GPS 测量与数据处理

1. GPS测量与数据处理 黄劲松 武汉大学 测绘学院

2. 第四章 GPS测量的外业

3. 本章内容 • 选点与埋石 • 接收机的选用及维护保养 • 接收机的检验 • 观测方案设计 • 作业调度 • 观测作业 • 成果验收和上交资料 • 外业进度估算及项目成本预算

4. 1. 选点与埋石

5. 选点准备 • 收集资料 • 点之记，平面控制网及水准网的网图，成果表，技术总结，地形图，交通图，测区总体建设规划及近期发展规划，… • 了解和研究测区内的相关情况 • 交通，通讯，供电，气象及大地点，…

6. 图上设计 • 作用 • 确定点位的分布、数量 • 确定联测的高等级控制点 • 设计目标： • 满足应用要求 • 易于保存 • 交通方便

7. 测站的基本要求 • 观测条件 • 对空通视条件好，15以上不宜有成片障碍物。 • 15以上不宜有金属导体* • 便于仪器安置及观测作业。 • 远离可能的干扰源。 • 远离易引起多路径的环境。 • 位置及设施 • 地质条件良好、点位稳定、易于保存，尽可能顾及交通等条件。 • 充分利用符合要求的现有观测设施。 • 尽量选择测站小环境与周围大环境一致的地点。

8. 辅助点和方位点 • 辅助点 • 作用：检验、恢复主点 • 要求：若A、B级GPS点不位于基岩上时，应在附近埋设1~3个辅助点，并测定它们与GPS点之间的距离和高差，精度优于5mm。 • 方位点 • 作用：高精度的后视方向 • 要求：可根据需要在GPS点附近设置方位点。

9. 选点作业 • 实地探勘选点、标记。 • 利用旧点时，应对其稳定性、可靠性和完好性进行检查。 • 点名通常应取居民地名，C、D、E级点也可取山名、地名、单位名。少数民族地区的点名采用音译汉语名，可附原文。 • 新旧点重合时，通常用原名，否则因注上原名。与水准点重合时，应注明水准点等级和编号。 • 所有点应在现场绘制点之记。AA级和A级点还应填写地质概要、构造背景及地形地质略图。 • 点位周围存在高于10的障碍物时，应绘制点的环视图。 • 选点工作完成后，应绘制GPS网选点图。

10. 提交资料 • 点之记和环视图 • GPS网选点图 • 绘于测区地形图上 • 选点工作总结

11. 标石类型 • 天线墩 • 基岩天线墩，岩层天线墩，岩层标石土层天线墩 • 标石 • 岩层普通标石，普通基本标石，冻土基本标石，固定沙石基本标石，普通标石，建筑物上的标石

12. 标石实例

13. 中心标志① • 中心标志要求 • 基岩和基本标石的中心标志采用铜或不锈钢制作 • 普通标石的中心标志可采用铁或坚硬的复合材料制作 • 中心用十字丝或直径小于0.5mm的中心点表示

14. 中心标志② • 中心标志实例 不锈钢标志 金属标志

15. 强制对中装置① • 适用范围 • 高等级控制测量（A、B级控制网） • 特种精密工程测量（比如大坝、水库、桥梁的控制变形监测） • 强制对中方法 • 在观测墩上埋设强制对中装置，使用连接螺丝或连接杆直接连接仪器相应部位，对中误差<0.1mm。

16. 强制对中装置② • 实例

17. 埋石作业 • 标石可用混泥土灌制，也可用整块花岗岩、青石等坚硬石料凿制。 • 天线墩、基岩标石和基本标石应现场浇灌混凝土，普通标石可预制。 • 各层标志中线应严格位于同一铅垂线上，偏差不大于2mm。强制对中装置不大于1mm。 • 利用旧点时应确认标石完好，并符合同级GPS点埋石的要求。若上标石被破坏，可以下标石为准重新埋设上标石。 • 方位点上应埋设普通标石，并加以注记。 • 埋石所占土地，应经土地使用者或土地管理部门同意。 • 新埋标石及天线墩应办理测量标志委托保管书，一式三份。 • 利用旧点时需对委托保管书进行核实，无法落实时应重新办理委托保管手续。 • B、C级点的标石埋设后需经一个雨季，冻土地区需经一个解冻期，基岩或岩层标石需经一个月后，方可用于观测。 • 现场浇灌混凝土标石，应在标石上压印GPS点类别、埋设年代和“国家设施勿动”等字样。荒漠、平原等地方，还需在点旁埋设指示牌。

18. 上交资料 • 点之记 • 土地占用批准文件和测量标志委托保管书 • 标石建造拍摄的照片 • 埋石工作总结

19. 2.接收机的维护保养

20. 接收机的维护和保养 • 主机及天线 • 主机及天线：防撞、防压、防摔、防水、防潮、防尘、防雷击 • 接口：使用正确的接口；插拔应注意方向 • 存储卡插槽：插卡应注意方向，以免针脚损坏 • 附件 • 线缆：勿过度弯曲，勿用力拉拽线缆 • 电池：注意电池保养及充放电时的极性

21. 3.接收机的检验

22. 检验内容 • 新购置GPS接收机的检验 • 一般性检视 • 通电检验 • 试测检验 • 旧GPS接收机的检验 • 一般性检视 • 通电检验 • 试测检验的准备部分

23. 一般性检视 • 目的 • 外观是否良好 • 部件及附件是否齐全 • 项目 • 外观完好性检视 • 部件、附件的齐备性、完好性检查及其与主机匹配性检查 • 需紧固部件的检验 • 设备文档及软件齐备性检查

24. 通电检验 • 目的 • 能够正常启动并运行 • 项目 • 信号灯的检验 • 按键及显示系统的检验 • 仪器自检 • 信号跟踪锁定的检验

25. 试测检验① • 目的 • 工作性能是否达到要求

26. 试测检验② • 准备工作 • 水准器检验 • 天线高专用尺检验 • 数据传录设备及软件检验 • 数据处理软件的测试评估

27. 试测检验③ • 接收机内部噪声水平的测试 • 零基线 • 超短基线 功分器

28. 试测检验④ • 接收机天线相位中心偏差及稳定性检验 • 旋转天线法 • 相对定位法 旋转后相位中心 几何中心 几何中心 相位中心 相位中心

29. 试测检验⑤ • 野外实测 • 接收机野外作业性能及不同测程精度指标测试 • 在基线场进行

30. 其他检验 • 接收机频标稳定性检验和数据质量评价 • 接收机高低温性能测试 • 接收机综合性能评价

31. 检定证书

32. 接收机野外检定场 • 定义 • 由具有各种长度的已知基线所构成的用于测试接收机性能质量的设施。 • 要求 • 应具有各种长度的基线（超短基线：5~10m；短基线：1~10km；中等基线：10~50km；长基线：>50km） • 点位稳定，观测条件好 • 测站采用强制对中 • 中长基线组成网形

33. 4.观测方案设计

34. 基本技术要求 B、C、D和E级GPS网测量的基本技术要求（GB/T 18314—2009）

35. 观测方案内容 • 接收机配备 • 接收机参数设置 • 设站及观测记录

36. 接收机配备 • 规范要求 • 原则 • 类型：尽可能采用双频全相位接收机（利于周跳探测，可消除电离层折射影响，观测值质量高）。 • 数量：接收机数越多，网的结构就越好，推进速度也就越快。但作业调度的复杂度也将增大。为了既保证效率，又降低作业调度复杂度，接收机数量最好为偶数，4或6台。

37. 接收机参数设置 • 规范要求 • 说明 • 所规定卫星截止高度角和采样间隔为上限值，实际采用值可根据接收机存储器容量、观测精度要求及观测时段的长短，适当减小，卫星截止高度角可低至5，采样间隔可短至5s。

38. 设站 • 对中、整平和量仪器高 • 对中误差不大于1mm • 用专用量高设备或钢卷尺在互为120°的三处量取天线高，互差不大于3mm，取中数采用 • 定向 • 安置天线时，应将天线上的标志线指向正北，可采用罗盘仪来定向，顾及磁偏角改正，定向误差不超过±5° • 对于未标示定向标志的天线，可预先指定定向标记

39. 观测记录 • 观测过程中，应注意接收机的运行状态，如接收卫星状态、信噪比、单点定位结果、剩余内存量、电量等。发现异常，应及时记录在手簿的备注栏内并向上级报告。 • 每时段始末各记录一次观测卫星号、天气状态、实时定位的PDOP值等。当时段长度超过2h时，应在UTC整点时增加记录一次。夜间可每隔4h记录一次。 • 气象观测时所用的干湿温度计应悬挂在测站附近，与天线相位中心大致同高处。悬挂地点应通风良好，避开阳光直射。空盒气压计可置于测站附近地面上。 • 每时段观测前后各量取天线高一次，两次之差不应大于3mm，取中数作为最后的天线高。较差超限时应查明原因，提出处理意见并记入手簿记事栏内。

40. 5.作业调度

41. 作业方法 • 分区观测，逐步推进扩展

42. 调度指挥的工作内容 • 安排作业时段 • 分配观测任务 • 安排作业小组 • 指定各作业小组的观测时间、测站 • 确定迁站方式，进行交通工具的调配 • 突发情况的处理 • 延误的处理 • 设备故障的处理 • 测站错误的处理 • 突发恶劣天气的处理

43. 调度指挥的作用 • 通过观测时间的选择，保证观测质量 • 通过同步图形的配置（扩展方式），保证GPS网的图形强度 • 通过迁站方式的确定，保证作业的效率 • 通过适当的应急处理方式，保证作业的顺利进行

44. 人员安排 • 外业观测队组成 • 队长、内业处理人员、观测小组、驾驶员、后勤保障的人员 • 安排原则 • 将能力不同的人员安排在一起，每小组至少安排一名熟练人员 • 困难点可适当增加小组人员 • 若每组配备车辆，驾驶员可作为小组成员

45. 交通工具配备 • 配备原则 • 所需车辆的数量不应少于观测小组数的一半

46. 观测时段确定 • 确定原则 • 选择卫星数较多、PDOP值较小的时间段（观测窗口） • 时段长度不短于规范要求 • 辅助设计工具 • 专门的“计划”软件

47. 卫星状态的预报① 指定地点和预报时段等条件

48. 卫星状态的预报② 可观测卫星预报结果

49. 卫星状态的预报③ 卫星运行轨迹预报图

50. 卫星状态的预报④ PDOP预报结果