1、«GPS測量原理及應用學習指導一、控制網執行的技術標準1、全球定位系統(GPS)測量規范(GB/T 18314 -2001 ),中華人民共和國國家標 準；2、國家三、四等水準測量規范(GB12898-1991 )，中華人民共和國國家標準；3、技術設計書。二、使用儀器測量采用的GPS接收機型號及其標稱精度。三、布網方案1、布網要求GPS網相鄰點間基線中誤差 仃按下式計算：(7 = 土出口 + 硝，式中由(mm)為固定誤差；小(ppm)為比例誤差系數；厘(km)為相鄰點間的距離。GPS-E級 網的主要技術要求應符合表 1規定。相鄰點最小距離應為平均距離的1/21/3 ;最大距離應為平均距

2、離的23倍。表1 GPS網的主要技術要求級別平均距離(km)值(mm)b(1 X10-6)最弱邊相對中誤差E級0.2 5<10<201/45000注：當邊長小于200m時，邊長中誤差應小于 20mm 。2、布網原則與網形設計(1) GPS網應根據測區實際需要和交通狀況進行設計。GPS網的點與點間不要求每點通視，但考慮常規測量方法加密時的應用，每點應有12個通視方向。(2)在布網設計中應顧及原有測繪成果資料以及各種大比例尺地形圖的沿用，對凡符合GPS-E級網布點要求的舊有控制點，應充分利用其標石。(3) GPS網應由若干個獨立觀測環構成，也可采用附合線路構成。 E級GPS網中每個閉合

3、環或附合線路中的邊數應符合表2的規定。非同步觀測的 GPS基線向量邊，應按所設計的網圖選定，也可按軟件功能自動挑選獨立基線構成環路。表2閉合環或附合線路邊數的規定級別E 級閉合環或附合線路邊數(條)<10(4)為求定GPS點在54北京坐標系中的坐標，應與當地54北京坐標系中的原有控制點聯測，聯測總點數不得少于3個。(5)為了求得GPS網點正常高，應進行水準測量的高程聯測，高程聯測采用等級水準測量方法進行，聯測的 GPS-E級控制點且應均勻分布于網中。四、選點與標石埋設1、選點在了解任務、目的、要求和測區自然地理條件的基礎上，進行現場踏勘，最后進行選點。選點應符合下列要求：(1)點位的選擇

4、應符合技術設計要求，并有利于其它測量手段進行擴展與聯測；(2)點位的基礎應堅實穩定，易于長期保存，并應有利于安全作業；(3)點位應便于安置接收設備和操作，視野應開闊，視場內周圍障礙物的高度角一般 應小于15° ;(4)點位應遠離大功率無線電發射源 (如電視臺、微波站等)，其距離不得小于200m , 并應遠離高壓輸電線其距離不得小于50m ,以避免周圍磁場對衛星信號的干擾；(5)點位附近不應有對電磁波反射 (或吸收)強烈的物體，以減少多路徑效應的影響；(6)交通應便于作業，以提高作業效率；(7)應充分利用符合上述要求原有的控制點及其標石，但利用舊點時應檢查舊點的穩定性、完好性，符合要求

5、方可利用；(8)選好點后應按合理的方法給GPS點編號。此外，有時還需考慮測區內的通訊設施、電力供應等情況， 以便于各點之間的聯絡和設備用電或充電。綜上所述，結合測區的實際情況，GPS控制點宜布設在較高的永久性建筑物、山頂及其它符合要求的地方，或已成型的較寬的城市主干道、路口或其它較開闊而又穩固的建 (構)筑物上。2、標石埋設(1) E級GPS點的標石及標志規格參見附錄D,標石的中心標志用銅材料制作，標志中心應刻有清晰、精細的十字絲；(2)地面E級GPS點標石可用混凝土預先制作，然后運往各點埋設，埋設時坑底填以沙石，搗固夯實或澆灌混凝土底層，樓頂 E級GPS點標石應現場澆灌，澆灌前應將樓面磨出新

6、層、打毛，釘上 34顆鋼釘，再套模澆灌；(3)埋石結束后應填寫 GPS點之記；(4)待標石埋設穩定，沒有下沉，或現場澆灌的標石凝固后23天方可觀測。五、作業要求1、基本技術要求為保證GPS測量精度，采用載波相位靜態相對定位作業模式，E級GPS測量作業的基本技術要求應符合表 3的規定。表3 E級GPS測量作業的基本技術要求級別衛星截止高度角(0)有效觀測衛星數平均重復設站數時段長度(min)數據采樣間隔(s)PDOP值E級>15>4>1.6K015V 10注：1、觀測時段長度應視點位周圍障礙物情況、基線長短而作調整,2、可不觀測氣象要素，但應記錄雨、晴、陰、云等天氣狀況。2、G

7、PS衛星預報和觀測調度計劃(1)保證GPS作業觀測工作順利進行，保障觀測成果達到預定的精度， 提高作業工效， 在進行GPS外業觀測之前，應事先編制GPS衛星可見性預報表。預報表應包括可見衛星號、 衛星高度角和方位角、最佳觀測衛星組、最佳觀測時間、點位圖形幾何強度因子等內容。(2)編制預報表所用概略位置應采用測區中心位置的經、緯度。(3)作業組在觀測前應根據參加作業的GPS接收機臺數、網形及衛星預報表編制作業調度表，其內容應包括觀測時間、測站號、測站名稱以及接收機號等項內容。3、觀測準備(1)每天出發工作前應檢查電池容量是否充足，儀器及其附件是否攜帶齊全。(2)作業前應檢查接收機內存是否充足。(

8、3)天線安置應符合下列要求： 作業員到測站后應先安置好接收機使其處于靜置狀態，然后再安置天線；天線可用腳架直接安置在測量標志中心的鉛垂線方向上，對中誤差應小于3mm。天線應整平，天線基座上的圓水準所泡應居中； 天線定向標志應指向正北，定向誤差不宜超過土5 ° o4、觀測作業要求(1)觀測組應嚴格按調度表規定的時間進行作業，以保證同步觀測同一衛星組。當情況有變化需修改調度計劃時，應經作業隊負責人同意，觀測組不得擅自更改計劃。(2)接收機電源電纜和天線應連接無誤，接收機預置狀態應正確，然后方可啟動接收機進行觀測。文檔大全(3)各觀測時段的前后各量取天線高一次，兩次量高之差不大于3mm。取

9、平均值作為最后天線高，記錄在手簿。若互差超限，應查明原因，提出處理意見記入手簿備注欄中。天線高是指觀測時天線平均相位中心至測站中心標志面的高度，分為上、下兩段：上段是指相位中心至天線底面的高度，這是常數hc,由廠家給出；下段是從天線底面至測站中心標志面的高度，由觀測員在現場采用傾斜測量方法直接量取。具體方法是：從三腳架三個空檔(互成 120。)測量天線底盤下表面至測站中心標志面的距離，互差 應小于 3mm ,取平均值為L,天線底盤半徑為R ,再利用廠家提供的hc ,按天線高-/+兒求出。(4)接收機開始記錄數據后，作業人員可使用專用功能鍵選擇菜單，查看測站信息、 接收衛星數、衛星號、各通道信噪

10、比、實時定位結果及存貯介質記錄情況等。(5)儀器工作正常后，作業員及時(每隔 15min )逐項填寫測量手簿中各項內容。(6) 一個時段觀測過程中不得進行以下操作：關閉接收機以重新啟動； 進行自測試(發現故障除外)；改變衛星截止高度角；改變數據采樣間隔；改變天線位置；按動關閉文件和 刪除文件等功能。(7)觀測員在作業期間不得擅自離開測站，并防止儀器受震動和被移動，防止人和其 它物體靠近天線，遮擋衛星信號。(8)接收機在觀測過程中不應在接收機近旁使用對講機和手機等通訊設備；雷雨過境 時應關機停測，并卸下天線以防雷擊。(9)觀測中應保證接收機工作正常，數據記錄正確，每日觀測結束后，應及時將數據 下

11、載到計算機硬、軟盤上，確保觀測數據不丟失。5、外業觀測記錄(1)錄項目應包括下列內容：測站名、測站號； 觀測月、日/年積日、天氣狀況、時段號；觀測時間應包括開始與結束記錄時間，宜采用協調世界時 UTC,填寫至時、分； 接收機設備應包括接收機類型及號碼，天線號碼； 近似位置應包括測站的近似經、緯度和近似高程，經、緯度應取至1 ',高程應取至0.1m ; 天線高應包括測前、測后量得的高度及其平均值，均取至 0.001m ; 觀測狀況應包括電池電壓、接收衛星號及其信噪比( SNR)、故障情況等。(2)記錄應符合下列要求 原始觀測值和記事項目應按規格現場記錄，字跡要清楚、整齊、美觀，不得涂改、

12、轉抄；外業觀測記錄各時段結束后，應及時將每天外業觀測記錄結果錄入計算機硬、軟盤；接收機內存數據文件在下載到存貯介質上時，不得進行任何剔除與刪改，不得調用任何對數據實施重新加工組合的操作指令。六、數據處理方案1、基線解算及其質量檢驗（1）基線解算以雙差固定解作為最終結果，雙差固定解的可靠性由以下兩項指標來判別，即固定解的單位權中誤差（Rms）和整周模糊度檢驗倍率（Ratio ）,其檢驗值見表4。根據表4判別時，Rms必須首先符合要求，而 Ratio值越大表示固定值越可靠。表4 靜態GPS基線固定解可靠性判別表基線長度（km ）<5510>10Rms(m)<0.010<0.

13、012<0.015Ratio>2.5>2.1>2.0（2）同步多邊形閉合差檢驗對于采用同一種數學模型的基線解，其同步時段中任一三邊同步環的坐標分量相對閉合差和全長相對閉合差不宜超過表5的規定。對于采用不同數學模型的基線解， 其同步時段中任一三邊同步環的坐標分量閉合差和全長相對閉合差按獨立環閉合差要求檢核。同步時段中的多邊形同步環，可不重復檢核。表5同步環坐標分量及環線全長相對閉合差的規定（1 X10-6）等級限差類型E 級坐標分量相對閉合差6.0環線全長相對閉合差10.0（3）重復基線邊檢驗重復基線的長度較差不宜超過下式的規定:式中：為e級GPS控制網規定的精度(按實際

14、平均邊長計算)(4)獨立環閉合差檢驗GPS網中選取的獨立基線構無論采用單基線模式或多基線模式解算基線，都應在整個 成獨立環，各獨立環的坐標分量閉合差和全長閉合差應符合下式的規定:叫工3函CFII叼V34cr式中：網：為閉合環邊數;為E級GPS控制網規定的精度(按實際平均邊長計算)匚3 =2、補測與重測(1)無論何種原因造成一個控制點不能與兩條合格的獨立基線相連接，則在該點上應 補測或重測不得少于一條獨立基線。(2)可以舍棄在重復基線較差、同步環閉合差、獨立環閉合差中超限的基線，但應保證舍棄基線后的獨立環所含基線數不超過表2的規定，否則應重測該基線或者有關的同步圖形。(3)由于點位不符合GPS測

15、量要求而造成一個測站多次重測仍不能滿足各項技術規定 時，可按技術設計要求另增選新點進行重測。3、GPS網平差(1)起算數據與坐標系統首先要了解測區中央子午線經度，起算數據的帶號，采用的坐標系等。如岳麓山校區的起算數據為3度帶的1954北京坐標，則中央子午線經度為114。，故采用1954北京坐標系，取中央子午線經度L0=114。的3。帶高斯投影。即有：參考橢球為克拉索夫斯基橢球，長半徑a=6378245m ,扁率“=1/298.3 ;中央子午線經度 Lo= 114 °00 00 ”。高程系統采用1985國家高程基準。(2)三維無約束平差當GPS基線各項質量檢驗符合要求時，應以所有獨立基

16、線組成閉合圖形，以三維基線 向量及其協方差陣作為觀測信息，以一個點的WGS - 84系三維坐標作為起算依據，進行GPS網的三維無約束平差。以提供各GPS控制點在 WGS -84坐標系下的三維坐標，各基線向量三個坐標差觀測值的改正數，基線邊長以及點位和邊長的精度信息，并生成GPS高程擬合的數據文件。在三維無約束平差中，基線向量的改正數(V Sx、Vsy、V 8z)絕對值應滿足下式要求：V 次<3仃V syV3bV &<3 J式中：0r為E級GPS控制網規定的基線的精度。當超限時，可認為該基線或其附近存在粗差基線，應采用軟件提供的方法或人工方法剔除粗差基線，直至符合上式要求。(

17、3)二維約束平差在無約束平差確定的有效觀測量基礎上，以起算數據中提供的已知點作為強制約束的固定值，進行二維約束平差。平差結果就輸出各GPS控制點在前述的坐標系統中的二維平面坐標，基線向量改正數，基線邊長、方位以及坐標、基線邊長、方位的精度信息，轉換參數 及其精度信息。約束平差中，應將已知坐標點組合成不同的約束條件，以發現作為約束的已知坐標與GPS網不兼容（即約束平差結果嚴重扭曲GPS無約束平差結果的精度）。4、水準聯測為滿足GPS控制網高程擬合的需要，GPS-E級控制點應聯測一定比例的四等水準。聯測水準的GPS點均勻分布在測區，水準路線連接成水準網。5、GPS點高程擬合計算要精確11算各 GP

18、S點的正常高，目前主要有GPS水準高程、GPS重力高程和GPS三角高程等方法。其中 GPS水準高程是目前 GPS作業中是常用的方法。用于 GPS高程擬 合計算的方法主要是曲面擬合法（包括平面擬合法、多項式曲面擬合法、多面函數擬合法、 曲面樣條擬合法、非參數回歸曲面擬合法和移動曲面法）。七、提交成果GPS控制網的外業工作和數據處理工作結束后，應及時編寫技術總結報告，并上交資 料。1、技術總結報告應包含以下內容：(1)工程概況，包括測區的范圍與位置、自然地理條件、氣候特點以及任務來源、測區已有測量情況、項目名稱、施測目的和基本精度要求等；(2)施測單位，施測起止時間，技術依據，作業人員情況，接收機類型、數量及檢驗情況，觀測方法，重測、補測情況，作業環境，重合點情況，工作量與工日情況；(3)野外數據檢核情況與分析，起算數據與坐標系統說明，數據后處理內容、方法與軟件情況，平差結果精度分析；(4)方案實施與規范執行情況；(5)各種附表與附圖；(6)提交成果中尚存問題和需要說明的其它問題。2、GPS測量任務完成后，應提交下列資料：(1) E