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GPS控制网的布设方法

  一、概述

GPS网 – GPS基线向量网 –同步观测:多台接收机同时对同一组卫星进行观测 –同步观测基线与独立基线

布设GPS网的目的 –提高GPS测量结果的精度和可靠性 –进行坐标系统的转换

根据用途分

大地控制网

城市控制网

工程控制网

测图控制网

形变监测网

...

根据精度划分

1. 精度指标

:网中相邻点弦长精度(mm);

a:固定误差(mm);

b:比例误差(ppm);

D:相邻点间的距离(km)。

 

  二. GPS网的等级

A级网一般为区域或国家框架网、区域动力学网;B级网为国家大地控制网或地方框架网;C级网为地方控制网和工程控制网;D级网为工程控制网;E级网为测图网。

美国联邦大地测量分管委员会(Federal Geodetic Control Subcommittee-FGCS)在1988年公布的GPS相对定位的精度标准中有一个AA级的等级,其要求固定误差≤3mm,比例误差≤0.01ppm,此等级的网一般为全球性的坐标框架和地球动力学测量。

 

  三、GPS网的布网形式

跟踪站式

会战式

多基准站式

同步图形扩展式

单基准站式

1. 跟踪站式的布网

形式:若干台接收机长期固定安放在测站上,进行常年、不间断的观测,即一年观测365天,一天观测24小时,这种观测方式很象是跟踪站,因此,这种布网形式被称为跟踪站式(实际上就是跟踪站)。数据处理通常采用精密星历。

优点:精度极高,具有框架基准特性。

缺点:需建立专门的永久性建筑即跟踪站,观测成本很高。

适用范围:一般用于建立GPS跟踪站(AA级网),永久性的的监测网( 如用于监测地壳形变、大气物理参数等的永久性监测网络)。

2. 会战式的布网

形式:在布设GPS网时,一次组织多台GPS接收机,集中在一段不太长的时间内,共同作业。在作业时,观测分阶段进行,在同一阶段中,所有的接收机,在若干天的时间里分别各自在同一批点上进行多天、长时段的同步观测,在完成一批点的测量后,所有接收机又都迁移到另外一批点上采用相同方式,进行另一阶段的观测,直至所有点观测完毕。

优点:可以较好地消除SA等因素的影响,因而具有特高的尺度精度。

适用范围:用于布设A、B级网。

3.多基准站式的布网

形式:若干台接收机在一段时间里长期固定在某几个点上进行长时间的观测,这些测站称为基准站,在基准站进行观测的同时,另外一些接收机则在这些基准站周围相互之间进行同步观测。

优点:各个基准站之间进行了长时间的观测,因此,可以获得较高精度的定位结果,这些高精度的基线向量可以作为整个GPS网的骨架。另外一方面,其余的进行了同步观测的接收机间除了自身间有基线向量相连外,它们与各个基准站之间也存在有同步观测,因此,也有同步观测基线相连,这样可以获得更强的图形结构。

适用范围:C,D。

4.同步图形扩展式的布网

形式:多台接收机在不同测站上进行同步观测,在完成一个时段的同步观测后,又迁移到其它的测站上进行同步观测,每次同步观测都可以形成一个同步图形,在测量过程中,不同的同步图形间一般有若干个公共点相连,整个GPS网由这些同步图形构成。

一个由n台仪器测定的同步图形中:

独立基线的数量为:n-1条

总的基线数量为:

优点:扩展速度快,图形强度较高,且作业方法简单。

适用范围:C,D。

5.单基准站(星形网)式的布网

形式:以一台接收机作为基准站,在某个测站上连续开机观测,其余的接收机在此基准站观测期间,在其周围流动,每到一点就进行观测,流动的接收机之间一般不要求同步,这样,流动的接收机每观测一个时段,就与基准站间测得一条同步观测基线,所有这样测得的同步基线就形成了一个以基准站为中心得星形。

优点:效率高。

缺点:图形强度弱

适用范围:D,E。

 

  四、同步图形的连接方式

点连式

边连式

网连式

混连式

1. 点连式

形式:相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。

优点:作业效率高,图形扩展迅速。

缺点:图形强度低,如果连接点发生问题,将影响到后面的同步图形。

2. 边连式

形式:相邻的同步图形间有一条边(即两个公共点)相连。

优点:作业效率较高,图形强度较强。

3. 网连式

形式:相邻的同步图形间有3个(含3个)以上的公共点相连。

优点:图形强度最强。

缺点:作业效率低。

4. 混连式

形式:相邻的同步图形间有3个(含3个)以上的公共点相连。

优点:图形强度最强。

缺点:作业效率低。

 

  五、GPS基线向量网的设计指标

效率指标

可靠性指标

精度指标

费用指标

1. 效率指标

Smin:最少观测时段数;

R:最少重复观测期数;

n:点数;

m:仪器数。

Sd:设计观测时段数。

2. 可靠性指标

lr:多余独立观测基线数;

lt:总独立观测基线数。

2. 精度指标

同步环、异步环闭合差

重复基线的较差

相邻点弦长精度(相邻点的距离中误差)

采用协因数矩阵Q或与其有关的一些指标来衡量。

 

  六、GPS基线向量网的设计原则

1. 选点的原则

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卫星信号的干扰,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,上点方便的地方。

测站应选择在易于保存的地方。

2. 提高可靠性的原则

增加观测期数(增加独立基线数)。

保证一定的重复设站次数。

保证每点与三条以上的独立基线相连。

最小异步环边数不大于6。

3. 提高精度的原则

网中距离较近的点一定要进行同步观测,以获得它们间的直接观测基线。

建立框架网。

最小异步环边数不大于6 。

适当引入高精度测距边。

若要进行高程拟合,水准点密度要高,分布要均匀,且要将拟合区域包围起来。

适当延长观测时间,增加观测时段。

选取适当数量的已知点,已知点分布均匀。

本文附件:

GPS控制网的布设方法.rar

 

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最后编辑于:2018/11/29作者: 测量测绘

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