全球定位系统测量规范.docx

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全球定位系统测量规范

全球定位系统（GPS）测量规范 

1 范围 

本标准规定利用全球定位系统（GPS）按静态、快速静态定位原理，建立测量控制网（简称（GPS）控制网）的原则、等级划分和作业方法。

本标准适用于国家和局部GPS控制网的设计、布测与数据处理。

 2 引用标准 

下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。

本标准出版时，所示版本均为有效。

所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。

GB 12897—1991  国家一、二等水准测量规范 GB 12898—1991  国家三、四等水准测量规范 GB/T 17942—2000  国家三角测量规范 CH 1002—1995  测绘产品检查验收规定 CH 1003—1995  测绘产品质量评定标准 CH/T 1004—1999  测绘技术设计规定 

CH 8016—1995  全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程 3 术语 

3.1 观测时段  observation session 

测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间间隔称为观测时段，简称时段。

3.2 同步观测  simultaneous observation 

两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。

 3.3 同步观测环  simultaneous observation loop 

三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。

 3.4 独立观测环  independent observation loop 由非同步观测获得的基线向量构成的闭合环。

 3.5 数据剔除率  percentage of datar rejection 

同一时段中，删除的观测值个数与获取的观测值总数的比值。

 3.6 天线高 antenna beight 

观测时接收机天线相位中心至测站中心标志面的高度。

 3.7 参考站 Reference station 

在一定的观测时间内，一台或几台接收机分别固定在一个或几个测站上，一直保持路口跟踪观测卫星，其余接收机在这些测站的一定范围内流动设站作业，这些固定测站就称为参考站。

3.8 流动站 roving station 

在参考站的一定范围内流动作业的接收机所设立的测站。

3.9 观测单元  observation unit 

快速静态定位测量时，参考站从开始至停止接收卫星信号连续观测的时间段。

 3.10 世界大地坐标系1984（WGS84） World Geodetic System 1984 

由美国国防部在与WGS72相应的精密星历NSWC—9Z—2基础上，采用1980大地参考数和BIH1984.0系统定向所建立的一种地心坐标系。

3.11 国际地球参考框架 ITRF YY，International Terrestrial Reference Frame 

由国际地球自转服务局推荐的以国际参考子午面和国际参考极为定向基准，以IERS YY天文常数为基础所定义的一种地球参考系和地心（地球）坐标系。

3.12  GPS静态定位测量 static GPS positioning 

通过在多个测站上进行若干时段同步观测，确定测站之间相对位置的GPS定位测量。

 3.13  GPS快速静态定位测量 rapid static GPS positioning 利用快速整周模糊度解算法原理所进行的GPS静态定位测量。

 3.14 永久性跟踪站  permanent tracking station 长期连续跟踪接收卫星信号的永久性地面观测站。

 3.15 单基线解 singleb  baseline  solution 

在多台GPS接收机同步观测中，每次选取两台接收机的GPS观测数据解算相应的基线向量。

3.16 多基线解 multi—baseline solution 

从m（m≥3）台GPS接收机同步观测值中，由m—1条独立基线构成观测方程，统一解算出m—1条基线向量。

4 坐标系和时间系统 4.1  坐标系 

4.1.1  GPS测量采用广播星历时，其相应坐标系为世界大地坐标系WGS 84。

该坐标系的地球椭球基本参数以及主要几何和物理常数见附录A（标准的附录）。

GPS测量采用精密星历时，其坐标系为相应历元的国际地球参考框架ITRF YY。

当换算为大地坐标时，可采用与WGS 84相同的地球椭球基本参数以及主要几何和物理常数。

4.1.2 当要求提供1980西安坐标系或其他参考坐标系时，可按坐标转换等方法求得这些坐标系的坐标。

当要求提供1985国家高程基准或其他高程系高程时，可按高程拟合、大地水准面精化等方法求得这些高程系统的高程。

1980西安坐标系及1954年北京坐标系的参考椭球基本参数以及主要几何和物理常数见附录A（标准的附录）。

4.2 时间系统 

GPS测量采用GPS时间系统，手簿记录宜采用世界协调时（UTC）。

 5 精度分级 

5.1  GPS测量按其精度划分为AA、A、B、C、D、E级。

 GPS快速静态定位测量可用于C、D、E级GPS控制网的布设。

5.2 各级GPS测量的用途：

AA级主要用于全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和精密定轨； A级主要用于区域性的地球动力学研究和地壳形变测量； B级主要用于局部形变监测和各种精密工程测量； C级主要用于大、中城市及工程测量的基本控制网； 

D、E级主要用于中、小城市、城镇及测图、地籍、土地信息、房产、物探、勘测、建筑施工等的控制测量。

AA、A级可作为建立地心参考框架的基础。

AA、A、B级可作为建立国家空间大地测量控制网的基础。

5.3 各级GPS网相邻点间基线长度精度用下式表示，并按表1规定执行。

             σ=262）10（dba„„„„„„„„„„„„„

（1） 式中：

σ——标准差，mm；       a——固定误差，mm；       b ——比例误差系数；       d——相邻点间距离，mm。

5.4  GPS测量大地高差的精度，固定误差a和比例误差系数b按表1可放宽1倍执行。

5.5  AA、A级站平差后在ITRF YY地心参考框架中的点位精度及对连续观测站经多次观测后计算的相邻站间基线长度年变化率测定精度，按表2规定执行。

6 网的技术设计 6.1 技术设计的基本要求 

GPS网布测前应进行技术设计，以得到最优的布测方案。

技术设计书的格式、内容、要求与审批程序按照CH/T 1004进行。

6.2 技术设计准备 

6.2.1 根据任务的需要，收集测区范围既有的国家三角网、导线点、天文重力水准点、水准点、甚长基线干涉测量站、卫星激光测距站、天文台和已有的GPS站点资料，包括点之记、网图、成果表、技术总结等。

6.2.2 搜集测区范围内有关的地形图、交通图及测区总体建设规划和近期发展方面的资料。

若任务需要，还应搜集有关的地震、地质资料等。

6.2.3 技术设计前，应对上述资料分析研究，必要时进行实地勘察，然后进行图上设计。

6.3 技术设计的原则 

6.3.1 在设计图上应标出新设计的GPS点的点位、点名、点号和级别，还应标出相关的各类测量站点、水准路线及主要的交通路线、水系和居民地等。

6.3.2  GPS网布设原则 

6.3.2.1  GPS网的布设应视其目的、要求的精度、卫星状况、接收机类型和数量、测区已有的资料、测区地形和交通状况以及作业效率综合考虑，按照优化设计原则进行。

6.3.2.2  AA、A、B级GPS网应布设成连续网，除边缘点外，每点的连接点数应不少于3点。

C、D、E级GPS网可布设成多边形或附合路线。

6.3.2.3  A级及A级以下各级GPS网中，最简独立闭合环或附合路线的边数应符合表3的规定。

6.3.2.5  AA、A、B级GPS网点，应与GPS永久性跟踪站联测；其联测的站数，AA级不得少于4站，A级不得少于3站，B级不得小于2站。

6.3.2.6  A、B级GPS网，应昼量与周围的GPS地壳形变监测网、基本验潮站联测。

 6.3.2.7  AA、A、B级GPS网点宜与参加过全国天文大地网整体平差的三角点、导线点和一、二等水准点并置或重合。

6.3.2.8 新布设的GPS网应与附近已有的国家高等级GPS点进行联测，联测点数不得少于2点。

6.3.2.9  B级GPS网，在高程异常变化剧烈地区，其点间的距离不宜超过100km；在地壳断裂带或地震频发地区，其点间距离应适当缩短。

6.3.2.10 大陆、岛、礁之间的A、B级GPS网的边长可视实际情况变通，重要岛、礁与大陆之间的联测，其连接的点数不应少于3个。

6.3.2.11 为求定GPS点在某一参考坐标系中坐标，应与该参考坐标系中的原有控制点联测，联测的总点数不得少于3点。

在需用常规测量方法加密控制网的地区，C、D、E级GPS网点应有 1~2方向通视。

 6.3.2.12 为求得GPS网点的正常点，应根据需要适当进行高程联测。

AA、A级网应逐点联测高程，B级网至少每隔2~3点，C级网每隔3~6点联测一个高程点，D级与E级网可依具体情况确定联测高程的点数。

6.3.2.13  AA、A级GPS点的高程联测，应按GB 12897二等水准的方法进行；B级GPS点的高程联测，应按GB 12898三等水准或与其精度相当的方法进行；C、D、E级GPS点按GB 12898四等水准或与其精度相当的方法进行高程联测。

6.3.2.14  GPS快速静态定位网的布设，除应满足上述有关规定外，还应满足下列要求：

a、相邻地区两个观测单元之间的流动站的重合点数：

C、D级不应少于2点，E级不应少于1点； 

b、相邻点的距离大于20km时，应采用GPS静态定位法施测； 

c、当网中相邻点间距离小于该级别所要求的相邻点间最小距离时，两相邻点必须直接进行同步观测； 

d、对于双参考站作业方式，不同观测单元的基准基线宜相互联结，以构成整个网的骨架； 

e、D、E级GPS网可采用单参考站作业方式，对相邻观测单元的一些流动测站点必须进行二次设站观测。

6.4 技术设计后应上交的资料：

 a、野外踏勘技术总结； 

b、测量任务与专业设计书（附技术设计图）。

 7 选点 7.1 选点准备 

7.1.1 选点人员在实地选点前，应收集有关布网任务与测区的资料，包括测区1:

50000或更大比例尺地形图，已有各类控制点、卫星跟踪站的资料等。

7.1.2 选点人员应充分了解和研究测区情况，特别是交通、通讯、供电、气象及大地点等情况。

7.2 点位基本要求 

a、周围应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15°； 

b、远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50m； 

c、附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物等）； d、交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测； e、地面基础稳定，易于点的保存；

f、AA、A、B级GPS点，应选在能长期保存的地点； g、充分利用符合要求的旧有控制点； 

h、选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形、地貌、植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。

7.3 辅助点与方位点 

7.3.1 非基岩的AA、A级GPS点的附近应埋没1~3个辅助点，并测定其与GPS点的距离和高差，精度应优于土5mm。

7.3.2  GPS点可视需要设立与其通视的方位点，该点应目标明显，观测方便，和GPS点的距离一般不小于300mm。

7.4 选点作业 

7.4.1 选点人员应按照技术设计书经过踏勘，在实地按7.2要求选定点位，并在实地加以标定。

7.4.2 当利用旧点时，应检查旧点的稳定性、可靠性和完好性，符合要求方可利用。

 7.4.3 点名应取居民地名，C、D、E级GPS点名也可取山名、地名、单位名，应向当地政府部门或群众进行调查后确定。

少数民族地区应使用准确的音译汉语名，在译音后可附上原文。

新旧点重合时，应采用原有旧点名，不得更改，如确需更改应在新点名后括号内附上旧点名。

如与水准点重合时，应在新点名后的括号内附上水准点等级、编号。

在同一网区有相同点时，应在点名后附上

（一）、

（二）加以区别。

 点名书写采用汉字，一律以国务院公布的简化字为准。

 点号编排应便于计算机管理。

7.4.4 需要水准联测的GPS点，应实地踏勘水准路线情况，选择联测水准点和绘出联测路线图。

7.4.5 不论新选定的点或利用旧点（包括辅助点与方位点），应实地按附录B形式绘制点之记，其内容要求在现场详细记录，不得追记。

7.4.6  AA、A级GPS点，在其点之记中应填写地质概要、构造背景及地形地质构造略图。

7.4.7 点位周围有高于10°的障碍物时，应绘制点的环视图，其形式见附录B。

 7.4.8 一个网区选点完成后，应绘制GPS网选点图，其形式见附录B。

 7.5 选点结束后应上交的资料 

a、用黑墨水填写的道林纸点之记、环视图； 

b、GPS网选点图（测区较小、选点、埋石与观测一期完成时，可以展点图代替）； c、选点工作总结 8 埋石 8.1 标石类型 

8.1.1  GPS点的标石类型及其适用级别按表5规定执行。

C级以下临时性工程网点，可埋没简易标志。

8.1.2 各种类型的标石应设有中心标志。

基岩和基本标石的中心标志应用铜或不锈钢制作。

普通标石的中心标志可用铁或坚硬的复合材料制作。

标志中心应刻有清晰、精细的十字线或嵌入不同颜色金属（不锈钢或铜）制作的直径小于0.5mm的中心点。

并应在标志表面制有“GPS”及施测单位名称。

8.1.3 各种标石的规程，见附录B。

 8.1.4 各种天线墩必须附有强大对中装置。

 8.2 埋石作业 

8.2.1 各级GPS点的标石应用混凝土灌制。

在有条件的地区，也可用整块花岗石、青石等坚硬石料凿制，但其规格应不小于同类标石的规定。

8.2.2 埋没天线墩、基岩标石、基本标石时，应现场浇灌混凝土。

普通标石可预先制做，然后运往各点埋没。

8.2.3 埋设标石，须使各层标志中心严格在同一铅垂线上，其偏差不得大于2mm。

强制对中装置的对中精度不得大于1mm。

8.2.4 当利用旧点时，应首先确认该点标石完好，并符合同级GPS点埋石要求，且能长期保存。

必要时需要挖开标石侧面查看标石情况。

如遇上标石被破坏，可以下标石为准，重埋上标石。

8.2.5 方位点应埋设普通标石，并加适当标注，以便与GPS点相区分。

8.2.6  GPS点埋石所占土地，应经土地使用者或管理部门同意，并办理相应手续。

新埋标石时应办理测量标志委托保管书，一式三份，交标石保管单位或个人，上交和存档各一份。

利用旧点时需对委托保管书进行核实，若委托保管情况不落实应重新办理。

8.2.7  AA、A和B级点标石埋设后，至少需经过一个雨季，冻土地区至少需经过一个冻解期，基岩或岩层标石至少需经一个月后，方可用于观测。

8.3 标石外部整饰

8.3.1 各类GPS点混凝土标石灌制时，均应在基上压印GPS点的类级、埋设年代和国家设施勿动的字样。

8.3.2  B级GPS点标石埋设后，需在周围砌筑混凝土方井或圆井护框，其内径根据情况而定，但至少不小于0.6m，高为0.2m。

8.3.3 荒漠或平原不易寻找的GPS点还需在其近旁埋设指示碑，其规格参见GB 12898。

8.4 埋石结束上交资料 

a、填写了埋石情况的GPS点之记； 

b、土地占用批准文件与测量标志委托保管书； c、埋石工作总结。

 9 仪器 9.1 接收机选用 

GPS接收机的选用，根据需要按表6规定执行。

 9.2 接收设备检验 

9.2.1 新购置的GPS接收机应按规定进行全面检验后使用。

9.2.2  GPS接收机全面检验包括：

一般检视、通电检验、试测检验。

 9.2.2.1 一般检视应符合下列规定：

a、GPS接收机及天线的外观应良好，型号应正确； b、各种部件及其附件应匹配、齐全和完好； c、需紧固的部件应不得松动和脱落； 

d、设备使用手册和后处理软件操作手册及磁（光）盘应齐全。

9.2.2.2 通电检验应符合下列规定：

 a、有关信号灯工作应正常； b、按键和显示系统工作应正常；

 c、利用自测试命令进行测试； 

d、检验接收机锁定卫星时间的快慢，接收信号强弱及信号失锁情况。

 9.2.2.3 试测检验前，还应检验：

a、天线或基座圆水准器和光学对中器是否正确； b、天线高量尺是否完好，尺长精度是否正确； 

c、数据传录设备及软件是否齐全，数据传输性能是否完好；

d、通过实例计算，测试和评估数据后处理软件。

9.2.3 GPS接收设备一般检视和通电检验完成后，应在不同长度的标准基线（6.3.2.4规定的不同长度基线）上进行以下测试：

a、接收机内部噪声水平测试； b、接收机天线相位中心稳定性测试； 

c、接收机野外作业性能及不同测程精度指标测试； d、接收机频标稳定性检验和数据质量的评价； e、接收机高低温性能测试； f、接收机综合性能评价等。

9.2.4  GPS接收机测试检验的方法和技术要求，见CH 8016。

9.2.5  GPS接收设备每年应定期检验：

第9.2.2.1、第9.2.2.2、第9.2.2.3。

 9.2.6  不同类型的接收机参加共同作业时，应在已知高差的基线上进行比对测试，超过相应等级限差时不得使用。

9.2.7  GPS接收机或天线受到强烈撞击后，或更新接收机部件，或更新天线与接收机匹配关系后，应按新购买仪器做全面检验。

9.2.8  天线或基座的圆水准泡、光学对中器，作业期间至少1个月检校一次。

 9.3 接收设备的维护 

9.3.1  GPS接收机等仪器应指定专人保管，不论采用何种运输方式，均要求专人押运，并应采取防震措施，不得碰撞倒置和重压，软盘驱动器在运输中应插入保护片或废磁盘。

9.3.2 作业期间，必须严格遵守技术规定和操作要求，作业人员须经培训合格后方可上岗操作，未经允许非作业人员不得擅自操作仪器。

9.3.3 接收仪器应注意防震、防潮、防晒、防尘、防蚀、防辐射，定期分别用清洗盘和专用清洁剂清洗软盘驱动器或磁带机的磁头；电缆线不得扭折，不得在地面拖拉、辗砸，其接头和联接器要经常保持清洁。

9.3.4 作业结束后，应及时擦净接收机上的水汽和尘埃，及时存放在仪器箱内。

仪器箱应置于通风、干燥阴凉处，箱内干燥剂呈粉红色时，应及时更换。

9.3.5 仪器交接时应按9.2.2.1规定的一般检视的项目进行检查，并填写交接情况记录。

9.3.6 接收机在外接电源前，应检查电压是否正常，电池正负极切勿接反。

 9.3.7 当天线置于楼顶、高标及其他设施的顶端作业时，应采取加固措施，雷雨天气时应有避雷设施或停止观测。

9.3.8 接收机在室内存放期间，室内应定期通风，每隔1~2个月应通电检查一次，接收机内电池要保持充满电状态，外接电池应按电池要求按时充放电。

9.3.9 严禁拆卸接收机各部件，天线电缆不得擅自切割改装、改换型号或接长。

如发生故障，应记真记录并报告有关部门，请专业人员维修。

9.4 辅助设备检验 

GPS定位测量所用通风干湿表与空盒气压表应定期送计量检定部门检验，在有效期内使用。

10 观测 

10.1  观测区的划分 

10.1.1  AA、A、B级网的布测视测区范围的大小，可实行分区观测。

当实行分区观测时,相邻分区间至少有4个公共点。

10.1.2 任一个同步观测子区或观测单元子区参加观测的接收机台数应符合表6第三项的规定。

10.2 观测计划 

作业调度者根据测区地形和交通状况、采用的GPS作业方法（静态或快速静态定位测量）设计的基线的最短观测时间等因素综合考虑，编制观测计划表，按该表对作业组下达相应阶段的作业调度命令。

同时依照实际作业的进展情况，及时做出必要的调整。

10.3 基本技术规定 

10.3.1 各级GPS测量基本技术规定应符合表7要求。

10.3.2  AA、A与B级观测时段的分布应尽可能日夜均匀，且夜间观测时段所占比例不得少于25%。

夜间观测从日落后1小时开始起算至日出为止（以同步环最西部点为标准）。

10.3.3  AA、A、B级测量必须同时观测记录各项气象元素和天气状况。

C、D与E级测量可不观测气象元素，而只记录天气状况。

10.3.4  GPS静态定位测量时，观察数据文件名中应包含测站名或测站号、观测单元、测站类型（是参考站还是流动站）、日期、时段号等信息，具体命名方法依采用的GPS静态定位软件而定。

10.3.5 雷电、风暴天气时，不宜进行AA、A、B级GPS测量。

 10.4 观测准备 

10.4.1 GPS接收机在开始观测前，应进行预热和静置，具体要求按接收机操作手册进行。

10.4.2 天线安置应符合下列要求：

a、用三脚架安置天线时，其对中误差不应大于3mm；B级不应在高标上安置天线。

 b、需在觇标的基板上安置天线时，应先卸去觇标顶部，将标志中心投影至基板上，然后依投影点安置天线。

投影点示误三角形的最长边或示误四边形的长对角线不得大于5mm，投影方法见GB/T 17942； 

c、GPS点上建有寻常标时，应在安置天线前放倒觇标或采取其他措施； 

d、B级及以上各级GPS测量，其定向标志线应指向正北，顾及当地磁偏角修正后，其定向误差应不大于土5°，对于定向标志不明显的接收机天线，可预先设置标记，每次按此标记安置仪器； 

e、天线集成体上的圆水准气泡必须居中，没有圆水准气泡的天线，可调整天线基座脚螺旋，使在天线互为120°方向上量取的天线高互差小于3mm。

注：

1、在时段中观测时间符合表7中第七项规定的卫星，为有效观测卫星； 

2、计算有效观测卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重复卫星数； 3、观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录的时间段； 

4、观测时段数≥1.6，指每站观测一时段，至少60%测站再观测一时段。

10.5 观测作业的要求 

10.5.1 观测组必须严格遵守调度命令，按规定的时间进行作业。

 10.5.2 经检查接收机电源电缆和天线等各项联结无误，方可开机。

10.5.3 开机后经检验有关指示灯与仪表显示正常后，方可进行自测试并输入测站、观测单元和时段等控制信息。

10.5.4 接收机启动前与作业过程中，应随时逐项填写测量手簿中的记录项目，测量手簿格式、记录内容及要求见附录D。

10.5.5 接收机开始记录数据后，观测员可使用专用功能键和选择菜单，查看测站信息、接收卫星数、卫星号、卫星健康状况、各通道信噪比、相位测量残差、实时定位的结果及其变化、存储介质记录和电源情况等，如发现异常情况或未预料到的情况，应记录在测量手簿的备注栏内，并及时报告调度组织者。

10.5.6 每时段观测开始及结束前各记录一次观测卫星号、天气状况、实时定位经纬度和大地高、PDOP值等。

须观测记录气象元素的等级GPS网点，每时段气象观测应不少于2次。

一次在时段开始时，一次在时段结束时。

时段长度超过2h时，应每当UTC整点时增加观测记录上述内容一次，夜间放宽到4h。

10.5.7 气象观测所用通风干湿表需悬挂在测站附近，与天线相位中心大致等高度处。

悬挂地点应通风良好，避开阳光直接照射，便于读数。

空盒气压表可置于测站附近地面，其读数应顾及至天线相位中心高度，加入相应的高程修正。

当测站附近的小环境与周围的大环境不一致时，可在合适的地方量测气象元素，然后加上高差修正化为天线相位中心处的气象元素。

10.5.8