1、靜態控制測量運行原理2009-7-2 22:05:45 來源： 徐州亞名儀器儀表有限公司 進入該公司展臺 由于GPS測量工作的實施方法取決于用戶的具體要求，因此這里有必要對使用靜態測量系統建立控制網的一般過程、作業的方法和原則進行介紹。至于有特殊要求的用戶還可參照國家有關部門頒發的測量規范。 1。1 概述 GPS測量工作與經典大地測量工作相類似，按其性質可分為外業和內業兩大部分。其中：外業工作主要包括選點(即觀測站址的選擇)、建立觀測標志、野外觀測作業以及成果質量檢核等；內業工作主要包括GPS測量的技術設計、測后數據處理以及技術總結等。如果按照GPS測量實施的工作程序，則大體可分為這樣幾個階段

2、：技術設計、選點與建立標志、外業觀測、成果檢核與處理。GPS測量是一項技術復雜、要求嚴格、耗費較大的工作，對這項工作總的原則是，在滿足用戶要求的情況下，盡可能地減少經費、時間、和人力的消耗。因此，對其各階段的工作都要精心設計和實施。南方靜態測量系統GPS測量的工作程序如下圖： 1。2 系統作業模式 GPS測量的作業模式是指利用GPS定位技術，確定觀測站之間相對位置所采用的作業方式。它主要由GPS接收設備的軟件和硬件來決定。不同的作業模式其作業的方法和觀測時間亦有所不同，因此亦有不同的應用范圍。S60GPS測量系統主要是用作控制測量用，采取的是靜態載波相位相對定位模式。下面簡單介紹S60GPS測

3、量系統的測量模式。 1.2.1 靜態相對定位模式一、作業方法：采用兩臺(或兩臺以上)靜態接收機，分別安置在一條(或數條)基線的端點，根據基線長度和要求的精度，按靜態GPS測量系統外業的要求同步觀測四顆以上的衛星數時段，時段從30分鐘至幾個小時不等。二、定位精度：基線測量的精度可達(3mm1ppmD)，D為基線長度，以公里計。三、作業要求：采取這種作業模式所觀測的獨立基線邊，應構成閉合圖形(如三角形、多邊形)，以利于觀測成果的檢核，增強網的強度，提高成果的可靠性和精確性。四、適用范圍：建立國家大地控制網(二等或二等以下)；建立精密工程控制網，如橋梁測量、隧道測量等；建立各種加密控制網，如城市測量

4、、圖根點測量、道路測量、勘界測量等。觀測中至少跟蹤四顆衛星，同時基線邊長一般不要超過15公里。五、作業范圍：控制測量及其加密；工程測量、勘界測量；地籍測量及碎部測量等。 1.3 GPS網的技術設計 GPS網的技術設計是GPS測量工作實施的第一步，是一項基礎性工作。這項工作應根據網的用途和用戶的要求來進行，其主要內容包括精度指標的確定，網的圖形設計和網的基準設計。 1.3.1 測量的精度標準 對GPS網的精度要求，主要取決于網的用途。精度指標通常均以網中相鄰點之間的距離誤差來表示，其形式為 根據GPS網的不同用途，其精度可劃分為如表11所列的五類標準。 不同級別GPS網的精度標準 表1-1 在G

5、PS網總體設計中，精度指標是比較重要的參數，它的數值將直接影響GPS網的布設方案、觀測數據的處理以及作業的時間和經費。在實際設計工作中，用戶可根據所作控制的實際需要和可能，合理地制定。既不能制定過低而影響網的精度，也不必要盲目追求過高的精度造成不必要的支出。 1.3.2網的圖形設計網的圖形設計雖然主要決定于用戶的要求，但是經費、時間和人為的消耗以及所需接收設備的類型、數量和后勤保障條件等，也都與網的設計有關。對此應當充分加以顧及，以期在滿足用戶要求的條件下盡量減少消耗。為了滿足用戶的要求，設計的一般原則是： GPS網一般應通過獨立觀測邊構成閉合圖形，例如三角形、多邊形或附合線路，以增加檢核條件

6、，提高網的可靠性。 GPS網點應盡量與原有地面控制網點相重合。重合點一般不應少于3個(不足時應聯測)且在網中應分布均勻，以便可靠地確定GPS網與地面網之間的轉換參數。 GPS網點應考慮與水準點相重合，而非重合點一般應根據要求以水準測量方法(或相當精度的方法)進行聯測，或在網中設一定密度的水準聯測點，以便為大地水準面的研究提供資料。 為了便于觀測和水準聯測，GPS網點一般應設在視野開闊和容易到達的地方。 為了便于用經典方法聯測或擴展，可在網點附近布設一通視良好的方位點，以建立聯測方向。方位點與觀測站的距離，一般應大干300米。根據GPS測量的不同用途，GPS網的獨立觀測邊均應構成一定的幾何圖形。

7、圖形的基本形式如下：1.三角形網GPS網中的三角形邊由獨立觀測邊組成。根據經典測量可知，這種圖形的幾何圖形幾何結構強，具有良好的自檢能力，能夠有效的發現觀測成果的粗差，以保障網的可靠性。同時，經平差后網中相鄰點間基線向量的精度分布均勻。但其觀測工作量較大，尤其當接收機的數量較少時，將使觀測工作的總時間大為延長，因此通常只有當網的精度和可靠性要求較高，接收機數目在三臺以上時，才單獨采用這種圖形。見圖1-2。2. 環形網環形網是由若干含有多條獨立觀測邊的閉合環所組成的網，這種網形與經典測量中的導線網相似，圖形的結構比三角形稍差。此時閉合環中所含基線邊的數量決定了網的自檢能力和可靠性。一般來說，閉合

8、環中包含的基線邊不能超過一定的數量。根據有關規范，對閉合環中基線的邊數有以下限制； 最簡獨立閉合環或符合路線邊數的規定 表1-2 環形網的優點是觀測工作量較小，且具有較好的自檢性和可靠性，其缺點主要是，非直接觀測的基線邊(或間接邊)精度較直接觀測邊低，相鄰點間的基線精度分布不均勻。作為環形網特例，在實際工作中還可以按照網的用途和實際的情況，采用所謂附合線路。這種附合線路與經典測量中的附合導線相似。采用這種圖形的條件是，附合線路兩端點間的已知基線向量，必須具有較高的精度，另外，附合線路所包含的基線邊數，也不能超過一定的限制。見圖1-3。 圖1-2 三角形網 圖1-3 環形網 圖1-4 星形網 3

9、. 星形網 星形網的幾何圖形簡單，但其直接觀測邊之間，一般不構成閉合圖形，所以其檢驗與發現粗差的能力較差。 這種網的主要優點，是觀測中通常只需要兩臺GPS接收機，作業簡單。因此在快速靜態定位和動態定位等快速作業模式中，大多采用這種網形。它廣泛用于工程放樣、邊界測量、地籍測量和碎部測量等。見圖1-4。三角形和環形網，是大地測量和精密工程測量中普遍采取的兩種基本圖形。用戶還可以根據實際情況采用上述兩種圖形的混合網形。 1.3.3基線長度GPS接收機對收到的衛星信號量測可達毫米級的精度。但是，由于衛星信號在大氣傳播時不可避免地受到大氣層中電離層及對流層的擾動，導致觀測精度的降低。因此在GPS測量中，

10、通常采用差分的形式，用兩臺接收機來對一條基線進行同觀測。在同步觀測同一組衛星時，大氣層對觀測的影響大部分都被抵消了。基線越短，抵消的程度越顯著，因為這時衛星信號通過大氣層到達兩臺接收機的路徑幾乎相同。因此，建議用戶在設計基線邊時以20公里范圍以內為宜。基線邊過長，一方面觀測時間勢必增加，另一方面由于距離增大而導致電離層的影響有所增強。 1.3.4網的基準在全球定位系統中，衛星主要視作位置已知的高空觀測目標。所以，為了確定接收機的位置，GPS衛星的瞬時位置通常歸化到統一的地球坐標系統。現在全球定位系統采用的WGS84坐標系統，是一個精確的全球大地坐標系統。而我國的國家大地坐標系采用的是1954北

11、京坐標系及1980西安坐標系。通常在工程測量中，還往往采用獨立的施工坐標系。因此，在GPS測量中必須確定地區性坐標系與全球坐標系的大地測量基準之差，并進行兩坐標系統之間的轉換。南方S60GPS測量系統軟件很方便就可實現WGS84、54坐標系、80坐標系中空間直角坐標、大地坐標及高斯平面直角坐標之間的轉換，并且可以采用高斯投影或UTM投影在任何獨立坐標系中進行網平差處理。 1.4 選點與埋石 1.4.1選點由于GPS測量觀測站之間無需相互通視，而且網的圖形結構也比較靈活，所以選點工作遠較經典控制測量的選點工作簡便。但由于點位的選擇對于保證觀測工作的順利進行和可靠地保證測量成果精度具有重要意義，所

12、以，在選點工作開始之前，應充分收集和了解有關測區的地理情況以及原有測量標志點的分布及保持情況，以便確定適宜的觀測站位置。選點工作通常應遵守的原則是：觀測站(即接收天線安置點)應遠離大功率的無線電發射臺和高壓輸電線，以避免其周圍磁場對GPS衛星信號的干擾。接收機天線與其距離一般不得小于200m；觀測站附近不應有大面積的水域或對電磁波反射(或吸收)強烈的物體，以減弱多路徑效應的影響；觀測站應設在易于安置接收設備的地方，且視野開闊。在視場內周圍障礙物的高度角，一般應大于1015，以減弱對流層折射的影響；觀測站應選在交通方便的地方，并且便于用其它測量手段聯測和擴展；對于基線較長的GPS網，還應考慮觀測

13、站附近具有良好的通訊設施(電話與電報、郵電)和電力供應，以供觀測站之間的聯絡和設備用電；點位選定后(包括方位點)，均應按規定繪制點位注記，其主要內容應包括點位及點位略圖，點位的交通情況以及選點情況等。注：用戶如果在樹木等對電磁波傳播影響較大的物體下設觀測站，當接收機工作時，接收的衛星信號將產生畸變，這樣即使采集時各項指標都較好，但結果將是不可靠的。建議用戶根據需要在GPS點大約300米附近建立與其通視的方位點，以便在必要時采用常規經典的測量方法進行聯測。在點位選好后，在對點位進行編號時必須注意點位編號的合理性，在野外采集時輸入的觀測站名是由四個任意輸入的字符組成，為了在測后處理時方便及準確，必

14、須不使點號重復。建議用戶在編號時盡量采用數字按順序編號。 1.4.2 埋石在GPS測量中，網點一般應設置在具有中心標志的標石，以精確標志點位。具體標石的設置可參照有關規范，對于一般的控制網，只需要采用普通的標石，或在巖層、建筑物上做標志。 1.5 靜態測量系統的野外作業 1.5.1 制定觀測計劃在施測前，建議用戶根據網的布設方案、規模的大小、精度要求、GPS衛星星座、參與作業的GPS數量以及后勤保障條件(交通、通信)等，制定觀測計劃。一、確定工作量用戶根據網的精度要求、接收機數目，顧及效率和網的精度、可靠性而確定工作量。具體方法可參考有關規范。這里僅強調一下觀測時段、時段長度(同栠 觀測時間)

15、與基線長度等的關系。 為了在后處理中能取得符合精度的成果，必須保證接收機的一定同步觀測時間，其取決于眾多的因素：如基線長度、觀測衛星的數目、衛星的空間位置精度因子(PDOP)及大氣層(主要指電離層)狀況。如果用戶在4顆以上的衛星且PDOP值小于4.0的情況下進行觀測，那么所需的觀測時間將主要取決于基線的長度及電離層擾動。電離層的擾動是隨時間及點位的位置而變化的。由于電離層的擾動在夜間要小得多，因此夜間的觀測時間通常可以減小一半，或者測程增加一倍。所以，夜間將有利于10km以上的長基線測量。但是，除非有特別的限制條件，否則要規定精確的觀測時間是不客觀的。表1-3僅就一般情況下同步觀測的時段數及時

16、段的長度必須滿足的要求提供一個參考值。 各級GPS測量基本技術要求規范 表1-3 注：夜間可以將觀測時間縮短一半，或者把距離延長一倍。二、采用分區觀測若GPS網的點數較多，而參與同步觀測時段的S60GPS接收機數目有限時，建議分區進行觀測。但必須在相鄰分區設置公共點，且公共點的數量一般不得少于3個。當相鄰分區的公共點點數過少，將使網的整體性變差，從而影響網的精度，如增加公共點數則又會延緩測量工作的進程，這一點請用戶根據網的要求慎重考慮。在一個觀測分區內，用戶還可根據參加作業的接收機數量，分成若干個同步觀測的子區(每個子區必須有兩臺以上的接收機)，這樣整個測區就很容易進行作業管理，從而有利于作業

17、效率的提高。三、選擇觀測時段在GPS測量中，所測衛星與觀測站所組成的幾何圖形，其強度可取空間位置精度因子(PDOP)來表示。無論是絕對定位或相對定位，其值均不應超過一定的要求。對應各精度等級，PDOP值應不超過下表所列限值。各級GPS測量中PDOP要求規定 表1-4 級 別 PDOP 8 1010注：為了保證觀測的質量，實際上PDOP一般在4.0以下才采集數據。四、確定觀測進程及調度最佳觀測時間確定后，在觀測工作開始之前，須制定觀測工作的進程表及接收機的調度計劃。尤其當GPS網的規模較大，參加作業的GPS較多時，建議用戶仔細地制定和選擇這些計劃的優化方案，這對于順利地實現預定的觀測任務極為重要

18、。觀測工作的進程計劃，涉及到網的規模、精度要求、作業的接收機數目和后勤保障條件等，在實際工作中，應根據最優化的原則合理制定。 1.5.2安置及啟動儀器安置儀器的步驟：?在選好的觀測站點上安放三腳架。注意觀測站周圍的環境必須符合上述的條件，即凈空條件好，遠離反射源，避開電磁場干擾等。因此，安放時用戶應盡量避免將接收機放在樹蔭、建筑物下，也不要在靠近接收機的地方使用對講機，手提電話等無線電設備。?小心打開儀器箱，取出基座及對中器，將其安放在腳架上，在測點上對中、整平基座。?從儀器箱中取出接收機，將其安放在對中器上，并將其鎖緊，再分別取出采集器及其托盤，將它們安裝在腳架上。在安置儀器時用戶要注意下面

19、的幾點：?當儀器需安置在三角點覘標的基板時，應先將覘標頂部拆除，以防止對信號的干擾，這時，可將標志的中心投影在基板上，作為安置儀器的依據。基座上的水準管必須嚴格居中。 觀測時間)與基線長度等的關系。 為了在后處理中能取得符合精度的成果，必須保證接收機的一定同步觀測時間，其取決于眾多的因素：如基線長度、觀測衛星的數目、衛星的空間位置精度因子(PDOP)及大氣層(主要指電離層)狀況。如果用戶在4顆以上的衛星且PDOP值小于4.0的情況下進行觀測，那么所需的觀測時間將主要取決于基線的長度及電離層擾動。電離層的擾動是隨時間及點位的位置而變化的。由于電離層的擾動在夜間要小得多，因此夜間的觀測時間通常可以

20、減小一半，或者測程增加一倍。所以，夜間將有利于10km以上的長基線測量。但是，除非有特別的限制條件，否則要規定精確的觀測時間是不客觀的。表1-3僅就一般情況下同步觀測的時段數及時段的長度必須滿足的要求提供一個參考值。 各級GPS測量基本技術要求規范 表1-3 注：夜間可以將觀測時間縮短一半，或者把距離延長一倍。二、采用分區觀測若GPS網的點數較多，而參與同步觀測時段的S60GPS接收機數目有限時，建議分區進行觀測。但必須在相鄰分區設置公共點，且公共點的數量一般不得少于3個。當相鄰分區的公共點點數過少，將使網的整體性變差，從而影響網的精度，如增加公共點數則又會延緩測量工作的進程，這一點請用戶根據

21、網的要求慎重考慮。在一個觀測分區內，用戶還可根據參加作業的接收機數量，分成若干個同步觀測的子區(每個子區必須有兩臺以上的接收機)，這樣整個測區就很容易進行作業管理，從而有利于作業效率的提高。三、選擇觀測時段在GPS測量中，所測衛星與觀測站所組成的幾何圖形，其強度可取空間位置精度因子(PDOP)來表示。無論是絕對定位或相對定位，其值均不應超過一定的要求。對應各精度等級，PDOP值應不超過下表所列限值。各級GPS測量中PDOP要求規定 表1-4 級 別 PDOP 8 1010注：為了保證觀測的質量，實際上PDOP一般在4.0以下才采集數據。四、確定觀測進程及調度最佳觀測時間確定后，在觀測工作開始之

22、前，須制定觀測工作的進程表及接收機的調度計劃。尤其當GPS網的規模較大，參加作業的GPS較多時，建議用戶仔細地制定和選擇這些計劃的優化方案，這對于順利地實現預定的觀測任務極為重要。觀測工作的進程計劃，涉及到網的規模、精度要求、作業的接收機數目和后勤保障條件等，在實際工作中，應根據最優化的原則合理制定。 1.5.2安置及啟動儀器安置儀器的步驟：?在選好的觀測站點上安放三腳架。注意觀測站周圍的環境必須符合上述的條件，即凈空條件好，遠離反射源，避開電磁場干擾等。因此，安放時用戶應盡量避免將接收機放在樹蔭、建筑物下，也不要在靠近接收機的地方使用對講機，手提電話等無線電設備。?小心打開儀器箱，取出基座及

23、對中器，將其安放在腳架上，在測點上對中、整平基座。?從儀器箱中取出接收機，將其安放在對中器上，并將其鎖緊，再分別取出采集器及其托盤，將它們安裝在腳架上。在安置儀器時用戶要注意下面的幾點：?當儀器需安置在三角點覘標的基板時，應先將覘標頂部拆除，以防止對信號的干擾，這時，可將標志的中心投影在基板上，作為安置儀器的依據。?基座上的水準管必須嚴格居中。觀測時間)與基線長度等的關系。 為了在后處理中能取得符合精度的成果，必須保證接收機的一定同步觀測時間，其取決于眾多的因素：如基線長度、觀測衛星的數目、衛星的空間位置精度因子(PDOP)及大氣層(主要指電離層)狀況。如果用戶在4顆以上的衛星且PDOP值小于

24、4.0的情況下進行觀測，那么所需的觀測時間將主要取決于基線的長度及電離層擾動。電離層的擾動是隨時間及點位的位置而變化的。由于電離層的擾動在夜間要小得多，因此夜間的觀測時間通常可以減小一半，或者測程增加一倍。所以，夜間將有利于10km以上的長基線測量。但是，除非有特別的限制條件，否則要規定精確的觀測時間是不客觀的。表1-3僅就一般情況下同步觀測的時段數及時段的長度必須滿足的要求提供一個參考值。 各級GPS測量基本技術要求規范 表1-3 注：夜間可以將觀測時間縮短一半，或者把距離延長一倍。二、采用分區觀測若GPS網的點數較多，而參與同步觀測時段的S60GPS接收機數目有限時，建議分區進行觀測。但必須在相鄰分區設置公共點，且公共點的數量一般不得少于3個。當相鄰分區的公共點點數過少，將使網的整體性變差，從而影響網的精度，如增加公共點