GPS控制网设计

28
GPS测量的等级及其用途②
• 我国城市测量规程所规定的网的等级
29
各级GPS测量的精度指标
• 相邻点间基线长度标准差
a2 b d
标准差，单位mm 固定误差，单位mm
2
相邻点间的距离，单位Km 比例误差，单位ppm
30
各级GPS测量的精度指标
• 相邻点间基线长度的精度要求
• 如果假定对应基线向量的质量一样，则在 下面两个图形中，对应各点的可靠性和精 度是完全一样的
1 2 1 2
5
4
3
4
3
5
42
GPS网图形设计的内容*③
• 两点重要提示
– GPS网的图形强度与基线向量的数量和分布有 关 – GPS点的精度和可靠性与与其相连的基线向量 数密切相关，相连的基线向量数越多，精度和 可靠性越高
52
图形设计中的注意事项③
• AA、A、B级GPS网点应与永久GPS跟踪 站联测。联测站数满足下表要求
级 A B 别 联测永久 GPS 跟踪站的最少站数 ≥4 ≥3 ≥2
AA
53
图形设计中的注意事项③
• AA、A、B级GPS网点应与参加过全国天 文大地网整体平差的三角点、导线点及一、 二等水准点重合 • 新布设的GPS网应与附近已有的国家高等 级GPS点进行联测，联测点数不少于2个 • 大陆、岛、礁之间的A、B级GPS网的边长 可视实际情况变通。重要岛礁与大陆之间 的联测点数不得少于3个
• 位置基准的确定
– 自由网平差或拟稳平差
• 对网的尺度无影响
– 固定一点（最小约束平差）
• 对网的尺度无影响
– 固定多点（约束平差）
• 对网的尺度有影响
36
GPS网的尺度基准
• 尺度基准的确定
– GPS基线向量 – 测距边 – 已知点间的固定边 – 固定多个已知点 – 其他空间技术观测量（VLBI、SLR等）
– 精度要求
• 等级、点位误差、相邻点间距离误差
– 进度要求
• 提交成果的时间
– 成果要求
• 坐标参照系、是否需要高程成果、提交资料的内容
19
GPS测量规范及规程
• 发布单位
– 国家相关机构或行业主管部门
• 技术监督局 • 国家测绘局 • 建设部
– 作用
• 规定测量成果的质量 • 规范实施的步骤、要求
GPS网的基本图形⑤
• 星形网（单基准站）
– 定义：从一个已知点上分别与各待定点进行相对定位 （待定点间一般无任何联系）所构成的GPS网
– 特点：作业速度快，但抗粗差能力极差 – 提高可靠性的方法：从两个已知点（基准站）上对同 一待定点（流动站）进行观测；适当复测 – 应用：界址点、碎部点和低等级控制点（图根点） – 工作模式：Go and Stop，RTK
• 同步环检验
– 定义：检验同步环的闭合差大小。 – 特性
• 理论上：采用严密算法所得到的同步环，无论观测 值中是否含有误差，其环闭合差必为零。（构成同 步环的基线向量之间是线性相关的） • 实践中：如果算法不严密（目前大多数的商用软件 均属于此种情况），其环闭合差通常不为零，但通 常很小。
– 结论：同步环闭合差很小，还不能说明基线解 算结果一定能够满足精度要求
50
图形设计中的注意事项①
• 布网形式
– AA、A、B级GPS网应布设成连续网，除边缘 点外，每点至少应与3个点相连， – C、D、E级GPS网可布设成多边形或附和导线。
51
图形设计中的注意事项②
• 各级GPS网中最大独立闭合环或附和导线 的边数满足下表要求
级 别 AA A B C D E 闭合环和附和导线的边数 ≤5 ≤6 ≤6 ≤8 ≤10
第五章 GPS测量的技术设计与 外业工作
1
目录 第一节 GPS测量中的几个基本概念 第二节 GPS技术设计的依据
第三节 GPS网的精度和密度设计
第四节 GPS网的基准设计 第五节 GPS网的图形设计 第六节 GPS测量的外业工作
2
内容概要
• • • • • • • 观测时段和时段长度 同步观测、基线向量和GPS基线向量网 同步观测基线 闭合环和环的闭合差 同步观测环（同步环）和同步环检验 独立基线向量 独立观测环（异步环）和独立观测环检验
级 别 AA A B C D E 固定误差 (mm) ≤3 ≤5 ≤8 ≤10 ≤10 ≤10 比例误差 (ppm) ≤0.01 ≤0.1 ≤1 ≤5 ≤10 ≤20
31
各级GPS测量的精度指标
• 点位及基线长度年变化率的精度要求
级 A 别 点位的地心坐标精度 ≤0.05m ≤5 基线长度年变化率精度 ≤0.01 ≤0.1
– 保证及提高图形强度的方法
• 对多边形边数加以限制
47
GPS网的基本图形④
• 附和导线网
– 定义：附和导线（或称附和路线）作为基本图形所构 成的GPS网
– 特点
• 效率高，工作量较小， • 图形强度虽不如三角形网和多边形网
– 保证及提高图形强度的方法
• 对多边形边数加以限制，仍能保证一定的强度
48
分量闭合差
s X 2 Y 2 Z 2
全长闭合差
9
同步观测环（同步环）和同步环检验
• 同步观测环（同步环）
– 三台或三台以上的GPS接收机进行同步观测所 获得的基线向量（完全由同一观测时段的基线 向量）所构成的闭合环。
同步环与非同步环
10
同步观测环（同步环）和同步环检验
– 利用进行同步观测的接收机所采集的观测数据计算出 的接收机间的三维坐标差。 – 与计算时所采用的卫星轨道数据同属一个系统。
• GPS基线向量网
– 采用GPS技术布设的测量控制网，由GPS点和基线向 量所构成。
5
同步观测基线
• 定义
– 利用同一时段的多个同步观测站所采集的观测 数据所计算出的若干基线向量。
GPS测量规范及规程②
22
GPS测量规范及规程③
• 规范的内容 – 国家测量规范的内容
23
GPS测量规范及规程③
• 规范的内容 – 城市测量技术规程
24
其他规范及规程
• 若暂无与工程相对应的GPS规范时， 可参照与该工程对应的常规测量规范 中的质量要求，然后以此为依据，套 用GPS规范
25
第三节 GPS网的精度和密度设计
49
GPS网的基本图形⑥
• 多基准站
– 定义：两台以上的接收机（基准站）固定不间断观测， 其余接收机流动观测（待定点间一般无联系）所构成 的GPS网
– – – –
特点：抗粗差能力较差 应用：界址点、碎部点和低等级控制点（图根点） 工作模式：Go and Stop，RTK 提高可靠性的方法：适当复测
20
GPS测量规范及规程①
• 现有规范、规程
– 全球定位系统（GPS）测量规范， GB/T18314-2001，国家质量技术监督局，国 家标准，2001 – 全球定位系统（GPS）测量规范，CH2001-92， 国家测绘局，1992 – 全球定位系统（GPS ）测量型接收机检定规程 CH8016-1995 – 全球定位系统城市测量技术规程，CJJ 73-97， 建设部，行业标准，1997 –… 21
• 一般控制网图形设计的内容
– 与精度和可靠性有关的点位设计 – 观测设计（观测点、测回数等）
• GPS网图形设计的内容
– 观测设计（同步观测图形、重复观测次数、观 测参数设置、观测时长要求） – 注意：GPS网无与精度和可靠性直接相关的图 形设计问题（点位观测环境方面的问题除外）
41
GPS网图形设计的内容*②
12
独立基线向量
• 同步观测基线向量的最大线性无关组及选 取方式
13
独立观测环（异步环）和独立观测环检验
• 独立观测环（异步环）
– 定义：由相互函数独立（线性无关）的基线向 量所构成的闭合环。（就是前面的非同步环）
独立环与非独立环
14
独立观测环（异步环）和独立观测环检验
• 独立观测环检验
– 定义：检验独立观测环的闭合差大小 – 特性：与同步环闭合差不同，即使采用严密算 法，并且计算过程中未发生错误，独立观测环 的闭合差通常也不为零，也不一定是个微小量 – 结论：独立观测环闭合差的大小，可作为评定 基线解算结果质量的有力指标
AA
32
各级GPS点的密度指标
• GPS网中相邻点间的平均距离
级 别 AA A B C D E 平均距离 (km) 1000 300 70 10~15 5~10 0.2~5
33
第四节 GPS网的基准设计
34
GPS网的基准
• GPS网的基准包括
– 位置基准 – 尺度基准 – 方位基准
35
GPS网的位置基准
43
GPS网图形设计的内容*④
• GPS网布设时的重复设站次数（观测时段 数）
– GPS点反复进行设站观测的次数
• 复测边（重复边）的布置
– 复测边：同一基线向量不同时段的观测结果
44
GPS网的基本图形①
• • • • 三角形网 多边形网 附和导线网 星形网
45
GPS网的基本图形②
• 三角形网
26
内容概要
• GPS测量的等级及其用途 • 各级GPS测量的精度指标 • 各级GPS点的密度指标
27
GPS测量的等级及其用途①
• 我国GPS测量规范所规定的网的等级
级别 AA A B C D E 用途 全球参考框架、全球性地球动力学研究、地壳形变 测量和精密定轨 国家参考框架、区域性地球动力学研究和地壳形变 测量 国家大地控制、地方参考框架、局部形变监测和各 种精密工程测量 大中城市及工程的基本控制网 中小城市、城镇及测图、地籍、土地信息、房产、 物探、勘测、建筑施工等的控制网 实例 IGS 永久跟踪站网 国家 A 级网 国家 B 级网
• 一个时段中，同步观测基线的数量
– 若在某时段共有n台接收机进行了同步观测， 则共可得到n(n-1)/2条同步观测基线。
n=2
n=3
n=4
n=5
6
7
闭合环和环的闭合差
• 闭合环
– 由多条基线向量首尾相连所构成的图形。
n=5 由5条基线向量所构成的闭合环
8
闭合环和环的闭合差
B2
• 环的闭合差
37
GPS网的方位基准
• 方位基准的确定
– GPS基线向量 – 起始方位 – 固定多个已知点 – 其他空间技术（如VLBI）提供的方位
38
第五节 GPS网的图形设计
39
内容概要
• • • • GPS网形设计的内容* GPS网的基本图形 图形设计中的注意事项 GPS网的特征条件
40
GPS网图形设计的内容*①
百度文库
15
第二节 技术设计的依据
16
内容概要
• 测量任务书或测量合同书 • GPS测量规范及规程 • 其他规范及规程
17
测量任务书或测量合同书①
• 发布单位
– 上级主管部门 – 甲方
• 作用
– 明确项目的目标和要求
18
测量任务书或测量合同书②
• 内容
– 点位要求
• 分布、密度、数量、标志及观测设施
3
观测时段和时段长度
• 观测时段
– 从测站上开始接收卫星信号起至停止接收卫星 信号间的连续工作的时间段。 – 是GPS测量的基本单位。
• 时段长度
– 观测时段所持续的时间。
4
同步观测、基线向量和GPS基线向量网
• 同步观测
– 两台或两台以上的GPS接收机对同一组卫星信号进行 的观测。
• 基线向量
– 闭合差：组成闭合环的 基线向量按同一方向 （顺时针或逆时针）的 矢量和。 – 分量闭合差：组成闭合 环的基线向量按同一方 向（顺时针或逆时针） 矢量的各个分量的和。 – 全长闭合差：分量闭合 差的平方和开方。
B1
B3
Bi
n i 1
Bn
环的闭合差
X X Y Y Z Z
54
图形设计中的注意事项④
• 为求得GPS点在某一参考坐标系中的坐标， 应与该坐标系中的原有控制点进行联测， 联测点数不得少于3个
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图形设计中的注意事项⑤
• 框架网的采用
– 当控制网的范围较大时，可采用分级布设的方 法，即首先布设点数较少但等级较高的框架网， 然后再部分项目所要求等级的全面网*
11
独立基线向量
• 定义：线性无关的一组基线向量。 • 满足下面条件之一的为独立基线向量。
– 未构成闭合环的一组基线向量（例如：一条基线向量， 未构成闭合环的一组同步观测基线）。 – 虽构成了闭合环，但并非所有基线都来自同一观测时 段。
• 提示
– 完全由同步观测基线所构成的闭合环之间是线性相关 的，是一组非独立基线向量。 – GPS网应由相互独立的基线向量构成。
– 定义：以三角形作为基本图形所构成的GPS网
– 特点
• 优点：几何强度高、抗粗差能力强、可靠性高 • 缺点：工作量大
– 提高图形强度的方法
• 加测对角线
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GPS网的基本图形③
• 多边形网
– 定义：以多边形（边数≥4）作为基本图形所构成的 GPS网
– 特点：
• 效率高，工作量较小， • 图形强度虽不如三角形网