GPS测量原理与数据处理.ppt

GPS测量的外业实施 一、选点及埋标 （1）点位应选易于安置接收设备、视野开阔的位置。视场 周国15度以上不应有障碍物，以避兔GPS信号被吸收或 遮挡。 （2）点位应远离大功率无线电发射源如电视台、微波站等 ）其距离不小于200m远离高压输电线，其距离不得小 于50m，以避免电磁场对GPP信号的干扰。 （3）点位附近不应有大面积水域或强烈干扰卫星信号接收 的物体以减弱多路径效应的影响。 （4）点位应选交通方便，有利于其他观测手段扩晨与联 测的地方。 （5）点位应选在地面基础稳定易于点保存的地点。 （ 6）选点入员应按技术设计进行踏勘，在实地按要求选 定点位。 （7） 网形应有利于同步观测及边、点联结。 （8）当所选点位需要进行水准联测时选点人员应实地 踏勘水准路线，提出有关建议。 二、标志埋设 l点的标石必须坚固、稳定以利长久保存和使用 。也可直接在基岩上嵌入金属标志。 l埋设完成后，应提交以下资料： l点的记录 lGPS网的选点网图 l土地占用的批准文件与测量标志委托保管书 l选点与埋石技术总结 三、外业观测 主要包括以下内容： 天线安置 开机观测 气象参数测定 观测记录 1. 天线安置 （1）在正常点位天线应架设在三脚架上，并安置在标 志中心的上方直接对中，天线基座上的圆水准气泡必须 整平。 （2）在特殊点位，当天线需要在三角点觇标的观测台或 回光台上时，可先将觇标顶部拆除，以防上对GPS信号 的遮挡。如果觇标顶部无祛拆除，接收天线若安置在标 架内观测就会造成卫星信号中断。影响GPS测量精度、 在这种情况下，可进行偏心观测。 （3）天线的定向标志应指向正北，以减弱相位中心偏差 的影响。天线定向误差因定位精度不同而异，一般不应 超过正负35度。 (4）刮凤天气安置天线时，应将天线进行三方向固定，以 防倒地碰坏。雷雨天气安置天线时，应注意将其底盘接地 ，以防雷击天线。而且架设天线不宜过低，一般应距地面 1m以上。天线架设好后在圆盘间隔120度的三个方向分别 量取天线高，三次测量结果之差不应超过3mm，取其三 次结果的平均值记入测量手薄中，天线高记录取值到 0.001m。 (5）测量气象参数；在高精度GPS测量中，要求测定气象 元素。每时段气象观测应不少于 3次（时段开始、中间、 结柬）气压读至0.1mbar，气温读至 0.1对一般城市 及工程测量只记录天气状况。 (6）复查点名并记入测量手薄中。将天线电缆与仪器进行 连接经检查无误后方能通电启动仪器。 3、 开机观测 （1）当确认外接电源电缆及天线等备项连接完全无误后 方可接通电源，启动接收机。开机后接收机有关指示显示 正常并通过自检后，方能榆入有关测站和时段控制信息。 （2）接收机在开始记录数据时应注意查看有关观测卫星数 量、卫星号、信噪比、相位观测量残差，实时定位结果及 其变化、存储介质记录等情况。 （3）一个时段观测过程中，不允许进行以下操作：关闭又 重新启动；进行自测试（发现故障除外）改变卫星高度角 ；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删 除文件等功能键。 （4）每一观测时段中，气象元素一般应在始、中、末各观 测记录一次，当时段较长时可适当增加观测次数。 （5）在观测过程中要特别注意供电情况，除在出测前认真 检查电池容量是否充足外，作业中观测人员不要远离按收 机，听到仪器的低电压报警应及时予以处理，否则可能会 造成仪器内部数据的破坏或丢失。 （6）仪器高一定要按规定始、末各量测一次，并及时输入 仪器及记入测量手薄中。 （7）接收机在观测过程中，不要靠近接收机使用对讲机； 雷雨季节架设天线要防止雷击，雷雨过境时应关机停测 ，并卸下天线。 （8）观测站的全部预定作业项目经检查均已按规定完成， 且记录与资料完整无误后可迁站。 （9）观测过程申要随时查看仪器内存或硬盘容量，每日观 测结束后，应及时将数据转存至计算机硬、软盘上，确保 观测数据不丢失。 5、 观测记录 l）观测记录 观测记录由GPS接收机自动进行，均记录在存储介质（如 硬盘、硬卡记忆卡等）上，其主要内容有： 载波相位观测值及相应的观测历元； 同一历元的测码伪距观测值； GPS卫星星历及卫星钟差参数； 实时绝对定位结果； 测站控制信息及接收机工作状态信息。 2）观测手薄 观测手薄是在GPS接收机启动前和观测过程中由观测者实 时填写的。其记录格式可参照现行规范执行。 观测记录和测量手薄都是GPS精密定位的依据必须认真 、及时填写坚决杜绝事后补记或追记。 外业观测中存储介质上的数据文件应及时拷贝一式两份， 分别保存在专人保管的防水、防静电的资料箱内。存储介 质的外面，应当贴制标签，注明文件名、网区名、点名、 时段名、采集日期、测量手薄编号等。 GPS测量的作业模式 l经典静态定位模式 l快速静态定位 l准动态定位 l动态定位 一、数据预处理 对于两台及两台以上接收机同步观测值进行独立基线向 量（坐标差）的平差计算叫基线解算，有的也叫观测数据 预处理。 预处理的主耍目的是对原始数据进行编辑、加工整理、分 流并产生各种专用信息文件，为进一步平差计算做准备。 它的基本内容是： （1）数据传输；将GPS接收机记录的观测数据传输到磁 盘或其他介质上。 （2）数据分流：从原始记录中，通过解码将各种数据分 类整理，剔除无效观测值和冗余信息，形成各种数据文件 ，如星历文件、观测文件和测站信息文件等。 第五节、数据预处理及观测成果的质量检核 （3）统一数据文件格式，将不同类型接收机的 数据记录格式、项目和采样间隔，统一为标准化 的丈件格式，以便统一处理。 （4）卫星轨道的标准化，采用多项式拟合法， 平滑GPS卫星每小时发送的轨道参数，使观测时 段的卫星轨道标准化。 （5）探测周跳、修复载波相位观测值。 （6）对观测值迸行必要改正，在GPS观测值中 加入对流层改正，单频接收的观测值中加入电离 层改正。 基线向量的解算一般采用多站、多时段自动处理的方法进 行，具体处理中应注意以下几个问题： （1）基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超过 30km的基线，解算时则可采用三差相位观测值。 （2）卫星广播星历坐标值可作为基线解的起算数据。对 于特大城市的首级控制网，也可采用其他精密星历作为基 线解算的起算值。 （3）基线解算中所需的起算点坐标，应按以下优先顺序 采用； 国家 GPS A、B级网控制点或其他高级GPS网控制点已有 的WGS-84坐标系坐标。 国家或城市较高等级控制点转到WGS-84坐标系后的坐标 值。 不少于观测30分钟的单点定位结果的平差值提供的WGS- 84系坐标。 （4）在采用多台接收机同步观测的一同步时段中，可采用 单基线模式解算，也可以只选独立基线按多基线处理模式 统一解算。 （5）同一等级的GPS网根据基线长度的不同可采用不 同的数据处理模型。若基线长小于0.8km，需采用双差固 定解；小于30km，可在双差固定解和双差浮点解中选择 最优结果；大于30km时则可采用三差解作为基线解算 结果。 （6）在同步观测时间小于30分钟时的快速定位基线应 采用合格的双差固定解作为基线解算的最终结果。 二、观测成果的外业检核 观测成果的外业检核是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重 要环节，所以当观测结束后，必须在测区及时对外业的观测数据质量 进行检核何评价，以便及时发现不合格的成果，并根据情况采取淘汰 或重测、补测措施。 外业观测数据的评价标准 良好 （1）测站环境好，无信号干扰因素 （2）观测过程中大气状况稳定 （3）观测到所有预报的卫星 （4）接收机工作正常，没有或偶尔发生短暂的失锁或故障报警， 但很快就能排除。 （5）测站上全部操作过程都符合规定，资料齐全 （6） 实时绝对定位解收敛平稳 合格 （1）测站有明显干扰因素 （2）观测过程中大气状况有明显的波动 （3）接收机运行不太正常，多次出现失锁或故障报警，且由 于不能及时排除或多次积累致使10的观测数据无效 （4）测站上全部操作过程基本符合规定 （6） 实时绝对定位解收敛过程有波动 存疑 （1）测站上信号干扰因素比较严重 （2）观测过程中失锁或故障报警情况频繁，约有20的观 测数据无效 （3） 实时绝对定位解收敛过程波动较大 不合格 （1）由于多种因素影响，致使无效观测数据多于30 （2）观测卫星少于4颗 （3） 实时绝对定位解收敛过程很困难 1.重复观测边的检核 同一条基线边若观测了多个时段，则可得到多个边长结果 。这种具有多个独立观测结果的边就是重复观测边。重复 观测边的检核内容包括： 1：计算不同时段观测结果的互差，应小于相应类别规定精 度的 倍。 2：同一条边若有三个以上的观测结果，则应计算各时段结 果的平均值。其中任一时段的结果与其平均值之差不应超 过相应类别的规定精度。 2 环线闭合差的检核 当观测的基线边构成某种闭合图形时，图形的闭合差理论 上应为零，但是，由于各种观测量误差以及数据处理模型 误差等因素的综合影响，致使闭合差一般不为零，通过对 环线闭合差的检核，可以有效地评定精度。 假设闭合环中各基线边的坐标差之和为 式中， 为第I条基线边的坐标分量差， n为 环中的基线边数，则环线闭合差和全长相对闭合差为 3 同步闭合环的检核 当环中各边为多台接收机同步观测时，由于各边是不独 立的；所以其闭合差应恒为零但是由于模型误差和处理软 伴的内在缺陷，使得这种同步环的闲合差实际上仍可能不 为零。这种闭合差一般数值根小，不至于对定位结果产生 明显影响，所以也可把它作为成果质量的一种检核标准。 对于三边同步环，其坐标分量闭合差应小于下列数值 为相应级别规定的精度（按平均边长计算）。 对于四站以上的多边同步环。可以产生大量同步闭合环 ，在处理完各边观测值后，应检查一切可能的环闭合差。 以右图为例A、B、C、D四站应检核 （1）ABBCCA（2）ACCDDA （3）ABBDDA （4）BCCDDB （5）ABBCCDDA （6）ABBDDCCA （7）ADDBBC CA 所有闭合环的分量闭合差不应大于 其中，n为闭合环中的边数。 4 异步环闭合差的检核 无论采用单基线模式或多基线模式佰算基线都应在整个 GPS网选取一组完全的独立基线构成独立环，各独立环的 坐标 分量闭台差和全长闭合差应符合下式 当发现边闭合数据或环闭合数据超出上述规定时，应分 析原因并对其中部分或全部成果重测。需要重测的边，应 尽量安排在一起进行同步观恻。 三、外业返工 在对经过检核超限的基线进行充分分析的基础上，进行野外返工观测， 基线返工应注意如下几个问题： （1）无论何种原因造成一个拄制点不能与两条合格独立基线相连结在 该点上都应补测或重测不少于一条独立基线。 （2）可以舍弃在复测基线边长较差、同步环闭合差、独立环闭合差检验 中超限的基线，但必须保证舍弃基线后的独立环所含基线数不得超过 有关规定，否则，应重测该基线或者有关的同步图形。 （3）当由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站重复观测仍不能满 足限差的耍求时，则应按技术设计要求重新选择点位进行观测。 四、技术总结 在GPS测量成果完成后，应按要求编写技术总结，内容包括 外业和内业两部分 1 外业技术总结 （1）测区及其位置，自然地理条件，交通，通讯及供电情况 （2）任务来源，项目名称，测区已有测量成果情况，本次施测的目的 及基本精度要求 （3）施工单位，施测时间，技术依据，作业人员的数量及技术状况等 。 （4）作业仪器类型、精度、检验及使用状况 （5）点位观测质量的评价，埋石与重合点情况 （6）联测方法，完成各级点数量，补测与重测情况以及作业中存在问 题的说明。 （7）外业观测数据质量分析与野外数据检核情况 2 内业技术总结