GNSS控制网建立的流程

建网流程与控制测量的作业模式密切相关

在技术设计之前，收集与整理测区已有的测绘资料。

主要包括：

各类图件（如交通图、地形图、规划图等）；

测区及周边地区可利用的已知点成果资料；

有关的技术规范、规程等。

在实地踏勘测区中，需要了解已知点的分布情况，实际交通状况，水系分布状况，居民点分布情况等，对点位分布有特殊要求的，还需进行重点勘查。

GNSS控制网技术设计

1资料收集与踏勘

2精度设计

3基准设计

4网形设计

5观测设计

6技术设计书编写

GPS网精度设计

国家现行的《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314-2009）按照精度和用途将GPS网划分为A、B、C、D、E五个等级，其中A级GPS网由卫星连续运行基准站构成（相当于一等），B、C、D、E相对应于二等、三等、四等、一级。《规范》中对每个等级的技术指标提出了明确要求。各部委也相应地制定了GPS测量规程，用来指导GPS网精度设计与等级选择。

GPS网基准设计

设计阶段就应明确GPS成果所采用的坐标系统和起算数据。在起算数据要求方面允许同等级布网，但在起算点数量、分布合理性方面必须满足起算、检核，以及坐标转换或高程转换要求。在平面控制点方面，要求联测的高等控制点不少于3个；高程控制点方面，要求联测的高等水准点，在平原地区不少于3个，丘陵地区，不少于6个。

GPS网网形设计

由于GPS本身具有的技术特点，使得布网灵活、相邻点间无需通视。更多的是在保证GPS网精度和可靠性的前提下，尽可能地提高效率，降低成本，以体现优化设计的准则。为此必须理解GPS网特有的观测方式和基本概念。

技术设计书编写

任务的概述

测区自然地理情况

引用文件

已有资料情况

主要技术指标

选点和埋石

布网方案

GPS网观测

仪器设备

观测数据处理

特殊问题的技术处理

质量控制方案

技术设计书=技术方案书

单个GNSS点应满足的基本要求

（1）视野开阔，附近无明显障碍物；

（2）周围无明显干扰源；

（3）交通便利，有利于提高作业效率；

（4）最好具有某一地面通视方向；

（5）点位稳固，有利于保存。

测站对卫星的通视要求

外业观测基本技术规定

GNSS观测作业

熟悉接收机性能、硬件连接、软件操作等，作业前应进行

专门培训，考核合格后方可上岗作业。

天线安置

根据点位情况选择脚架安置、夫线墩安置、觇标投影安置、偏心安置；对中整平、量取天线高、天线定向。

数据采集

连接好天线与接收机，检查各机参数设置是否一致；开机搜索卫星，输入或记录测站点号和天线高，等待开测指令；同步观测人员全部到位后，即可同步开始测量。

数据记录

包括原始数据自动记录，测站信息手工记录。

观测要求

·严格执行调度命令，实施同步观测。

·严格遵守操作规程，不得违规作业。

·每一作业环节应精益求精，不得遗漏。

·作业中保护仪器，避开雷电天气。

·确保电量充足与数据安全，避免无效观测。

外业成果记录

偏心观测与计算

重测或补测的要求

1未按施测方案要求，观测数据又不满足基本技术规定的，

应及时补测。

②舍弃超限基线后，导致独立环基线边数超出规定要求的，

必须补测超限基线所在的同步图形。

③点位不满足选点要求导致成果不符合检核要求的，可以

重新选点重测或舍弃该点。

4需补测或重测的时段或基线，应尽量安排一起同步观测。

数据处理的基本程序

1GNSS测量数据的粗加工

数据传输

将GPS接收机记录的原始观测数据传输到计算机内

数据分流

按一定规则生成如观测值文件、星历参数文件、电离层参数和UTC参数文件、测站信息文件等各种数据文件。

2GNSS测量数据的预处理

GPS卫星轨道方程标准化

卫星钟差改正数的标准化

初始整周模糊度的预估和周跳的探测与修复

观测值文件标准化

数据预处理的优劣直接关系到最终成果的质量，也是提高作业效率和成果精度的重要环节。

3基线向量平差解算

利用前面预处理后得到的“净化”观测值，进一步进行线性组合得到双差观测值；采用双差分数学模型对组合观测值进行平差解算，获取基线向量及其精度信息。

4GNSS网与地面网联合处理

主要工作是将基线向量作为观测值，通过约束平差或与地面网联合平差，合理分配各种闭合差，求定各控制点的坐标并进行精度评定。

GNSS基线向量解算

1基线向量解算差分模型

虽然有多种差分形式，但考虑到GNSS定位时的误差消除，实际上广为采用的组合形式只有三种，即单差、双差和三差。而且大多数软件选择的是双差分模型，如此既能消除同类型的相关误差，又能保留一定的原始观测数据。

全网基线解算的起算点问题

同步观测中的基准卫星问题

2双差法基线向量解算原理

观测值

原始观测值：C/A码和P码伪距值，L1和L2载波相位值组合观测值：站星二次差分观测值

已知值

GPS卫星坐标，至少一个地面点WGS-84坐标（单点定位）

待定值

基线向量三维坐标，方差——协方差阵以及组合整周模糊度

双差分解算原理来源于间接平差原理。需要假定或确定一个起算点，选择一颗基准星，然后列出观测方程，转化为误差方程，再组成法方程解算，获得基线向量平差值，最后进行精度评定。

3流程

常用基线处理软件介绍

1徕卡商用随机软件SKI

2 南方数据处理软件GPSADJ

3高精度基线解算软件GAMIT

在处理长基线和连续静态定位数据方面具有强大的功能，不仅精度高而且开放源代码，使用者可以根据需要进行原程序的修改，在国际上得到广泛应用。

1数据编辑得出干净的观测数据文件——X-文件

2 用干净的X-文件进行各种处理方案的参数估计

分析基线解算质量的目的

1基线解算的质量控制提供依据

2后续网平差计算提供精确可靠的观测值

观测值残差分析

平差处理时假定观测值仅存在偶然误差，当存在系统误差或粗差时，

处理结果将有偏差。理论上，载波相位观测值精度为1%周，即观测误

差应在mm级。

当偶然误差达cm级时应认为观测值质量存在较严重的问题；

当系统误差达dm级时应认为处理软件的模型不适用；

当残差分布中出现突然的跳跃或尖峰时，则表明周跳处理未成功。

验后单位权方差因子

通过对验后单位权方差的检验，考察是否与理论值（1cm）相近。一般检验未通过的原因，要么是观测值有问题；要么是起算数据有问题，据此可以分析观测值是否有问题。

固定整周模糊度的方差比因子（Ratio)

反映了整周未知数的可靠性，该值总是大于等于1，而且数值越大，可靠性越高；该值大小取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的优劣有关。据此可以判定N的整周特性和可靠性。

基线长度中误差（m。）

处理后的基线长度中误差应在根据标称精度计算的精度值内，据此可以分析基线向量解算结果的可靠性。对于短基线（20km以内），单频数据通过差分处理可有效地消除电离层影响，从而确保相对定位结果的精度；当基线长度增长时，应使用双频接收机以有效地消除电离层的影响。

提高基线解算质量的方法

提高单点定位解的精度

基线解算时必须固定一个点的坐标，该固定点坐标在WGS-84系中的精度，将会对基线解算结果的精度产生影响。

提高固定点位置精度的主要途径：

尽量采用高等级的GPS点（纳入网中）作为基线解算的起算点，如C级以上的已知点。

选择测区中心部位的某点，累计观测时间2小时以上，取其单点定位值作为全网基线解算的起算点。

更换参考星和优选组星

基线解算时随机软件一般自动选择高度角较大的某颗卫星作为基准星，实际情况此星未必是最优星，或许还会存在严重问题，因此有必要根据相位差分的残差曲线图卫星高度角的变化来判断基准星的选择是否有问题。

裁减不利观测时段

根据外业观测手簿的记录及自动解算结果提供的残差信息来分析，对数据质量较差的观测时段进行裁减。在裁减时段中须注意的是，确保有效的时段长度求解整周模糊度参数。

固定模糊度参数方式的选择

不同的商用软件求解整周模糊度参数的模型、算法均有差异，因而对基线数据解算结果会产生影响。为此，软件有备选功能的应注意解算方式的差异。

大气延迟模型的选择

大气延迟包括电离层延迟、对流层延迟。由于大气的变化非常复杂，通过地面观测的气象要素来进行数学模拟，一定会有偏差。现有的改正模型有多种，至于采用何种模型更切合实际，要视情况来选择。

卫星高度角限值和观测值残差限值的设置

通常卫星高度角限值设置为15度；观测值残差用三倍中误差法（3Rms)作为限差。实际情况可根据测站情况、测区情况进行适当调整。

基线的精化处理并不是万能的，对于数据质量较差或有效观测时间不足的基线，需进行外业返工或重新选点处理。

基线向量网的无约束平差

基线向量网的三维平差

基线向量网的二维平差

平差实施及成果分析

无约束平差的含义

网中不引入外部基准，或者虽然引入外部基准，但不应引起观测值的变形和改正。

无约束平差的目的

检验GNSS网本身的内符合精度以及基线向量之间有无明显系统误差和粗差，同

时提供平差处理后的大地高数据。

无约束平差常用类型   三维无约束平差

GNSS基线向量网的三维平差

三维平差包括三维约束平差和三维联合平差。先来学习三维约束平差，该平差的约束条件除了地面网点的固定坐标外，还会有固定大地方位角和固定空间弦长。平差时应设立GNSS网与地面网之间的转换参数，对于基线向量而言也就是尺度参数和旋转参数。

三维联合平差

相对于三维约束平差，除了GNSS基线向量的观测方程和作为基准的地面网约束条件方程外，还有常规大地测量观测值（如方向、距离、天顶距、水准高差等）一起进行的平差。

联合平差的要点

联合平差可以两网的原始观测量为根据，也可以两网单独平差的结果为根据

联合平差需引入坐标系统的转换参数，平差的同时完成坐标系统的转换

误差方程中需增加常规观测值的误差方程

精度评定中求单位权方差时自由度的计算应加上地面观测值个数

1函数模型的缺陷

2起算数据有误差

3随机模型是否准确

卫星网与地面网先验方差因子比例是否恰当

二维平差可以在参考椭球面上进行，也可以在高斯投影平面上进行；该平差也包括二维约束平差和二维联合平差。

二维平差前应首先将三维基线向量投影转换成二维基线向量；另外转换后的GNSS网与地面网之间只需顾及尺度差和残余的定向差。除此之外，二维平差与三维平差基本一样。

数据准备与网形的选择

 在平差计算方面可以选用商用随机平差软件或高校科研机构研发的平差软件。国内已研制出较多的GPS综合数据处理软件包，例如武汉大学“POWERADJ"；同济大学“TGPPS”；中科院测地所“IGGG”等等。国际上流行的平差软件为Geolab平差软件包。

技术总结编写

成果验收

上交资料