GPS控制网布设.ppt
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1、工程控制测量学(Engineering Control Surveying),测 量 工 程 与 装 备 系 范 百 兴,第十九讲 GPS控制网布设原理与方法Principles&Method of GPS Control Network Layout,本次课程内容,一、GPS控制网的技术设计二、GPS控制网的网形设计三、GPS控制网布设四、GPS控制网测量五、GPS观测成果检核六、GPS控制网平差七、GPS测量技术总结八、GPS平面坐标转换九、GPS高程拟合,一、GPS控制网的技术设计,1、工程GPS控制网测量规范 全球定位系统(GPS)测量规范 国家测绘局 全球定位系统城市测量规范 国家建
2、设部 总参测绘局 各个部委制定的GPS测量规程与细则,2、GPS控制网测量精度 GPS控制网按照测量精度分为AA、A、B、C、D、E六级,相邻点间的基线长度精度计算公式为:其中:-相邻点间距离中误差 a固定误差(mm)b比例误差(ppm)D相邻点间的距离(km),GPS各级控制网精度指标,一、GPS控制网的技术设计,GPS各级控制网用途,一、GPS控制网的技术设计,3、GPS控制网的基准设计,原因 GPS测量得到WGS84坐标系下的基线向量,而通常采用的是国家坐标系或独立坐标系,应该首先确定GPS成果所采用的坐标系统合起算数据,即GPS网基准设计。,GPS网基准分类 位置基准 根据给定的起算点
3、坐标确定 方位基准 常根据给定的起算方位或GPS基线向量确定 长度基准 根据起算点反算边长、EDM测距边长或GPS边长,一、GPS控制网的技术设计,3、GPS控制网的基准设计,注意事项 若GPS测量成果需要进行坐标转换,应该选择或联 测足够多的两坐标系的公共点,一般大于3,以保证 坐标系转换参数的精度和可靠性;起算点数目越多,GPS网和原有网的吻合越好,但 会损失现有GPS网的测量精度,起算点为35个时,既能保证两坐标系的一致,又可保证GPS网的测量精度;起算点在GPS网中应该均匀分布,避免分布在网中的一 侧;EDM测距边作为起算边长时,数量在35条为宜,但是 EDM边的两端点高差不应过大;,
4、一、GPS控制网的技术设计,3、GPS控制网的基准设计,注意事项 起算方位不宜过多,可以布设在网中的任意位置 GPS网得到大地高,联测水准高程后才能将高程转换为正常高,联测规定为:AA、A级网应按照二等水准联测高程 B级网应按照三等水准每隔23点联测高程 C级网应按照三等水准每隔36点联测高程 D、E级网应按照四等水准联测高程 水准联测点应均匀分布整个测区,未知点正常高程的求解因采用内插的方法,一、GPS控制网的技术设计,二、GPS控制网的网形设计,1、GPS网形设计特点 由于点间不需要通视,且点位精度主要取决于卫星与测站间的几何网形、观测数据质量和数据处理方法,因此GPS网的设计主要取决于用
5、户的要求和用途。,2、GPS测量的基本概念 观测时段 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 同步观测 两台以上的接收机同时对同一组卫星进行的观测,2、GPS测量的基本概念,同步观测环 三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量所构成的闭合环。同步环各边的坐标差分量分量之和即为同步环闭合差。,独立基线 GPS控制网中相互之间不能构成检核条件的边,称为独立基线。N台GPS同步观测可得到基线边条数J为:J=N(N-1)/2独立基线为:DJ=N-1,二、GPS控制网的网形设计,独立基线,二、GPS控制网的网形设计,独立观测环(异步环)由非同步观测获得的独立基线向量构成的闭合环。AA、
6、A、B级GPS网中每点的连接点数不少于3,C、D、E级GPS网应布设成多边形或复合路线。,重复基线 同一条GPS边观测多个时段,可得到多个基线结果。,二、GPS控制网的网形设计,三、GPS控制网布设,1、跟踪站式 将数台GPS接收机长期固定在不同测站上,进行不间断连续观测。特点 观测时间长、数据量大、多余观测较多、精度高、框架基准特性好。但成本较高,多用于AA级网。,2、会站式 多台GPS接收机在同一批点上多天长时间同步观测,然后再迁移到另外一批点上进行同样观测,直至全部观测完成。具有精度较高(尺度精度特高)等优点,多用于A、B级网。,3、同步图形扩展式 GPS网以同步图形的形式连接扩展,构成
7、具有一定数量独立环的布网形式,不同的同步图形间有若干公共点连接,具有测量速度快、方法简单、图形强度较好等优点,是主要的GPS布网形式。可以分为点连式、边连式、网连式和混连式。,点连式 相邻两个同步图形只通过一个公共点连接,但图形强度较低,易有连环影响,一般不单独使用。,三、GPS控制网布设,边连式 相邻两个同步图形只通过一条边连接,具有较多的重复基线和独立环,图形条件较强,作业效率较高,被广泛采用。,三、GPS控制网布设,网连式 相邻两个同步图形通过三个以上的公共点连接,至少需要4台GPS接收机,图形条件很强,成本较高,多用于高精度的控制网。,三、GPS控制网布设,混连式 相邻两个同步图形可能
8、通过点、边、网等形式连接,自检性和可靠性较好,能有效发现粗差,在GPS工程控制网中广采用。常见的有三角形和环形网等布网形式。,三、GPS控制网布设,三角形网,优点:图形几何结构强,具有较多的检核条件,平差后网中相邻点间基线向量的精度比较均匀。缺点:观测工作量大。一般只有在网的精度和可靠性要求比较高时,才单独采用这种图形。,三、GPS控制网布设,环形网,优点:观测工作量较小,且具有较好的自检性和可靠性。缺点:非直接观测基线边(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。是大地测量和精密工程测量中普遍采用的图形,通常采用上述两种图形的混合图形。,三、GPS控制网布设,星形网,优点:
9、观测中只需要两台GPS接收机,作业简单。缺点:几何图形简单,检验和发现粗差能力差。广泛用于工程测量、边界测量、地籍测量和碎部测量等。,三、GPS控制网布设,四、GPS控制网测量,1、外业测量准备 测区踏勘 资料收集 技术设计书的编写 项目、测区和测量概述 作业依据 技术要求、布网方案 测区资料、选点埋石、数据处理、保证措施 设备的准备与人员安排 观测计划的拟定 GPS仪器的选择与检验,2、选点要求 点位周围+15以上天空无障碍物 避免周围有强烈反射无线电信号的物体,如玻璃幕墙、水面、大型建筑等 远离电台、发射塔等大功率无线电发射源,距离应大 于200米,离高压线、变电所等的距离应大于50米;交
10、通方便,有利于其他测量和联测 地面基础条件稳定,便于点的保存,选点埋石完成后应提交:点之记,GPS网选点图,选点工作总结,四、GPS控制网测量,3、GPS观测的技术规定,四、GPS控制网测量,4、GPS观测过程,天线安置 在控制测量中,天线应该用三角架或强制对中装置直接 安装在标石中心垂直上方,对中误差小于3mm,特殊情 况进行偏心观测,需要精确测定归心元素;,在觇标顶部安置天线进行测量时,卸掉觇标顶,按照投 影点安置天线,投影示误三角形边长小于5mm;,有寻常标的控制点安置天线前,应先放到寻常标;,天线指北定向误差小于35,以消除相位中心偏差;,圆水准气泡应该居中;,天线高 1.5m,在三个
11、不同方向上量高误差小于3mm,时段测量前后分别量取,取平均结果作为天线高;,四、GPS控制网测量,观测作业,观测小组严格严格按照调度指令,按照规定时间进行作业;,检查接收机和主机连接无误后,方可开机测量,测量过程应该严格填写测量手薄;,开始测量后和测量过程中,测量人员不得离开测站,并且应该随时检查接收卫星状态和测量信息;,各时段开始和结束时,应记录观测卫星号、天气、PDOP等;,测量过程中,应严防被接收机碰撞、信号遮挡等事情发生;,观测过程中,50m内不准使用电台,10米内不准使用对讲机;,接收机的防热很困难,但应该防止电子手薄和主机直接被太阳照射;,四、GPS控制网测量,5、GPS作业模式,
12、静态相对定位,作业方法 将两台或多台GPS接收机安置在基线的两端,同步观测4颗以上卫星,观测时间在45min以上。,精度 基线相对定位精度可达5mm+1ppmD。,特点 观测精度和可靠性较高,主要用于国家级大地控制网的建立、地壳运动或工程变形监测网、精密工程控制网。,四、GPS控制网测量,快速静态定位,作业方法 在测区中央的某一基准站上,安置接收机连续跟踪所有可见卫星,另一台接收机依次到各站进行测量。,观测时间 双频接收机同步观测510min,单频观测15min,接近静态相对定位测量模式的精度。,特点 具有速度快、精度高、能耗低等特点,但构不成闭合环,可靠性底,主要用于一般控制网的建立和加密、
13、工程测量、地籍测量和碎步测量。,四、GPS控制网测量,准动态定位,作业方法 在测区中央的某一基准站上,安置接收机连续跟踪所有可见卫星,另一台接收机首先到第一点观测2min,然后在不失锁的情况下到其他站观测几秒钟即可。,精度 基线解算精度为12cm。,应用 主要用开阔地区的一般控制网测量、工程测量、地籍测量和碎步测量等。,四、GPS控制网测量,动态定位,作业方法 在测区中央的某一基准站上,安置接收机连续跟踪所有可见卫星,另一台接收机安装在运动载体上,出发前先观测几分钟,然后随着载体的运动按照指定时间间隔进行测量即可。,精度 相对于基准点的精度为12cm。,应用 主要用轨迹测量、剖面测量、航道测量
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