同步环闭合差检核和异步环闭合差检核等，这里主要介绍进行重复边检核、同步环闭合差检核和异步环闭合差检核时所采用的数学模型。,同步边观测数据的检核同步边是指接收机设于基线两端，通过多历元同步观测，经平差计算的基线

44、边。同步边检核的内容包括：观测数据的剔除率由于不合格而剔除的观测值个数与参加同步边平差计算的观测值总数之比，称为数据剔除率。根据不同的精度要求，剔除率一般应不超过510。,第六章 GPS测量的实施,残差分析，主要是试图将观测值中的偶然误差分离出来，并判定其大小。计算同步边平差值的中误差和相对中误差。同步边每一时段平差值的中误差应小于0.1m，而其相对中误差应不超过相应精度类级的要求。,观测值的残差分析,观测值的残差，即各观测值与其平差值之差。残差主要是由观测值的偶然误差和系统误差残余部分的影响而产生的。其中系统误差残余部分的影响与数据处理中所采用的模型密切相关。所以，采用不同的后处理软件，这种

45、系统性误差对上述残差的影响也将不同，是一个尚待深入分析的问题。,重复观测边的检核同一基线边，若观测了多个时段（2），则可得到多个基线边长。这种具有多个独立观测结果的基线边，称为重复边。,第六章 GPS测量的实施,任意两个不同观测时段的互差,设,式中di、dj为两个不同时段同一基线边的长度，则要求,其中,式中a、b为接收机的标称精度，d为dj和di的平均值。,重复边各时段平差值之中误差和相对误差,设重复边共观测了n个时段（n3），观测值分别为d1，d2，dn。则各时段的平差值为,第六章 GPS测量的实施,平差值之中误差为,式中ddi-d。相对误差为,则要求,式中，b为接收机标称精度的比例误差系数

46、，单位为ppm。,重复观测边的检核算例,设GPS网中有一条重复基线向量，其观测值分别为8 570.274m, 8 570.280m,8 570.282m，8 570.284m和8 570.278m。若接收机的标称精度为5mm1ppm，通过计算说明该基线向量的观测值是否合格？,第六章 GPS测量的实施,解：同一基线边，若观测了多个时段（2），则可得到多个基线边长。这种具有多个独立观测结果的基线边，称为重复边。 1）计算平差值（公式、结果各1分,共2分）2）计算改正数didi-d （公式1分，结果2.5分，共3.5分）d1d1-d=8570.274-8570.2796=-5.6mm d2d2-d=

47、8570.280-8570.2796=+0.4mm d3d3-d=8570.282-8570.2796=+2.4mm d4d4-d=8570.284-8570.2796=+4.4mm d5d5-d=8570.278-8570.2796=-1.6mm,第六章 GPS测量的实施,3）计算平差值之中误差（公式、结果各1分,共2分）4）计算相对误差（公式、结果各0.5分,共1分）5）结果判别(1.5分)因为， 所以该重复基线合格！,第六章 GPS测量的实施,同步环闭合差的检核,由多台接收机同步观测的结果所构成的闭合环称为同步环。由于同步环中各边是不独立的，从理论上来说其环闭合差应恒为零。但由于处理软件

48、的不完善，或计算各同步基线边时数据取舍的差异，使得这种同步环的闭合差实际上仍可能不为零。这种闭合差的数值一般很小，应不致于对定位的结果产生明显的影响，因此也可以把它作为外业成果质量的一种检核标准。,假设WX、WY、WZ分别为上述同步环坐标分量的闭合差，即,第六章 GPS测量的实施,这两式中，n为环线中的基线边数，WC为同步环闭合差的限值，为相应级别规定的精度，按下式计算,式中，（Xi,Yi,Zi）为第i条基线向量的坐标差分量，则按规定应满足,第六章 GPS测量的实施,同步环闭合差检核示例,右图为某一小型GPS控制网，采用三台标称精度为5mm+5D ppm的接收机观测了三个时段，观测计划和基线解算结果见表1。试通过计算说明第二时段的同步环是否合格？,1）计算同步环坐标分量的闭合差和环闭合差,解：,第六章 GPS测量的实施,式中，（Xi,Yi,Zi）为第i条基线向量的坐标差分量。,2）计算测边中误差,（1）计算基线边长,第六章 GPS测量的实施,（2）计算闭合环平均边长,