D級GPS網(wǎng)設(shè)計教學(xué)資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。D級GPS網(wǎng)設(shè)計-北京建筑大學(xué)西城校區(qū)D級GPS控制網(wǎng)設(shè)計課程設(shè)計的目的和任務(wù)由于校園改造，校園實習(xí)場原有的控制點(diǎn)被破壞，為了保障測繪實踐教學(xué)，需要重新建立校園的控制網(wǎng)。校園首級平面控制擬布設(shè)D級GPS控制網(wǎng)。首級高程控制擬布設(shè)二等水準(zhǔn)網(wǎng)。測區(qū)概況校園周邊現(xiàn)有北京市C級GPS控制點(diǎn)4個，分別是：西直門橋、紫竹橋西、公主墳、復(fù)興門橋。擬在校園內(nèi)選定4個首級平面控制點(diǎn)。校園D級GPS控制網(wǎng)采用GPS技術(shù)靜態(tài)觀測方法施測，平面坐標(biāo)采用北京城市坐標(biāo)系統(tǒng)，高程采用1985國家高程基準(zhǔn)設(shè)計依據(jù)城市測量規(guī)范CJJ8-

2、99；衛(wèi)星定位城市測量技術(shù)規(guī)范CJJ/T73-2010；全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范GB/T18314-2009；數(shù)字測繪成果質(zhì)量要求GB/T17941-2008；測繪成果質(zhì)量檢查與驗收GB/T24356-2009；測繪產(chǎn)品質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)CH1003-95；測繪產(chǎn)品檢查驗收規(guī)定CH1002-95；測繪技術(shù)設(shè)計規(guī)定CH/T1004-2005；測繪技術(shù)總結(jié)編寫規(guī)定CHT1001-2005；根據(jù)規(guī)程規(guī)范，D級GPS網(wǎng)的精度要求如下表：二等水準(zhǔn)為精度要求如下：布網(wǎng)原則GPS網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)根據(jù)其布設(shè)目的、精度要求、衛(wèi)星狀況、接收機(jī)類型和數(shù)量、測區(qū)已有的資料、測區(qū)地形和交通狀況以及作業(yè)效率等因素綜合考慮，按照

3、優(yōu)化設(shè)計原則進(jìn)行。各級GPS網(wǎng)點(diǎn)位應(yīng)均勻分布，相鄰點(diǎn)間距離最大不宜超過該網(wǎng)平均點(diǎn)間距的2倍。GPS網(wǎng)一般應(yīng)采用獨(dú)立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，如三角形、多邊形或附合線路，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。為了便于GPS的測量觀測和水準(zhǔn)聯(lián)測，減少多路徑影響，GPS網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和交通便利的地方。新布設(shè)的GPS網(wǎng)應(yīng)與附近已有的國家高等級GPS點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測，聯(lián)測點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于3點(diǎn)。為求定GPS點(diǎn)在某一參考坐標(biāo)系中坐標(biāo)，應(yīng)與該參考坐標(biāo)系中的原有控制點(diǎn)聯(lián)測，聯(lián)測的總點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于3點(diǎn)。在需用常規(guī)測量方法加密控制網(wǎng)的地區(qū)，D級網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)有12方向通視。D級網(wǎng)可依具體情況聯(lián)測高程。D級網(wǎng)點(diǎn)按四等水準(zhǔn)測量或與其精度相當(dāng)?shù)?/p>

4、方法進(jìn)行高程聯(lián)測。各級網(wǎng)高程聯(lián)測的測量方法和技術(shù)要求應(yīng)按GBTl2897或GBTl2898規(guī)定執(zhí)行。D級網(wǎng)布設(shè)時，測區(qū)內(nèi)高于施測級別的GPS網(wǎng)點(diǎn)均應(yīng)作為本級別GPS網(wǎng)的控制點(diǎn)(或框架點(diǎn))，并在觀測時納入相應(yīng)級別的GPS網(wǎng)中一并施測。在局部補(bǔ)充、加密低等級的GPS網(wǎng)點(diǎn)時，采用的高等級GPS網(wǎng)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)應(yīng)不少于4個。站網(wǎng)等的點(diǎn)觀測模式，或以多個同步觀測環(huán)為基本組成的網(wǎng)觀測模式。網(wǎng)觀測模式中的同步環(huán)之間，應(yīng)以邊連接或點(diǎn)連接的方式進(jìn)行網(wǎng)的構(gòu)建。選點(diǎn)各級GPS點(diǎn)點(diǎn)位的基本要求如下：a)應(yīng)便于安置接收設(shè)備和操作，視野開闊，視場內(nèi)障礙物的高度角不宜超過l5。b)遠(yuǎn)離大功率無線電發(fā)射源(如電視臺、電臺、微波站等)

5、，其距離不小于200m；遠(yuǎn)離高壓輸電線和微波無線電信號傳送通道，其距離不應(yīng)小于50m。c)附近不應(yīng)有強(qiáng)烈反射衛(wèi)星信號的物件(如大型建筑物等)。d)交通方便，并有利于其他測量手段擴(kuò)展和聯(lián)測。e)地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于標(biāo)石的長期保存。f)充分利用符合要求的已有控制點(diǎn)。g)選站時應(yīng)盡可能使測站附近的局部環(huán)境(地形、地貌、植被等)與周圍的大環(huán)境保持一致，以減少氣象元素的代表性誤差。選點(diǎn)人員應(yīng)按照技術(shù)設(shè)計書經(jīng)過踏勘，在實地按以上的要求選定點(diǎn)位，并在實地加以標(biāo)定。當(dāng)利用舊點(diǎn)時，應(yīng)檢查舊點(diǎn)的穩(wěn)定性、可靠性和完好性，符合要求方可利用。需要水準(zhǔn)聯(lián)測的GPS點(diǎn)，應(yīng)實地踏勘水準(zhǔn)路線情況，選擇聯(lián)測水準(zhǔn)點(diǎn)并繪出聯(lián)測路線圖。

6、不論新選定的點(diǎn)或利用舊點(diǎn)(包括輔助點(diǎn)與方位點(diǎn))，均應(yīng)實地要求繪制點(diǎn)之記，其內(nèi)容要求在現(xiàn)場詳細(xì)記錄，不得追記。GPS控制網(wǎng)圖：埋石GPS點(diǎn)均應(yīng)埋設(shè)固定的標(biāo)石或標(biāo)志。GPS點(diǎn)標(biāo)石類型分為天線墩、基本標(biāo)石和普通標(biāo)石。D級GPS點(diǎn)在滿足標(biāo)石穩(wěn)定、易于長期保存的前提下，可根據(jù)具體情況選用。各種類型的標(biāo)石應(yīng)設(shè)有中心標(biāo)志?；鶐r和基本標(biāo)石的中心標(biāo)志應(yīng)用銅或不銹鋼制作。普通標(biāo)石的中心標(biāo)志可用鐵或堅硬的復(fù)合材料制作。標(biāo)志中心應(yīng)刻有清晰、精細(xì)的十字線或嵌入不同顏色金屬(不銹鋼或銅)制作的直徑小于05mm的中心點(diǎn)。用于區(qū)域似大地水準(zhǔn)面精化的GPS點(diǎn)，其標(biāo)志還應(yīng)滿足水準(zhǔn)測量的要求?？刂泣c(diǎn)樣式：儀器四臺天寶GPS全球定位

7、接收機(jī)、兩臺索佳BS3自動安平水準(zhǔn)儀、神州便攜式手提電腦采用雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測，使用前出具相關(guān)檢驗單位的鑒定報告。同時還需檢驗：(1)天線或基座圓水準(zhǔn)器和光學(xué)對中器是否正確；(2)天線高量尺是否完好，尺寸精度是否正確。觀測作業(yè)調(diào)度者根據(jù)測區(qū)地形和交通狀況、采用的GPS作業(yè)方法設(shè)計的基線的最短觀測時間等因素綜合考慮，編制觀測計劃表，按該表對作業(yè)組下達(dá)相應(yīng)階段的作業(yè)調(diào)度命令。同時依照實際作業(yè)的進(jìn)展情況，及時做出必要的調(diào)整。觀測前的準(zhǔn)備:GPS接收機(jī)在開始觀測前，應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱和靜置，具體要求按接收機(jī)操作手冊進(jìn)行。天線安置應(yīng)符合下列要求：a)用三腳架安置天線時，其對中誤差不應(yīng)大于1mm；b)GPS

8、測量，天線定向標(biāo)志線應(yīng)指向正北，顧及當(dāng)?shù)卮牌切拚螅涠ㄏ蛘`差應(yīng)不大于5，對于定向標(biāo)志不明顯的接收機(jī)天線，可預(yù)先設(shè)置標(biāo)記，每次按此標(biāo)記安置儀器；c)天線集成體上的圓水準(zhǔn)氣泡必須居中，沒有圓水準(zhǔn)氣泡的天線，可調(diào)整天線基座腳螺旋，使在天線互為l20。方向上量取的天線高互差小于3mm。觀測作業(yè)的要求：觀測組應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的時間進(jìn)行作業(yè)。經(jīng)檢查接收機(jī)電源電纜和天線等各項連接無誤，方可開機(jī)。開機(jī)后經(jīng)檢驗有關(guān)指示燈與儀表顯示正常后，方可進(jìn)行自測試并輸入測站、觀測單元和時段等控制信息。接收機(jī)啟動前與作業(yè)過程中，應(yīng)隨時逐項填寫測量手簿中的記錄項目.接收機(jī)開始記錄數(shù)據(jù)后，觀測員可使用專用功能鍵和選擇菜單，查看測

9、站信息、接收衛(wèi)星數(shù)、衛(wèi)星號、衛(wèi)星健康狀況、各通道信噪比、相位測量殘差、實時定位的結(jié)果及其變化、存儲介質(zhì)記錄和電源情況等，如發(fā)現(xiàn)異常情況或未預(yù)料到的情況，應(yīng)記錄在測量手簿的備注欄內(nèi)，并及時報告作業(yè)調(diào)度者。每時段觀測開始及結(jié)束前各記錄一次觀測衛(wèi)星號、天氣狀況、實時定位經(jīng)緯度和大地高、PDOP值等。一次在時段開始時，一次在時段結(jié)束時。時段長度超過2h，應(yīng)每當(dāng)UTC整點(diǎn)時增加觀測記錄上述內(nèi)容一次，夜間放寬到4h。1057每時段觀測前后應(yīng)各量取天線高一次。兩次量高之差不應(yīng)大于3mm，取平均值作為最后天線高。若互差超限，應(yīng)查明原因，提出處理意見記人測量手簿記事欄。除特殊情況外，不宜進(jìn)行偏心觀測。若實施偏心

10、觀測時，應(yīng)測定歸心元素觀測員要細(xì)心操作，觀測期間防止接收設(shè)備震動，更不得移動，要防止人員和其他物體碰動天線或阻擋信號。觀測期間，不應(yīng)在天線附近50m以內(nèi)使用電臺，10m以內(nèi)使用對講機(jī)。天氣太冷時，接收機(jī)應(yīng)適當(dāng)保暖；天氣很熱時，接收機(jī)應(yīng)避免陽光直接照曬，確保接收機(jī)正常工作。一時段觀測過程中不應(yīng)進(jìn)行以下操作：a)接收機(jī)重新啟動；b)進(jìn)行自測試；c)改變衛(wèi)星截止高度角；d)改變數(shù)據(jù)采樣間隔；e)改變天線位置；f)按動關(guān)閉文件和刪除文件等功能鍵。經(jīng)檢查，所有規(guī)定作業(yè)項目均已全面完成，并符合要求，記錄與資料完整無誤，方可遷站。外業(yè)成果記錄：GPS測量作業(yè)所獲取的成果記錄應(yīng)包括以下三類：a)觀測數(shù)據(jù)；b)

11、測量手簿；c)其他記錄，包括偏心觀測資料等。”觀測記錄項目應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：a)觀測數(shù)據(jù)(原始觀測數(shù)據(jù)和Rinex格式數(shù)據(jù))；b)對應(yīng)觀測值的GPS時間；c)測站和接收機(jī)初始信息：測站名、測站號、觀測單元號、時段號、近似坐標(biāo)及高程、天線及接收機(jī)型號和編號、天線高與天線高量位置及方式、觀測日期、采樣間隔、衛(wèi)星截止高度角記錄要求觀測前和觀測過程中應(yīng)按要求及時填寫各項內(nèi)容，書寫要認(rèn)真細(xì)致，字跡清晰、工整、美觀。測量手簿各項觀測記錄一律使用鉛筆，不應(yīng)刮、涂改，不應(yīng)轉(zhuǎn)抄或追記，如有讀、記錯誤，可整齊劃掉，將正確數(shù)據(jù)寫在上面并注明原因。其中天線高、氣象讀數(shù)等原始記錄不應(yīng)連環(huán)涂改。手簿整飾，存儲介質(zhì)注記和

12、各種計算一律使用藍(lán)黑墨水書寫。外業(yè)觀測中接收機(jī)內(nèi)存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)文件應(yīng)及時拷貝成一式兩份，并在外存儲介質(zhì)外面適當(dāng)處制貼標(biāo)簽，注明網(wǎng)區(qū)名、點(diǎn)名、點(diǎn)號、觀測單元號、時段號、文件名、采集日期、測量手簿編號等。兩份存儲介質(zhì)應(yīng)分別保存在專人保管的防水、防靜電的資料箱內(nèi)。接收機(jī)內(nèi)所存數(shù)據(jù)文件卸載到外存介質(zhì)上時，不應(yīng)進(jìn)行剔除、刪改或編輯。測量手簿應(yīng)事先連續(xù)編印頁碼并裝訂成冊，不應(yīng)缺損。其他記錄，應(yīng)分別裝訂成冊。GPS測量觀測手簿數(shù)據(jù)處理D級GPS控制網(wǎng)的野外數(shù)據(jù)處理宜利用GPS接收機(jī)的隨機(jī)軟件，按原碼采用雙差相位觀測值進(jìn)行基線解算，采用雙差固定解作為最終結(jié)果。外業(yè)觀測采集的數(shù)據(jù)通過隨機(jī)軟件輸入計算機(jī)內(nèi)，應(yīng)轉(zhuǎn)

13、成RINEX格式進(jìn)行備份。外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢核：重復(fù)基線邊較差的檢驗同一條GPS基線邊若觀測了多個時段，可得多次基線邊的觀測結(jié)果，同一條基線邊任意兩個時段結(jié)果的互差不宜超過下式的規(guī)定：同步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差的檢驗采用單基線處理模式，對于采用同一種數(shù)學(xué)模型獲得的基線解，由其同步時段若干基線組成的同步多邊形環(huán)的坐標(biāo)分量相對閉合差和全長閉合差應(yīng)滿足：式中n為多邊形的邊數(shù)，為GPS網(wǎng)相應(yīng)級別規(guī)定的觀測精度。異步環(huán)各坐標(biāo)分量閉合差的檢驗由若干條獨(dú)立基線邊構(gòu)成的異步閉合環(huán)，其閉合差應(yīng)符合下式規(guī)定：Wx=3nWy=3nWz=3n式中n為多邊形的邊數(shù)，為GPS網(wǎng)相應(yīng)級別規(guī)定的觀測精度。異步環(huán)多邊形閉合差的大小，是

14、基線向量質(zhì)量檢核的主要指標(biāo)。如果閉合差超限，應(yīng)及時分析原因，對其中部分成果進(jìn)行重測?；€處理采用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)解算，采用其它技術(shù)參數(shù)解算的基線以文本文件說明。相鄰點(diǎn)間基線長度精度用下式表示：式中：標(biāo)準(zhǔn)差（基線向量的弦長中誤差mm），a固定誤差10mm，b比例誤差系數(shù)20ppm，d相鄰點(diǎn)間距離（km）數(shù)據(jù)處理和平差計算為了獲得GPS觀測基線向量并對觀測成果進(jìn)行質(zhì)量檢核，首先要進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)的預(yù)處理，根據(jù)預(yù)處理結(jié)果對觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行分析并做出評價，以確保觀測成果和定位結(jié)果的預(yù)期精度。GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分基線向量解算和網(wǎng)平差兩個階段。各階段數(shù)據(jù)處理軟件均采用隨機(jī)所帶軟件。處理的主要內(nèi)容有：GPS衛(wèi)星軌道方

15、程的標(biāo)準(zhǔn)化、時鐘多項式的擬合標(biāo)準(zhǔn)化。基線解算基線數(shù)據(jù)按同步時段為單位進(jìn)行，按多基線解時，每個時段需提供一組獨(dú)立基線向量及其完全的方差協(xié)方差陣；按單基線解時，須提供每條基線分量及其方差協(xié)方差陣。可以采用不同的數(shù)據(jù)處理模型基線解算的質(zhì)量控制剔除不合格的基線邊，理論上剔除的基線邊不得超過總數(shù)的百分之十，超過百分子十，說明觀測的質(zhì)量不好，存在錯誤的地方，應(yīng)及時查找，糾正。同步觀測環(huán)閉檢核：理論上同步環(huán)中GPS邊的坐標(biāo)增量閉合差應(yīng)等于零，由于GPS接收機(jī)觀測不可能嚴(yán)格同步等原因，同步環(huán)閉合差并不等于零，但要在一定的限差之內(nèi)，超出限差，說明觀測或基線向量解算有錯誤，可以采用GPS接收機(jī)的標(biāo)稱精度異步觀測環(huán)

16、檢核：即由非同步觀測獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，異步環(huán)閉合差要在規(guī)定的限差之內(nèi)，如果超出限差，說明組成異步環(huán)的基線向量中至少有一條基線向量不合格。Wx3nWy3nWs3nWz3n重復(fù)觀測基線較差指不同觀測時段,對同一條基線進(jìn)行重復(fù)觀測的觀測值間的差異,當(dāng)其滿足限差要求時,說明基線向量解算合格；當(dāng)不滿足時,則說明至少有一個時段觀測的基線有問題,這條基線可通過多條復(fù)測基線來判定哪個時段的基線觀測值有問題ds22觀測值殘差的RMS，反映了觀測值與參數(shù)估計值間的符合程度，一定程度上反映了觀測質(zhì)量的優(yōu)劣，一般認(rèn)為RMS越小越好無約束平差無約束平差以三維基線向量及其相應(yīng)方差協(xié)方差陣作為觀測信息，以一個點(diǎn)的

17、WGS-84系三維坐標(biāo)為起算依據(jù)，進(jìn)行GPS網(wǎng)的無約束平差。平差結(jié)果須提供各點(diǎn)在WGS-84系下的三維坐標(biāo)、各基線向量及其改正數(shù)和其精度信息。無約束平差中，各基線分量改正數(shù)絕對值應(yīng)滿足：Vx3；Vy3；Vz3相應(yīng)級別規(guī)定的精度（按網(wǎng)的實際平均邊長計算）。約束平差利用無約束平差后的可靠觀測量，在1980西安坐標(biāo)系和市城市坐標(biāo)系下進(jìn)行三維約束平差或二維約束平差。平差中，對已知點(diǎn)坐標(biāo)、已知距離和已知方位，可以強(qiáng)制約束，也可以加權(quán)約束。平差結(jié)果應(yīng)輸出在相應(yīng)坐標(biāo)系中的三維或二維坐標(biāo)、基線向量改正數(shù)、基線邊長、方位、轉(zhuǎn)換參數(shù)及其精度信息。約束平差中，基線分量的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果的同一基線相應(yīng)改正數(shù)較差的絕對值應(yīng)滿足：dVx2dVy2dVz2相應(yīng)級別規(guī)定的精度（按網(wǎng)的實際平均邊長計算）。精度指標(biāo)D級GPS控制網(wǎng)平差后網(wǎng)中最弱相鄰點(diǎn)的相對點(diǎn)位中誤差不大于5cm，D級GPS網(wǎng)最弱邊的邊長相對中誤差不應(yīng)大于1/45000。技術(shù)