GPS测绘手册_全站仪、经纬仪、水准仪等工程建筑施工测量仪器设备

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GPS测绘手册

时间：2012-10-16浏览：次责任编辑：四川拓图测绘仪器

GPS测量精度标准及分类

1、对于各类GPS网精度设计主要取决于网的用途。现行的《全球定位系统城市测量技术规程》，以下简称《规程》对GPS测量精度作出如下表1的规定；全球定位系统（GPS）测量规范》，以下简称《规范》对GPS测量精度作出如下表2的规定。其具体精度分级见下表。

表1 GPS测量精度分级（一）

表2 GPS测量精度分级（二）

注：当边长小于200m时，以边长中误差小于20mm来衡量。

2、各级GPS网相邻点间基线长度精度用下式表示：

σ＝√a²+(bd)²

式中：σ— 标准差（基级向量的弦长中误差mm）

a：固定误差（mm）
b：比例误差系数（ppm）
d：相邻点间距离（km）

GPS点的密度标准

《规程》对GPS网中两相邻点间距离视其需要作出如下表3的规定，《规范》对各等级GPS网中两相邻点的平均距离作出如下表3的规定。

表3 GPS网中相邻点间距离单位:（km）

GPS布网要求

GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭和环或附和线路，各等级网组成的闭和环或附和线路应相对独立，以便有效发现成果中的粗差。各级GPS网中每个闭和环或附和线路中的边数应符合表4a和表4b的规定。

GPS网的基准设计

GPS获得的是GPS基线向量，它属于WGS-84坐标系的三维坐标差，而实际我们所需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标，所以在GPS网的技术设计时，必须明确GPS成果所采用坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采用的基准。这项工作称之为GPS网的基准设计。

GPS网的基准包括位置基准﹑方位基准和尺度基准。方位基准一般给定的起算方位角确定，也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。尺度标准一般由地面的电磁波测距边确定，也可以由两个以上起算点间的距离确定，同时也可以由GPS基线向量的距离确定。GPS网的位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。

1、为求定GPS点的地面坐标系的坐标，应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点若干个，用以坐标转换。大﹑中城市GPS控制网应与附近的国家控制点联测3个以上。小城市或工程控制可以联测2~3个。

2、为保证GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性以及减少尺度比误差影响，对GPS网内重合的高级国家点或原城市等级控制网点，除未知点联结图形观测外，对它们也要适当的构成长边图形。

3、GPS网经平差计算后，可以得到GPS点在地面坐标系中的大地高，为求得GPS点的正常高，可据具体情况联测高程点，联测的高程点需要均匀分布于网中，对丘陵或山区联测高程点应按高程拟合曲面的要求进行布设。具体联测宜采用不低于四等水准或与其精度相等的方法进行。

4、新建GPS网的坐标系应尽量与测区过去采用的坐标系统一致，如果采用的是地方独立或工程坐标系，一般还应该了解以下参数：

所采用的参考椭球；
坐标系子午线经度；
纵横坐标加常数；
标系系的投影面高程及测区平均高程及测区平均高程异常值；
起算点坐标值。

GPS测量的外业准备及技术设计书编写

测区踏勘
资料收集
设备﹑器材筹备及人员组织
拟订外业观测计划
设计GPS网与地面网的联测方案，一般在GPS网中至少要重合观测三个以上的地面控制点（尽量选择水准高程）作为约束点。约束点的选择则见GPS网基准设计部分。
GPS接收机选型及检验，GPS接收机的选用参考表5a和表5b。接收机的检验包括一般性检视﹑通电检验和实测检验。
技术设计任务书编写

任务的来源及工作量
测区概况
布网方案
选点和埋石
观测
数据处理
完成任务的具体措施
提交的成果资料

GPS测量的外业实施

1、选点

点位应选在视野开阔处,视场内障碍物的高度角不宜超过15度。
点位应远离大功率的无线电发射源和高压输电线，离高压线不少于50m,离发射源距离不少于200m。
交通便利，有利于其他观测手段扩展和联测。
地面基础稳定，易于点的保存；尽量布设在主要道路路口，少布设在房顶上。
GPS点位应基本满足相应等级平均边长的要求。在大面积空地上（无建筑物）可适当放宽密度，在城镇村庄密集区可适当增加密度，山地部分仅考虑布网结构的要求。
点间一般要求至少一个通视方向，以便今后测量及校对。
应充分利用符合上述要求的合格的旧有控制点及其标石和占见标。
GPS网所选地面进行水准联测点不宜少于3个，并均匀分布于网中。

2、埋石

各等级GPS点的标石及标志规格要求应符合相关标准。
标石可用混凝土按规格预制，也可现场灌制，利用基岩或混凝土路面时可以凿孔现场灌注混凝土埋设标志。
标石整饰，在标石上或点位附近注明点位等级点号。

3、点之记，实地绘制点之记（包括所利用的旧点）。

4、GPS点标石埋设所占土地，应经当地土地使用者或管理部门同意，依法办理征地手续，并办理测量标志委托保管书。

5、观测工作

（1）观测工作依据的主要技术指标

各级GPS测量基本技术规定按表规定执行，对城市及工程GPS控制在作业中应按有关技术指标执行。

注：

在各观测时段，观测时间符合规定的卫星，为有效观测卫星；
计算有效观测卫星总数时，应将各时段卫星观测总数扣除其间的重复卫星数；
观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段；
观测时段数≥1.6，指每站观测一时段，至少60%测站在观测一时段；

（2）天线的安置

在正常点位，天线应架设在三角架上，并安置在标志中心的上方直接对中，天线基座上的圆水准器气泡必须整平。
在特殊点位，在安置天线需要安置在三角占见标顶部拆除，以防对GPS信号的遮挡。这时可将标志中心反投影到观测台或回光台上，作为安置天线的依据。如果占见标顶部无法拆除，接收天线若安置在标架内观测，就会造成卫星信号中断，影响GPS测量精度。在这种情况下，可进行偏心观测。偏心点选在离三角点100m以内的地方，归心元素应以解析法精密测定。
天线的定向标志应指向正北，并顾及当地磁偏角的影响，以减弱相位中心偏差的影响。天线定向误差依精度不同而异，一般不超过±30～50。
挂风天气安置天线时，应将天线进行三方向固定，以防倒地碰坏。雷雨天气安置天线时，应注意将其底盘接地，以防雷击天线。
架设天线不宜过低，一般应距地面1m以上。天线架设好后，在圆盘天线间隔1200的三个方向分别量取天线高，三次测量结果之差不应超过3mm，取其三次结果的平均值记入测量手簿，天线高记录取至0.001m。
测量气象参数：在高精度GPS测量中，要求测定气象参数。
复查点名并记入测量手簿中，将天线电缆与仪器进行连接，经检查无误后，方可通电启动仪器。

（3）开机观测

（4）观测记录

（5）关机，整理仪器

数据预处理及观测成果的质量检核

1、数据预处理

数据处理软件及选择
基线解算

2、观测成果的外业检核

采用随机软件或使用测绘管理部门推荐使用的专用GPS解算软件进行基线解算、平差计算和精度评定等。

（1）各级GPS网相邻点间基线长度精度用下式表示：

σ＝√a²+(bd)²

式中：σ— 标准差（基级向量的弦长中误差mm）

a：固定误差（mm）
b：比例误差系数（ppm）
d：相邻点间距离（km）

（2）每个时段同步环观测数据的检核

数据的剔除率，剔除的观测值个数与应获取的观测值个数的比值称为数据剔除率。同一时段观测值的饿数据剔除率，其值应小于10％。
采用单基线处理模式时，对于采用同一数学模型的基线解，其同步时段中任一的三边同步环的坐标分量相对闭和差和全长相对闭和差不得超过表7所列限差。

（3）同步观测环检核

所有闭和环的分量闭和差≤σ·√n／5，而环闭和差

W=√W²X ＋W²Y＋W²Z ≤σ·√3n／5

（4）异步观测环检核

无论采用单基线模式或多基线模式，都应在整个GPS网中选取一组完全独立的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差应符合:

Wx≤σ·2√n
Wy≤σ·2√n
Wz≤σ·2√n
W ≤σ·2√3n

式中： W — 环闭合差，W=√W²X ＋W²Y＋W²Z

n ：独立环中的边数
σ：相应级别规定的精度（按实际平均边长计算）

（5）复测基线的长度较差，应满足：

ds≤σ·2√2

3、野外返工

同步环、异步环、复测基线超限时，可采用软件提供的方法或人工方法剔除粗差基线，但应保证舍弃基线后的独立环所含基线数不得超过表4的规定；否则，应重测该基线或者有关同步图形。
每个控制点应保证与两条以上合格独立基线相联结，否则应在该点补测或重测不少于一条独立基线。
由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项限差技术规定时，可按技术设计规定要求另增选新点进行重测。
需进行重测或补测的边，应尽量安排在一起进行同步观测。

4、GPS网平差处理

当质量检验符合要求时，应以所有独立基线组成闭合图形，以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息，以一个点的WGS-84系三维坐标作为起算依据，进行GPS网的无约束平差。无约束平差中，基线向量的改正数（V△x ，V△y ，V△z）绝对值应满足下式要求：