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1,第6講 GPS靜態(tài)測量,李永川,2,作業(yè)過程,3,問題,（1）GPS點的選擇有哪些要求？它和導(dǎo)線點的選擇要求有哪些不同？ （2）名詞解釋：同步觀測、同步網(wǎng)、同步環(huán)、異步網(wǎng)、異步環(huán)、獨立基線、星歷預(yù)報。 （3）同步網(wǎng)以哪些連接方式構(gòu)成了異步網(wǎng)？ （4）制定外業(yè)觀測計劃包括哪些內(nèi)容？,4,1 準備資料,（1）測量任務(wù)書 （2）測區(qū)地形圖或平面圖 （3）測區(qū)已知控制點點之記 （4）測區(qū)已知控制點坐標 （5）技術(shù)規(guī)范 ①《全球定位系統(tǒng)GPS測量規(guī)范》GB/T 18314-2009（簡稱《規(guī)范》） ②《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》CJJ 73-97（簡稱《規(guī)程》） ③《公路全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》JTJ/C 066-98 ……,,5,2 踏勘選點,由于GPS測量中不要求測站之間相 互通視，網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)也比較靈活，所 以選點的野外工作比較簡便。 在選點工作開始之前，必須搜集測區(qū)的有關(guān)資料，例如已有的小比例尺地 形圖（1：1萬～1：10萬）、行政區(qū)劃圖和已有的測繪成果資料。要充分了解和研究測區(qū)情況，特別是交通、通訊、供電、氣象及原有控制點等情況。,,6,2.1 GPS選點要求,（1）點位應(yīng)選設(shè)在易于安置接收設(shè)備和便于操作的地方，視野應(yīng)開闊。被測衛(wèi)星的地平高度角一般應(yīng)大于10°~15°，以減弱對流層折射影響。 （2）點位應(yīng)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(yīng)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(yīng)有強烈干擾接收衛(wèi)星信號的物體（接打手機、對講機最好在10m以外），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(yīng)選在交通方便的地方，以便用其他測量手段聯(lián)測或擴展。 （5）地面基礎(chǔ)穩(wěn)定，利于點位保存。 （6）應(yīng)充分利用符合要求的舊有控制點。,7,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(yīng)按技術(shù)設(shè)計的要求，最后確認該點是否進行水準聯(lián)測，并應(yīng)實地踏勘水準路線，提出有關(guān)建議。 點周圍有高于10°的障礙物時；應(yīng)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(yīng)繪制GPS網(wǎng)選點圖。,2.2 選點作業(yè),8,2.3 GPS點標志和標石埋設(shè),中心標石是地面GPS點的永久性標志，為了長期使用GPS測量成果，點的標石必須穩(wěn)定、堅固以利長期保存和利用。 各等級GPS點的標石用混凝土灌制。一般普通標石分上標石和下標石兩層，其上均設(shè)有金屬的中心標志。 埋設(shè)標石時，須使各層標志中心在同一鉛垂線上，其偏差不得大于2mm。新埋標石時，應(yīng)依法辦理征地手續(xù)和測量標志委托保管書。,9,3 布設(shè)GPS控制網(wǎng),GPS定位網(wǎng)設(shè)計及外 業(yè)測量的主要技術(shù)依據(jù)是 測量任務(wù)書和測量規(guī)范。 測量任務(wù)書是測量施工單 位上級主管部門下達的技 術(shù)文件；而測量規(guī)范則是 國家測繪管理部門制定的 技術(shù)法規(guī)。,,10,3.1 GPS網(wǎng)的精度分級,GPS網(wǎng)的精度設(shè)計 精度指標通常是以相鄰點間弦長的標準差來表示，即用GPS邊長的固定誤差a和比例誤差b表示 在具體布設(shè)中，可以分級布設(shè)，也可以越級布設(shè)，或布設(shè)同級全面網(wǎng)。,,11,3.2 GPS點的密度,《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(yīng)為平均距離的1/2～1/3；最大距離應(yīng)為平均距離的2～3倍。,12,3.3 技術(shù)設(shè)計中應(yīng)考慮的因素,（1）測站因素 同測站布設(shè)有關(guān)的技術(shù)因素有：網(wǎng)點的密度；網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)；時段分配、重復(fù)設(shè)站和重合點的布置等。 （2）衛(wèi)星因素 同觀測對象衛(wèi)星有關(guān)的一些因素有：衛(wèi)星高度角與觀測衛(wèi)星的數(shù)目；圖形強度因子；衛(wèi)星信號質(zhì)量。大部分接收機具有解碼并記錄來自衛(wèi)星的廣播星歷表的能力。 （3）儀器因素 同儀器有關(guān)的一些因素有：接收機，用于相對定位至少應(yīng)有兩臺；天線質(zhì)量；記錄設(shè)備。 （4）后勤因素 后勤保障方面的因素有：使用的接收機臺數(shù)、來源和使用時間；各觀測時段的機組調(diào)度；交通工具和通訊設(shè)備的配置等。,13,3.4 GPS網(wǎng)的布網(wǎng)原則,（1）GPS網(wǎng)應(yīng)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(yù)期達到的精度，成果的可靠性以及工作效率，按照優(yōu)化設(shè)計原則進行。 （2）GPS網(wǎng)一般應(yīng)通過獨立觀測邊構(gòu)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(yīng)考慮常規(guī)測量方法加密時的應(yīng)用，每點應(yīng)有一個以上通視方向。 （4）在可能條件下，新布設(shè)的GPS網(wǎng)應(yīng)與附近已有的GPS點進行聯(lián)測；新布設(shè)的GPS網(wǎng)點應(yīng)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(yīng)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(yīng)利用已有水準點聯(lián)測高程。C級網(wǎng)每隔3~6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)姆椒ㄟM行。,14,3.5 GPS網(wǎng)的聯(lián)測設(shè)計,聯(lián)測點應(yīng)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。 為了更好地解決GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)兩者成果的轉(zhuǎn)換問題，應(yīng)有更多的聯(lián)測點。分析研究和作業(yè)實踐表明，一個GPS網(wǎng)應(yīng)聯(lián)測3~5個精度較高、分布合理的地面點作為GPS網(wǎng)的一部分。當測區(qū)較大時，還應(yīng)適當增加聯(lián)測點。,15,3.5 GPS網(wǎng)的聯(lián)測設(shè)計,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(yīng)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(yīng)布設(shè)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。,16,GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計依據(jù),GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計依據(jù)——GPS測量規(guī)范（規(guī)程）和測量任務(wù)書 GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計依據(jù)的規(guī)范（規(guī)程） （1）2009年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的國家標準《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》，以下簡稱國標（GB）； （2）1998年建設(shè)部發(fā)布的行業(yè)標準《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程》，以下簡稱《規(guī)程》； （3）1992年國家測繪局發(fā)布的測繪行業(yè)標準《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》，以下簡稱《規(guī)范》； （4）各部委根據(jù)本部門GPS工作的實際情況制定的其它GPS測量規(guī)程或細則。,17,GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計依據(jù),GPS網(wǎng)技術(shù)設(shè)計依據(jù)——GPS測量規(guī)范（規(guī)程）和測量任務(wù)書 測量任務(wù)書 測量任務(wù)書或測量合同是測量施工單位上級主管部 門或合同甲方下達的技術(shù)要求文件。這種技術(shù)文件 是指令性的，它規(guī)定了測量任務(wù)的范圍、目的、精 度和密度要求，提交成果資料的項目和時間，完成 任務(wù)的經(jīng)濟指標等。,18,3.6 GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計【重點及難點】,在GPS網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計時，必須明確GPS成果所采用的坐標系統(tǒng)和起算數(shù)據(jù)，即明確GPS網(wǎng)所采用的基準。 GPS網(wǎng)的基準包括位置基準、方位基準和尺度基準。主要指確定網(wǎng)的位置基準問題。 大中城市GPS控制網(wǎng)應(yīng)與附近3個以上的國家控制點聯(lián)測。小城市或工程控制可以聯(lián)測2～3個點。,19,3.6 GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計,當投入作業(yè)的接收機數(shù)目在兩臺或多于兩臺時，就可以在同一時段內(nèi)，幾個測站上的接收機同步觀測共視衛(wèi)星，這種觀測過程稱為同步觀測。 由同步觀測邊所構(gòu)成的幾何圖形稱為同步網(wǎng)。其中，三臺或三臺以上接收機同步觀測所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)稱為同步觀測環(huán)，簡稱同步環(huán)。不同的接收機數(shù)量決定了同步網(wǎng)的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。,20,3.6 GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計,在同步觀測之后，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，同步網(wǎng)中每兩個點之間就會形成一條基線向量。 所謂基線向量就是利用由兩臺或兩臺以上的接收機所采集的同步觀測數(shù)據(jù)形成的差分觀測值通過參數(shù)估計的方法所計算出的兩兩接收機間的三維坐標差。 若只考慮基線向量的大小而不考慮方向，基線向量就簡稱為基線。若同步網(wǎng)的點數(shù)為m，則網(wǎng)中同步邊（基線）總數(shù)為,在S條基線中，只有m-1條獨立基線，其余基線均可由獨立基線推算而得，屬于非獨立基線。同一條基線，其直接解算結(jié)果與獨立基線推算所得結(jié)果之差，就產(chǎn)生了所謂坐標閉合差條件，用它可評判同步網(wǎng)的觀測質(zhì)量。,21,3.6 GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計,同步網(wǎng)是GPS網(wǎng)的一個單元。 由多個同步網(wǎng)相互連接構(gòu)成了完整的GPS網(wǎng)，這個網(wǎng)也稱異步網(wǎng)。 同步網(wǎng)的不同連接方式會出現(xiàn)不同的異步網(wǎng)的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。異步網(wǎng)中，由非同步觀測獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)稱為異步觀測環(huán)，簡稱異步環(huán)。 在異步網(wǎng)中，同步網(wǎng)之間的連接方式有以下三種： 點連式：同步網(wǎng)之間僅有一點相連接的異步網(wǎng)稱為點連式異步網(wǎng)。 邊連式：同步網(wǎng)間由一條基線邊相連接的異步網(wǎng)稱為邊連式異步網(wǎng)。 混連式：混連式是點連式與邊連式的一種混合連接方式。,在上述三種連接方案中，點連式工作量最小，但無重復(fù)基線檢核；邊連式工作量最大，檢核條件亦最多，結(jié)構(gòu)也最穩(wěn)定，定位精度較高；混連式比較靈活，工作量與檢核條件比較適中。在選擇測設(shè)方案時，應(yīng)從所具備的接收機數(shù)量和精度、工作量大小、衛(wèi)星運行狀態(tài)、測區(qū)條件等方面進行權(quán)衡。,22,4 星歷預(yù)報,星歷預(yù)報：在GPS外業(yè)觀測之前，利用測站概略經(jīng)緯度和現(xiàn)有GPS衛(wèi)星星歷所做出的PDOP變化、衛(wèi)星可見數(shù)目、衛(wèi)星分布、衛(wèi)星高度角等預(yù)報性信息，以供制定外業(yè)觀測計劃時參考。 編制預(yù)報表所用概略位置坐標應(yīng)采用測區(qū)中心位置的經(jīng)緯度。預(yù)報時間應(yīng)選用作業(yè)期的中間時間。當測區(qū)較大時，作業(yè)時間較長時，應(yīng)按不同時間和地區(qū)分段編制預(yù)報表，編制預(yù)報表所用概略星歷齡期不應(yīng)超過20天（d），否則應(yīng)重新采集一組新的概略星歷。通常可獲取歷書文件，從而得到衛(wèi)星星歷。 某一瞬間的衛(wèi)星位置，是由衛(wèi)星星歷提供的。衛(wèi)星星歷的數(shù)據(jù)來源有廣播星歷和實測星歷兩類。,,23,廣播星歷,廣播星歷又稱預(yù)報星歷。 廣播星歷是是根據(jù)美國GPS控制中心跟蹤站的觀測數(shù)據(jù)進行外推，通過GPS衛(wèi)星發(fā)播的一種預(yù)報星歷，它是衛(wèi)星電文中所攜帶的主要信息。 當前從衛(wèi)星電文中解譯出來的星歷參數(shù)共17個，每小時更換一次。由這17個星歷參數(shù)確定的衛(wèi)星位置精度約為20~40m，有時可達80m。廣播星歷的誤差對相對定位的影響為1×10-6。 距離星歷更新時間越長，星歷誤差越大，致使GPS衛(wèi)星定位精度可能從10m降到200m，甚至更低。 啟用全球均勻分布的跟蹤網(wǎng)進行測軌和預(yù)報，此時由星歷參數(shù)計算的衛(wèi)星坐標可能精確到5~10m。,民間所做的星歷預(yù)報，其數(shù)據(jù)來源多為廣播星歷。,,24,實測星歷,IGS（國際GPS地球動力學(xué)服務(wù)）提供精密星歷,實測星歷又稱精密星歷。 實測星歷是根據(jù)實測資料進行擬合處理而直接得出的星歷。它需要在一些已知精確位置的點上跟蹤衛(wèi)星來計算觀測瞬間的衛(wèi)星真實位置，從而獲得精密星歷。 實測星歷要在觀測后1~2個星期才能得到（可向美國國家大地測量局（NGS）購買），這對導(dǎo)航和動態(tài)定位無任何意義，但是在靜態(tài)精密定位中具有重要作用。 GPS衛(wèi)星是高軌衛(wèi)星，區(qū)域性的跟蹤網(wǎng)也能獲得很高的定軌精度。所以許多國家和組織都在建立自己的GPS衛(wèi)星跟蹤網(wǎng)開展獨立定軌工作。,25,4.1 歷書文件的獲取方法,歷書文件可從美國的網(wǎng)站下載，將其存儲為“*.alm”格式（文件名中的*代表文件名，可根據(jù)需要命名），每7天更新一次。 http://www.navcen.uscg.gov/gps/almanacs.htm 通常借助GPS數(shù)據(jù)處理軟件進行星歷預(yù)報。這里以Trimble接收機的商用處理軟件TGO為例。,26,4.2 利用TGO處理軟件進行星歷預(yù)報,典型安裝TGO后，星歷預(yù)報模塊也自動安 裝。執(zhí)行下拉菜單“功能/planning”命令， 彈出planning程序界面 （1）測站編輯 單擊按鈕，打開測站編輯器對話框。在測 站名列表區(qū)輸入新站名并輸入位置參數(shù)，單擊 確定。位置信息會根據(jù)列表自動更新。再設(shè)置 其它Planning參數(shù) (例如, 障礙, 高度截止 角，時間區(qū)間等)。單擊“應(yīng)用”添加新測站至 內(nèi)部列表。,27,4.2 利用TGO處理軟件進行星歷預(yù)報,（2）導(dǎo)入歷書文件 將下載的歷書文件加載至軟件中。,28,4.2 利用TGO處理軟件進行星歷預(yù)報,（3）查看預(yù)報結(jié)果 查看PDOP變化圖，天空圖，衛(wèi)星數(shù)三項 預(yù)報結(jié)果，并將其復(fù)制到Word文檔中，作為 星歷預(yù)報的成果輸出。,29,5 制定外業(yè)觀測計劃【重點】,根據(jù)衛(wèi)星可見性預(yù)報表、參加作業(yè)的接 收機臺數(shù)、點位交通情況、GPS網(wǎng)形設(shè)計等 因素，進行觀測綱要設(shè)計，其內(nèi)容包括： a．確定測量模式。 b．選定最佳觀測時段。 c．確定同步觀測時段長度及起止時分。 d．編制觀測計劃表，填寫并下達作業(yè)調(diào)度命令。 e．根據(jù)實際作業(yè)的進展情況，及時調(diào)整觀測計劃和調(diào)度命令。,,30,5 制定外業(yè)觀測計劃【重點】,5.1 確定測量模式 測量模式的確定主要包括定位方式的確定和控制網(wǎng)網(wǎng)形的確定。如某計劃采用靜態(tài)差分定位，投入3臺接收機作業(yè)，同步網(wǎng)之間以邊連式連接。 5.2 選定最佳觀測時段 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。,31,5 制定外業(yè)觀測計劃【重點】,5.3 確定同步觀測時段長度及起止時分 確定同步觀測時段長度及起止時分可在技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上參考星歷預(yù)報結(jié)果進行。 在時段中觀測時間符合表中第七項規(guī)定的衛(wèi)星，為有效觀測衛(wèi)星； 計算有效觀測衛(wèi)星總數(shù)時，應(yīng)將各時段的有效觀測衛(wèi)星數(shù)扣除其間的重復(fù)衛(wèi)星數(shù)； 觀測時段長度，應(yīng)為開始記錄數(shù)據(jù)到結(jié)束記錄的時間段； 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。,32,5.4 編制觀測調(diào)度表,作業(yè)小組應(yīng)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(shè)計、星歷預(yù)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。,33,編排作業(yè)調(diào)度表,3,案例分析,34,案例分析,根據(jù)圖1.1.11所示的GPS控制網(wǎng)圖形， 用3臺雙頻GPS接收機作業(yè)，相臨點之間的距 離約1km，儀器遷移時間約20～30分鐘，已 知接收機的使用序號和天線編號，請回答下列 問題。 ①該以什么方式連接？ ②根據(jù)下圖PDOP值選擇最佳的觀測時段。 ③根據(jù)控制網(wǎng)的圖形的觀測順序和觀測時間填寫GPS觀測調(diào)度表。,35,6 編寫技術(shù)設(shè)計書,,36,注意事項,不影響GPS網(wǎng)質(zhì)量的因素 網(wǎng)的形狀對GPS網(wǎng)的質(zhì)量沒有直接影響,37,注意事項,網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 為覆蓋面積大或延伸距離遠的網(wǎng)布設(shè)高等級的框（骨）架網(wǎng)。,38,注意事項,網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 最簡異步環(huán)的邊數(shù)不宜過多。,39,注意事項,網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 短邊應(yīng)進行同步觀測。,40,注意事項,網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)技術(shù)規(guī)范中要求的重復(fù)設(shè)站次數(shù)，計算最少觀測時段數(shù)。 Smin——最少觀測時段數(shù) R——重復(fù)設(shè)站次數(shù) n——網(wǎng)的點數(shù)，m——投入作業(yè)的接收機臺數(shù)。,41,某測區(qū)欲選擇8個GPS控制點，點間距最長為300m，最短為200m，聯(lián)測2個已知點。投入4臺接收機進靜態(tài)差分定位，試完成下列任務(wù)，將結(jié)果填入附錄3的工作任務(wù)單1和2中。 布設(shè)二級控制網(wǎng)，實地選點，并繪制GPS點之記。 繪制GPS網(wǎng)略圖。 編寫GPS外業(yè)調(diào)度表。,任務(wù)訓(xùn)練,42,預(yù)習提示,（1）新購置的GPS接收機或經(jīng)過維修后的接收機應(yīng)進行哪些檢驗？ （2）如何進行一測站GPS外業(yè)觀測？ （3）在外業(yè)觀測過程中，作業(yè)人員應(yīng)遵守哪些要求？ （4）測量手簿記錄有哪些要求？ （5）什么是RINEX格式？ （6）數(shù)據(jù)存儲與管理的要求有哪些？,43,任務(wù)2 靜態(tài)GPS外業(yè)觀測,GPS外業(yè)觀測是利用接收機接收來自GPS衛(wèi)星的無線電信號，它是外業(yè)階段的核心工作，包括準備工作、天線設(shè)置、接收機操作、氣象數(shù)據(jù)觀測、測站記簿等項內(nèi)容。 1.1 接收機檢驗【難點】 GPS接收機是完成測量定位的關(guān)鍵設(shè)備，可根據(jù)需要按《規(guī)范》和表《規(guī)程》選用。,,44,最佳GPS接收機具備的條件,（1）可靠性高。 接收機本身產(chǎn)生的周跳、半周跳和1/4周跳極少。 （2）耐用性強。 耐用性強表現(xiàn)在平均無故障工作時間上。平均無故障時間（MTBF，mean time been without failure）表征 GPS信號接收機的耐用性。美國軍用標準定為 MTBF≥13 000h。而現(xiàn)行 GPS信號接收機的平均無故障時間為 5000～60000h。 （3）測量精度高。 GPS信號接收機的C/A碼測距精度最高達土20 cm，最低僅為幾米。單頻機出廠精度達5mm+2×10-6D，雙頻機達到5mm+1×10-6D。,45,最佳GPS接收機具備的條件,（4）具有同時跟蹤測量4顆以上GPS衛(wèi)星的能力。 一臺GPS信號接收機，能否同時跟蹤和測量多顆GPS衛(wèi)星，取決于它具有的波道數(shù)；其最少不能夠低于8個波道，最佳者為24個波道，甚至48個波道（對于雙星集成接收機而言）。衛(wèi)星跟蹤性能良好不易失真，最好還具有WAA信號和無線電信標的接收波道。 （5）作業(yè)適應(yīng)性強。 一臺較理想的GPS信號接收機，既能作靜態(tài)定位，又能作快速靜態(tài)和動態(tài)測量，亦即，既能在高低動態(tài)環(huán)境條件下作七維狀態(tài)參數(shù)測量，又具有極微弱信號的探測能力和抗客體干擾能力。例如，能夠在森林或街區(qū)正常作業(yè)，又能擔任DGPS和GIS任務(wù)。,46,最佳GPS接收機具備的條件,（6）具有雙頻甚至三頻的接收能力。 單頻接收機的制作成本和售價雖較低，但它們不適宜用于過長距離和厘米級精度的DGPS測量。一臺理想的GPS信號接收機，應(yīng)具有雙頻甚至三頻（對于GPS IIF衛(wèi)星而言）的接收能力。在海、陸、空應(yīng)用時，都能跟蹤全部可見衛(wèi)星。 （7）較低的C/A碼測距噪聲（≤10cm ）和載波相位噪聲（＜1mm）。 （8）具有削弱多路徑誤差的功能。 （9）較高的原始數(shù)據(jù)率。 原始數(shù)據(jù)率最好是20次/s，在高動態(tài)條件下應(yīng)用。,47,最佳GPS接收機具備的條件,（10）較大的存儲器。 測地型GPS信號接收機，其內(nèi)存容量一般為0.5～80Mbit，它們的存儲時間的長短，既取決于GPS定位數(shù)據(jù)的更新率，又取決于被測GPS衛(wèi)星的多少。 （11）數(shù)據(jù)處理軟件功能強。 GPS信號接收機的內(nèi)置軟件，既能解算用戶的位置、速度和時間，又能作數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)管理、周跳探測及其注記、儀器自診斷及其控制。 （12）體積小、功耗低。 最好在GPS信號接收機內(nèi)部安設(shè)有鋰電池，可供GPS信號接收機在野外作業(yè)10h以上。,48,最佳GPS接收機具備的條件,（13）工作溫度在－40～＋65°C之間，以便在炎熱和酷寒地區(qū)均能工作。 目前的民用GPS設(shè)備包括測量型和導(dǎo)航型。其中測量型產(chǎn)品的精度可達到米級甚至毫米級，但至少需要兩臺（套）才能達到設(shè)計精度要求，而且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單機成本一般在幾萬到幾十萬，適合專業(yè)高精度測量環(huán)境使用。 導(dǎo)航型產(chǎn)品，由于其使用者對精度要求不高，一般為幾十米，因此機器內(nèi)部硬件相對簡單，只須一臺就可以完成導(dǎo)航工作，加之其價格相對較低，因而更有普及和推廣價值。,49,1.1.1 測地型接收機的類型選擇,（1）單頻接收機的選擇 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(dǎo)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。 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(guān)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，只有雙頻接收機售價的40%左右。 目前單頻接收機已經(jīng)歷經(jīng)三代。即使基線在30～300km范圍內(nèi)，精度也能達到7cm+2×10-6D。,50,1.1.1 測地型接收機的類型選擇,（2）雙頻接收機的選擇 雙頻接收機可以同時接收L1和 L2信號，利用雙頻技術(shù)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。 （3）信號通道類型的選擇 接收機的通道類型有三種：多通道接收機；序貫通道接收機、多路復(fù)用通道接收機。 ①多通道接收機：觀測比較可靠，并且具有良好的信噪比。 ②序貫通道接收機：結(jié)構(gòu)簡單，但難于保持載波信號的跟蹤。 ③多路復(fù)用通道接收機：連續(xù)地跟蹤載波信號，但信噪比低。,51,1.1.1 測地型接收機的類型選擇,（4）碼相關(guān)型和碼相位型的選擇 根據(jù)接收機信號通道的工作原理，接收機可以分為：碼相關(guān)型接收機、平方型接收機和混合型接收機。 ①碼相關(guān)型接收機：既可進行偽距測量，又可進行載波相位測量，并能獲得導(dǎo)航電文。但由于P碼的保密而無法獲得L2載波的相位觀測值。 ②平方型接收機：無需掌握測距碼（C/A碼、P碼）的結(jié)構(gòu)便能獲得L1 、L2載波信號，衛(wèi)星信號經(jīng)平方后，完全消掉了其中的測距碼和數(shù)據(jù)碼，無法獲得衛(wèi)星的導(dǎo)航電文和時間信息，必須通過其他方法獲取衛(wèi)星星歷和時間信息。 ③混合型接收機：綜合利用相關(guān)技術(shù)和平方技術(shù)的優(yōu)點，可以同時獲得碼相位和載波相位觀測量，可以提供多種導(dǎo)航和定位信息，目前在測量工作中多屬這種類型的接收機。,52,1.1.2 導(dǎo)航型接收機的類型選擇,導(dǎo)航型接收機此類型接收機主要用于運動載體的導(dǎo)航，它可以實時給出載體的位置和速度。 導(dǎo)航型接收機一般采用C/A碼偽距測量，單點實時定位精度較低，一般為±25mm，有SA影響時為±100mm。 導(dǎo)航型接收機價格便宜，應(yīng)用廣泛。 根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，導(dǎo)航型接收機還可進一步分為： 車載型——用于車輛導(dǎo)航定位； 航海型——用于船舶導(dǎo)航定位； 航空型——用于飛機導(dǎo)航定位； 星載型——用于衛(wèi)星的導(dǎo)航定位。,53,1.1.3 接收機檢驗步驟,檢驗項目包括：一般檢視、通電檢驗、實測檢驗。 （1）一般檢視 接收機及天線型號應(yīng)正確，外觀是否良好；各種部件及其附件是否齊全、完好；緊固部件不得松動和脫落；設(shè)備的使用手冊應(yīng)齊全。 （2）通電檢驗 正確聯(lián)接電纜，然后通電檢驗有關(guān)信號燈、按鍵、顯示系統(tǒng)以及儀表、測試系統(tǒng)是否正常。最后按操作步驟進行衛(wèi)星捕獲與跟蹤，檢驗其工作情況。 （3）實測檢驗 應(yīng)在不同長度的標準基線上或?qū)ＴO(shè)的GPS測量檢驗場上進行。對廣大用戶而言，可采用較為簡單的超短基線（準確測得它的實際長度），作為檢測的標準值。,除上述三項檢驗以外，天線底座的圓水準器和光學(xué)對點器，也都要在出測前進行檢驗和校正。作業(yè)中所用的測量作業(yè)儀表，如通風干濕表、空盒氣壓表、溫度計，也應(yīng)定期送氣象部門檢驗，以保證正常工作。,54,1.2 靜態(tài)外業(yè)觀測,1.2.1 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(yīng)在安置天線之前先放倒覘標或采取其它措施。 天線的定向標志線應(yīng)指向正北。 天線底盤上的圓水準氣泡必須居中。,,目前GPS接收機大多為一體機，即接收單元與天線單元合為一體，以便攜帶。例如天寶Trimble- 4800、華測X-90。故若進行天線安置，實際上就是將這類接收機連同基座固定在三腳架上，使基座對中整平。一般情況下對中誤差Δ≤2mm。按要求將電池與GPS接收機連接。,55,1.2.2 量取天線高,天線高是指觀測時接收機天線相位中心至測站中心標志面的高度。 天線安置后，應(yīng)在每時段觀測的前、后各量取天線高一次。 對備有專門測高標尺的接收設(shè)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(shè)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，按下式求出天線高。,,在實際作業(yè)中，若接收機和數(shù)據(jù)處理軟件的來源相同，則不必進行手工計算，而量取至某一特定部位，例如對于華測X-90接收機，可量至接收機中間的藍色標志線上。在數(shù)據(jù)處理時可直接將該量取值輸入華測處理軟件中，軟件將根據(jù)計算公式自動修正至天線高的值。但如若處理軟件與接收機型號不同，則應(yīng)視實際情況來處理。,56,1.2.3 觀測作業(yè),在外業(yè)觀測過程中，作業(yè)人員應(yīng)遵守如下要求： a．觀測組必須嚴格遵守調(diào)度命令，按規(guī)定時間同步觀測同一組衛(wèi)星。當沒按計劃到達點位時，應(yīng)及時通知其它各組，并經(jīng)觀測計劃編制者同意對時段作必要調(diào)整，觀測組不得擅自更改觀測計劃。 b．一個時段觀測過程中嚴禁進行以下操作：關(guān)閉接收機重新啟動；進行自測試（發(fā)現(xiàn)故障除外）；改變接收設(shè)備預(yù)置參數(shù)等；改變天線位置；按關(guān)閉和刪除文件功能等。 c．觀測期間作業(yè)員不得擅自離開測站，并應(yīng)防止儀器受震動和被移動，要防止人員或其它物體靠近、碰動天線或阻擋信號。 d．在作業(yè)過程中，不應(yīng)在天線附近使用無線電通訊。當必須使用時，無線電通訊工具應(yīng)距天線10m以上。雷雨過境時應(yīng)關(guān)機停測，并卸下天線以防雷擊。,57,1.3 外業(yè)觀測記錄【重點】,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(shè)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(yīng)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）。,,GPS時間系統(tǒng)簡稱為GPS時，是以原子頻率標準為基礎(chǔ)，由主控站按照美國海軍天文臺（USNO）的協(xié)調(diào)時UTC進行調(diào)整。在1980年1月6日零時，使兩個時系對齊。 GPS時與協(xié)調(diào)時UTC相似，都屬于原子時，而為了保持導(dǎo)航的連續(xù)性，GPS時不能跳秒，若有必要，可由主控站對衛(wèi)星鐘的運行狀態(tài)進行調(diào)整，即對衛(wèi)星鐘的速度進行調(diào)整，使GPS時與世界時保持一致。,58,1.3 外業(yè)觀測記錄【重點】,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： （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。 其中圖幅編號，可填寫1：50000地形圖圖幅編號；近似經(jīng)緯度填至1′，近似高程填至100m。 整個觀測過程出現(xiàn)的重要問題及其處理情況，亦應(yīng)如實地填寫在記事欄內(nèi)。,59,1.3 外業(yè)觀測記錄【重點】,測量手簿記錄要求如下： a．測站名的記錄，測站名應(yīng)符合實際點位。 b．時段號的記錄，時段號應(yīng)符合實際觀測情況。 c．接收機號的記錄，應(yīng)如實反映所用接收機的型號。 d．起止時間的記錄，起止時間宜采用協(xié)調(diào)世界時（UTC），填寫至時、分。當采用北京標準時（BST）時，應(yīng)與UTC進行換算。 e．天線高的記錄，觀測前后量取天線高的互差應(yīng)在限差之內(nèi)，取平均值作為最后結(jié)果，精確至0.001m。 f．預(yù)測GPS數(shù)據(jù)文件格式，根據(jù)觀測當天的日期、接收機號和時段號寫出的數(shù)據(jù)文件應(yīng)與數(shù)據(jù)傳輸出來的格式一致。 g．測量手簿必須使用鉛筆在現(xiàn)場按作業(yè)順序完成記錄，字跡要清楚、整齊美觀，不得連環(huán)涂改、轉(zhuǎn)抄。如有讀、記錯誤，可整齊劃掉，將正確數(shù)據(jù)寫在上面并注名原因。 h．嚴禁事后補記或追記，并按網(wǎng)裝訂成冊，交內(nèi)業(yè)驗收。,60,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)傳輸主要有以下步驟： （1）在計算機上安裝數(shù)據(jù)下載軟件; （2）用數(shù)據(jù)線連接接收機至計算機主機; （3）打開下載軟件，配置通訊參數(shù); （4）連接成功后，對照外業(yè)觀測手簿添加測站信息; （5）設(shè)置下載路徑及數(shù)據(jù)格式; （6）導(dǎo)出數(shù)據(jù)。,,61,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,華測X-90GPS接收機數(shù)據(jù)下載軟件為HcLoader （1）接收機與電腦連接，用數(shù)據(jù)線連接GPS主機（開機狀態(tài)）和電腦。,用數(shù)據(jù)傳輸線正確 連接GPS接收機和計算 機，數(shù)據(jù)線不應(yīng)有扭 曲，接口應(yīng)直插直拔， 不應(yīng)有扭轉(zhuǎn)。,62,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,（2）打開數(shù)據(jù)傳輸軟件，選擇下載路徑 “開始→程序→華測軟件→數(shù)據(jù)下載” 點擊桌面上的圖標 （3）數(shù)據(jù)下載界面，先選擇好左端的文件下載路徑。,63,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,（4）接收機設(shè)置 選擇“工具→接收機設(shè)置”查看接收機的相關(guān)信息（灰色為不可更改部分）。 每次觀測相同時間所采集的數(shù)據(jù)所占內(nèi)存空間是不同的，與接收到的衛(wèi)星個數(shù)和采樣間隔有關(guān)，一般來說按默認設(shè)置，接收8顆衛(wèi)星是可以連續(xù)工作300多個小時。 如果內(nèi)存已滿是不記錄數(shù)據(jù)的（現(xiàn)象是主機開機后數(shù)據(jù)記錄燈和衛(wèi)星燈一秒閃爍一次），可以通過“工具→內(nèi)存維護”，格式化內(nèi)存或刪除文件的方式來清空內(nèi)存。,64,接收機設(shè)置,①采樣間隔：可根據(jù)實際情況修改（根據(jù)作業(yè)要求、方式的不同可做一定量的修改），一般修改范圍為1～60秒，默認值為5秒。 ②高度截止角：根據(jù)作業(yè)地區(qū)、作業(yè)時間的不同可做一定量的修改，但不要太大，默認值為10度，該項只對做靜態(tài)時起作用。 ③原始數(shù)據(jù)輸出：一般為“正常模式”，否則不能記錄靜態(tài)數(shù)據(jù)，“原始數(shù)據(jù)輸出”模式是為了外接PDA而設(shè)計的。 ④基準站自啟動：是針對RTK來設(shè)計的，基準站主機只要連接好后直接開機就可以正常工作，不需要手簿對基準站設(shè)置。 ⑤自啟動數(shù)據(jù)發(fā)送端口：選項有Port1、Port2、GPRS/CDMA、Port2+GPRS/CDMA，默認為Port1。 ⑥自啟動數(shù)據(jù)傳送格式：CMR、CMR+、RTCM2、RTCM3、RTCA，默認為CMR。,65,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,（5）設(shè)置文件格式 一般情況下，不同型號的接收機輸出的數(shù)據(jù)文件在記錄類型、記錄長度和存取方式方面采用不同的記錄格式。因華測X-90的數(shù)據(jù)格式可與天寶系列接收機的數(shù)據(jù)格式兼容，故可根據(jù)需要選擇不同的數(shù)據(jù)格式。 通過“工具→選項”進行數(shù)據(jù)格式設(shè)置。 ①*.DAT格式 若采用天寶數(shù)據(jù)處理TGO時，下載的數(shù)據(jù)格式選為*.DAT格式。 ②*.HCN格式 若采用華測數(shù)據(jù)處理軟件Compass Solution時，選用GPS Compass格式*.HCN。,66,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,華測接收機格式： 點名_天數(shù)+時段.HCN,天寶接收機格式： 識別碼_天數(shù)+時段.DAT,區(qū)別于CASS中的*.dat數(shù)據(jù),67,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,（5）設(shè)置文件格式 ③RINEX格式 通常情況下，需要將數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成RINEX格式，即國際通用的與接收機無關(guān)的GPS數(shù)據(jù)標準交換格式。 RINEX格式的數(shù)據(jù)文件的完整的文件名由用于表示文件歸屬的8位字符長度的主文件名和用于表示文件類型的3位字符長度的擴展名兩部分組成。 其具體形式為“ssssdddf .yyt”。其中，“ssss”代表4字符長度的測站代號；“ddd”代表文件中第一個記錄所對于的年積日（該日期距離當年1月1日的天數(shù)）；“f”代表一天內(nèi)的文件序號，有時也稱為時段號，取值為0~9，A~Z。“yy”代表年份；“t”代表文件類型，通常為“O”（表示觀測值文件）或“N”（表示GPS導(dǎo)航電文文件）。例如某RINEX格式的數(shù)據(jù)文件為HY051283.08O。,68,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,（6）選擇【連接+設(shè)置】進入設(shè)置界面。 通訊串口：一般選擇“COM1”，若安裝了USB驅(qū)動也可選擇“USB”。 波特率：一般為115200； 自動刷新接收機信息：默認勾選。 設(shè)置完成后按下【連接】按鈕。數(shù)據(jù)下載界面顯示接收機內(nèi)所有數(shù)據(jù)文件。,69,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,（7）選擇需要下載的數(shù)據(jù)文件，右擊鼠標選擇【輸入測站信息】。,70,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,①測站名：輸入儀器在開始時間與結(jié)束時間內(nèi)設(shè)站的測點點名。 ②時段：區(qū)分一個儀器在同一測站內(nèi)觀測多次。 ③天線高：天線到測點的傾斜距離。 ④文件類型：默認“靜態(tài)”。 設(shè)置好后按下【確認】鍵。,71,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸【案例分析】,（8）選中數(shù)據(jù)文件，點擊菜單欄內(nèi)的下載工具，或者右擊鼠標選擇【數(shù)據(jù)導(dǎo)出】。,,72,1.4 靜態(tài)數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)存儲與管理 a．及時將當天觀測記錄結(jié)果錄入計算機，并拷貝成一式兩份。 b．數(shù)據(jù)文件備份時，宜以觀測日期為目錄名，各接收機為子目錄名，把相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件存入其子目錄下。存放數(shù)據(jù)文件的存儲器應(yīng)制貼標簽，標明文件名，網(wǎng)名、點名、時段號和采集日期、測量手簿應(yīng)編號。 c．制作數(shù)據(jù)文件備份時，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。 d．數(shù)據(jù)在備份后，宜通過數(shù)據(jù)處理軟件轉(zhuǎn)換至RINEX通用數(shù)據(jù)格式，以便與各類商用數(shù)據(jù)處理軟件兼容。,73,任務(wù)2常見問題,（1）每次工作以前建議檢查所有電纜 很多的問題都是因為電纜及其接頭的連接斷開所致，每次工作以前建議檢查所有電纜都能正常工作。 （2）接收機不能開機或無法正常工作 如遇到接收機不能開機或無法正常工作的情況，先檢查一下電池是否有電；雖然這個一個小的問題，但很容易被忽略。 （3）數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件則沒有歷元 記錄靜態(tài)數(shù)據(jù)，但當把數(shù)據(jù)導(dǎo)入到軟件則沒有歷元。這是內(nèi)存卡的問題，當遇到這樣情況，一般需自檢或格式化內(nèi)存。,74,任務(wù)2常見問題,（4）不記錄靜態(tài)數(shù)據(jù) ①確定接收機已切換成靜態(tài)數(shù)據(jù)記錄； ②查看接收機內(nèi)存是否已滿，方法為：點擊數(shù)據(jù)下載軟件的“工具→內(nèi)存維護”，若內(nèi)存已滿，則可保存需要的數(shù)據(jù)后清空內(nèi)存； ③用9600的波特率連接后，打開端口監(jiān)視窗口，這時關(guān)機后重新開啟接收機。如果在端口監(jiān)視窗口顯示work mord=1即內(nèi)存正常，否則內(nèi)存有問題，需要聯(lián)系廠家進行維修。 ④查看接收機是否被設(shè)置成“原始數(shù)據(jù)輸出”，方法為：連接電腦，點擊數(shù)據(jù)下載軟件的“設(shè)置”按鈕，查看“原始數(shù)據(jù)輸出”項是否為“正常模式”，若不是，點擊該對話框右側(cè)第三個按鈕以切換。,75,任務(wù)2常見問題,（5）不能讀取接收機數(shù)據(jù) 檢查接收機是否打開了，明確用了哪種通訊串口連接接收機和電腦（串口還是USB），并且點擊‘斷開’按鈕，再點擊“連接→設(shè)置”，選擇通訊串口，然后點“設(shè)置”，再行連接即可。如果接收機的串口和USB連接計算機都不能讀出數(shù)據(jù)：將計算機重新啟動一次即可。,