现代测量技术系列讲座2GPS网的布设.ppt

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1、第4讲 GPS网的布设,1.GPS测量,GPS网的布设 GPS测量,GPS测量定位的结果是什么？,绝对定位绝对位置，即地固系下的绝对坐标相对定位基线向量，即进行同步观测的两点间的坐标差,GPS网的布设 GPS测量 GPS测量定位的结果是什么？,相对定位,绝对定位,GPS在测量中的应用,控制测量定位模式相对定位静态定位载波相位测量事后处理质量要求高（厘米至毫米级）,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,国家高精度GPS网,GPS在测量中的应用,形变监测定位模式相对定位静态测量载波相位测量事后、准实时或实时处理质量要求极高（毫米级）,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,G

2、PS大坝变形监测系统,GPS在测量中的应用,工程放样定位模式相对定位动态测量载波相位测量实时处理质量要求较高（分米至厘米级）不同工程要求有所不同,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,GPS RTK,GPS在测量中的应用,GIS数据采集定位模式动态测量伪距测量实时或事后处理质量要求较低（米级至亚米级）,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,用于GIS数据采集的GPS接收机,GPS在测量中的应用,踏勘、资源调查定位模式动态测量伪距测量实时处理质量要求低（数十米至米级）,GPS网的布设 GPS测量 GPS在测量中的应用,资源调查,本讲座主要关注的内容,涉及范围GPS在控制测

3、量中的应用内容作业流程进度估算成本估算作业方法数据处理质量控制,GPS网的布设 GPS测量 本讲座主要关注的内容,常用术语,观测时段（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）多台接收机同时对同一组卫星进行观测。基线向量（Baseline）对同步观测所采集的数据进行处理，所获得的同步观测测站间的坐标差。截止高度角（Cut-off Elevation）接收机观测卫星的高度角限值，低于此限值的卫星不被观测。,GPS网的布设 GPS测量 常用术语,常用术语,采样间隔（Interval）接收机

4、连续两个观测历元间的时间间隔。独立基线（Independent Baseline）由相互函数独立的差分观测值所确定出的基线向量。当某一时段有m台接收机进行同步观测时，可得到m-1条独立基线。同步观测环（Simultaneous Observation Loop）由同一时段观测所得到的基线向量构成的闭合环。独立观测环（Independent Observation Loop）由相互独立的基线所构成的闭合环，也称为异步环。重复基线（复测基线）具有两个时段以上同步观测结果的基线向量。,GPS网的布设 GPS测量 常用术语,2.GPS网及其类型,GPS网的布设 GPS网及其类型,GPS网,什么是GPS

5、网GPS网是由GPS基线向量所形成的一种网络。布设GPS网的目的易于引入外部基准基线向量无法提供位置基准，必须从外部引入构成网络，易于基准的传递提高测量成果的质量提供检核条件（闭合环、重复基线）,GPS网的布设 GPS网及其类型 GPS网,GPS网与常规网,GPS网的优势不需要通视运行与天气无关测站的选择与网络无关，因而测站可以设置在任何需要的地方不间断的运行测量高效、迅速容易达到测量精度要求可同时获得三维坐标,GPS网的布设 GPS网及其类型 GPS网与常规网,GPS网与常规网,GPS网的劣势高效率对测量计划和调度有更高的要求不能容忍空中的障碍物，因此不能用于地下、植物下或建筑物下GPS通常

6、只能满足特定的测量需求无法为后续的非GPS测量提供方位控制GPS的精度通常高于周围现有的控制GPS设备的投资成本高需要新技能,GPS网的布设 GPS网及其类型 GPS网与常规网,GPS网的分类,分类方法根据用途划分GPS网的分类框架基准网大地控制网工程控制网测图控制网另类 连续运行的参考站网（CORS）,GPS网的布设 GPS网及其类型 GPS网与常规网,框架基准网,覆盖范围全球、大陆或次大陆基准地心基准用途建立、维持位置参考框架进行大范围的地壳运动监测,GPS网的布设 GPS网及其类型 框架基准网,框架基准网,特点精度、可靠性要求高反复或连续观测例IGS全球跟踪站网中国地壳运动监测站网络中国

7、A级网,IGS全球跟踪站网,GPS网的布设 GPS网及其类型 框架基准网,大地控制网,覆盖范围国家、地区基准参心系用途大地控制区域大地水准面精化,GPS网的布设 GPS网及其类型 大地控制网,大地控制网,特点精度、可靠性要求较高复测周期长例中国国家高精度GPS网各省市地方的控制网,中国国家高精度GPS网,GPS网的布设 GPS网及其类型 大地控制网,工程控制网,覆盖范围工程施工区域用途工程放样、施工变形监测GPS高程基准独立基准,GPS网的布设 GPS网及其类型 工程控制网,工程控制网,特点精度、可靠性要求随工程要求差别较大变形监测网需多次复测例各类工程控制网、滑坡监测网,GPS网的布设 GP

8、S网及其类型 大地控制网,测图控制网,覆盖范围测图区域用途图根控制、航测像控点基准参心基准或独立基准特点精度、可靠性要求低例各类图根控制网、像控点网,GPS网的布设 GPS网及其类型 测图控制网,连续运行的参考站网（CORS）,覆盖范围国家、地区用途多用途基准多基准特点连续运行例深圳连续运行卫星定位服务系统,深圳连续运行卫星定位服务系统,GPS网的布设 GPS网及其类型 连续运行的参考站网（CORS）,3.建立GPS控制网的工作流程,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程,建立GPS网的三个阶段,控制网方案设计项目立项方案设计施工设计测绘资料收集整理仪器检验、检定踏勘、选点、埋石,GPS网

9、的布设 建立GPS控制网的工作流程 建立GPS网的三个阶段,建立GPS网的三个阶段,控制网施测作业队进驻卫星状态预报观测计划制定作业调度及外业观测数据传输、转储、备份,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 建立GPS网的三个阶段,建立GPS网的三个阶段,数据处理 观测资料整理基线解算（数据处理、分析）及质量控制网平差（数据处理、分析）及质量控制整理成果、技术总结,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 建立GPS网的三个阶段,项目立项,项目立项项目用途、精度（等级）要求点位分布、数量要求提交成果的要求时限要求投入经费,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 项目立项,测绘资料收集

10、整理,目标控制点成果水准资料测区地形图内容控制点坐标、点之记水准点坐标、点之记测区地形图（1:5万 1:10万）,GPS点之记,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 测绘资料收集整理,仪器检验、检定,独立的权威仪器检定部门目标仪器检定证书合格的仪器设备内容GPS接收机的检定气象仪器的检定其它设备的检验,检定证书,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 仪器检验、检定,踏勘、选点、埋石,实施方乙方目标设置测量标志内容测区实地踏勘、了解测区状况选点埋设测量标志食宿、交通安排,各类埋石标准,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 踏勘、选点、埋石,外业观测,目标采集观测数据内容安置观测

11、仪器设备读（量）取非GPS观测数据（包括天线高、气象数据等）保证仪器正常工作按时迁站,GPS外业观测,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 外业观测,数据传输、转储、备份,目标获取、保存接收机记录的观测数据内容接收外业作业组上缴的观测记录下载GPS接收机的原始观测数据并备份进行必要的格式转换,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 数据传输、转储、备份,基线处理与质量控制,内业数据处理目标获取合格的基线向量内容基线处理（解算）基线质量评估基线质量改善,数据处理,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 基线处理与质量控制,结果分析（网平差与质量控制）,内业数据处理目标获得最终数据处

12、理结果（坐标、高程）内容GPS基线向量网的平差、坐标系的转换高程拟合网平差结果质量评估与改善,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 结果分析（网平差与质量控制）,整理成果、技术总结,目标按要求需要提交的成果、报告内容选点图、点之记原始记录、观测数据基线处理结果及质量检核结果网平差处理成果及质量检核结果其它结果技术总结报告,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 整理成果、技术总结,项目验收,对测量成果进行验收内容对项目进行的各个环节及提交的成果、报告进行检查验收编写验收报告,GPS网的布设 建立GPS控制网的工作流程 项目验收,4.GPS网的设计,GPS网的布设 GPS网的设计,GP

13、S网布设的内容,GPS网的设计GPS网的施工（观测作业）GPS网的数据处理,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网布设的内容,GPS网设计的目的,质量的要求保证成果质量便于质量控制应用的要求利于成果的应用观测的要求保证观测质量保证观测效率便于观测施工,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网设计的目的,GPS网的设计目标,质量精度观测值间相互符合的程度观测值与已知值间符合的程度可靠性发现粗差的能力抵御粗差的能力效率费用,网设计的优劣,质量,效率,费用,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的设计目标,GPS网设计的内容,基准设计起算条件、数量及分布网形设计同步观测图形的设置观测设计仪器要求

14、观测要求 观测时间及时段长度、观测参数设置等作业调度处理设计数据处理方法,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网设计的内容,不同类型网的设计目的要求,框架基准网精度(绝对)、可靠性要求高效率、费用要求很低大地控制网精度(绝对)、可靠性、效率、费用要求较为均衡工程控制网精度(相对)、可靠性、效率、费用、分布均有要求由于子类型多，要求各有不同测图控制网精度、可靠性要求低效率、费用、分布要求较高,GPS网的布设 GPS网的设计 不同类型网的设计目的要求,GPS网设计的特点,设计内容多（基准、网形、观测和处理设计）设计目的多（效率、费用、精度、可靠性和具体应用要求）设计内容间相互关联设计目的间相互关

15、联效率与费用正相关精度与可靠性正相关效率、费用与精度、可靠性负相关设计内容与目的间相互关联每一设计内容都与多项设计内容相关联不同类型的网设计重点有所不同,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网设计的特点,GPS网设计的方法,依据设计指标（定量）较少采用依据设计准则（定性）经常采用实际上属于经验法,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网设计的方法,影响GPS网质量的因素,GPS基线向量的精度与原始GPS观测值的精度有关与基线解算方法有关观测值（含GPS基线向量、常规观测量等）的数量、类型及分布基准的选择（已知点及约束条件的选择）网平差处理方法的完善性粗差处理能力模型的完善性,GPS网的布设

16、GPS网的设计 影响GPS网质量的因素,我国规范衡量GPS网精度的指标,GPS网的精度衡量指标 相邻点基线长度精度,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范衡量GPS网精度的指标,我国规范对精度的要求,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范对精度的要求,我国规范对精度的要求,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）（续）,精度分级,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范对精度的要求,我国规范对精度的要求,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）（续）,点位精度和基线长度年变化率

17、精度规定,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范对精度的要求,精度设计准则,设计内容对精度的影响基准设计的影响基准对精度有直接影响网形设计基线的数量及质量对网的整体精度有直接影响基线的分布对网的局部精度有直接影响观测设计观测方法直接影响基线的质量处理设计处理方法直接影响处理结果的精度,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,精度设计准则,提高精度的设计方法基准设计适当数量和均匀分布的已知点当已知点质量较高时，数量越多越好当已知点质量较差时，数量要适当在使用已知点时，需对已知点的质量进行检验引入已知边长为工程网提供准确的长度基准确保工程网成果投影到所需的高程面上引入已知方位为城市网或工程

18、网提供方位基准,已知点的选择：IGS全球站国家大地控制点地方控制点其它类型的控制点,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,精度设计准则,提高精度的设计方法（续）网形设计网规模较大时，采用高一等级要求建立框架网对同一网，基线越多，精度越高，对重复设站数、复测边数量的最低要求以及最简异步环的最大边数的要求，都是为了这一目的相邻点距离较近时，要保证进行同步观测（短边必测）,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,精度设计准则,提高精度的设计方法（续）观测设计选择合适的测站选择合适观测时段和时段长度采用高性能的接收机、抗多路径效果好的天线采用合适的观测参数截止高度角：该值越小，可观测卫星

19、越多，但低高度角卫星的观测值数量较差历元间隔：历元间隔越小，越有利于周跳的探测修复注意天线定向和天线高的量测不同时段间，若仪器未搬站，需要重新架设采集气象数据,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,精度设计准则,提高精度的设计方法（续）处理设计基线选择合适的软件 商用软件、高精度定位软件（GAMIT等）采用合适的观测值 L1、Iono-free等采用适当的解 固定解、浮动解处理方法 估算对流层参数、轨道松弛采用精密星历质量控制网选择合适的软件 商用软件、高精度软件（GLOBK等）网平差方案粗差应对方法质量控制,GPS网的布设 GPS网的设计 精度设计准则,可靠性设计准则,设计内容对可靠

20、性的影响基准设计的影响基准对可靠性有直接影响网形设计基线的数量及质量对网的整体可靠性有直接影响基线的分布对网的局部可靠性有直接影响观测设计观测方案直接影响网的可靠性处理设计处理方法直接影响处理结果的可靠性,GPS网的布设 GPS网的设计 可靠性设计准则,可靠性设计准则,提高可靠性的设计方法基准设计数量多及均匀分布的已知点引入已知边长网形设计同提高精度的设计方法某一特定点的可靠性与该点所连接的基线成正比（重复设站次数越多，连接基线越多，点的可靠性越高）例：上图中如果所有基线均只观测了一个时段，则所有点的可靠性相同。,GPS网的布设 GPS网的设计 可靠性设计准则,可靠性设计准则,提高可靠性的设计

21、方法观测设计同提高精度的设计方法处理设计同提高精度的设计方法,GPS网的布设 GPS网的设计 可靠性设计准则,我国规范中涉及可靠性的内容,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范中涉及可靠性的内容,我国规范对可靠性的要求,全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314 2001）,GPS网的布设 GPS网的设计 我国规范中涉及可靠性的内容,GPS网的布网方案,跟踪站式形式若干台接收机长期固定安放在测站上，进行常年、不间断的观测，即一年观测365天，一天观测24小时，这种观测方式很象是跟踪站，因此，这种布网形式被称为跟踪站式

22、（实际上就是跟踪站）。数据处理通常采用精密星历。优点精度极高，具有框架基准特性。缺点需建立专门的永久性建筑即跟踪站，观测成本很高。适用范围一般用于建立GPS跟踪站或永久性的监测网。,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,GPS网的布网方案,会战式形式一次组织多台GPS接收机，集中在一段不太长的时间内，共同作业。观测分阶段进行，在同一阶段中，所有的接收机，在若干天的时间里分别各自在同一批点上进行多天、长时段的同步观测，在完成一批点的测量后，所有接收机又都迁移到另外一批点上采用相同方式，进行另一阶段的观测，直至所有点观测完毕。优点可以较好地消除SA等因素的影响，因而具有特高的尺度精度

23、。适用范围A、B级网。,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,GPS网的布网方案,多基准站式形式若干台接收机在一段时间里长期固定在某几个点上进行长时间的观测，这些测站称为基准站，在基准站进行观测的同时，另外一些接收机则在这些基准站周围相互之间进行同步观测。优点各基准站间基线向量精度高，可以作为整个GPS网的骨架。其余同步观测图形与各个基准站之间也存在有同步观测基线，图形结构强。适用范围C，D级网。,多基准站式的布网形式,基准站,基准站,基准站,同步图形,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,GPS网的布网方案,同步图形扩展式形式多台接收机在不同测站上进行同步观测，在

24、完成一个时段的同步观测后，又迁移到其它的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同步图形，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连，整个GPS网由这些同步图形构成。优点扩展速度快，图形强度较高，且作业方法简单。适用范围C，D级网。,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,GPS网的布网方案,单基准站（星形网）式形式以一台接收机作为基准站，在某个测站上连续开机观测，其余的接收机在此基准站观测期间，在其周围流动，每到一点就进行观测，流动的接收机之间一般不要求同步，这样，流动的接收机每观测一个时段，就与基准站间测得一条同步观测基线，所有这样测得的同步基线就形成了一个以基

25、准站为中心得星形。优点效率高。缺点图形强度弱，可靠性低。适用范围D，E级网。,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网的布网方案,调度方案,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。,点连式,GPS网的布设 GPS网的设计 调度方案,调度方案,边连式形式相邻的同步图形间有一条边（即两个公共点）相连。优点作业效率较高，图形强度较强。,边连式,GPS网的布设 GPS网的设计 调度方案,调度方案,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。优点图形强度最强。缺点作业效率低。,网连式,GPS

26、网的布设 GPS网的设计 调度方案,GPS网作业进度图,GPS网作业进度图从已完成观测的同步图形中选取独立基线，在GPS网展点图上将被测点用直线连接起来，用以显示作业进度。进度图的绘制应选取独立基线；用不同的颜色表示不同时段的同步观测基线。作用进行网形设计；掌握作业进度。,GPS网的布设 GPS网的设计 GPS网作业进度图,重复设站次数,定义：在同一测站上所进行观测的时段数。规范中规定了不同等级的网，每个测站的最少平均重复设站次数。,GPS网的布设 GPS网工程进度及费用估算 重复设站次数,最少观测期数,定义根据规范要求，布设一GPS网，需要观测的最少时段数。特性最少观测期数与网的等级、点的数

27、量和用于观测的接收机的数量有关。计算公式：,最少观测期数,网的点数,参与观测的接收机数,最少平均重复设站次数,GPS网的布设 GPS网工程进度及费用估算 最少观测期数,6.GPS网的必要独立基线,GPS网的布设 GPS网的必要独立基线,定义及计算公式,定义测定网中所有点的坐标所需要的独立基线的最少数量。计算公式对于一个只以已知点作为起算数据的网，其必要独立基线数可采用下式计算,必要独立基线数,网的总点数,已知点的数量,GPS网的布设 GPS网的必要独立基线 定义及计算公式,算例,问某网由100个点构成，计划用4台接收机进行观测，如果要求平均重复设站次数不得低于2.0，问至少需要观测多少个时段，可测得多少独立基线，必要独立基线是多少？答：,GPS网的布设 GPS网的必要独立基线 算例,探测,地基GPS大气探测,GPS掩星（空基GPS探测）,GPS应用的最新进展 GPS在其它一些方法的进展 对地球大气进行探测,