GPS静态测量的实施及质量控制.ppt

GPS静态测量的实施及质量控制GPS静态测量一、一、GPSGPS静态测量概述静态测量概述二、二、GPSGPS网的设计准备网的设计准备三、三、GPSGPS网的施工作业网的施工作业四、四、GPSGPS网的数据处理及质量控制网的数据处理及质量控制GPSGPS测量概述测量概述一一平面控制网与高程控制网分别布设选点困难、常需造标观测过程工作强度大、条件艰苦布网周期长精度受到限制采用传统测量方法布网的缺点NTS-340DL201NTS-3401测量精度高 选点灵活，无需造标，布网成本低可全天侯作业观测时间短，作业效率高 观测、处理自动化 可获得三维坐标GPS测量的特点S82CS82 2013S86 2013GPS测量中的几个基本概念观测时段l从测站上开始接收卫星信号起至停止接收卫星信号间的连续工作的时间段l是GPS测量的基本单位时段长度l观测时段所持续的时间同步观测l两台或两台以上的GPS接收机同时对同一组卫星进行的观测观测时段、时段长度、同步观测GPS测量中的几个基本概念基线向量l利用进行同步观测的接收机所采集的观测数据计算出的接收机间的三维坐标差l与计算时所采用的卫星轨道数据同属一个系统GPS基线向量网l采用GPS技术布设的测量控制网，由GPS点和基线向量所构成基线向量基线向量基线向量、GPS基线向量网GPS测量中的几个基本概念定义l利用同一时段的多个同步观测站所采集的观测数据所计算出的若干基线向量一个时段中，同步观测基线的数量l若在某时段共有n台接收机进行了同步观测，则共可得到n(n-1)/2条同步观测基线n=3n=2n=4n=5同步观测基线GPS测量中的几个基本概念闭合环l由多条基线向量首尾相连所构成的图形n=5由由5条基线向量所构成的闭合环条基线向量所构成的闭合环闭合环10GPS测量中的几个基本概念环的闭合差l闭合差：组成闭合环的基线向量按同一方向（顺时针或逆时针）的矢量和l分量闭合差：组成闭合环的基线向量按同一方向（顺时针或逆时针）矢量的各个分量的和l全长闭合差：分量闭合差的平方和开方分量闭合差分量闭合差环的闭合差环的闭合差全长闭合差全长闭合差环的闭合差11GPS测量中的几个基本概念同步观测环（同步环）l三台或三台以上的GPS接收机进行同步观测所获得的基线向量（完全由同一观测时段的基线向量）所构成的闭合环第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第二时段第二时段同步环与非同步环同步环与非同步环同步观测环独立观测环（异步环）l定义：由相互函数独立（线性无关）的基线向量所构成的闭合环。（就是前面的非同步环）l虽构成了闭合环，但并非所有基线都来自同一观测时段独立观测环检验l定义：检验独立观测环的闭合差大小l特性：与同步环闭合差不同，即使采用严密算法，并且计算过程中未发生错误，独立观测环的闭合差通常也不为零，也不一定是个微小量l结论：独立观测环闭合差的大小，可作为评定基线解算结果质量的有力指标GPS测量中的几个基本概念第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第一时段第二时段第二时段独立环与非独立环独立环与非独立环独立观测环GPS静态网 GPS网是采用GPS定位技术建立的测量控制网，由GPS点和基线向量所构成。布设GPS网的目的利用点以及基线向量间的各种几何关系，通过参数估计的方法，消除由观测值和（或）起算数据中存在的误差所引起的网在几何上的不一致，从而获得更为精确可靠的测量成果。确定网中各点在指定坐标参照系下的坐标易于对成果进行质量控制GPS静态网的建立过程设计准备施工作业数据处理GPSGPS网的设计准备网的设计准备二二设计准备项目规划：位置及范围，用途及精度等级，点位分布及数量，成果形式及内容，时限要求，投资经费测绘资料收集：测区及周边地区可利用的已知点的点之记及其坐标成果和测区地形图等方案设计：根据项目要求和相关技术规范进行技术设计，完成技术设计书的编写技术设计的过程确定设计的技术依据l测量任务书或测量合同书lGPS测量规范及规程l其他规范及规程进行技术设计l精度设计l密度设计l基准设计l图形（结构）设计19精度设计精度设计的原则l满足合同或任务书要求l满足规范要求l满足应用要求密度设计密度设计的原则l根据工程项目的需要，而非网的规模大小或边长的长短基准设计GPS网基准设计l指定GPS网所采用的坐标参照系（基准）l确定所采用的起算数据GPS网的基准l位置基准l尺度基准l方位基准设计原则l满足项目要求l结合现有条件22图形设计三角形网多边形网附和导线网附和导线网星形网（单基准站）星形网（单基准站）23设计准则网中距离较近的点间要进行直接观测（短边必测）短边必测短边必测短边必测24设计准则当控制网的范围较大时，可采用分级布设的方法，即首先布设点数较少但等级较高的框架网，然后再部分项目所要求等级的全面网框架网框架网全面网全面网框架网的采用GPSGPS网的施工作业网的施工作业三三26施工作业选点与埋石 接收机的选用及检验卫星状况预报 外业进度估算及项目成本预算确定调度方案观测作业 数据传输备份成果验收和上交资料 27选点与埋石 观测条件l对空通视条件好，15 以上不宜有成片障碍物。l15 以上不宜有金属导体*l便于仪器安置及观测作业。l远离可能的干扰源。l远离易引起多路径的环境。位置及设施l地质条件良好、点位稳定、易于保存，尽可能顾及交通等条件。l充分利用符合要求的现有观测设施。l尽量选择测站小环境与周围大环境一致的地点。选点与埋石 天线墩l基岩天线墩，岩层天线墩，岩层标石土层天线墩标石l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，建筑物上的标石金属标志金属标志不锈钢标志不锈钢标志强制对中装置强制对中装置强制对中墩强制对中墩29卫星状况预报 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30制定调度方案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分区观测，逐步推进扩展分区观测，逐步推进扩展同步图形的连接方式 点连式l优点：作业效率高，图形扩展迅速。l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。边连式l优点：作业效率较高，图形强度较强网连式l优点：图形强度最强。l缺点：作业效率低。混连式点连式边连式网连式制定基本原则l高可靠l高精度l高效率常用方案l平推式l翻转式l伸缩式32迁站方案平推式翻转式伸缩式外业观测成果的质量检核 观测记录完整性及合理性检查l记录手簿中的内容是否完整，是否按要求量测了天线高，天线类型及量测方式是否正确，天线高的数值是否合理l通过点位略图和测量近似坐标等判定设站是否正确外业观测数据质量的检核l通过对外业GPS观测数据进行处理，对处理结果进行检核来进行的l反映GPS外业观测数据质量的数据处理结果是基线解算的结果和GPS网无约束平差的结果GPSGPS网的数据处理及质量控制网的数据处理及质量控制四四数据格式RINEX格式 l通用性强，已成为GPS测量领域事实上的标准l大多数软件能够直接处理l利于多种型号的接收机联合作业接收机专有格式（南方sth）l不同厂家接收机的本机格式各不相同l与接收机配套的数据处理软件（随机软件/商用软件）一般可以直接读取自身本机格式的数据，而不能读取其它厂家本机格式的数据l数据存储紧凑，含有一些专有信息36命名规则命名方法：8+3文件名命名规则例：wh022931.02o，wh022293.02nssssdddf.yyt4字符字符测站名测站名年积年积日日一天内的一天内的文件序号文件序号（时段号）（时段号），为，为09，AZ。若为若为0，则表示文则表示文件包含当件包含当天的所有天的所有观测数据观测数据两位两位年号年号98：199800：200011：2011文件类型文件类型O：观测值：观测值N：星历：星历M：气象数：气象数据据G：GLONASS星历星历H：同步卫：同步卫星星GPS载荷载荷的导航电的导航电文文C：钟文件：钟文件 文件格式说明RINEX观测值文件的内容2.10 OBSERVATION DATA M(MIXED)RINEX VERSION/TYPEBLANK OR G=GPS,R=GLONASS,T=TRANSIT,M=MIXED COMMENTXXRINEXO V9.9 AIUB 24-MAR-01 14:43 PGM/RUN BY/DATEEXAMPLE OF A MIXED RINEX FILE COMMENTA 9080 MARKER NAME9080.1.34 MARKER NUMBERBILL SMITH ABC INSTITUTE OBSERVER/AGENCYX1234A123 XX ZZZ REC#/TYPE/VERS234 YY ANT#/TYPE 4375274.587466.4589095.APPROX POSITION XYZ .9030 .0000 .0000 ANTENNA:DELTA H/E/N 1 1 WAVELENGTH FACT L1/2 1 2 6 G14 G15 G16 G17 G18 G19 WAVELENGTH FACT L1/2 0 RCV CLOCK OFFS APPL 4 P1 L1 L2 P2#/TYPES OF OBSERV 18.000 INTERVAL 2001 3 24 13 10 36.0000000 TIME OF FIRST OBS END OF HEADER 01 3 24 13 10 36.0000000 0 3G12G 9G 6 -.123456789 23629347.915 .300 8 -.353 23629364.158 20891534.648 -.120 9 -.358 20891541.292 20607600.189 -.430 9 .394 20607605.848 01 3 24 13 10 50.0000000 4 4 1 2 2 G 9 G12 WAVELENGTH FACT L1/2 *WAVELENGTH FACTOR CHANGED FOR 2 SATELLITES*COMMENT NOW 8 SATELLITES HAVE WL FACT 1 AND 2!COMMENT COMMENT 01 3 24 13 10 54.0000000 0 5G12G 9G 6R21R22 -.123456789 23619095.450 -53875.632 8 -41981.375 23619112.008 20886075.667 -28688.027 9 -22354.535 20886082.101 20611072.689 18247.789 9 14219.770 20611078.410 21345678.576 12345.567 5 22123456.789 23456.789 5 文文件件头头文文件件体体RINEX版版本号本号数据类型数据类型观测值类观测值类型型文件头内文件头内容容文件头标文件头标签签点名点名点号点号接收机编接收机编号、类型、号、类型、版本版本天线编号、天线编号、类型类型近似坐标近似坐标天线偏心天线偏心缺省的波缺省的波长因子长因子与缺省情与缺省情况不同的况不同的波长因子波长因子观测值类观测值类型及排列型及排列顺序顺序历元间隔历元间隔一个历元一个历元的观测数的观测数据据历元时刻历元时刻卫星数及卫星数及卫星列表卫星列表接收机钟接收机钟差差各卫星的各卫星的观测值观测值38文件格式说明RINEX星历文件的内容2.10 N:GPS NAV DATA RINEX VERSION/TYPEXXRINEXN V2.10 AIUB 3-SEP-99 15:22 PGM/RUN BY/DATEEXAMPLE OF VERSION 2.10 FORMAT COMMENT .1676D-07 .2235D-07 -.1192D-06 -.1192D-06 ION ALPHA .1208D+06 .1310D+06 -.1310D+06 -.1966D+06 ION BETA .133179128170D-06 .107469588780D-12 552960 1025 DELTA-UTC:A0,A1,T,W 13 LEAP SECONDS END OF HEADER 6 99 9 2 17 51 44.0-.839701388031D-03-.165982783074D-10 .000000000000D+00 .910000000000D+02 .934062500000D+02 .116040547840D-08 .162092304801D+00 .484101474285D-05 .626740418375D-02 .652112066746D-05 .515365489006D+04 .409904000000D+06-.242143869400D-07 .329237003460D+00-.596046447754D-07 .111541663136D+01 .326593750000D+03 .206958726335D+01-.638312302555D-08 .307155651409D-09 .000000000000D+00 .102500000000D+04 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .910000000000D+02 .406800000000D+06 .000000000000D+0013 99 9 2 19 0 0.0 .490025617182D-03 .204636307899D-11 .000000000000D+00 .133000000000D+03-.963125000000D+02 .146970407622D-08 .292961152146D+01 -.498816370964D-05 .200239347760D-02 .928156077862D-05 .515328476143D+04 .414000000000D+06-.279396772385D-07 .243031939942D+01-.558793544769D-07 .110192796930D+01 .271187500000D+03-.232757915425D+01-.619632953057D-08 -.785747015231D-11 .000000000000D+00 .102500000000D+04 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .000000000000D+00 .389000000000D+03 .410400000000D+06 .000000000000D+00文文件件头头文文件件体体卫星卫星PRN号号历元时刻历元时刻某卫星某某卫星某历元的星历元的星历数据历数据39GPS数据处理流程四个阶段：四个阶段：1.数据传输数据传输2.格式转换（可选）格式转换（可选）3.基线处理基线处理4.网平差网平差解算实例演示解算实例演示基线向量解基线边长与基线向量基线边长基线边长基线向量基线向量基线边长（左）与基线向量（右）基线边长（左）与基线向量（右）41基线解算的过程42基线质量指标控制指标l特点：基于测量规范，在工程应用中，控制指标必须满足，l指标：数据剔除率，复测基线长度较差，同步环闭合差，独立（异步）环闭合差，网无约束平差基线向量改正数（残差）参考指标l特点：基于统计学原理，不作为判定质量是否合格的依据l指标：单位权方差（参考方差），RATIO值，RDOP值，观测值残差的RMS影响基线解算结果的因素基线解算时所设定的起点坐标不准确l影响方式：导致基线向量发生偏差l影响程度：应对方法l使用坐标精度高的点作为起算点l获取较为准确坐标的方法（两种）l与已知点（IGS跟踪站）联测（可获得分米级以上精度的地心坐标）l长时间单点定位（数小时单点定位，可获得米级精度的地心坐标）起点坐标的偏差起点坐标的偏差GPS卫星轨道高度卫星轨道高度基线向量的偏差基线向量的偏差基线长度基线长度影响基线解算结果的因素少数卫星的观测时间太短l影响方式：导致与该卫星有关的整周未知数固定困难l影响程度：对于基线解算来讲，对于参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话，就将严重影响整个基线解算结果的质量应对方法l删除该卫星的观测数据，不让其参与基线解算影响基线解算结果的因素在整个观测时段中，有个别卫星或个别时间段周跳太多，致使周跳修复不完善l影响方式：导致整周未知数固定困难l影响程度：严重影响基线向量的质量应对方法l在发生周跳处增加新的模糊度参数l删除周跳严重的时间段的方法影响基线解算结果的因素在观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大l影响方式：导致基线向量质量下降，严重时导致整周未知数固定困难l影响程度l随多路径效应的严重程度，对基线质量的影响将有所不同l多路径效应对基线向量的水平方向影响较大应对方法l缩小编辑因子的方法来剔除残差较大的观测值l删除多路径误差严重的时间段或卫星的数据影响基线解算结果的因素对流层折射影响或电离层折射影响较大l影响方式：导致基线向量质量下降，严重时导致整周未知数固定困难l影响程度l随大气折射影响的严重程度，对基线质量的影响将有所不同l大气折射影响对基线向量的垂直方向影响较大l应对方法l提高截止高度角，剔除易受对流层或电离层影响的低高度角观测数据 l采用模型对对流层和电离层延迟进行改正l如果GPS观测值是双频观测值，则可采用无电离层观测值（Iono-free）来进行基线解算其它因素：卫星轨道误差、地球模型误差、仪器相位中心误差48GPS网的质量 GPS网的质量l精度：可以通过一系列的精度指标来加以评价，如相邻点的分量中误差、距离中误差和网无约束平差的基线向量残差等。l可靠性：反映GPS网应对观测值和起算数据中可能存在的粗差的能力的高低，分为内可靠性（发现粗差的能力）和外可靠性（抵御粗差的能力）。l适用性：指的是点的数量、分布以及点位设施是否符合项目的要求，是否满足后续应用的要求。49GPS网的质量控制 质量控制l用来确保生产出的产品达到规定质量水平所采取的作业技术和管理措施。GPS网的质量控制l质量检验：对GPS网的中间产品及最终成果的质量进行评估，确定其是否符合质量要求，通常通过一系列量化的指标来加以判定。l质量改善：通过采取适当的措施提高GPS网的中间产品及最终成果质量。50影响GPS网质量的因素 GPS基线向量的质量 常规地面观测值质量起算数据的精度、数量和分布 GPS网的结构 数据处理方法的完备性 感 谢 聆 听