全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 1.GPS（ Global Positioning System）簡介 即全球定位系統(tǒng)，是由美國建立的一個衛(wèi) 星導航定位系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)，用戶可以在全 球范圍內(nèi)實現(xiàn)全天候、連續(xù)、實時的三維導航 定位和測速；另外，利用該系統(tǒng)，用戶還能夠 進行高精度的時間傳遞和高精度的精密定位。 GPS 計劃始于 1973 年，已于 1994 年進入完全 運行狀態(tài)。 GPS 的整個系由空間部分、地面控 制部分和用戶部分所組成： 1.1 GPS 系統(tǒng)的組成 空間部分： 提供星歷和時間信息 發(fā)射偽距和載表信號 提供其它輔助信息 地面控制部分： 中心控制系統(tǒng) 實現(xiàn)時間同步 跟蹤衛(wèi)星進行定軌 用戶部分 ： 接收并測衛(wèi)星信號 記錄處理數(shù)據(jù) 提供導航定位信息 空間部分 24顆衛(wèi)星（ 21+3） 6個軌道平面 55軌道傾角 20200km軌道高度（地面高度） 12小時（恒星時）軌道周期 5個多小時出現(xiàn)在地平線以上（每顆星） 1.2 GPS定位測量特點 一、 GPS特點： 1 、定位精度高 應用實踐已經(jīng)證明， GPS相對定位精度在 50KM以內(nèi)可達 ， 100-500KM可 達 ， 1000KM可達 。在 300-1500m工程精密定位中， 1小時以上觀測的 解其平面位置誤差小于 1mm。 2 、觀測時間短 隨著 GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前， 20KM以內(nèi)相對靜態(tài)定位， 僅需 15-20 分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在 15KM以內(nèi) 時，流動站觀 測時間只需 1-2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。 3、 測站間無須通視 4 、可提供三維坐標 經(jīng)典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測。 GPS可同時精確測定測站 點的三維坐標。 目前 GPS水準可滿足四等水準測量的精度。 610 710 910 5、 操作簡便 隨著 GPS接收機不斷改進，自動化程度越來越高， 有的已達“傻瓜化”的程度；接收機的體積 越來越小， 重量越來越輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程 度和勞動強度。 使野外工作變得輕松愉快。 6、全天候作業(yè) 目前 GPS觀測可在一天 24小時內(nèi)的任何時間進行 , 不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等氣候的影響。 7、功能多、應用廣 GPS系統(tǒng)不僅可用于測量、導航，還可用于測速、 測時。測速的精度可達 0.1M/S，測時的精度可達幾十 毫微秒。其應用領域不斷擴大。 1.3 GPS 定位的誤差源 （ 1）與 GPS衛(wèi)星有關的因素 SA政策 美國政府從其國家利益出發(fā)，通過降低廣播星歷精度、 在 GPS 基準信號中加入高頻抖動（技術）等方法，人為降低普 通用戶利用 GPS 進行導航定位時的精度。 衛(wèi)星星歷誤差 在進行 GPS 定位時，計算在某時刻 GPS 衛(wèi)星位置所需的 衛(wèi)星軌道參數(shù)是通過各種類型的星歷提供的，但不論采用哪種 類型的星歷，所計算出的衛(wèi)星位置都會與其真實位置有所差異， 這就是所謂的星歷誤差。 衛(wèi)星鐘差 衛(wèi)星鐘差是 GPS 衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時與 GPS 標準時間之間的誤差。 衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差 衛(wèi)星信號發(fā)射天線相位中心偏差是 GPS 衛(wèi)星上信號發(fā)射 天線的標稱相位中心與其真實相位中心之間的差異。 電離層延遲 由于地球周圍的電離層對電磁波的折射效應，使得 GPS 信 號的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為電離層延遲。電磁波所 受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電 子總含量有關。 對流層延遲 由于地球周圍的對流層對電磁波的折射效應，使得 GPS 信 號的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱為對流層延遲。電磁波所 受對流層折射的影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓 有關。 多路徑效應 由于接收機周圍環(huán)境的影響，使得接收機所接收到的衛(wèi)星 信號中還包含有各種反射和折射信號的影響，這就是所謂的多 路徑效應。 （ 2）與傳播途徑有關的因素 （ 3）與接收機有關的因素 接收機鐘差 接收機鐘差是 GPS 接收機所使用的鐘的鐘 面時與 GPS 標準時之間的差異。 接收機天線相位中心偏差 接收機天線相位中心偏差是 GPS 接收機天 線的標稱相位中心與其真實的相位中心之間的 差異。 接收機軟件和硬件造成的誤差 在進行 GPS 定位時，定位結果還會受到諸 如處理與控制軟件和硬件等的影響。 （ 4）其它 GPS 控制部分人為或計算機造成的影響 由于 GPS 控制部分的問題或用戶在進 行數(shù)據(jù)處理時引入的誤差等。 數(shù)據(jù)處理軟件的影響 數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對定位結果 的影響。 2 坐標系、基準和坐標系統(tǒng) 2.1 坐標系 測量的基本任務就是確定物體在空間中的位 置、姿態(tài)及其運動軌跡。而對這些特征的描 述都是建立在某一個特定的空間框架和時間 框架之上的。所謂空間框架就是我們常說的 坐標系統(tǒng)，而時間框架就是我們常說的時間 系統(tǒng)。 空間直角坐標系 空間直角坐標系的坐 標系原點位于參考橢 球的中心， Z 軸指向 參考橢球的北極， X 軸指向起始子午面與 赤道的交點， Y 軸位 于赤道面上，且按右 手系與 X 軸呈 90 夾 角。某點在空間中的 坐標可用該點在此坐 標系的各個坐標軸上 的投影來表示。 空間大地坐標系 空間大地坐標系是采用大地經(jīng)、緯度和大地高 來描述空間位置的。緯 度是空間的點與參考橢 球面的法線與赤道面的 夾角，經(jīng)度是空間中的 點與參考橢球的自轉(zhuǎn)軸 所在的面與參考橢球的 起始子午面的夾角，大 地高是空間點沿參考橢 球的法線方向到參考橢 球面的距離。 平面直角坐標系 平面直角坐標系是利用投影變換， 將空間坐標（空間直角坐標或空間 大地坐標）通過某種數(shù)學變換映射 到平面上，這種變換又稱為投影變 換。投影變換的方法有很多，如 UTM 投影、 Lambert 投影等，在我 國采用的是高斯 -克呂格投影，也 稱為高斯投影 。 2.2 基 準 所謂基準是指為描述空間位置 而定義的點、線、面，在大地 測量中，基準是指用以描述地 球形狀的參考橢球的參數(shù)，如 參考橢球的長、短半軸，以及 參考橢球在空間中的定位及定 向，還有在描述這些位置時所 采用的單位長度的定義。 2.3 GPS 測量中常用的坐標系統(tǒng) WGS-84 坐標系是目前 GPS 所采用的坐標系統(tǒng)， GPS 所發(fā)布的星歷參 數(shù)就是基于此坐標系統(tǒng)的。 WGS- 84 坐標系的坐標原點位于地球的 質(zhì)心， Z 軸指向 BIH1984.0 定義的 協(xié)議地球極方向， X 軸指向 BIH1984.0的零子午面和赤道的交 點， Y 軸與 X 軸和 Z 軸構成右手系。 1954 年北京坐標系 1954 年北京坐標系是我國目前廣泛采用的大 地測量坐標系 ,采用的參考橢球是克拉索夫斯 基橢球，遺憾的是，該橢球并未依據(jù)當時我 國的天文觀測資料進行重新定位，而是由前 蘇聯(lián)西伯利亞地區(qū)的一等鎖，經(jīng)我國的東北 地區(qū)傳算過來的，該坐標系的高程異常是以 前蘇聯(lián) 1955 年大地水準面重新平差的結果為 起算值，按我國天文水準路線推算出來的， 而高程又是以 1956 年青島驗潮站的黃海平均 海水面為基準。 克拉索夫斯基橢球參數(shù)同現(xiàn)代精確的橢球參數(shù)的 差異較大，并且不包含表示地球物理特性的參數(shù)， 因而給理論和實際工作帶來了許多不便。 橢球定向不十分明確，橢球的短半軸既不指向國 際通用的 CIO 極， 也不指向目前我國使用的 JYD 極。 參考橢球面與我國大地水準面呈西高東低的系統(tǒng)性 傾斜，東部高程異常達 60余米，最大達 67米。 該坐標系統(tǒng)的大地點坐標是經(jīng)過局部分區(qū)平差得 到的，因此，全國的天文大地控制點實際上不能形 成一個整體，區(qū)與區(qū)之間有較大的隙距，如在有的 接合部中，同一點在不同區(qū)的坐標值相差 1-2 米， 不同分區(qū)的尺度差異也很大，而且坐標傳遞是從東 北到西北和西南，后一區(qū)是以前一區(qū)的最弱部作為 坐標起算點，因而一等鎖具有明顯的坐標積累誤差。 1954 年北京坐標系存在著很多缺點 1980 年西安大地坐標系 1978 年，我國決定重新對全國天文大地網(wǎng)施行整體 平差，并且建立新的國家大地坐標系統(tǒng)，整體平差 在新大地坐標系統(tǒng)中進行，這個坐標系統(tǒng)就是 1980 年西安大地坐標系統(tǒng)。 1980 年西安大地坐標系統(tǒng)所 采用的地球橢球參數(shù)的四個幾何和物理參數(shù)采用了 IAG 1975 年的推薦值，橢球的短軸平行于地球的自 轉(zhuǎn)軸（由地球質(zhì)心指向 1968.0 JYD 地極原點方向）， 起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面，橢球 面同似大地水準面在我國境內(nèi)符合最好，高程系統(tǒng) 以 1956 年黃海平均海水面為高程起算基準。 高程系統(tǒng) *一）、大地高系統(tǒng) H 大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準面的高程系統(tǒng)。 *二）、正高系統(tǒng) Hg 正高系統(tǒng)是以大地水準面為基準面的高程系統(tǒng) 。 某點的正高是該點到通過 該點的鉛垂線與大地水準面的交點之間的距離 ， 正高用符號 Hg表示 。 *三 ） 、 正常高 H 正常高系統(tǒng)是以似大地水準面為基準的高程系統(tǒng) 。 某點的正常高是該點到 通過該點的鉛垂線與似大地水準面的交點之間的距離 ， 正常高用 H 表示 。 大地水準面 參考橢球面 似大地水準面 地球表面 H g H h g H 高程系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關系 大地水準面到參 考橢球面的距離 ， 稱 為大地水準面差距 ， 記為 hg 。 大地高與 正高之間的關系可以 表示為： H=Hg+hg 似大地水準面到 參考橢球面的距離 ， 稱為高程異常 ， 記為 。 大地高與正常 高之間的關系可以表 示為： H= H + 大地水準面 參考橢球面 似大地水準面 地球表面 H g H h g H 高程異常 或大地水準面差距 hg的確定方法 1、 等值線圖法 從高程異常圖或大 地水準面差距圖分別查 出各點的高程異?；虼?地水準面差距 ， 然后分 別采用下面兩式可計算 出正常高和正高 。 正常高 : H = H- 正高： Hg=H-hg 2、 地球模型法 地球模型法本質(zhì) 上是一種數(shù)字化的 等值線圖，目前國 際上較常采的地球 模型有 EGM96、 OSU91A等。帶入經(jīng) 緯度坐標即可得到 或 hg 。 2.4采用載波相位觀測值 發(fā)自衛(wèi)星 的電磁波 信號： 信號量測精度優(yōu)于波長的 1/100 載波波長（ L1=19cm, L2=24cm)比 C/A碼波長 (C/A=293m)短 得多 所以， GPS測量采用載波相位觀測值可以獲得比偽距（ C/A碼或 P 碼）定位高得多的成果精度，同時消除掉由于電離層效應而引起 的延遲誤差。 L1載波 L2載波 C/A碼 P-碼 p=29.3 m L2=24 cm L1=19c m C/A=293 m 組成星際站際兩次差分觀測值 可以消去衛(wèi)星鐘的系統(tǒng)偏差 可以消去接收機時鐘的誤差 Pik Plj P i j Pj Plk Pk Sl Si 可以消去軌道（星歷）誤差的影響 可以削弱大氣折射對觀測值的影響 載波相位差分原理 載波相位差分 GPS的方法分為兩類：修 正法和差分法。前者與偽距差分相同，基準 站將載波相位修正值發(fā)送給用戶站，以改正 其載波相位，從而解算坐標。 后者將基準站采集的載波相位發(fā)送給 用戶臺，用戶臺結合來自衛(wèi)星的載波相位求 差解算坐標。 3 GPS測量的設計與實施 GPS測量的技術設計 GPS測量的外業(yè)準備及技術設計書編 寫 GPS測量的外業(yè)實施 GPS測量的作業(yè)模式 數(shù)據(jù)預處理及觀測成果的質(zhì)量 技術總結與上交資料 3.1.1 GPS網(wǎng)技術設計的依據(jù) GPS布網(wǎng)設計與數(shù)據(jù)采集的技術依據(jù)主要是 GPS測量規(guī)范和測量 任務書 。 二者同時也是數(shù)據(jù)處理等后續(xù)工作的技術依據(jù) 。 一、測量任務書 測量任務書是測量施工單位上級主管部門下達的技術文件。這 種技術文件是指令性文件，它規(guī)定了測量任務的范圍和目的，進度 和密度的要求，完成任務并上交成果資料的項目和時間安排以及完 成測量任務的經(jīng)濟指標。 二、 GPS測量規(guī)范 是國家測繪主管部門或行業(yè)部門制定的技術法規(guī)。主要有： 2001年國家測繪局頒布的 全球定位系統(tǒng)（ GPS）的測量規(guī)范 1998年建設部發(fā)布的行業(yè)標準 全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī) 程 各部委根據(jù)本部門 GPS工作的實際情況制定的其他 GPS測量規(guī)程 和細則。 3.1 GPS測量的技術設計 3.1.2 GPS網(wǎng)的精度 、 密度設計 1、 精度設計 對于 GPS網(wǎng)的精度要求 ， 主要取決于網(wǎng)的用途和定位 技術所能達到的精度 。 精度指標通常是以相臨點間弦長 的標準差來表示 ， 即 22()a bd 式中 GPS基線向量的弦長中誤差 ， mm； GPS接收機標稱精度中的固定誤差 ， mm； b GPS接收機標稱精度中的比例誤差系數(shù) ，ppm； d GPS衛(wèi)星定位網(wǎng)中相臨點間的距離 ， km。 a 級別 平均距離 （ km） 固定誤差 a（ mm） 比例誤差 b（ ppmD） AA 1000 3 0.01 A 300 5 0.1 B 70 8 1 C 10 15 10 5 D 5 10 10 10 E 0.2 5 10 20 規(guī)范規(guī)定的 GPS測量精度分級（一） 等級 平均距離 （ km） a （ mm） b （ ppmD） 最弱邊相對中誤差 二 9 10 2 1/12萬 三 5 10 5 1/8萬 四 2 10 10 1/4.5萬 一級 1 10 10 1/2萬 二級 1 15 20 1/1萬 規(guī)程規(guī)定的 GPS測量精度分級（二） 注：當邊長小于 200m時 ， 邊長中誤差應小于 20mm。 2、 GPS點的密度標準 規(guī)范 和 規(guī)程 對 GPS網(wǎng)中兩相臨點間 距離視其需要作出了規(guī)定：相鄰點間最小距離 應為平均距離的 1/2 1/3；最大距離應為平均 距離的 2 3倍 。 規(guī)程 還規(guī)定 ， 特殊情況下 ， 個別點的間距還允許超出表中規(guī)定 。 3.1.3 GPS網(wǎng)的基準設計 GPS網(wǎng)的基準包括位置基準、尺度基準、方位 基準。 在基準設計時應考慮： 1、為求定 GPS點在地面坐標系的坐標，應在地 面坐標系中選定起算數(shù)據(jù)和聯(lián)測原有地方控制 點若干，用以坐標轉(zhuǎn)換（ 2個點）。 2、為保證 GPS網(wǎng)進行約束平差后坐標精度的均 勻性以及減少尺度比誤差影響，對 GPS網(wǎng)內(nèi)重合 的高等級國家控制點，除未知點聯(lián)結圖形觀測 外，對它們也要適當?shù)臉嫵砷L邊圖形。 3、 GPS網(wǎng)經(jīng)平差計算后 ,可以得到 GPS點在地面參照 系中的大地高 ,為求得 GPS點的正常高 ,可根據(jù)具體情 況聯(lián)測高程點 ,聯(lián)測的高程點需 均勻分布 于網(wǎng)中 ,對 丘陵或山地應按高程擬和曲面的要求進行布設 4、新建 GPS網(wǎng)的坐標系應盡量與測區(qū)過去采用的坐 標系統(tǒng)一致 ,如果采用地方或工程坐標系 ,一般還應 注意 （ 1）所采用的參考橢球；（ 2）坐標系 的中央 子午線經(jīng)度；（ 3）縱、橫坐標加常數(shù)；（ 4）坐標 系投影面高程及測區(qū)平均高程異常值；（ 5）起算點 的坐標值 . 3.1.4 GPS圖形設計 網(wǎng)的圖形設計，雖然主要決定于用戶的 要求，但是有關經(jīng)費、時間和人力的消耗以 及所需接收設備的類型、數(shù)量和后勤保障條 件等，也都與網(wǎng)的圖形設計有關。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。 一 、 為了用戶的利益 ， GPS網(wǎng)圖形設計時應遵循以下 原則： （ 1） GPS網(wǎng)應根據(jù)測區(qū)實際需要和交通狀況 ， 作業(yè) 時的衛(wèi)星狀況 ， 預期達到的精度 ， 成果的可靠性以及工作 效率 ， 按照優(yōu)化設計原則進行 。 （ 2） GPS網(wǎng)一般應通過獨立觀測邊構成閉合圖形 ， 例如一個或若干個獨立觀測環(huán) ， 或者附合路線形式 ， 以增 加檢核條件 ， 提高網(wǎng)的可靠性 。 （ 3） GPS網(wǎng)的點與點之間不要求通視 ， 但應考慮常 規(guī)測量方法加密時的應用 ， 每點應有一個以上通視方向 。 （ 4） 在可能條件下 ， 新布設的 GPS網(wǎng)應與附近已有的 GPS點進行聯(lián)測；新布設的 GPS網(wǎng)點應盡量與地面原有控 制網(wǎng)點相聯(lián)接 ， 聯(lián)接處的重合點數(shù)不應少于三個 ， 且分 布均勻 ， 以便可靠地確定 GPS網(wǎng)與原有網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù) 。 （ 5） GPS網(wǎng)點 ， 應利用已有水準點聯(lián)測高程 。 C級網(wǎng)每 隔 36點聯(lián)測一個高程點 ， D和 E級網(wǎng)視具體情況確定聯(lián)測 點數(shù) 。 A和 B級網(wǎng)的高程聯(lián)測分別采用三 、 四等水準測量 的方法； C至 E級網(wǎng)可采用等外水準或與其精度相當?shù)姆?法進行 。 3.1.5 GPS基線向量網(wǎng)的布網(wǎng)形式 GPS網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有以下幾種：跟蹤站式、 會戰(zhàn)式、多基準站式、同步圖形擴展式、單基準站 式。 1、跟蹤站式： 1）、布網(wǎng)形式：若干臺接收機長期固定安放在測站 上，進行常年、不間斷的觀測，即一年觀測 365天， 一天觀測 24小時，這種觀測方式很象是跟蹤站，因 此，這種布網(wǎng)形式被稱為跟蹤站式。 2）、特點：由于在采用跟蹤站式的布網(wǎng)形式布設 GPS網(wǎng)時，接收機在各個測站上進行了不間斷的連 續(xù)觀測，觀測時間長、數(shù)據(jù)量大，而且在處理采用 這種方式所采集的數(shù)據(jù)時，一般采用精密星歷，因 此，采用此種形式布設的 GPS網(wǎng)具有很高的精度和 框架基準特性。 每個跟蹤站為保 證連續(xù)觀測，一般需 要建立專門的永久性 建筑即跟蹤站，用以 安置儀器設備，這使 得這種布網(wǎng)形式的觀 測成本很高。 此種布網(wǎng)形式一 般用于建立 GPS跟蹤站 （ AA級網(wǎng)），對于普 通用途的 GPS網(wǎng)，由于 此種布網(wǎng)形式觀測時 間長、成本高，故一 般不被采用。 2、會戰(zhàn)式 1）、布網(wǎng)形式 在布設 GPS網(wǎng)時，一次組織多臺 GPS接收機，集 中在一段不太長的時間內(nèi)，共同作業(yè)。在作業(yè)時， 所有接收機在若干天的時間里分別在同一批點上進 行多天、長時段的同步觀測，在完成一批點的測量 后，所有接收機又都遷移到另外一批點上進行相同 方式的觀測，直至所有的點觀測完畢，這就是所謂 的會戰(zhàn)式的布網(wǎng)。 2）、特點 采用會戰(zhàn)式布網(wǎng)形式所布設的 GPS網(wǎng)，因為各基 線均進行過較長時間、多時段的觀測，所以可以較 好地消除 SA等因素的影響，因而具有特高的尺度精 度。此種布網(wǎng)方式一般用于布設 A、 B級網(wǎng)。 3、多基準站式 1）布網(wǎng)形式：所謂多基準站式的布網(wǎng) 形式就是有若干臺接收機在一段時間 里長期固定在某幾個點上進行長時間 的觀測，這些測站稱為基準站，在基 準站進行觀測的同時，另外一些接收 機則在這些基準站周圍相互之間進行 同步觀測。 2）、特點：采用多基準站式的 布網(wǎng)形式所布設的 GPS網(wǎng)， 由于在各個基準站之間進行 了長時間的觀測，因此，可 以獲得較高精度的定位結果， 這些高精度的基線向量可以 作為整個 GPS網(wǎng)的骨架。另 外一方面，其余的進行了同 步觀測的接收機間除了自身 間有基線向量相連外，它們 與各個基準站之間也存在有 同步觀測，因此，也有同步 觀測基線相連，這樣可以獲 得更強的圖形結構。 4、同步圖形擴展式 1）、布網(wǎng)形式：所謂同步圖形擴展式的布網(wǎng)形式，就是多 臺接收機在不同測站上進行同步觀測，在完成一個時 段的同步觀測后，又遷移到其它的測站上進行同步觀 測，每次同步觀測都可以形成一個同步圖形，在測量 過程中，不同的同步圖形間一般有若干個公共點相連， 整個 GPS網(wǎng)由這些同步圖形構成。 2）、特點：同步圖形擴展式的布網(wǎng)形式具有擴展速度快， 圖形強度較高，且作業(yè)方法簡單的優(yōu)點。同步圖形擴 展式是布設 GPS網(wǎng)時最常用的一種布網(wǎng)形式。 同步圖形擴展式的作業(yè)方式具有作業(yè)效率高，圖 形強度好的特點，它是目前在 GPS測量中普遍采用的一 種布網(wǎng)形式，在本書中將著重介紹此種布網(wǎng)形式。 *3）、采用同步圖形擴展式布設 GPS基線向量網(wǎng)時的觀測作 業(yè)方式主要以下幾種式：點連式、邊連式、網(wǎng)連式、 混連式。 （ 1）點連式 所謂點連式就是在觀測作業(yè) 時，相鄰的同步圖形間只通過一 個公共點相連。這樣，當有 3臺 儀器共同作業(yè)時，每觀測一個時 段，就可以測得 2個新點，當這 些儀器觀測觀測了 n個時段后， 就可以最多測得 2n個新點。 特點：點連式觀測作業(yè)方式的優(yōu) 點是作業(yè)效率高，圖形擴展迅速； 它的缺點是圖形強度低，如果連 接點發(fā)生問題，將影響到后面的 同步圖形。 （ 2） 邊連式 觀測作業(yè)方式：所謂邊連 式就是在觀測作業(yè)時，相 鄰的同步圖形間有一條邊 （即兩個公共點）相連。 這樣，當有 3臺儀器共同同 作業(yè)時，每觀測一個時段， 就可以測得 1個新點，當這 些儀器觀測觀測了 n個時段 后，就可以最多測得 n個新 點。 特點：邊連式觀測作業(yè)方 式具有較好的圖形強度和 較高的作業(yè)效率。 （ 3）網(wǎng)連式 觀測作業(yè)方式 所謂網(wǎng)連式就是在作業(yè)時，相鄰的同步 圖形間有 3個（含 3個）以上的公共點相連。 這樣，當有 n臺儀器共同作業(yè)時，每觀測一 個時段，就可以測得 n-3個新點 . 特點 采用網(wǎng)連式觀測作業(yè)方式所測設的 GPS 網(wǎng)具有很強的圖形強度，但網(wǎng)連式觀測作業(yè) 方式的作業(yè)效率很低。 （ 4）混連式 觀測作業(yè)方式：在實際的 GPS作業(yè)中，一 般并不是單獨采用上面所介紹的某一種觀 測作業(yè)模式，而是根據(jù)具體情況，有選擇 地靈活采用這幾種方式作業(yè)，這樣一種觀 測作業(yè)方式就是所謂的混連式。 特點：混連式觀測作業(yè)方式是我們實際作 業(yè)中最常用的作業(yè)方式，它實際上是點連 式、邊連式和網(wǎng)連式的一個結合體。 5、 單基準站式 （ 星狀網(wǎng) ） 1）、布網(wǎng)形式：單基準站式的布網(wǎng)方式有時又 稱作星形網(wǎng)方式，它是以一臺接收機作為基 準站，在某個測站上連續(xù)開機觀測，其余的 接收機在此基準站觀測期間，在其周圍流動， 每到一點就進行觀測，流動的接收機之間一 般不要求同步，這樣，流動的接收機每觀測 一個時段，就與基準站間測得一條同步觀測 基線，所有這樣測得的同步基線就形成了一 個以基準站為中心得星形。流動的接收機有 時也稱為流動站。 2）、特點：單基準站式的布網(wǎng)方式的效率很高， 但是由于各流動站一般只與基準站之間有同 步觀測基線，故圖形強度很弱，為提高圖形 強度，一般需要每個測站至少進行兩次觀測。 基準站 流動站 3.1.6 GPS測量的技術指標 觀測時段 observation session： 測站上 開始接收衛(wèi)星信號到停止接收 ， 連續(xù)觀測的 時間間隔稱為觀測時段 ， 簡稱時段 。 同步觀測 simultaneous observation ： 兩臺或兩臺以上接收機同時對同一組衛(wèi)星所 進行的觀測 。 同步觀測環(huán) simultaneous observation loop ： 三臺或三臺以上接收機同步觀測所 獲得的基線向量構成的閉合環(huán) 。 獨立觀測環(huán) independent observation loop ： 由非同步觀測獲得的基線向量構 成的閉合環(huán) 。 3.1.7 提高 GPS網(wǎng)可靠性的方法 增加觀測期數(shù)（增加獨立基線數(shù) ): 在布設 GPS網(wǎng)時，適當增加 觀測期數(shù)（時段數(shù)）對于提高 GPS網(wǎng)的可靠性非常有效。因為，隨 著觀測期數(shù)的增加，所測得的獨立基線數(shù)就會增加，而獨立基線 數(shù)的增加，對網(wǎng)的可靠性的提高是非常有宜的。 保證一定的重復設站次數(shù) :保證一定的重復設站次數(shù)，可確保 GPS網(wǎng)的可靠性。一方面，通過在同一測站上的多次觀測，可有效 地發(fā)現(xiàn)設站、對中、整平、量測天線高等人為錯誤；另一方面， 重復設站次數(shù)的增加，也意味著觀測期數(shù)的增加。不過，需要注 意的是，當同一臺接收機在同一測站上連續(xù)進行多個時段的觀測 時，各個時段間必須重新安置儀器，以更好地消除各種人為操作 誤差和錯誤。 保證每個測站至少與三條以上的獨立基線相連，這樣可以使得 測站具有較高的可靠性。在布設 GPS網(wǎng)時，各個點的可靠性與點位 無直接關系，而與該點上所連接的基線數(shù)有關，點上所連接的基 線數(shù)越多，點的可靠性則越高。 3.1.8 提高 GPS網(wǎng)精度的方法 為保證 GPS網(wǎng)中各相鄰點具有較高的相對精度， 對網(wǎng)中距離較近的點一定要進行同步觀測，以獲得 它們間的直接觀測基線。為提高整個 GPS網(wǎng)的精度， 可以在全面網(wǎng)之上布設框架網(wǎng)，以框架網(wǎng)作為整個 GPS網(wǎng)的骨架；精心制定一個子區(qū)和子環(huán)路的實測 方案。 在布設 GPS網(wǎng)時，引入高精度激光測距邊，作 為觀測值與 GPS觀測值（基線向量）一同進行聯(lián)合 平差，或?qū)⑺鼈冏鳛槠鹚氵呴L。 若要采用高程擬合的方法，測定網(wǎng)中各點的正 常高 /正高，則需在布網(wǎng)時，選定一定數(shù)量的水準 點，水準點的數(shù)量應竟可能的多，且應在網(wǎng)中均勻 分布，還要保證有部分點分布在網(wǎng)中的四周，將整 個網(wǎng)包含在其中。 3.2GPS測量的外業(yè)準備及技術設計書編寫 3.2.1測區(qū)踏勘 交通情況 水系分布情況 植被情況 控制點分布情況 居民地分布情況 當?shù)仫L俗民情 3.2.2 資料收集 各類圖件 各類控制點成果 測區(qū)有關的地質(zhì)、氣象、交通、通信等方面 的資料 城市及其鄉(xiāng)村行政區(qū)劃表 3.2.3 設備、器材籌備及人員組織 籌備器材、計算機及配套設備 籌備機動設備及通信設備 籌備施工器材，計劃油料，材料的消耗 組建施工隊伍，擬訂施工人員名單及崗位 進行詳細的投資預算 3.2.4 擬定外業(yè)觀測計劃 擬訂觀測計劃的主要依據(jù) GPS網(wǎng)的規(guī)模大小 點位精度要求 GPS衛(wèi)星星座幾何圖形強度 參加作業(yè)的接收機數(shù)量 交通、通信及后勤保障 觀測計劃的主要內(nèi)容應包括： 編制 GPS衛(wèi)星的可見性預報圖 選擇衛(wèi)星的幾何圖形強度 選擇最佳的觀測時段 觀測區(qū)域的設計與劃分 編排作業(yè)調(diào)度表 相關觀測的概念 數(shù)據(jù)剔除率 percentage of data rejection ： 同一時段中 ， 刪除的觀測值個數(shù)與獲取的觀測值 總數(shù)的比值 。 天線高 antenna height：觀測時接收機天線相 位中心至測站中心標志面的高度 。 國 際 地 球 參 考 框 架 ITRF Y International Terrestrial Reference Frame ：由國際地球自 轉(zhuǎn)服務局推薦的以國際參考子午面和國際參考極 為定向基準 ， 以 ITRF Y Y天文常數(shù)為基礎所定義 的一種地球參考系和地心 （ 地球 ） 坐標系 。 參考站 Reference station ：在一定的觀 測時間內(nèi)，一臺或幾臺接收機分別固定在一 個或幾個測站上，一直保持跟蹤觀測衛(wèi)星， 其余接收機在這些測站的一定范圍內(nèi)流動設 站作業(yè)，這些固定站就稱為參考站。 流動站 roving station ： 在參考站的一定 范圍內(nèi)流動作業(yè)的接收機所設立的測站。 1、 編制 GPS衛(wèi)星的可見性預報圖 由于衛(wèi)星的軌道運動和地球的自轉(zhuǎn) ， 衛(wèi)星相對于測站 的幾何圖形在不斷變化 。 一些衛(wèi)星從地平線升起至一定高度 ， 可以投入觀測作業(yè) ， 另一些衛(wèi)星觀測高度角越來越小 ， 無法 繼續(xù)觀測 。 考慮到作業(yè)中盡可能選取圖形強度較好的衛(wèi)星進 行觀測 ， 因而在一個觀測時段要幾次更換跟蹤的衛(wèi)星 。 我們 將時段中任一衛(wèi)星有效觀測時間符合要求的衛(wèi)星 ， 稱為有效 觀測衛(wèi)星 。 測量等級越高 ， 有效觀測衛(wèi)星總數(shù)需要越多 ， 時 段中任一衛(wèi)星有效觀測時間需要越長 ， 觀測時段應該越多 ， 時段長度也應越長 。 級 別 項 目 AA A B C D E 衛(wèi)星截止高度角 （ ） 10 10 15 15 15 15 同時觀測有效衛(wèi)星數(shù) 4 4 4 4 4 4 觀測有效衛(wèi)星總數(shù) 20 20 9 6 4 4 觀測時段數(shù) 10 6 4 2 1.6 1.6 時段長度 min 靜態(tài) 720 540 240 60 45 40 快 速 靜 態(tài) 雙頻 +P(Y)碼 10 5 2 雙頻全波 15 10 10 單頻或雙頻半波 30 20 15 采樣間隔 S 靜態(tài) 30 30 30 10 30 10 30 10 30 快速靜態(tài) 5 15 5 15 5 15 靜態(tài) 15 15 15 15 15 15 快 速 靜 態(tài) 雙頻 +P(Y)碼 1 1 1 雙頻全波 3 3 3 單頻或雙頻半波 5 5 5 注： 1 在時段中觀測時間符合表 6 3中第七項規(guī)定的衛(wèi)星 ， 為有效觀測衛(wèi)星； 2 計算有效觀測衛(wèi)星總數(shù)時 ， 應將各時段的有效觀測衛(wèi)星數(shù)扣除其間的重復衛(wèi)星數(shù)； 3 觀測時段長度 ， 應為開始記錄數(shù)據(jù)到結束記錄的時間段； 4 觀測時段數(shù) 1.6， 指每站觀測一時段 ， 至少 60%測站再觀測一時段 。 時段中任 一衛(wèi)星有效 觀測時間 min 表 規(guī) 范 規(guī)定 的各 級 GPS 測量 基本 技術 要求 規(guī)定 項 目 等 級 觀測方法 二等 三等 四等 一級 二級 衛(wèi)星截止高度角 （ ） 靜 態(tài) 15 15 15 15 15 快速靜態(tài) 有效觀測衛(wèi)星數(shù) 靜 態(tài) 4 4 4 4 4 快速靜態(tài) 5 5 5 5 平均重復設站數(shù) 靜 態(tài) 2 2 1.6 1.6 1.6 快速靜態(tài) 2 1.6 1.6 1.6 時段長度 （ min） 靜 態(tài) 90 60 45 45 45 快速靜態(tài) 20 15 15 15 數(shù)據(jù)采樣間隔 （ S） 靜 態(tài) 10 60 10 60 10 60 10 60 10 60 快速靜態(tài) PDOP 靜態(tài)、快速靜態(tài) 6 6 6 6 6 表 規(guī)程規(guī)定的 GPS測量各等級的作業(yè)的基本技術要求 2、選擇衛(wèi)星的幾何圖形強度 GPS定位精度同衛(wèi)星與測站構成的圖形強度有關 ， 與能同 步跟蹤的衛(wèi)星數(shù)和接收機使用的通道數(shù)有關 。 若接收機有觀測 到 5顆衛(wèi)星以上的能力 ， 就應該把所有可能觀測到的衛(wèi)星都進行 跟蹤觀測 ， 若只有觀測到 4顆衛(wèi)星的能力 ， 應在所有可見星中選 取 PDOP值最小的那一組衛(wèi)星進行觀測 ， 這是根據(jù)偽距定位時求 解公式推算出的選星原則 。 規(guī)范 對圖形強度因子 PDOP值沒有要求； 規(guī)程 對點 的空間位置圖形強度因子 PDOP值要求不應超過上表所列值 。 級 別 二 三 四 一級 二級 PDOP 6 6 6 6 6 表 圖形強度因子（ PDOP） 規(guī)定值 3、選擇最佳觀測時段 GPS衛(wèi)星的觀測 ， 是待 GPS衛(wèi)星升離地平線一定的角度才開始的 ， 這個角 度就是衛(wèi)星高度截止角 。 高度角愈小 ， 愈有利于減小三維位置圖形強度因子 （ PDOP） ， 從而延長 最佳觀測時間；但是 衛(wèi)星高度角愈小 ， 對 流層影響愈顯著 ， 測 量誤差隨之增大 。 在 精密定位測量時 ， 衛(wèi) 星高度截止角宜選定 在 15 左右 。 當衛(wèi)星高度角 15 時，某測站上在視 GPS衛(wèi)星的 PDOP隨時 間變化曲線的例子如 左圖所示。 圖 PDOP變化曲線圖 該圖是用測站概略經(jīng)緯度和現(xiàn)有 GPS衛(wèi)星星歷所做 出的 PDOP預報 ， 用以選擇最佳觀測時段 。 由圖可知 ， 整 個作業(yè)時段上除 10： 17至 10： 33間 16min只有 4顆衛(wèi)星外 ， 均有 5顆以上衛(wèi)星可供觀測；除 8： 42至 8： 53約 11min內(nèi) PDOP 8外 ， 其余時間的幾何圖形處于良好狀態(tài)或一般 狀態(tài) 。 通常用一個子環(huán)路的平均經(jīng)緯度和最接近觀測時 日的 GPS衛(wèi)星星歷繪制 PDOP變化曲線 ， 以此選擇測量該 子環(huán)路的公共觀測時段 ， 而不是依每一個測站選擇最佳 觀測時段 。 四、編排作業(yè)調(diào)度表 作業(yè)小組應在觀測前根據(jù)測區(qū)地形 、 交通狀況 、 控制網(wǎng)的大小 、 精度的 高低 、 儀器的數(shù)量 、 GPS網(wǎng)的設計 、 星歷預報表和測區(qū)的天氣 、 地理環(huán)境等編 制作業(yè)調(diào)度表 ， 以提高工作效益 。 時段 編號 觀測 時間 測戰(zhàn)號 /名 測戰(zhàn)號 /名 測戰(zhàn)號 /名 測戰(zhàn)號 /名 測戰(zhàn)號 /名 機號 機號 機號 機號 機號 0 1 2 3 4 表 GPS作業(yè)調(diào)度表 3.2.5、 設計 GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測方案 1.聯(lián)測點 （ 公共點 ） 的精度要求 聯(lián)測點作為 GPS成果轉(zhuǎn)化到常規(guī)地面坐標系的基準點 ， 在 GPS測量數(shù)據(jù)處理中具有重要的意義 。 聯(lián)測點的地面實 用坐標是將 GPS定位結果的 WGS 84坐標系轉(zhuǎn)換至地面坐 標系時的起算數(shù)據(jù) ， 所以要求聯(lián)測點的地面坐標具有較 高的精度 。 為此 ， 聯(lián)測點應是下列幾種點之一： （ 1） 測區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的最高等級的常規(guī)地面控制點； （ 2） 地方坐標系中控制網(wǎng)定位 、 定向的起算點； （ 3） 聯(lián)接國家坐標系和地方坐標系的聯(lián)接點； （ 4） 水準點 。 2.聯(lián)測點的密度和分布 GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測點最少應有兩個 。 其中一個作 為 GPS在地面網(wǎng)坐標系內(nèi)的定位起算點 ， 兩個點間的方位 和距離作為 GPS網(wǎng)在地面坐標系內(nèi)定向 、 長度的起算數(shù)據(jù) 。 3.GPS網(wǎng)中水準點的選擇和分布 GPS網(wǎng)一般是求得測站點的三維坐標 ， 其中高程為大地 高 ， 而實際應用的高程系統(tǒng)為正常高系統(tǒng) 。 為此 ， 通常是 在 GPS網(wǎng)中施測或重合少量的幾何水準點 ， 用數(shù)值擬合法擬 合出測區(qū)的似大地水準面 ， 繼而內(nèi)插出其它 GPS點的高程異 常 ， 再求出其正常高 。 根據(jù)研究 ， 在平原地區(qū)布測的 GPS網(wǎng)中 ， 只要用三等實 測或重合全網(wǎng)五分之一 GPS點的幾何水準 ， 用數(shù)值擬合法求 定 GPS點的正常高 ， 即可代替四等水準測量 。 所實測的水準 點 ， 大部分應布設在網(wǎng)的周圍點上 ， 少量放在網(wǎng)的中間 ， 以求獲得最佳效果 。 3.2.6 GPS接收機的選擇和檢驗 一、接收機的類型選擇 1.單 、 雙頻接收機的選擇 1） 單頻接收機 單頻接收機只能接收經(jīng)調(diào)制的 L1 信號 。 它雖然可以 利用導航電文提供的參數(shù) ， 對觀測量進行電離層影響的改 正 ， 但由于改正模型的不完善 ， 誤差較大 ， 所以單頻接收 機主要用于基線較短 （ 例如 10km ） 的精密定位工作 。 但是 ， 單頻接收機的優(yōu)點是工藝成熟 ， 所用的電子元 件較少 ， 對微處理器的要求較低 ， 不需要昂貴的互相關器 ， 不受 P 碼保密的限制 ， 產(chǎn)量大 ， 價格比雙頻接收機便宜的 多 。 2） 雙頻接收機 雙頻接收機可以同時接收 L1和 L2信號 ， 利用雙頻技 術可以消除或減弱電離層折射對觀測量的影響 ， 所以定 位精度較高 ， 基線長度不受限制 。 其次 ， 解算整周未知 數(shù)的時間較短 ， 約為單頻機的一半 ， 所以作業(yè)效率較高 。 GPS接收機是完成測量定位的關鍵設備 ， 可根據(jù)需要 按規(guī)范和規(guī)程選用 。 級別 AA A B C D、 E 單頻 /雙 頻 雙頻 /全 波長 雙頻 /全 波長 雙頻 雙頻或 單頻 雙頻或單 頻 觀測量至 少有 L1、 L2載 波相位 L1、 L2載 波相位 L1、 L2載 波相位 L1載波 相位 L1載波相 位 同步觀測 接收機數(shù) 5 4 4 3 2 表 接收機選用 （ 規(guī)范 ） 等級 項目 二 三 四 一級 二級 接收機類型 雙頻或單頻 雙頻或單頻 雙頻或單頻 雙頻或單頻 雙頻或單頻 標稱精度 （ 10mm+ 2 10 6 d （ 10mm+ 5 10 6 d （ 10mm+ 5 10 6 d （ 10mm+ 5 10 6 d （ 10mm+ 5 10 6 d 觀測量 載波相位 載波相位 載波相位 載波相位 載波相位 同步觀測 接收機數(shù) 3 3 2 2 2 表 接收機選用 （ 規(guī)程 ） 二、接收機的檢驗 GPS測量工作所采用的接收設備，都必須對其性能 和可能達到的精度水平進行檢驗，合格后方能參加作 業(yè)。尤其對于新購置的設備，應按規(guī)定進行全面的檢 驗。接收機全面檢驗的內(nèi)容，包括一般檢視、通電檢 驗、試測檢驗和隨機數(shù)據(jù)后處理軟件的檢測。 1. 一般性檢視 主要檢查接收設備的各部件及其附件是否齊全 、 完好 ， 緊固部件有否松動與脫落 ， 設備的使用手冊 及隨機軟件等資料是否齊全 。 2. 通電檢驗 檢驗的主要項目包括：設備通電后有關信號燈 、 按鍵 、 顯示系統(tǒng)和儀表的工作情況 ， 以及自測試系 統(tǒng)的工作情況 。 當自測試正常后 ， 按操作步驟進行 衛(wèi)星的捕獲與跟蹤 ， 以檢驗接收機捕獲衛(wèi)星的時間 ， 接收信號的信噪比及信號的鎖定等情況 。 3. 實測檢驗 實測檢驗應在不同長度的標準基線上 ， 或?qū)ＴO的 GPS 測量檢驗場上進行 。 標準基線的相對精度 ， 應不低于被檢 驗接收設備的標稱精度 。 實測檢驗是接收設備檢驗的主要 內(nèi)容之一 ， 凡是用于精密定位的接收設備 ， 都應按作業(yè)時 間的長短 ， 至少在每年出測前進行一次 。 實測檢驗的主要內(nèi)容包括：接收機野外作業(yè)的性能 ， 接收機的內(nèi)部噪聲水平 ， 天線相位中心的穩(wěn)定性 ， 以及對 不同測程的基線測量所能達到的精度等 。 另外 ， 天線底座 的圓水準器和光學對中器 ， 也都要在每年出測前進行檢驗 和校正 。 對于作業(yè)中所使用的氣象測量儀表 （ 通風干濕表 、 氣壓表 、 溫度計 ） ， 也應定期送氣象部門檢驗 ， 以保障其 正常工作 。 3.2.7 技術設計書的編寫 1、任務來源及工作量 2、測區(qū)概況 3、布網(wǎng)方案 4、選點與埋標 5、觀測 6、數(shù)據(jù)處理 7、完成任務的措施 一 、野外選點 1.GPS選點應符合下列要求： （ 1） 點位應選設在易于安置接收設備和便于操作的地方 ， 視野 應開闊 。 被測衛(wèi)星的地平高度角一般應大于 10 -15 ， 以減弱對流 層折射的影響 。 （ 2） 點位應遠離大功率無線電發(fā)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 GPS衛(wèi)星信號的干擾 。 （ 3） 點位附近不應有強烈干擾接收衛(wèi)星信號的物體 ， 并盡量避 免大面積水域 ， 以減弱多路徑誤差的影響 。 （ 4） 點位應選在交通方便的地方 ， 有利于用其他測量手段聯(lián)測 或擴展 。 （ 5） 地面基礎穩(wěn)定 ， 利于點位保存 。 （ 6） 應充分利用符合要求的舊有控制點 。 3.3 GPS測量的外業(yè)實施 2.選點作業(yè) 選點人員在實地選定的點位上 ， 打一木樁或以其它方式加以標 定 ， 同時樹立測旗 ， 以便埋石及觀測人員能迅速找到點位 ， 開展后 續(xù)工作 。 選點人員還應按技術設計的要求 ， 最后確認該點是否進行 水準聯(lián)測 ， 并應實地踏勘水準路線 ， 提出有關建議 。 GPS點名可取村名 、 山名 、 地名 、 單位名 、 應向當?shù)卣块T或 群眾進行調(diào)查后確定 。 當利用符合要求的舊有控制點時 ， 點名不宜 更改 。 不論是新選定的點或利用原有點位 ， 均應按規(guī)范或規(guī)程中規(guī)定 的格式在實地繪制 GPS點點之記 ， 如表 6-7所示 。 點位周圍有高于 10 的障礙物時；應用平板儀和羅盤儀繪制點的環(huán)視圖 。 測區(qū)選點 完成后 ， 還應繪制 GPS網(wǎng)選點圖 。 測區(qū)選點完成后 ， 還應繪制 GPS網(wǎng) 選點圖 。 最后 ， 要對選點工作寫出總結 ， 包括詳細的交通情況 ， 車的種 類 、 車次以及通訊 、 供電 、 充電情況等 。 點 名 及 種 類 GPS點 名 土 質(zhì) 號 舊點名 所 在 地 交通路線 所在圖幅號 概略位置 X Y L B (略圖 ) 備 注 標石說明 （單、雙層、 類型）舊點 相臨點（名、 號、里程、 通視否） 日期： 20 年 月 日 記錄者： 繪圖者： 校對者： 表 GPS點點之記 3.選點記錄 GPS 網(wǎng) 選 點 圖 4、標石埋設 表 標石類型及其適用級別 類 別 形 式 適 用 級 別 基巖標石 基巖天線墩 基巖標石 A 基本標石 一般基本標石 土層天線墩 巖層天線墩 凍土基本標石 沙丘基本標石 A或 B 普通標石 一般標石 巖層標石 建筑物上標石 B E 點位選定后 （ 包括方位點 ） ， 均應按規(guī)定 繪制點之記 ， 其主要內(nèi)容包括：點位及點位 略圖 ， 點位的交通情況以及選點情況等 。 選點工作結束后 ， 應提交的技術資料主要包括： 點之記及點的環(huán)視圖 GPS網(wǎng)選點圖； 選點工作技術總結 。 二、觀測工作 級 別 項 目 AA A B C D E 衛(wèi)星截止高度角 （ ） 10 10 15 15 15 15 同時觀測有效衛(wèi)星數(shù) 4 4 4 4 4 4 觀測有效衛(wèi)星總數(shù) 20 20 9 6 4 4 觀測時段數(shù) 10 6 4 2 1.6 1.6 時段長度 min 靜態(tài) 720 540 240 60 45 40 快 速 靜 態(tài) 雙頻 +P(Y)碼 10 5 2 雙頻全波 15 10 10 單頻或雙頻半波 30 20 15 采樣間隔 S 靜態(tài) 30 30 30 10 30 10 30 10 30 快速靜態(tài) 5 15 5 15 5 15 靜態(tài) 15 15 15 15 15 15 快 速 靜 態(tài) 雙頻 +P(Y)碼 1 1 1 雙頻全波 3 3 3 單頻或雙頻半波 5 5 5 注： 1 在時段中觀測時間符合表 6 3中第七項規(guī)定的衛(wèi)星 ， 為有效觀測衛(wèi)星； 2 計算有效觀測衛(wèi)星總數(shù)時 ， 應將各時段的有效觀測衛(wèi)星數(shù)扣除其間的重復衛(wèi)星數(shù)； 3 觀測時段長度 ， 應為開始記錄數(shù)據(jù)到結束記錄的時間段； 4 觀測時段數(shù) 1.6， 指每站觀測一時段 ， 至少 60%測站再觀測一時段 。 1 、 觀 測 工 作 依 據(jù) 的 主 要 技 術 指 標 2、 天線安置 天線要盡量利用腳架安置 ， 直接在點上對中 。 當控制點上建有尋 常標時 ， 應在安置天線之前先放倒覘標或采取其它措施 。 只有在特 殊情況下 ， 方可進行偏心觀測 ， 此時歸心元素應以解析法精確測定 。 天線的定向標志線應指向正北 。 其中 A與 B級在顧及當?shù)卮牌切?正后 ， 定向誤差不應大于 5 。 天線底盤上的圓水準氣泡必須居中 。 天線安置后 ， 應在每時段觀測前 、 后各量取天線高一次 。 對備有 專門測高標尺的接收設備 ， 將標尺插入天線的專用孔中 ， 下端垂準 中心標志 ， 直接讀出天線高 。 對其它接收設備 ， 可采用傾斜測量方 法 。 從腳架互成 120 的三個空擋測量天線底盤下表面至中心標志面 的距離 ， 互差小于 3mm時 ， 取平均值 L， 若天線底盤半徑為 R， 再利用 廠方提供的平均相位中心至底盤下表面的高度 hc， 按求出天線高 。 22 ch L R h 測量氣象參數(shù)：在高精度測量中，要求測定 氣象元素，每時段氣象元素的測定不應少于 3次，氣壓讀至 0.1mabar，氣溫讀至 0.1 復查點明并計入測量手簿 3、 開機觀測 觀測作業(yè)的主要任務是捕獲 GPS衛(wèi)星信號 ， 并對其進行跟 蹤 、 處理和量測 ， 以獲得所需要的定位信息和觀測數(shù)據(jù) 。 對于一些品牌的接收機 ， 接收機開始記錄數(shù)據(jù)后 ， 觀測 員可使用專用功能鍵和選擇菜單 ， 查看測站信息 、 接收衛(wèi)星數(shù) 量 、 各通道信噪比 、 相位測量殘差 、 實時定位的結果及其變化 、 存儲介質(zhì)記錄情況等 。 觀測員要細心操作 ， 靜置和觀測期間防止接收設備震動 ， 防止人員和其它物體碰動天線和阻擋信號 。 4、觀測記錄 在外業(yè)觀測過程中 ， 所有信息資料和觀測數(shù)據(jù)都要妥 善記錄 。 記錄的形式主要有以下兩種： （ 1） 觀測記錄 觀測記錄由接收設備自動完成 ， 均記錄在存儲介質(zhì) （ 如磁帶 、 磁卡等 ） 上 ， 記錄項目主要有：載波相位觀測 值及其相應的 GPS時間； GPS衛(wèi)星星歷參數(shù)；測站和接收機 初始信息 （ 測站名 、 測站號 、 時段號 、 近似坐標及高程 、 天線及接收機編號 、 天線高 ） 。 存儲介質(zhì)的外面應貼制標簽 ， 注明文件名 、 網(wǎng)區(qū)名 、 點名 、 時段號 、 采集日期 、 測量手簿編號等 。 接收機內(nèi)存數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)錄到外存介質(zhì)上時 ， 不得進行任何剔除和刪改 ， 不得調(diào)用任何對數(shù)據(jù) 實施重新加工組合的操作指令 。 （ 2） 測量手簿 測量手簿是在接收機啟動前與作業(yè)過程中 ， 由測量員隨時填寫的 。 整個觀測過程出現(xiàn)的重要 問題及其處理情況 ， 亦應如實地填寫在記事欄內(nèi) 。 觀測記錄和測量手簿都是 GPS精密定位的依 據(jù) ， 必須按照規(guī)定妥善保管 。 觀測者姓名 日 期 年 月 日 測 站 名 測 站 號 時段號 天 氣狀 況 測站近似坐標： 經(jīng)度： E 緯度： N 高程： 本測站為 新點 等大地點 等水準點 記錄時間： 北京時間 UTC 區(qū)時 開錄時間 結束時間 接收機號 天線號 天線高： （ m） 測后校核值 1. 2. 3. 平均值 天線高量取方式略圖 測站略圖及障礙物情況 觀測狀況記錄 1.電池電壓 (快 、 條 ) 2.接收衛(wèi)星號 3.信噪比 （ SNR） 4.故障情況 5.備注 工程 GPS外業(yè)觀測手簿 GPS 外 業(yè) 觀 測 手 簿 3.4 GPS測量的作業(yè)模式 1.靜態(tài)定位 （ 1） 作業(yè)方法 采用兩 套接收設備 ， 分別安置在 一條基線的兩個端點 ， 同 步觀測 4顆衛(wèi)星 1h左右 ， 或 同步觀測 5顆衛(wèi)星 20min左 右 。 （ 2） 精度 基線的相對定 位精度可達 5mm+1ppmD， D 為基線長度 （ km） 。 一、常用的定位方法 （ 3） 適用范圍 建立全球性或國家級大地控制 網(wǎng)、建立地殼運動監(jiān)測網(wǎng)、建立長距離檢?；?線、進行島嶼與大陸聯(lián)測、鉆井定位。 （ 4）注意事項 所有觀測過的基線應組成一系 列封閉圖形，以利于外業(yè)檢核，提高成果可靠 度。并且可以通過平差，有助于進一步提高定 位精度 。 圖 經(jīng)典靜態(tài)相對定位 2.快速靜態(tài)定位 （ 1） 作業(yè)方法 在測區(qū) 中部選擇一個基準站 ， 并安 置一套接收設備連續(xù)跟蹤所 有可見衛(wèi)星；另一臺接收機 依次到各點流動設站 ， 每點 觀測 12min。 （ 2） 精度 流動站相對于 基準站的長度中誤差為 5mm+1ppmD。 （ 3） 應用范圍 控制網(wǎng)的建立及其加密 、 工 程測量 、 地籍 測量 、 大批相距百米左右的 點位定位 。 （ 4） 注意事項 在觀測時段內(nèi)應確保有 5顆以 上衛(wèi)星可供觀測；流動點與基準點相距應不 超過 20km； 流動站上的接收機在轉(zhuǎn)移時 ， 不 必保持對所測衛(wèi)星連續(xù)跟蹤 ， 可關閉電源以 降低能耗 。 圖 快速靜態(tài)相對定位模式 基準站 觀測基線 遷站路線 流動站 3.準動態(tài)定位 （ 1） 作業(yè)方法 在測區(qū) 選擇一個基準站 ， 安置接收 機連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星； 將另一臺接收機先置于 1號站 觀測 12min； 在保持對所測 衛(wèi)星連續(xù)跟蹤而不失鎖的情 況下 ， 將流動接收機分別在 2、 3、 4 各點觀測數(shù)秒鐘 。 （ 2） 精度 基線的中誤差約為 12cm。 （ 3） 應用范圍 開闊地區(qū)的加密控制測量、 工程定位及碎部測量、剖面測量及路線測量 等。 （ 4）注意事項 應確保在觀測時段上有 5顆以 上衛(wèi)星可供觀測；流動點與基準點距離不超 過 20km； 觀測過程中流動接收機不能失鎖， 否則應在失鎖的流動點上延長觀測時間 12min。 4.往返式重復設站 （ 1） 作業(yè)方法 建立一 個基準點安置接收機連續(xù) 跟蹤所有可見衛(wèi)星；流動 接收機依次到每點觀測 12min； 1h后逆序返測各 流動點 1 2min。 （ 2） 精度 相對于基準 點 的 基 線 中 誤 差 為 5mm+1ppmD。 圖 往返式重復設站 （ 3） 應用范圍 控制測量及控制網(wǎng)加密、取 代導線測量及三角測量、工程測量及地籍測 量等。 （ 4）注意事項 流動點與基準點相距不超過 20km； 基準點上空開闊，能正常跟蹤 3顆及 以上的衛(wèi)星。 5.動態(tài)定位 （ 1） 作業(yè)方法 建立一 個基準點安置接收機連續(xù)跟蹤 所有可見衛(wèi)星；流動接收機先 在出發(fā)點上靜態(tài)觀測 12min； 然后流動接收機從出發(fā)點開始 連續(xù)運動；按指定的時間間隔 自動測定運動載體的實時位置 。 （ 2） 精度 相對于基準點 的瞬時點位精度可達 12cm。 圖 動態(tài)定位 （ 3） 應用范圍 精密測定運動目標的軌跡、 測定道路的中心線、剖面測量、航道測量等。 （ 4）注意事項 需同步觀測 5顆衛(wèi)星，其中至 少 4顆衛(wèi)星要連續(xù)跟蹤；流動點與基準點相 距不超過 20km。 3.5實時動態(tài)測量作業(yè)模式與應用 1、實時動態(tài)（ RTK）定位技術簡介 RTK的工作原理是將一臺接收機置于基 準站上，另一臺或幾臺接收機置于載體（稱 為流動站）上，基準站和流動站同時接收同 一時間相同 GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號，基準站所 獲得的觀測值與已知位置信息進行比較，得 到 GPS差分改正值。然后將這個改正值及時 地通過無線電數(shù)據(jù)鏈電臺傳遞給共視衛(wèi)星的 流動站以精化其 GPS觀測值，得到經(jīng)差分改 正后流動站較準確的實時位置。 2、 RTK作業(yè)模式與應用 （ 1）快速靜態(tài)測量 （ 2）準動態(tài)測量 （ 3）動態(tài)測量 3、 RTK系統(tǒng)的組成 下面以美國天寶導航有限公司生產(chǎn)的 4800GPS雙頻接收機為例 ， 說明 RTK的系