第十章 GPS测量技术设计与外
业观测
一 GPS测量的技术设计
GPS测量的技术设计主要依据 GPS测量规范及测
量任务书
1 GPS测量规范
2 测量任务书
GPS控制网的精度、密度设计
在国标中 GPS测量按精度共分为 AA,A,B,C、
D,E六个等级，常用的是 B,C,D,E。
式中,为 GPS基线向量的等效距离误差,a为
GPS接收机标称精度中的固定误差（ mm）； b
为 GPS接收机标称精度中的比例误差； d为 GPS
网中相邻点间的距离（ mm）。
GPS控制网的精度、密度设计
根据国标，各级 GPS相邻点间平均距离应符合下表
的要求，而且相邻点最小距离可为平均距离的
1/3— 1/2倍；最大距离可为平均距离的 2－ 3倍。
GPS控制网的基准设计
GPS控制网的基准设计包括位置基准、方位基准和
尺度基准。
方位基准：一般由给定的起算方位角值确定。
尺度基准：一般由地面的电磁波测距确定。
位置基准；
（ 1） 为求定 GPS点在国家或地方坐标系中的坐标，
应联测地方控制地方点，用以坐标变换。当测区
有旧的地面控制点成果时，应既考虑充分利用旧
资料，又要使新建的高精度 GPS控制网不受旧资
料精度较低的影响。为此，应将新的 GPS网与旧
控制点进行联测，联测点一般不应少于 3个。
（ 2） GPS网的坐标系统尽量应与测区过去采用的
坐标系统一致，一般应了解以下几个参数,
l：所采用的参考椭球体，一般是以国家坐标系
的参考椭球为基础；
2：坐标系的中央子午线的经度值；
3：纵、横坐标的加常数；
4：坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值；
5：起算点的坐标。
实际工作中，有时难以找到说明以上参数的资
料，此时，也可以通过分析计算的方祛处理。
（ 3） GPS网平差后得到的是大地高，为了得到
GPS点的正常高，应使一定数量的 GPS点与水准
点重合，或者对部分 GPS点联测水准。联测的高
程点需均匀的分布于网中，对丘陵或山区高程点
应按照高程拟合曲面的要求进行布设。
GPS控制网图形设计
观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时
问段简称时段。
同步观测：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。
同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所
构成的闭合环，简称同步环。
独立基线：对干 N台 GPS接收机构成的同步观测环，有 J条同步观
测基线，其中独立基线数为 N一 1。独立基线之间没有相关性。
独立观测环：由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称
独立环。
异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同
步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观侧环，简称异步环。
非独立基线：除独立基线外的其他叫非独立基线，总基线数与独
立基线之差为非独立基线数。
GPS网特征条件的计算
对于由 N台 GPS接收机构成的同步图形中一个时段
包含
的基线（或简称 GPS边）数为,J＝ N*(N－ 1)/2；
但其中仅有 N－ 1条是独立边，其余为非独立边。
当同步观测的 GPS接收机数 N＞ 3时，同步闭合环 T
的最少个数应为
T＝ J－ (N－ 1)＝ (N－ 1)(N－ 2)／ 2
观测时段数计算公式,
C＝ n · m/N
式中,C为观测时段数； n为网点数； m为每点平
均设站次数； N为接收机数。故在 GPS网中
总基线数,J总＝ C· N·（ N一 1） /2
必要基线数,J必＝ n－ 1
独立基线数,J独＝ C·(N－ 1）
多余基线数,J多＝ C·（ N－ 1）－（ n— 1）
依据以上公式，就可以确定出一个具体 GPS网图形
结构的主要特征。
对于同步环和异步环的几点说明,
（ 1）理论上，同步闭合环中各 GPS 的坐标差之和即闭合差应为零，
但实际上并非如此，一般规范都规定了同步闭合差的限差。但
当由于某种原因，同步不是很好的，应适当放宽此项限差。
（ 2）同步闭合环的闭合差较小只能说明基线向量的计算合格，并
不能说明 GPS边的观测精厦高，也不能发现接收的信号受到干
扰而产生的某些粗差。 为了确保 GPS观测效果的可靠性，有效
地发现观测成果中的粗差，必须使 GPS网中的独立边构成一定
的几何图形。这种几何图形可以是由数条独立边构成的非同步
多边形（亦称非同步闭合环）当 GPS网中有若干个起算点时，
也可以是由两个起算点之间的数条 GPS独立边构成的附合路线。
GPS网的图形设计，也就是根据所布设的网的精度要求和其它
方面的要求，设计出由独立边构成的多边形网
（ 3） 对于异步环的构成，一般应按所设计的网图选定，必要时
在经技术负责人审定后，也可根据具体情况适当调整。当接收
机多于 3台时，也可按软件功能自动挑选独立基线构成环路。
GPS网的技术设计
GPS控制网布设的问题就是怎样将各同步环有机
地连成一个整体，构成一定数量的同步观测环和
异步观测环，也可采用线路形式，以较好地满足
精度、可靠性、经费和后勤等限制条件。
根据以上布网原则,GPS网的布设通常有四种方
式：星形，点连式、边连式和混合式。
1：星形网
特点,
几何图形简单，只需两台 GPS接收机,
是一种快速定位作业方式，但是，由于
基线间不构成任何同步闭合图形因此抗
粗差的能力差，一般适用于精度较低的
工程测量。
2：点连式
相邻同步图形之间只有一个公共点连接。
这种布网方式几何强度较弱，抗粗差能力较差，一
般可以加测几个时段以增强网的异步图形闭合条
件的个数。
2：边连式
相邻同步图形由一条公共基线连接。
这种布网方式几何强度较高，抗粗差能力较强，有
较多的复测边和非同步图形闭合条件，在相同的
仪器个数的条件下，观测时段将比点连接方式大
大增加。
3：混连式
该方式是把点连式和边连式有机地结合在一起，这
种方式既可以提高网的几何强度和可靠性指标，
有减少了外业工作量，式一种较为理想的布网方
法。
三种连接方式主要特征统计
项目 点连接 边连接 混合连接
总点数 6 6 6
同步图形个数 3 5 4
总基线向量数 9 15 12
独立基线向量数 6 10 8
必要基线向量数 5 5 5
多余基线向量数 1 5 3
项目 点连接 边连接 混合连接
重复基线向量数 0 4 2
非同步图形个数 1 1 1
一次设站数 3 0 0
二次设站数 3 3 6
三次设站数 0 3 0
总体可靠性指标 0.17 0.50 0.38
注：总体可靠性指标＝多余基线数 /独立基线数
GPS网的技术设计应着眼于控制网的精度、可靠性
以及经费等要求。也应遵循以下原则
1：在 GPS网中不应存在自由基线。
2,GPS网的闭合环的基线个数不应过多。
3,GPS网至少应与地面网有 3－ 5个分布均匀的重合
点，同时也应有相当数量的地面水准点与 GPS网
重合。
4,GPS点应选在交通便利。视野开阔的地方，同时
应考虑点与点之间的通视问题，以便使用经典方
法扩展。
业观测
一 GPS测量的技术设计
GPS测量的技术设计主要依据 GPS测量规范及测
量任务书
1 GPS测量规范
2 测量任务书
GPS控制网的精度、密度设计
在国标中 GPS测量按精度共分为 AA,A,B,C、
D,E六个等级，常用的是 B,C,D,E。
式中,为 GPS基线向量的等效距离误差,a为
GPS接收机标称精度中的固定误差（ mm）； b
为 GPS接收机标称精度中的比例误差； d为 GPS
网中相邻点间的距离（ mm）。
GPS控制网的精度、密度设计
根据国标，各级 GPS相邻点间平均距离应符合下表
的要求，而且相邻点最小距离可为平均距离的
1/3— 1/2倍；最大距离可为平均距离的 2－ 3倍。
GPS控制网的基准设计
GPS控制网的基准设计包括位置基准、方位基准和
尺度基准。
方位基准：一般由给定的起算方位角值确定。
尺度基准：一般由地面的电磁波测距确定。
位置基准；
（ 1） 为求定 GPS点在国家或地方坐标系中的坐标，
应联测地方控制地方点，用以坐标变换。当测区
有旧的地面控制点成果时，应既考虑充分利用旧
资料，又要使新建的高精度 GPS控制网不受旧资
料精度较低的影响。为此，应将新的 GPS网与旧
控制点进行联测，联测点一般不应少于 3个。
（ 2） GPS网的坐标系统尽量应与测区过去采用的
坐标系统一致，一般应了解以下几个参数,
l：所采用的参考椭球体，一般是以国家坐标系
的参考椭球为基础；
2：坐标系的中央子午线的经度值；
3：纵、横坐标的加常数；
4：坐标系的投影面高程及测区平均高程异常值；
5：起算点的坐标。
实际工作中，有时难以找到说明以上参数的资
料，此时，也可以通过分析计算的方祛处理。
（ 3） GPS网平差后得到的是大地高，为了得到
GPS点的正常高，应使一定数量的 GPS点与水准
点重合，或者对部分 GPS点联测水准。联测的高
程点需均匀的分布于网中，对丘陵或山区高程点
应按照高程拟合曲面的要求进行布设。
GPS控制网图形设计
观测时段：测站上开始接收卫星信号到观测停止，连续工作的时
问段简称时段。
同步观测：两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。
同步观测环：三台或三台以上接收机同步观测获得的基线向量所
构成的闭合环，简称同步环。
独立基线：对干 N台 GPS接收机构成的同步观测环，有 J条同步观
测基线，其中独立基线数为 N一 1。独立基线之间没有相关性。
独立观测环：由独立观测所获得的基线向量构成的闭合环，简称
独立环。
异步观测环：在构成多边形环路的所有基线向量中，只要有非同
步观测基线向量，则该多边形环路叫异步观侧环，简称异步环。
非独立基线：除独立基线外的其他叫非独立基线，总基线数与独
立基线之差为非独立基线数。
GPS网特征条件的计算
对于由 N台 GPS接收机构成的同步图形中一个时段
包含
的基线（或简称 GPS边）数为,J＝ N*(N－ 1)/2；
但其中仅有 N－ 1条是独立边，其余为非独立边。
当同步观测的 GPS接收机数 N＞ 3时，同步闭合环 T
的最少个数应为
T＝ J－ (N－ 1)＝ (N－ 1)(N－ 2)／ 2
观测时段数计算公式,
C＝ n · m/N
式中,C为观测时段数； n为网点数； m为每点平
均设站次数； N为接收机数。故在 GPS网中
总基线数,J总＝ C· N·（ N一 1） /2
必要基线数,J必＝ n－ 1
独立基线数,J独＝ C·(N－ 1）
多余基线数,J多＝ C·（ N－ 1）－（ n— 1）
依据以上公式，就可以确定出一个具体 GPS网图形
结构的主要特征。
对于同步环和异步环的几点说明,
（ 1）理论上，同步闭合环中各 GPS 的坐标差之和即闭合差应为零，
但实际上并非如此，一般规范都规定了同步闭合差的限差。但
当由于某种原因，同步不是很好的，应适当放宽此项限差。
（ 2）同步闭合环的闭合差较小只能说明基线向量的计算合格，并
不能说明 GPS边的观测精厦高，也不能发现接收的信号受到干
扰而产生的某些粗差。 为了确保 GPS观测效果的可靠性，有效
地发现观测成果中的粗差，必须使 GPS网中的独立边构成一定
的几何图形。这种几何图形可以是由数条独立边构成的非同步
多边形（亦称非同步闭合环）当 GPS网中有若干个起算点时，
也可以是由两个起算点之间的数条 GPS独立边构成的附合路线。
GPS网的图形设计，也就是根据所布设的网的精度要求和其它
方面的要求，设计出由独立边构成的多边形网
（ 3） 对于异步环的构成，一般应按所设计的网图选定，必要时
在经技术负责人审定后，也可根据具体情况适当调整。当接收
机多于 3台时，也可按软件功能自动挑选独立基线构成环路。
GPS网的技术设计
GPS控制网布设的问题就是怎样将各同步环有机
地连成一个整体，构成一定数量的同步观测环和
异步观测环，也可采用线路形式，以较好地满足
精度、可靠性、经费和后勤等限制条件。
根据以上布网原则,GPS网的布设通常有四种方
式：星形，点连式、边连式和混合式。
1：星形网
特点,
几何图形简单，只需两台 GPS接收机,
是一种快速定位作业方式，但是，由于
基线间不构成任何同步闭合图形因此抗
粗差的能力差，一般适用于精度较低的
工程测量。
2：点连式
相邻同步图形之间只有一个公共点连接。
这种布网方式几何强度较弱，抗粗差能力较差，一
般可以加测几个时段以增强网的异步图形闭合条
件的个数。
2：边连式
相邻同步图形由一条公共基线连接。
这种布网方式几何强度较高，抗粗差能力较强，有
较多的复测边和非同步图形闭合条件，在相同的
仪器个数的条件下，观测时段将比点连接方式大
大增加。
3：混连式
该方式是把点连式和边连式有机地结合在一起，这
种方式既可以提高网的几何强度和可靠性指标，
有减少了外业工作量，式一种较为理想的布网方
法。
三种连接方式主要特征统计
项目 点连接 边连接 混合连接
总点数 6 6 6
同步图形个数 3 5 4
总基线向量数 9 15 12
独立基线向量数 6 10 8
必要基线向量数 5 5 5
多余基线向量数 1 5 3
项目 点连接 边连接 混合连接
重复基线向量数 0 4 2
非同步图形个数 1 1 1
一次设站数 3 0 0
二次设站数 3 3 6
三次设站数 0 3 0
总体可靠性指标 0.17 0.50 0.38
注：总体可靠性指标＝多余基线数 /独立基线数
GPS网的技术设计应着眼于控制网的精度、可靠性
以及经费等要求。也应遵循以下原则
1：在 GPS网中不应存在自由基线。
2,GPS网的闭合环的基线个数不应过多。
3,GPS网至少应与地面网有 3－ 5个分布均匀的重合
点，同时也应有相当数量的地面水准点与 GPS网
重合。
4,GPS点应选在交通便利。视野开阔的地方，同时
应考虑点与点之间的通视问题，以便使用经典方
法扩展。
