《GPS定位原理及應(yīng)用》授課教案

第八章GPS測量的設(shè)計與實施

8.1GPS測量的技術(shù)設(shè)計

教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)主要介紹GPS測量技術(shù)設(shè)計的一般要求和設(shè)計指標(biāo)。

教學(xué)重點：

1.介紹GPS測量技術(shù)設(shè)計的依據(jù)；

2.介紹GPS測量的標(biāo)準(zhǔn)；

3.介紹GPS測量的圖形設(shè)計。

教學(xué)難點：GPS的圖形設(shè)計。

教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主，充分利用多媒體教學(xué)方法。

教學(xué)要求：

學(xué)會局部性的GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計，掌握GPS測量技術(shù)設(shè)計書的編寫。

8.1.1GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的依據(jù)

1.GPS測量規(guī)范（規(guī)程）

（1）《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》

（2）《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》

（3）各行業(yè)部門的其他GPS測量規(guī)程或細則

2．測量任務(wù)書

8.1.2GPS網(wǎng)的精度,密度設(shè)計

1．GPS測量精度標(biāo)準(zhǔn)及分類

（1）GPS測量精度分類

對于各類GPS網(wǎng)的精度設(shè)計主要取決于網(wǎng)的用途。用于地殼形變及國家基本

大地測量的GPS控制網(wǎng)可按表8-1分級。

表8-1GPS測量精度分級（一）

級別主要用途固定誤差比例誤差b

a（mm）（mm）

地殼形變測量或國家

A≤5≤0.1

高精度GPS網(wǎng)建立

B國家基本控制測量≤8≤1

用于城市或工程的GPS控制網(wǎng)可按表8-2分級。

表8-2GPS測量精度分級（二）

平均距離最弱邊相對

等級a（mm）b（mm）

（km）中誤差

二9≤10≤21/12萬

三5≤10≤51/8萬

四2≤10≤101/4.5萬

一級1≤10≤101/2萬

二級1≤15≤201/1萬

（2）GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn)

GPS測量的精度標(biāo)準(zhǔn)通常用網(wǎng)中相鄰點之間的距離中誤差表示，其形式為：

a2(bd)2（8-1）

式中：σ——距離中誤差（毫米）；

ɑ——固定誤差（mm）；

b——比例誤差系數(shù)（ppm）；

d——相鄰點之間的距離（km）。

實際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)測區(qū)大小、GPS網(wǎng)的用途，來設(shè)計網(wǎng)的等級和精度標(biāo)準(zhǔn)。

2．GPS點的密度標(biāo)準(zhǔn)

制定GPS網(wǎng)的密度標(biāo)準(zhǔn)，主要考慮任務(wù)要求和服務(wù)對象。密度可參照表8-3

的規(guī)定執(zhí)行。

表8-3GPS網(wǎng)中相鄰點間距離(單位：km)

級別

ABCDE

項目

相鄰點最小

10015521

距

相鄰點最大

2000250401510

距

相鄰點平均3007015～1010～55～2

距

8.1.3GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計

1．基準(zhǔn)設(shè)計的定義：

在GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計中，必須明確GPS網(wǎng)的成果所采用的

坐標(biāo)系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)的工作，稱為GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計。GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)包括位置基

準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。

2．基準(zhǔn)設(shè)計應(yīng)考慮的幾個問題：

（1）應(yīng)在地面坐標(biāo)系中選定起算數(shù)據(jù)和聯(lián)測原有地方控制點若干個，用

以轉(zhuǎn)換坐標(biāo)。

（2）對GPS網(wǎng)內(nèi)重合的高等級國家點或原城市等級控制點，除未知點連

結(jié)圖形觀測外，對它們也要適當(dāng)?shù)貥?gòu)成長邊圖形。

（3）聯(lián)測的高程點需均勻分布于網(wǎng)中，對丘陵或山區(qū)聯(lián)測高程點應(yīng)按高

程擬合曲面的要求進行布設(shè)。

（4）新建GPS網(wǎng)的坐標(biāo)應(yīng)盡可能與測區(qū)過去采用的坐標(biāo)一致。

8．1.4GPS網(wǎng)構(gòu)成的幾個基本概念及網(wǎng)特征條件

1．GPS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個基本概念

觀測時斷：測站上開始接收衛(wèi)星信號到觀測停止，連續(xù)工作的時間段，簡稱

時段。

同步觀測：兩臺或兩臺以上接收機同時對同一組衛(wèi)星進行的觀測。

同步觀測環(huán)：三臺或三臺以上接收機同步觀測獲得的基線向量所構(gòu)成的閉合

環(huán)，簡稱同步環(huán)。

獨立觀測環(huán)：由獨立觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)，簡稱獨立環(huán)。

異步觀測環(huán)：在構(gòu)成多邊形環(huán)路的所有基線向量中，只要有非同步觀測基線

向量，則該多邊形環(huán)路叫異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。

獨立基線：對于N臺GPS接收機的同步觀測環(huán)，有J條同步觀測基線，其中

獨立基線數(shù)為N-1。

非獨立基線：除獨立基線外的其它基線叫非獨立基線，總基線數(shù)與獨立基線

之差即為非獨立基線數(shù)。

2．GPS網(wǎng)特征條件的計算

觀測時斷數(shù)：Cnm/N（8-2）

式中：n為網(wǎng)點數(shù)，m為每點設(shè)站數(shù)，N為接收機數(shù)。

總基線數(shù)：JCN(N-1)/2（8-3）

總

必要基線數(shù)：Jn1（8-4）

必

獨立基線數(shù)：JC(N1)（8-5）

獨

多余基線數(shù)：JC(N1)(n1)（8-6）

多

3．GPS網(wǎng)同步圖形構(gòu)成及獨立邊的選擇

根據(jù)（8-3）式，對于由N臺GPS接收機構(gòu)成的同步圖形中一個時斷包含的

GPS基線數(shù)為：

JN(N-1)/2（8-7）

但其中僅有N-1條是獨立的GPS邊，其余為非獨立邊。當(dāng)接收機數(shù)N=2～5

時所構(gòu)成的同步圖形見圖8-1。

對應(yīng)于圖8-1的獨立GPS邊可以有如圖8-2所示的不同選擇。

當(dāng)同步觀測的GPS接收機數(shù)N≥3時，同步閉合環(huán)的最少數(shù)應(yīng)為：

TJ(N1)(N1)(N2)/2（8-8）

N與J、T的關(guān)系見下表：

表8-4N與J、T的關(guān)系表

N23456

J1361015

T013610

8．1.5GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計

1．GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計

根據(jù)對所布設(shè)的GPS網(wǎng)的精度要求和其它方面的要求，設(shè)計出獨立的GPS邊

構(gòu)成的多邊形網(wǎng)，稱為GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計。

2．GPS網(wǎng)的圖形

（1）點連式：如圖8-3，相鄰?fù)綀D形之間僅

有一個公共點的連接。

（2）邊連式：如圖8-4，同步圖形之間由一條

公共基線連接。

（3）網(wǎng)連式：指相鄰?fù)綀D形之間有兩個以上公共點相連接。

（4）邊點混合連接式：如圖8-5，把點連式

與邊連式有機地結(jié)合起來，組成GPS網(wǎng)的方式。

（5）三角鎖連接：如圖8-6，

用點連式或邊連式組成連續(xù)發(fā)展的三角鎖同步圖形。

（6）導(dǎo)線網(wǎng)形連接：如圖8-7。

（7）星形布設(shè)：如圖8-8

第八章GPS測量的設(shè)計與實施

8.2GPS測量的外業(yè)準(zhǔn)備及技術(shù)設(shè)計書編寫

教學(xué)內(nèi)容：本節(jié)主要介紹GPS測量技術(shù)設(shè)計書的編寫要求和內(nèi)容。

教學(xué)重點：

1．介紹GPS測量的外業(yè)準(zhǔn)備工作；

2．介紹GPS接收機檢驗的內(nèi)容；

3．介紹GPS測量技術(shù)設(shè)計書的編寫方法。

教學(xué)難點：GPS接收機的檢驗和設(shè)計書的編寫。

教學(xué)方法：課堂教學(xué)為主，充分利用多媒體教學(xué)方法。

教學(xué)要求：了解GPS接收機檢驗的內(nèi)容和方法，掌握GPS測量技術(shù)設(shè)計書的編寫。

8．2．1測區(qū)踏勘

測區(qū)踏勘主要了解下列情況：

1、交通情況；

2、水系分布情況；

3、植被情況；

4、控制點分布情況；

5、居民點分布情況；

6、當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗民情。

8．2．2資料收集

1、各類圖件；

2、各類控制點成果；

3、測區(qū)有關(guān)的地質(zhì)、氣象、交通、通訊等方面的資料；

4、城市及鄉(xiāng)、村行政區(qū)劃表。

8．2．3設(shè)備、器材籌備及人員組織

設(shè)備、器材籌備及人員組織包括以下內(nèi)容：

1、籌備儀器、計算機及配套設(shè)備；

2、籌備機動設(shè)備及通訊設(shè)備；

3、籌備施工器材，計劃油料，材料的消耗；

4、組建施工隊伍，擬定施工人員名單及崗位；

5、進行詳細的投資預(yù)算。

8．2．4擬定外業(yè)觀測計劃

1．?dāng)M定觀測計劃的主要依據(jù)：

（1）GPS網(wǎng)的規(guī)模大??；

（3）GPS衛(wèi)星星座幾何圖形強度；

（4）參加作業(yè)的接收機數(shù)量；

（5）交通、通訊及后勤保障。

2．觀測計劃的主要內(nèi)容：

（1）編制GPS衛(wèi)星的可見性預(yù)報圖；

（2）選擇衛(wèi)星的幾何圖形強度；

（3）選擇最佳觀測時斷；

（4）觀測區(qū)域的設(shè)計與劃分；

（5）編排作業(yè)調(diào)度表；作業(yè)調(diào)整度表見表8-6。

表8-6GPS作業(yè)調(diào)度表

觀測者觀測者觀測者

時段觀測機號機號機號

點名點名點名

備注備注備注

編號時間點號點號點號

1

2

3

4

（6）采用規(guī)定格式GPS測量外業(yè)觀測通知（見表8-7）單進行調(diào)度。

表8-7GPS測量外業(yè)觀測通知單

觀測日期年月日

組別：操作員：

點位所在圖幅：

測站編號/名：

觀測時斷：1：2：

3：4：

5：6：

安排人：年月日

8．2．5設(shè)計GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測方案

GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)測，可根據(jù)測區(qū)地形變化和地面控制點的分布而定，一般在GPS

網(wǎng)中至少要重合觀測三個以上的地面控制點作為約束點。

8．2．6GPS接收機選型及檢驗

1．接收機的選用

接收機的選用可參考下表：

2．接收機的檢驗

接收機全面檢驗的內(nèi)容，包括一般性檢視、通電檢驗和實測檢驗。

（1）一般檢驗：主要檢查接收機設(shè)備各部件及其附件是否齊全、完好，緊固部分是否

松動與脫落，使用手冊及資料是否齊全等。

（2）通電檢驗：接收機通電后有關(guān)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(dāng)自測正常后，按鍵作步驟檢驗儀器的工作情況。

（3）實測檢驗：測試檢驗是GPS接收機檢驗的主要內(nèi)容。其檢驗方法有：用標(biāo)準(zhǔn)基

線檢驗；已知坐標(biāo)、邊長檢驗；零基線檢驗；相位中心偏移量檢驗等。

①用零基線檢驗接收機內(nèi)部噪聲水平。

基線測試方法如下：

●選擇周圍高度角10○以上無障礙物的地方安放天線，按圖8-9連天線、功分器和接收

機。

●連接電源，二臺GPS接收機同步接收四顆以上衛(wèi)星1～1.5h。

●交換功分器與接收機接口，再觀察一個時段。

●用隨機軟件計算基線坐標(biāo)增量和基線長度?；€誤差應(yīng)少于1mm。否則應(yīng)送廠檢修或

降低級別使用。

②天線相位中心穩(wěn)定性檢驗

●該項檢驗可在標(biāo)準(zhǔn)基線、比較基線或GPS檢測場上進行。

●檢測時可以將GPS接收機帶天線兩兩配對，置于基線的兩端點。

●按上述方法在與該基線垂直的基線中（不具備此條件，可將一個接收機天線固定指北，

其它接收機天線繞軸順時針轉(zhuǎn)動90°，180°，270°）進行同樣觀察。

●觀測結(jié)束，用隨機軟件解算各時段三維坐標(biāo)。

③GPS接收機不同測程精度指標(biāo)的測試。

該項測試應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)檢定場進行。檢定場應(yīng)含有短邊和中長邊。基線精度應(yīng)達到1*10－5。

檢驗時天線應(yīng)嚴格整平對中，對中誤差小于±1mm。天線指向正北，天線高量至1mm。

測試結(jié)果與基線長度比較，應(yīng)優(yōu)于儀器標(biāo)稱精度。

④儀器的高度低溫試驗：對于有特殊要求時需對GPS接收機進行高、低溫測試。

⑤對于雙頻GPS接收機應(yīng)通過野外測試，檢查在美國執(zhí)行SA技術(shù)時其定位精度。

⑥用于天線基座的光學(xué)對點器在作業(yè)中應(yīng)經(jīng)常檢驗，確保對中的準(zhǔn)確性，其檢校參照控

制測量中光學(xué)對點器核校方法。

8．2．7技術(shù)設(shè)計書編寫

資料收集全后，編寫技術(shù)設(shè)計，主要編寫內(nèi)容如下：

1.任務(wù)來源及工作量

包括GPS項目的來源、下達任務(wù)的項目、用途及意義；GPS測量點的數(shù)量（包括新定點

數(shù)、約束點數(shù)、水準(zhǔn)點數(shù)、檢查點數(shù)）；GPS點的精度指標(biāo)及坐標(biāo)、高程系統(tǒng)。

2.測區(qū)概況

測區(qū)隸屬的行政管轄；測區(qū)范圍的地理坐標(biāo)，控制面積；測區(qū)的交通狀況和人文地理；

測區(qū)的地形及氣候狀況；測區(qū)控制點的分布及對控制點分析、利用和評價。

3.布網(wǎng)方案

GPS網(wǎng)點的圖形及基本連接方法；GPS網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征的測算；點位布設(shè)圖的繪制。

4.選點與埋標(biāo)

GPS點位的基本要求；點位標(biāo)志的選用及埋設(shè)方法；點位的編號等。

5.觀測

對觀測工作的基本要求；觀測綱要的制定；對數(shù)據(jù)采集提出注意的問題

6.數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理的基本方法及使用的軟件；起算點坐標(biāo)的決定方法，閉合差檢驗及點位精度的

評定指標(biāo)。

7.完成任務(wù)的措施

要求措施具體，方法可靠，能在實際工作中貫徹執(zhí)行。

第八章GPS測量的設(shè)計與實施

8．3GPS測量的外業(yè)實施

GPS測量外業(yè)實施包括:GPS點的選埋、觀測、數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)預(yù)處理等工作。

8.3.1選點

選點工作應(yīng)遵守以下原則：

1.點位應(yīng)設(shè)在易于安裝接收設(shè)備。視野開闊的較高點上。

2．點位目標(biāo)要顯著，視場周圍15°以上不應(yīng)有障礙物，以減少GPS信號被

遮擋或障礙物吸收。

3．點位應(yīng)遠離在功率無線電發(fā)射源（如電視機、微波爐等）其距離不少于

200m；遠離高壓輸電線，其距離不得少于50m。以避免電磁場對GPS信號的干擾。

4．點位附近不應(yīng)有在面積水域或不應(yīng)有強烈干擾衛(wèi)星信號接收的物體，以

減弱多路徑效應(yīng)的影響。

5．點位應(yīng)選在交通方便，有利于其它觀測手段擴展與聯(lián)測的地方。

6．地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，易于點的保存。

7．選點人員應(yīng)按技術(shù)設(shè)計進行踏勘，在實地按要求選定點位。

8．網(wǎng)形應(yīng)有利于同步觀測邊、點聯(lián)結(jié)。

9．當(dāng)所選點位需要進行水準(zhǔn)聯(lián)測時，選點人員應(yīng)實地踏勘水準(zhǔn)路線，提出

有關(guān)建議。

10．當(dāng)利用舊點時，應(yīng)對舊點的穩(wěn)定性、完好性，以及覘標(biāo)是否安全可用作

一檢查，符合要求方可利用。

8.3.2標(biāo)志埋設(shè)

GPS網(wǎng)點一般應(yīng)埋設(shè)具有中心標(biāo)志的標(biāo)石，以精確標(biāo)志點位，點的標(biāo)石和標(biāo)

志必須穩(wěn)定、堅固以利長久保存和利用。在基巖露頭地區(qū)，也可以直接在基巖上

嵌入金屬標(biāo)志。

表8-9GPS點點之記

日期：年月日記錄者：繪圖者：校

對者：

點名

土質(zhì)

點點號

等級

名標(biāo)石說明

及舊點名

通視點列表

等概略位置緯度

級（L，B）經(jīng)度

所在地

交通路線

選點情況點位略圖

單位

選點員日期

聯(lián)測水準(zhǔn)情況

聯(lián)測水準(zhǔn)等級

點

位

說

明

每個點標(biāo)石埋設(shè)結(jié)束后，應(yīng)按表8-9填寫點之記并提交以下資料：

1.點之記

2．GPS網(wǎng)的選取點網(wǎng)圖；

3．土地占用批準(zhǔn)文件與測量標(biāo)志委托保管書；

4．選點與埋石工作技術(shù)總結(jié)。

8.3.3觀測工作

1.觀測工作依據(jù)的主要技術(shù)指標(biāo)

表8-10各級GPS測量作業(yè)的基本技術(shù)要求

等

級

項目二三四一級二級

方法

相對快

衛(wèi)星高度角（°）≥15≥15≥15≥15≥15

速

≥4≥4≥4≥4

相對快

有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥4

速

≥5≥5≥5≥5

觀測時段數(shù)相對≥2≥2≥2≥2≥1

重復(fù)設(shè)點數(shù)快速≥2≥2≥2≥2

相對≥60≥45≥45≥45

時段長度（′）≥90

快速≥20≥15≥15≥15

數(shù)據(jù)采樣間隔相對快

10-6010-6010-6010-6010、60

（″）速

相對快

PDOP＜6＜6＜8＜8＜8

速

2.天線安置

①在正常點位，天線應(yīng)架設(shè)在三腳架上，并安置在標(biāo)志中心的上方直接對中，

天線基座上的圓水準(zhǔn)氣泡必須整平。

②殊點位，當(dāng)天線需要安置在三角點覘標(biāo)的觀測臺或回光臺上時應(yīng)先將覘頂

拆除，防止對GPS信號的遮擋。

天線的定向標(biāo)志應(yīng)指向正北，并顧及當(dāng)?shù)卮牌堑挠绊?，以減弱相位中心偏

差的影響。天線定向誤差依定位精度不同而異，一般不應(yīng)超過±3o～5o。

③刮風(fēng)天氣安置天線時，應(yīng)將天線進行三向固定，以防倒地碰壞。雷雨天氣

安置時，應(yīng)該注意將其底盤接地，以防雷擊天線。

④架設(shè)天線不宜過低，一般應(yīng)距地1m以上。天線架設(shè)好后，在圓盤天線間

隔120○的三個方向分別量取天線高，三次測量結(jié)果之差不應(yīng)超過3mm，取其三

次結(jié)果的平均值記入測量手薄中，天線高記錄取值0.001m。

⑤測量氣象參數(shù)：在高精度GPS測量中，要求測定氣象元素。每時段氣象觀

測應(yīng)不少于3次（時段開始、中間、結(jié)束。）氣壓讀至0.1mbar，氣溫讀至0.1

oC，對一般城市及工程測量只記錄天氣狀況。

⑥復(fù)查點名并記入測量手薄中，將天線電纜與儀器進行聯(lián)接，經(jīng)檢查無誤后，

方能通電啟動儀器。

3.開機觀測

觀測作業(yè)的主要目的是捕獲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)。

天線安置完成后，在離開天線適當(dāng)位置的地面上安放GPS接收機，接通接收

機與電源、天線、控制器的聯(lián)接電纜，并經(jīng)過預(yù)熱和靜置，即可啟動接收機進行

觀測。

通常來說，在外業(yè)觀測工作中，儀器操作人員應(yīng)注意以下事項：

①當(dāng)確認外接電源電纜及天線等各項連接完全無誤后，方可接通電源，啟動

接收機。

②開機后接收機有關(guān)指示顯示正常并通過自測后，方能輸入有關(guān)測站和時段

控制信息。

③接收機在開始記錄數(shù)據(jù)后，應(yīng)注意查看有關(guān)觀測衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星號、相位

測量殘差、實時定位結(jié)果及其變化、存儲介質(zhì)記錄等情況。

④一個時段觀測過程中，不允許進行以下操作：關(guān)閉又重新啟動；進行自測

試（發(fā)現(xiàn)故障除外）；改變衛(wèi)星高度角；改變天線位置；改變數(shù)據(jù)采樣間隔；按

動關(guān)閉文件和刪除文件等功能鍵。

⑤每一觀測時段中，氣象元素一般應(yīng)在始、中、末各觀測記錄一次，當(dāng)時段

較長時可適當(dāng)增加觀測次數(shù)。

⑥在觀測過程中要特別注意供電情況，除在出測前認真檢查電池容量是否充

足外，作業(yè)中觀測人員不要遠離接收機，聽到儀器的低電報警要及時予以處理，

否則可能會造成儀器內(nèi)部數(shù)據(jù)的破壞或丟失。對觀測時段較長的觀測工作，建議

盡量采用太陽能電池或汽車瓶進行供電。

⑦儀器高一定要按規(guī)定始、末各測一次，并及時輸入及記入測量手薄之中。

⑧接收機在觀測過程中不要靠近接收機使用對講機；雷雨季節(jié)架設(shè)天線要防

止雷擊，雷雨過境時應(yīng)關(guān)機停測，并卸下天線。

⑨觀測站的全部預(yù)定作業(yè)項目，經(jīng)檢查均已按規(guī)定完成，且記錄與資料完整

無誤后方可遷站。

⑩觀測過程中要隨時查看儀器內(nèi)存或硬盤容量，每日觀測結(jié)束后，應(yīng)及時將

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至計算機硬、軟盤上，確保觀測數(shù)據(jù)不丟失。

4.觀測記錄

①觀測記錄

觀測記錄由GPS接收機自動進行，均記錄在存儲介質(zhì)（如硬盤、硬卡或記憶

卡等）上，其主要內(nèi)容有：

●載波相位觀測值及相應(yīng)的觀測歷元；

●同一歷元的測碼偽距觀測值；

●GPS衛(wèi)星星歷及衛(wèi)星鐘差參數(shù)；

●實時絕對定位結(jié)果；

●測站控制信息及接收機工作狀態(tài)信息。

②測量手薄

測量手薄是在接收機啟動前及觀測過程中，由觀測者隨時填寫的。其記錄格

式在現(xiàn)行《規(guī)范》和《規(guī)程》中略有差別，視具體工作內(nèi)容選擇。為便于使用，

這里列出《規(guī)程》中城市與工程GPS網(wǎng)觀測記錄格式（見表8-11）供參考。

表8-11中，備注欄應(yīng)記載觀測過程中發(fā)生的重要問題，問題出現(xiàn)的時間及

其處理方式等。

觀測記錄和測量手薄都是GPS精密定位的依據(jù)，必須認真、及時填寫，堅決

杜絕事后補記或追記。

外業(yè)觀測中存儲介質(zhì)上的數(shù)據(jù)文件應(yīng)及時拷貝一式兩份，分別保存在專人保

管的防水、防靜電的資料箱內(nèi)。存儲介質(zhì)的外面，適當(dāng)處應(yīng)貼制標(biāo)簽，注明文件

名、網(wǎng)區(qū)名、點名、時段名、采集日期、測量手薄編號等。

接收機內(nèi)存數(shù)據(jù)文件在轉(zhuǎn)錄到外存介質(zhì)上時，不得進行任何剔除或刪改，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。

第八章GPS測量的設(shè)計與實施

8.4GPS測量的作業(yè)模式

8.4.1經(jīng)典靜態(tài)定位模式

1．作業(yè)方式采用兩臺（或兩臺以上）接收

設(shè)備，分別安置在一條或數(shù)條基線的兩個端點，

同步觀測4顆以上衛(wèi)星，每時段長45分鐘至2個

小時或更多。作業(yè)布置如圖8-10所示。

2．精度基線的相對定位精度可達

5mm+1ppm2D，D為基線長度（KM）。

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)、建立長距離檢校基

線、進行島嶼與大陸聯(lián)測、鉆井定位及精密工程控制網(wǎng)建立等。

4．注意事項所有已觀測基線應(yīng)組成一系列封閉圖形（如圖8-10），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。

8．4．2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(zhǔn)站，

并安置一臺接收設(shè)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(shè)站，每點觀測數(shù)分鐘。

作業(yè)布置如圖8-11所示。

2．精度流動站相對于基準(zhǔn)站的基線中誤差

為5mm±1ppm2D。

3．應(yīng)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．注意事項在測量時段內(nèi)應(yīng)確保有5顆以上衛(wèi)星可供觀測；流動點與基

準(zhǔn)點相距應(yīng)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(guān)閉電源以降低能耗。

5．優(yōu)缺點

優(yōu)點：作業(yè)速度快、精度高、能耗低；缺點：二臺接收機工作時，構(gòu)不成閉

合圖形（如圖8-11），可靠性差。

8．4．3準(zhǔn)動態(tài)定位

1．作業(yè)方法在測區(qū)選擇一個基準(zhǔn)點，

安置接收機工連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；將另一

臺流動接收機先置于1號站（如圖8-12）觀測；

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1～2cm。

3．應(yīng)用范圍開闊地區(qū)的加密控制測量、

工程測量及碎部測量及線路測量等。

1．注意事項應(yīng)確保在觀測時斷上有5

顆以上衛(wèi)星可供觀測；流動點與基準(zhǔn)點距離不超過20km；觀測過程中

流動接收機不能失鎖，否則應(yīng)在失鎖的流動點上延長觀測時間1～2min。

8.4.4往返式重復(fù)設(shè)站

1．作業(yè)方法建立一個基準(zhǔn)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

1～2min；1h后逆序返測各流動點1～2min。設(shè)站

布置如圖8-13所示。

2．精度相對于基準(zhǔn)點的基線中誤差為5mm+1ppm.D。

3．應(yīng)用范圍控制測量及控制網(wǎng)加密、取代導(dǎo)線測量及三角測量、工程測

量機地籍測量。

4．注意事項流動點與基準(zhǔn)點距離不超過15km；基準(zhǔn)點上空開闊，能正常

跟蹤3顆及以上衛(wèi)星。

8.4.5動態(tài)定位

1．作業(yè)方法建立一個基準(zhǔn)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)

觀測數(shù)分鐘；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運動載體的實時位置。

作業(yè)布置如圖8-14所示

2．精度相對于基準(zhǔn)點的瞬時點位精度

1～2cm。

3．應(yīng)用范圍精密測定運動目標(biāo)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(zhǔn)點距離不超過20km。

8．4．6實時動態(tài)測量的作業(yè)模式與應(yīng)用

1．實時動態(tài)（RTK）定位技術(shù)簡介

實時動態(tài)（RealTimeKinematic-RTB）測量技術(shù)，是以載波相位觀測量為

根據(jù)的實時差分GPS（RTDGPS）測量技術(shù)，它是GPS測量技術(shù)發(fā)展中的一個新

突破。

實時動態(tài)測量的基本思想是：在基線上安置一臺GPS接收機，對所有可見

GPS衛(wèi)星進行連續(xù)地測量，并將其觀測數(shù)據(jù)，通過無線電傳輸設(shè)備，實時地發(fā)送

給用戶觀測站。在用戶站上，GPS接收機在接收GPS衛(wèi)星信號的同時，通過無線

電接收設(shè)備，接收基準(zhǔn)站傳輸?shù)挠^測數(shù)據(jù)，然后根據(jù)相對定位的原理，實時地計

算并顯示用戶站的三維坐標(biāo)及其精度。

2．RTK作業(yè)模式與應(yīng)用

根據(jù)用戶的要求，目前實時動態(tài)測量采用的作業(yè)模式，主要有：

①快速靜態(tài)測量

采用這種測量模式，要求GPS接收機在每一用戶站上，靜止地進行觀測。在

觀測過程中，連同接收到的基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實時地解算整周末知數(shù)和用

戶站的三維坐標(biāo)。如果解算結(jié)果的變化趨于穩(wěn)定，且其精度已滿足設(shè)計要求，便

可適時的結(jié)束觀測。

采用這種模式作業(yè)時，用戶站的接收機在流動過程中，可以不必保持對GPS

衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，其定位精度可達1～2cm。這種方法可應(yīng)用于城市、礦山等區(qū)

域性的控制測量，工程測量和地籍測量等。

②準(zhǔn)動態(tài)測量

同一般的準(zhǔn)動測量一樣，這種測量模式，通常要求流動的接收機在觀測工作

開始之前，首先在某一起始點上靜止地進行觀測，以便采用快速解算整周未知數(shù)

的方法實時地進行初始化工作。初始化后，流動的接收楊在每一觀測站，只需靜

止觀測數(shù)歷元，并連同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實時地解算流動站的三維坐標(biāo)。

目前，其定位的精度可達厘米級。

該方法要求接收機在觀測過程中，保持對所測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。一旦發(fā)生失

鎖，便需重新進行初始化的工作。

準(zhǔn)動態(tài)實時測量模式，通常主要應(yīng)用于地籍測量、碎部測量、路線測量和工

程放樣等。

③動態(tài)測量

動態(tài)測量模式，一般需首先在某一起始點上，靜止地觀測數(shù)分鐘，以便進行

初始化工作。之后，運動的接收機按預(yù)定的采樣時間間隔自動地進行觀測，并連

同基準(zhǔn)站的同步觀測數(shù)據(jù)，實時的確定采樣點的空間位置。目前，其定位的精度

可達厘米級。

這種測量模式，仍要求在觀測過程中，保持對觀測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤。一旦發(fā)

生失鎖，則需重新進行初始化的工作。這時，對陸上的運動目標(biāo)來說，可以在衛(wèi)

星失鎖的觀測點上，靜止地觀測數(shù)分鐘，以便重新初始化，或者利用動態(tài)初始化

（AROF）技術(shù)，重新初始化，而對海上和空中的運動目標(biāo)來說，則只有應(yīng)用AROP

技術(shù)，重新完成初始化的工作。

實時動態(tài)測量模式，主要應(yīng)用于航空攝影測量和航空物探中采樣點的實時定

位，航空測量，道路中線測量，以及運動目標(biāo)的精度導(dǎo)航等。

思考題：1、怎樣編寫GPS測量技術(shù)設(shè)計書？

2、為什么要進行GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計？其目的是什么？

3、進行GPS網(wǎng)形設(shè)計主要考慮哪些因素？

4、GPS測量外業(yè)觀測在一個測點上要進行哪些工作？工作流程是怎樣

的？要注意什么？

8.5數(shù)據(jù)預(yù)處理及觀測成果的質(zhì)量檢核

8.5.1數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.數(shù)據(jù)處理軟件及選擇

GPS網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分基線解算和網(wǎng)平差兩個階段。各階段數(shù)據(jù)處理軟件可采用

隨機軟件或經(jīng)正式鑒定的軟件，對于高精度的GPS網(wǎng)成果處理也可選用國際著名

的GAMIT/GLOBK、BERNESE、GIPSY、GFZ等軟件。

2.基線解算

對于兩臺級以上接收機同步觀測值進行獨立基線向量（坐標(biāo)差）的平差計算

叫基線解算。它的基本內(nèi)容是：

①數(shù)據(jù)傳輸；

②數(shù)據(jù)分流；

③統(tǒng)一數(shù)據(jù)文件格式；

④衛(wèi)星軌道的標(biāo)準(zhǔn)化；

⑤探測周跳、修復(fù)載波相位觀測值；

⑥對觀測值進行必要改正。

基線向量的解算一般采用多站、多時段自動處理的方法進行，具體處理中應(yīng)

注意以下幾個問題：

①基線解算一般采用雙差相位觀測值，基線大于30Km，可采用三差相位觀

測值。

②衛(wèi)星廣播星歷坐標(biāo)值，可作基線解的起算數(shù)據(jù)。

③基線解算中所需的起算點坐標(biāo)，應(yīng)按以下優(yōu)先順序采用：

國家GPSA、B級網(wǎng)控制點或其他高等級GPS網(wǎng)控制點的已有WGS-84

系坐標(biāo)。

國家或城市較高等級控制點轉(zhuǎn)換到WGS-84系后的坐標(biāo)系。

不少于觀測30min的單點定位結(jié)果的平差值提供的WGS-84系坐標(biāo)。

④在采用多臺接收機同步觀測的一個同步時段中，可采用單基線模式解算。

⑤同一級別的GPS網(wǎng)，根據(jù)基線長度不同，可采用不同的數(shù)據(jù)處理模型。

⑥對于所有同步觀測時間短于30min的快速定位基線，必須采用合格的雙差

固定解作為基線解算的最終結(jié)果。

8.5.2觀測成果的外業(yè)檢核

1.每個時段同步觀測數(shù)據(jù)的檢核

①數(shù)據(jù)剔除率應(yīng)小于10%；

②采用單基線處理模式時，對于采用同一種數(shù)學(xué)模型的基線解，其同步時段

眾人一的三遍同步環(huán)的坐標(biāo)分量相對閉合差和全長相對閉合差不得超過表8-12

所列限差。

表8-12同步坐標(biāo)分量及環(huán)線全長相對閉合差限差（ppm）

2.重復(fù)觀測邊的檢核

對于重復(fù)觀測邊的任意兩個時段的成果互差，均應(yīng)小于相應(yīng)等級規(guī)定精度的

22倍。

3.同步觀測環(huán)檢核

一般規(guī)定，三邊同步環(huán)中第三邊處理結(jié)果與前兩邊的代數(shù)和之差應(yīng)小于下列

數(shù)值：

333

x5y5z5

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