GPS测量设计和实施.ppt

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1、第八章 GPS测量技术设计与外业观测,第八章 GPS测量技术设计与外业观测,主要内容：,8.1 GPS测量的技术设计8.2 GPS测量的外业准备及技术设计书编写8.3 GPS测量的外业实施8.4 GPS测量的作业模式8.5 数据预处理及观测成果的质量检核8.6 技术总结与上交资料,8.1 GPS测量的技术设计,GPS测量的技术设计是进行GPS定位的最基本工作，要依据国家有关规范或规程及GPS网的用途、用户的要求等对测量工作的网形、精度及基准等的具体设计。,8.1.1 GPS网技术设计的依据,测量规范或规程测量任务书,测量规范或规程,2001年国家质量监督局发布的测绘行业标准全球卫星定位系统（G

2、PS）测量规范1998年建设部发布的行业标准全球卫星定位系统城市测量技术规程各个部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其他GPS测量规程或细则,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、时段长短等布网观测方案。,测量任务书,8.1.2 GPS网的精度、密度设计,1GPS测量精度标准及分类,

3、对于各类GPS网的精度设计主要取决于网的用途。,GPS网等级,各等级GPS相邻点间弦长精度,：网中相邻点间的弦长中误差(mm)；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(ppm)；D：GPS网相邻点间的距离(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。,2.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（A级）基准点及大陆地球动力学研究监测所布设的GPS点

4、，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。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。,现行规程对各等级GPS网相邻点的平均距离也作了规定。,8.1.3 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。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。,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

5、位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁波测距边确定，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。,GPS网的基准设计，实质上主要是指确定网的位置基准问题。,GPS网的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。,在基准设计时，应充分考虑以下几个问题：,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。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。,2为保证GPS网进行约

6、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或原城市等级控制网点，除未知点连结图形观测外，对它们也要适当地构成长边图形。,3GPS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等的方法进行。GPS点高程在经过精度分析后可供测图或其它方面使用。,4新建GPS网坐标系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；坐

7、标系的中央子午线经度；纵横坐标加常数；坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值；起算点的坐标值。,8.1.4 GPS网构成的几个基本概念及网特征条件,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，掌握网的特征计算方法。,1GPS网图形构成的几个基本概念,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

8、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。独立基线：对于N台GPS接收机构成的同步观测环，有N条同步观测基线，其中独立基线数为N-1。非独立基线：除独立基线外的其它基线叫非独立基线，总基线数与独立基线数之差即为非独立基线数。,2GPS网特征条件的计算,按R.A sany 提出的观测时段数计算公式：,C=n*m/N,式中：C为观测时段数；n为网点数；m为每点设站次数；N为接收机数。,总基线数：J总=CN（N1）/2必要基线数：J必=n1 独立基线数：J独=C（N1）多余基线数：J多=C（N1）（n1）,在GPS网中：,3GPS网同步图形构成及独立边的选择,根据总基线数公式，对于由N

9、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GSP边）数为：,J=N（N1）/2,其中仅有N-1条是独立的GPS边，其余为非独立GPS边。,接收机数N=25时所构成的同步图形,对应于上图的独立GPS边可以有不同的选择,当同步观测的GPS接收机数N3时，同步闭合环的最少个数应为,T=J-(N-1)=N（N-1）/2-(N-1)=(N-2)(N-1)/2,接收机数N与GPS边数J和同步闭合环数T（最少个数）的对应关系如下表所示。,理论上，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，同步闭合环的闭合差并不等于零。有的GPS规范规定

10、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，同步是不很好的，应适当放宽此项限差。,当同步闭合差较小时，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。,注意,为了确保GPS观测效果的可靠性，有效地发现观测成果的粗差，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。当GPS网中有若干个起算点时，也可以是由两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，就是根据对所布设的GPS网

11、的精度要求和其它方面的要求，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。,8.1.5 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类型、数量和后勤保障条件等。,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。也

12、有布设成星形连接、附合导线连接、三角锁形连接等。选择什么样的组网，取决于工程所要求的精度、野外条件及GPS接收机台数等因素。,点连式,形式：相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。优点：作业效率高，图形扩展迅速。缺点：图形强度低，如果连接点发生问题，将影响到后面的同步图形。,下图中有13个定位点，没有多余观测（无异步检核条件），最少观测时段6个（同步环），最少必要观测基线为n（点数）-1=12条，6个同步图形中总共有12条独立基线。显然这种点连式网的几何强度很差，需要提高网的可靠性指标。,观测时段：6最少观测基线：13-1=12独立基线：12,边连式,形式：相邻的同步图形间有一条边（即两个公共点

13、）相连。优点：作业效率较高，图形强度较强。,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。,左图中有13个定位点，12个观测时段，9条重复边，3个异步环。比较点连式图与左图，显然边连式布网有较多的非同步图形闭合条件，几何强度和可靠性均优于点连式。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,网连式,形式：相邻的同步图形间有3个（含3个）以上的公共点相连，需要4台以上的接收机，一般仅适于较高精度的控制测量。优点：图形强度最强。缺点：作业效率低。,混连式,形式：把点连式与边连式有机地结合起来，组成GPS网，是一种较

14、为理想的布网方法。优点：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。缺点：作业效率较低。,上图所示三台接收机的观测方案共有10个同步三角形，2个异步环，6条复测基线边，总基线数为30条，独立基线数20条，多余基线数为8条，必要基线数12条。显然该图形呈封闭状，可靠性指标大为提高，外业工作量也比边连式有一定的减少。,左图是在点接式图基础上加测四个时段，把边连式与点连式结合起来，就可得到几何强度改善的布网设计方案。,三角锁（或多边形）边接,形式：用点连式或边连式组成连续发展的三角锁同步图形，此连接形式适用于狭长地区的GPS布网，如铁路、公路及管线工程勘测。,导线网图形连接

15、（环形图）,形式：将同步图形布设为直伸状，形如导线结构式的GPS网，各独立边应组成封闭状，形成非同步图形，用以检核GPS点的可靠性。适用于精度较低的GPS布网，该布网方法也可与点连式结合来布设。,星形布设,星形图的几何图形简单，其直接观测边间不构成任何闭合图形，所以其检查与发展粗差的能力比点连式更差，但这种布网只需两台仪器就可以作业。若有三台仪器，一个可作为中心站，其它两台可流动作业，不受同步条件限制。测定的点位坐标为WGS-84坐标系，每点坐标还需使用坐标转换参数。由于方法简便，作业速度快，星形布网广泛地应用于精度较低的工程测量、地质、地球物理测量、地籍测量和碎部测量等。,在实际布网设计时还

16、要注意以下几个原则：,GPS网的点与点间尽管不要求通视，但考虑到利用常规测量加密时的需要，每点应有一个以上通视方向。为了顾及原有城市测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿用，应采用原有城市坐标系统。对凡符合GPS网点要求的旧点，应充分利用其标石。GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或附合路线。,8.2 GPS测量的外业准备及技术设计书编写,在进行GPS外业工作之前，必须做好实施前的测区踏勘、资料收集、器材筹备、观测计划拟定、GPS仪器检校及设计书编写等工作。,7.2.1 测区踏勘,接受下达任务或签定GPS测量合同后，就可依据施工设计图踏勘、调查工区。主要调查了解下列情况，为编写技术设

17、计，施工设计，成本预算提供依据。,1交通情况,公路、铁路、乡村便道的分布及通行情况。,2水系分布情况,江河、湖泊、池塘、水渠的分布、桥梁、码头及水路交通情况。,3植被情况,森林、草原、农作物的分布及面积。,4控制点分布情况,三角点、水准点、GPS点、多普勒点、导线点的等级、坐标、高程系统，点位的数量及分布，点位标志的保存状况等。,5居民点分布情况,测区内城镇、乡村居民点的分布，食宿及社会治安情况。,资料收集,根据踏勘测区掌握的情况，收集下列资料：,2各类控制点成果：三角点、水准点、GPS点、导线点及各控制点坐标系统技术总结等有关资料。,3测区有关的地质、气象、交通、通讯等方面的资料。,4城市及

18、乡、村行政区划表。,1各类图件：1：1万1：10万比例尺地形图，大地水准面起伏图，交通图；,8.2.3 设备、器材筹备及人员组织,设备、器材筹备及人员组织包括以下内容：1筹备仪器、计算机及配套设备；2筹备机动设备及通讯设备；3筹备施工器材，计划油料，材料的消耗；4组建施工队伍，拟定施工人员名单岗位；5进行详细的投资预算。,拟定外业观测计划,观测工作是GPS测量的主要外业工作。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，提高工作效益都是极为重要的。拟定观测计划的主要依据是：1GPS网的规模大小；2点位精度要求；3GPS卫星星座几何图形强度；4参加作业的接收机数量；5交

19、通、通讯及后勤保障（住宿、供电等）。,观测计划的主要内容应包括：编制高度角大于15的GPS卫星可见性预报图；选择卫星的几何图形强度：PDOP6；选择最佳的观测时段：卫星4颗且分布均匀，PDOP6;编排作业调度表。,为了评价定位结果，在导航学中，一般采用有关精度因子（精度衰减因子、精度系数、精度弥散）DOP(Dilution Of Precision)的概念。在实践中，根据不同要求，可选用不同的精度评价模型和相应的精度因子，通常有：,定位精度的评价,平面位置精度因子HDOP(horizontal DOP)高程精度因子VDOP(Vertical DOP)空间位置精度因子PDOP(Position

20、DOP)接收机钟差精度因子TDOP(Time DOP)几何精度因子GDOP(Geometric DOP)，描述空间位置误差和时间误差综合影响的精度因子,8.2.5 GPS接收机选型及检验,GPS接收机的选型要根据接收机性能、型号、精度、数量等指标来进行。,GPS接收机在使用之前必须对它性能和可靠性进行检查，合格后方可参加作业。,GPS接收机全面检查内容包括：一般性检视、通电检验和实测检验。,一般检视,对GPS 接收机、接收天线及电子手簿的外观进行检查,电池、电缆等各种部件及其附件是否齐全,需固紧的部件是否有松动和脱落,各种设备的使用手册及所附内、外软件是否齐全。,电池、电缆、充电器、天线高量尺

21、及天线底座的圆水准器和光学对点器,也需要进行检验和校正,外业中所用到的测量作业仪表,如通风干湿表、空盒气压表、温度计,也应定期送有关部门检验,以保证正常工作。,通电检验,对每台套的GPS 接收机使联接电缆正确接合,然后通电,检查各种指示灯、按健、显示系统是否正常工作,以及自测试系统的工作状况,当自测正常后,按操作步骤进行电子手簿是否能够进行正常的菜单项操作和各种功能的操作、卫星的捕获与跟踪及卫星星历及测距数据的采集等各项检验。,实测检验,测试检验是GPS 接收机检验的主要内容。测量型GPS 接收机的检定目的、检定项目和检定方法应按国家测绘局发布的中华人民共和国测绘行业标准,全球定位系统(GPS

22、)测量型接收机检定规程(1995-07-01)进行,具体实测检验项目有:,天线相位中心稳定性测试;用零基线检验接收机内部噪声水平;野外作业性能及不同测程精度指标的测试;仪器高低温实验;对于双频GPS接收机应通过野外测试，检查在美国执行SA政策时的定位精度；对于天线基座的光学对中器的检查。,该项检验可在标准基线或GPS检测场上进行。检测时可以将GPS接收机带天线两两配对，置于基线的两个端点。天线要精确对中，定向指标线指向正北，观测一个时段。然后交换接收机与天线再观测一个时段。按上述方法在与该基线垂直的基线上（不具备此条件，可将一个接收机天线固定指北，其他接收机天线绕轴顺时针转到90度，180度，

23、270度）进行同样观测。观测结束，用随机软件解算各个时段三维坐标。计算各个时段坐标差和基线长。其误差不应超过仪器标称精度的2倍固定误差，否则应送长返修或降低级别使用。,天线相位中心稳定性测试,用零基线检验采用“GPS功率分配器”，将同一天线输出信号分成功率、相位相同的两路或多路信号送到接收机，然后观测数据进行双差处理求得坐标增量，以检查固有误差。由于这种方法所得的坐标增量可消除卫星几何图形的影响、天线相位中心偏移、大气传播时间误差、信号多路径效应误差及仪器对中误差等。零基线检验是检验接收机钟差、信号通道延迟、延迟锁相环误差及机内噪声等电性能所引起的定位误差的一种有效方法。,用零基线检验接收机内

24、部噪声水平;,零基线测试方法如下：选择周围高度角10度以上无障碍物的地方安放天线，连接天线、功分器和接收机。连接电源，两台GPS接收机同步接收四颗以上卫星11.5h。交换功分器与接收机接口，再观测一个时段。用随机软件计算基线坐标增量和基线长度。基线误差应小于1mm。否则应送厂检修或降低级别使用。,野外作业性能及不同测程精度指标的测试,该项测试在标准检定场进行。检定场应含有短边和中长边。基线精度应达到1105。检验时天线应严格对中，对中误差小于1mm。天线指向正北，天线高量至1mm。测试结果与基线长度比较，应优于仪器标称精度。,仪器高低温实验,对于有特殊要求时需要对GPS接收机进行高、低温测试。

25、其测试方法可将天线架设在室外，GPS接收机主机放在高低温箱中进行测试；或者在野外进行实地高、低温下进行测试。,对于双频GPS接收机应通过野外测试，检查在美国执行SA政策时的定位精度,用于等级测量的GPS接收机，每年出测前应进行两项检查，经过检修或更换插板的接收机，有关检验和测试均应重新进行。,对于天线基座的光学对中器的检查,光学对中器在作业中应经常检验，确保对中的准确性，其验证参考控制测量中光学对中器检校方法。,8.2.7 技术设计书编写,资料收集全后，编写技术设计，主要内容有：,1、任务来源及工作量,包括GPS项目的来源、下达任务的项目、用途和意义；GPS测量点的数量、GPS点的精度指标及坐

26、标、高程系统。,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；测区的地形和气候状况；测区控制点的分布及对控制点的分析、利用和评价。,3、布网方案,GPS网点的图形及基本连接方法；GPS网结构特征的测算；点位布设图的绘制。,4、选点与埋标,GPS点位的基本要求；点位标志的选用及埋设方法；点位编号等。,5、观测,对观测工作的基本要求；观测纲要的制定；对数据采集提出注意的问题。,6、数据处理,数据处理的基本方法及使用软件；起算点坐标的确定；闭合差检验和点位精度评定。,7、完成任务的措施,要求措施具体、方法可靠，能在实际工作中贯彻执行。,8.3 GPS测量的

27、外业施测,GPS测量外业实施包括GPS点的选埋、观测、数据传输及数据预处理。,8.3.1 选点的原则,为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空应尽可能的开阔，在1015高度角以上不能有成片的障碍物。为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。,为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利，有利于其他观测手段扩展和联测的地方。测站应选择在易于保存的地方。,8.3.2 标志埋设,地基稳定、便于保存,作

28、点之记GPS网选点网图土地占用批准文件与测量标志委托保管书 选点与埋石工作技术总结,点名一般取村名、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。利用原有旧点时点名不宜更改，点号编排（码）应适应计算机计算。,8.3.3 观测工作,1、观测工作依据的主要技术指标,GPS观测与常规测量在技术要求上有很大差别，对城市及工程GPS控制在作业中应按下表有关技术指标执行。,各级GPS测量作业的基本技术要求,2、天线安置,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。,在特殊点位上，当天线需要安置在三角点觇标的观测台时，应先将觇标顶部拆除，以防

29、止对GPS信号的遮挡。这时可将标志中心反投影到观测台上，作为安置天线的依据。如果觇标顶部无法拆除，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，可进行偏心测量。偏心点选在离三角点100m以内的地方，归心元素应以解析法精密测定。,天线的定向标志线应指向正北，并顾及当地磁偏角的影响，以减弱相位中心偏差的影响。天线定向误差依定位精度不同而异，一般不应超过3度5度。,刮风天气安置天线时，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，应追将其地盘接地，以防雷击天线。,架设天线不宜过低，一般应距地面1m以上。天线架设好后，在圆盘天线间隔120度的三个方向分

30、布量取天线高，三次测量结果之差不应超过3mm，取其平均值计入测量手簿中，天线高记录取至0.001m。,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、结束）气压读至0.1mbar，气温读至0.1度，对一般城市及工程测量只记录天气状况。,复查点名并记入测量手簿中，将天线电缆与仪器进行联接，经检查无误后，方能通电启动仪器。,3、开机观测,观测作业的主要目的是捕获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据。,天线安置完成后，在离开天线适当位置的地面上安放GPS接收机，接通接收机与电源、天线、控制器的联接电缆，并经过预

31、热和静置，即可启动接收机进行观测。,接收机锁定卫星并开始记录数据后，观察员可按照仪器随机提供的操作手册进行输入和查询操作，在未掌握有关操作系统之前，不要随意按键和输入，一般在正常接收过程中禁止更改任何设置参数。,在外业观测工作中，仪器操作人员应注意的事项：,当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后，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，方能输入有关测站和时段控制信息。,接收机在开始记录数据后，应注意查看有关观测卫星数量、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。,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

32、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。,每一个观测时段中，气象元素一般应在始、中、末各观测记录一次，当时段较长时可适当增加观测次数。,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接收机，听到仪器的低电压报警要及时予以处理，否则可能会造成仪器内部数据的破坏或丢失。对观测时段较长时间的观测工作，建议尽量采用太阳能电池板或汽车电瓶进行供电。,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簿之中。,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

33、，并卸下天线。,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方可迁站。,观测过程中要随时查看仪器内存或硬盘容量，每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。,4、观测记录,在外业观测工作中，所有信息资料均须妥善记录。记录形式主要有两种：,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、硬卡或记忆卡等）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。,测量手簿,测量手簿是在接收机启动前及观测过程中，由观测者随时填

34、写的。其记录格式在现行规范和规程中略有差别，视具体工作内容选择进行，可以参考规程中城市与工程GPS网观测记录格式。备注栏应记载观测过程中发生的重要问题，问题出现的时间及其处理方式等。观测记录和测量手簿都是GPS精密定位的依据，必须认真、及时填写，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二份，分布保存在专人保管的防水、防静电的资料管内。存储介质的外面，适当处应贴制标签，注明文件名、网区名、点名、时段名、采集日期、测量手簿编号等。接收机内存数据文件在转录到外存介质上时，不得进行任何剔除或删改，不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令。,GPS外业观测手簿,8.4 GP

35、S测量作业模式,近几年来，随着GPS定位后处理软件的发展，为确定两点之间的基线向量，已有多种测量方案可供选择。这些不同的测量方案即为GPS测量作业模式。目前，在GPS接收系统硬件和软件的支持下，较为普遍采用的作业模式主要有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位和动态相对定位等。,GPS测量的作业模式：,经典静态定位模式,1、作业方法,采用两台（或两台以上）接收设备，分别安置在一条或数条基线的两个端点，同步观测4颗以上卫星，每时段长45分钟至2小时或更多。,2、精度,基线的相对定位精度可达5mm+1ppmD，D为基线长度（km）。,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

36、监测网。,建立长距离检校基线、进行岛屿与大陆联测、钻井定位及精密工程控制网建立等。,4、注意事项,所有已观测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。,8.4.2 快速静态定位,1、作业方法,在测区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，每点观测数分钟。,2、精度,流动站相对于基准站的基线中误差为5mm+1ppmD。,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

37、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。,优点：作业速度快、精度高、能耗低；缺点：二台接收机工作时，构不成闭合图形，可靠性较差。,5、优缺点,8.4.3 准动态定位,1、作业方法,在测区选择一个基准点，安置接收机连续跟踪所有可见卫星；将另一台流动站接收机先置于1号站观测；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、各点观测数秒钟。,2、精度,基线的中误差约为12cm。,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、剖面测量及线路测量等。,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

38、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。,8.4.4 往返式重复设站,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。,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。,8.4.5 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数分钟；然后流动接收机从出发

39、点开始连续运动；按指定的时间间隔自动测定运动载体的实时位置。,2、精度,相对于基准点的瞬时点位精度12cm。,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。,8.4.6 实时动态测量的作业模式与应用,1、实时动态（RTK）定位技术,实时动态（Real Time Kinematic-RTK）测量技术，是以载波相位测量为根据的实时差分GPS（RTD GPS）测量技术，它是GPS测量技术发展中的一个新突破。GPS测量工作的模式已有多种，如静态、快速静态、准动态和动态相对定

40、位等。但是，利用这些测量模式，如果不与数据传输系统相结合，其定位结果均需通过观测数据的测后处理而获得。由于观测数据需在测后处理，所以上述各种测量模式，不仅无法实时地给出观测站的定位结果，而且也无法对基准站和用户站观测数据的质量，进行实时地检核，因而难以避免在数据后处理中发现不合格的测量成果，需要进行返工重测的情况。,以往解决这一问题的措施，主要是延长观测时间，以获得大量的多余测量，来保障测量结果的可靠性。这样一来，便显著地降低了GPS测量工作的效率。,实时动态测量的基本思想,在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户

41、观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。,通过实时计算的定位结果，便可监测基准站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实现实时地判定解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间。,优点,RTK测量系统的开发成功，为GPS测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。,这一测量系统的应用，也明星地增加了用户的设备投资。,缺点,2、RTK作业模式和应用,快速静态测量,采用这种测量模式，要求GPS接收机在每一用户站上

42、，静止地进行观测。在观测过程中，连同接收到的基准站的同步观测数据，实时地解算整周未知数和用户站的三维坐标。如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计要求，便可适时的结束观测。,采用这样模式作业时，用户站的接收机在流动过程中，可以不必保持对GPS卫星的连续跟踪，其定位精度可达12cm。这种方法可应用于城市、矿山等区域性的控制测量，工程测量和地籍测量等。,准动态测量,这种测量模式，通常要求流动的接收机在观测工作开始之前，首先在某一起点上静止地进行观测，以便采用快速解算整周未知数的方法实时地进行初始化工作。初始化后，流动的接收机在每一观测站上，只需静止观测数历元，并连同基准站的同步观测数据，实时

43、地解算流动站的三维坐标。目前，其定位的精度可达厘米级。该方法要求接收机在观测过程中，保持对所测卫星的连续跟踪。一旦发生失锁，便需要重新进行初始化的工作。,准动态实时测量模式，通常主要应用于地籍测量、碎部测量、路线测量和工程放样等。,动态测量,动态测量模式，一般需首先在某一起始点上，静止地观测数分钟，以便进行初始化工作。然后运动的接收机按预定的采样时间间隔自动地进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时地确定采样点的空间位置。目前，其定位的精度可达厘米级。这种测量模式，仍要求在观测过程中，保持对观测卫星的连续跟踪。一旦发生失锁，则需要重新进行初始化工作。,对陆上的运动目标来说，可以在卫星失锁的观

44、测点上，静止地观测数分钟，以便重新初始化，或者利用动态初始化（ambiguity resolution on the fly，AROF）技术，重新初始化，而对海上和空中的运动目标来说，则只有应用AROF技术，重新完成初始化工作。实时动态测量模式，主要应用于航空摄影测量和航空物探中采样点的实时定位，航道测量。道路中线测量，以及运动目标的精密导航等。目前，实时动态测量系统，已在约20km的范围内，得到了成功的应用。随着数据传输设备性能和可靠性的不断完善和提高，数据处理软件功能的增强，它的应用范围将会不断地扩大。,Trimble 5700,8.5 数据预处理及观测成果的质量检核,8.5.1 数据预处

45、理,为了获得GPS观测基线向量并对观测成果进行质量检核，首先要进行GPS数据的预处理。根据预处理结果对观测数据的质量进行分析并作出评价，以保证观测成果和定位结果的预期精度。,1、数据处理软件及选择,GPS网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正式签定的软件，对于高精度的GPS网成果处理也可选用国际著名的GAMIT/GLOBK、BERNESE、GIPSY、GFZ等软件。,2、基线解算（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，有时也叫观测数据预处理。,预处理的主要目的是对原始数据进行编辑、加工整理。分流并产生

46、各种专用信息文件，为进一步的平差计算做准备。,基本内容有：,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。,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。,统一数据文件格式将不同数据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。,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。,卫星轨道的标准化,对观测值进行必要改正,在GPS观测值中加入对流层改正，单频接收的观测值中加入电离层改正。,基线向量的解算一般采用多站、多时段自动处理的

47、方法进行，具体处理应注意以下几个问题：,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，解算时也可采用三差相位观测值。,卫星广播星历坐标值，可作基线解的起算数据。对于特大城市的首级控制网，也可采用其他精密星历作为基线解算的起始值。,基线解算中所需起算点坐标，应按以下优先顺序采用：,国家GPS A、B级网控制点或其他高等级GPS网控制点的已有WGS-84系坐标。国家或城市较高等级控制点转换到WGS-84系后的坐标值。不少于30分钟观测的单点定位结果的平差值提供的WGS-84系坐标。,在采用多台接收机同步观测的一个同步时段中，采用单基线模式解算，也可以只选择独立基线按多基线处理模式统一

48、解算。,通一级别的GPS网，根据基线长度不同，可采用不同的数据处理模型。但是，0.8Km内的基线，须采用双差固定解。30Km以内的基线，可在双差固定解和双差浮点解中选拔最优结果。30Km以上的基线，可采用三差解作为基线解算的最终结果。,对于所有同步观测时间短于30分钟的快速定位基线，必须采用合格的双差固定解作为基线解算的最终结果。,8.5.2 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,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

49、除率。同一时段观测值的数据剔除率，其值应小于10%。,采用单基线处理模式时，对于采用同一种数学模型的基线解，其同步时段中任一的三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差不得超过下表的限差。,同步坐标分量及环线全长相对闭合差限差（ppmD）,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，均应小于相应等级规定精度（按平均边长计算）的 倍。,3、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。例如三边同步环中只有两条同步边可以视为独立的成果。

50、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。,一般规定，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）,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。A、B、C、D站应检核：AB-BC-CAAC-CD-DAAB-BD-DABC-CD-DBAB-BC-CD-DAAB-BD-DC-CAAD-DB-BC-CA,所有闭合环的分