GPS测量操作与数据处理

第一部分 GPS 静态测量

第一章 GPS 静态测量基础

一、GPS 静态测量基础

在GPS 测量中，最常用的静态定位模式是相待定位。所谓静态定位指的是：在进 行GPS 定位时，认为在整个观测过程中，接收机天线的位置相对于地球保持不变；而在数据处理时，则将接收机天线的位置作为一个不随时间变化的量。而相对定位则指的是在进行 GPS 定位时，多台接收机进行同步观测，采集同步观测数据；在数据处理时，则利用这些同步观测数据，计算出向步观测站之间的相对位置(坐标差／基线向量) 。

其具体观测模式为多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间从几分钟到长 年不间断不等。接收机测定在观测期间到卫星的伪距和载波相位等观测值，并记录在相应 的存储器中。观测结束后，将观测值下载到计算机中进行处理。数据处理过程一胶包括基 线处理、网平差、坐标转换和高程转换，最终求出高精度的网点坐标。

在GPS 测量中，静态定位一般用于高精度的测量定位，如各种等级的大地网、工 程控制网、变形监侧网等。

二、GPS 接收机分类

GPS 测量型接收机一般可以根据其能够跟踪、处理的GPS 卫星信号频率的数量分为单 频和双频两大类。

1．单频GPS 测量型接收机

接收信号：GPS 导航电文、C ／A 码、Ll 载波。

接收机特点：

(1)一体化接收机：包含带有显示灯的GPS 接收机、天线、内置电源。

(2)分体设计：包含天线、GPS 接收机、电源分体设计的配置。可以配置手持计算机设置或阅读参数信息。

2．双频GPS 测量型接收机(双频GPS 脚量仪)

接收信号：GPS 肥导航电文、C ／A 码伪距、P 码伪距、L1载波相位、L2载波相位。 接收机特点：

(1)一体化：包含带有显示灯的GPS 接收机、天线、内置电源。可以配置手持计算机设置或阅读参数信息。

(2)分体设计：天线、GPS 接收机(内置电源、带有显示灯或显示器) 分体设计。

第二章 GPS 静态测量工作的流程

一项GPS 静态测量工作分为三个阶段．即测前准备、外业实施和数据处理

第一节 测前准备

在这一阶段所进行的主要工作包括项目立项、技术设计、实地踏勘、设备检定、资 料收集整理、人员组织等。

一、项目立项

一项GPS 测量工程项目，往往是由上级主管部门(如大地测量任务) 、工程发包方或其 他应用单位或部门提出，由GPS 测量单位或部门负责具体实施。对于一项GPS 测量工程项 目，一般有如下一些要求：

(])测区位置及其范围：测区的地理位置、范围，控制网的控制面积o

(2)用途和精度等级：控制网将用于何种目的，其精度要求是多少，要求达到何种等级。

(3)点位分布及点的数量：控制网的点位分布、点的数量及密度要求，是否有对点位分

布特殊要求的区域。

(4)提交成果的内容：用户需要提交哪些成果，所提交的坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否还需要提交原 始数据或中间数据等。

(5)时限要求：对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最后期限。

(6)投资经费：对工程的经费投人数量。

二、技术设计

技术设计是一项GPS 测量项目进行的依据。它规定了项目进行所应遵循的规范 采取的施测方案或方法。一份完整的技术设计，主要应包含如下内容：

1．项目来源

介绍项目的来源、性质。即项目由何单位、部门下达、发包，属于何种性质的项目。

2．测区概况

介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、交通条件、通讯条件等。这可为今后工程施测工作的开展提供必要的信息。如在施测时作业时间、交通工具的安排，电力设备使用，通讯设备的使用。

3工程概况

介绍工程的目的、作用、要求、GPS 网等级(精度) 、完成时间、有无特殊要求等在进行技术设计、实际作业和数据处理中所必须要了解的信息。

4．技术依据

介绍工程所依据的测量规范、工程规范、行业标准及相关的技术要求等。

5．现有测绘成果

介绍测区内及与测区相关地区的现有测绘成果的情况。如已知点、测区地形图等。

6．施测方案

介绍测量采用的仪器设备的种类和配置、采取的布网方法等。

7．作业要求

规定选点埋石要求、外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包括仪器参数的设置(如采样率、截止高度角等) 、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。

8．观测质量控制

介绍外业观测的质量要求，包括质量控制方法及各项限差要求等。加数据删除率、RMS 值、RA TIO 值、同步环闭合差、异步环闭合差、相邻点相对中误差、点位中误差等。

9．数据处理方案

详细的数据处理方案包括基线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法等内容。 对于基线解算的数据处理方案，应包含如下内容：基线解算软件、参与解算的观测值、解算时所使用的卫星星历类型等。

对于网平差的数据处理方案，应包含如下内容：网平差处理软件、网平差类型、网平差时的坐标系、基准及投影、起算数据的选取等。

10、提交成果要求

规定提交成果的类型及形式。如需要提供的成果所同基推或坐标系，是否提供高程结果等。

三、测绘资料的搜集与整理

需要收集整理的资料主要包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料(点之记、坐标等) 和测区的地形图等。这些资料有些是用于项目的设计，有些则用于数据处理分析。

GPS 接收机及相关设备、气象仪器等需要定期送交专门负责仪器检定的部门进行 检定．并获取检定合格证书。另外一些期助设备如脚架、基座、天线高量测尺等则须在使用前进行检验，以确保它们能够正常工作。

五、踏勘、选点、埋石

综合应用地形图、遥感图、摄影图和有关点之记，按照要求进行选点、埋石工作。

第二节 测量实施

一、实地了解测区情况

需要了解的情况包括：点位情况(点的位置、上点的难度等) 、测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等。对这些情况的了解，有利于测量工作的顺利进行

二、卫星状况预报

利用卫星历书，对观测期间所处区域的卫星状况(各时段所能观测的卫星数、卫星的几 何条件等) 进行预报，同时对周围有较多障碍物的测站，还要专门对这些障碍物可能对GPS 观测将要产生的影响进行评估。

三、确定作业方案

根据卫星状况、测量作业的进展情况以及测区的实际情况，确定出具体的市网和作业方 案。

一) 选点

为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空应尽可能的开阔，在 10~15。高度角以上不能有成片的障碍物。

为减少各种电磁波对GPS 卫星信号的干，在测站周围约200m 的范围内不能有强电 磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。

为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如 高层建筑、成片水域等。

为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利、上点方便目易于保存的地方。

二) 布网

(一)GPS 基线向量网的等级

依据国家测量规范、各行业测量规范、任务要求来定等级。以下用国家GPS 测量规范 为例说明GPS 网等级的分类情况。

根据我国1992年所颁布的全球定位系统测量规范，GPS 基线向量网被分成了A 、B 、

C 、D 、E 五个级别。图l-2-2-1是我国全球定位系统测量规范中有关GPS 网等级的相关内容。

GPS 网的精度指标，通常是以网中相邻点之间的距离误差来表示的，其具体形式为： σ=a +(b ⨯D ) 22

其中，σ：网中相邻点间距离中误差（mm ）：

a ：固定误差（mm ）；b ：比例误差（ppm ）；D ：相邻点间的距离（km ）。

对于不同等级的GPS 网，有如图1-2-2-1所示的精度要求。

A 级网一般为区域或国家框架冈、区域动力学网；B 级网为国家大地控制网或地方框架 5