GPS静态测量的实施及质量控制

1、GPS静态测量的实施及质量控制,GPS静态测量,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-340,DL201,NTS-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,S82C,S82 2013,S86 2013,GPS测量中的几个基本概念,观测时段 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 是GPS测量的基本单位 时段长度 观测时段所持续的时间 同步观测 两台或两台以上的GP

2、S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 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 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 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、GPS基线向量网,GPS测量中的几个基本概念,定义 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 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,同步观测基线,GPS测量中的几个基本概念,闭合环 由

3、多条基线向量首尾相连所构成的图形,由5条基线向量所构成的闭合环,闭合环,10,GPS测量中的几个基本概念,环的闭合差 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 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 全长闭合差：分量闭合差的平方和开方,分量闭合差,全长闭合差,环的闭合差,11,GPS测量中的几个基本概念,同步观测环（同步环） 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,同步环与非同步环,同步观测环,独立观测环（异步环） 定义：由相互函数独立（线性无关）的基线向量所构成的闭

4、合环。（就是前面的非同步环） 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 定义：检验独立观测环的闭合差大小 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 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,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

5、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,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 测量任务书或测量合同书 GPS测量规范及规程 其他规范及规程 进行技术设计 精度设计 密度设计 基准设计 图形（结构）设计,19,精度设计,精度设计的原

6、则 满足合同或任务书要求 满足规范要求 满足应用要求,密度设计,密度设计的原则 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 指定GPS网所采用的坐标参照系（基准） 确定所采用的起算数据 GPS网的基准 位置基准 尺度基准 方位基准 设计原则 满足项目要求 结合现有条件,22,图形设计,三角形网,多边形网,附和导线网,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,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,框架网的采用,

7、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 对空通视条件好，15以上不宜有成片障碍物。 15以上不宜有金属导体* 便于仪器安置及观测作业。 远离可能的干扰源。 远离易引起多路径的环境。 位置及设施 地质条件良好、点位稳定、易于保存，尽可能顾及交通等条件。 充分利用符合要求的现有观测设施。 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 基岩天线墩，岩层天线墩，岩层标石土层天线墩 标石 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

8、标石，建筑物上的标石,金属标志,不锈钢标志,强制对中装置,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,同步图形的连接方式,点连式 优点：作业效率高，图形扩展迅速。 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 优点：作业效率较高，图形

9、强度较强 网连式 优点：图形强度最强。 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 高可靠 高精度 高效率 常用方案 平推式 翻转式 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 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 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 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 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,数据格式,RINEX格式 通

10、用性强，已成为GPS测量领域事实上的标准 大多数软件能够直接处理 利于多种型号的接收机联合作业 接收机专有格式（南方sth） 不同厂家接收机的本机格式各不相同 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 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，wh022293.02n,文件格式说明,RINEX观测值文件的内容,2.10 OBSERVATION DATA M (MIXED) RINEX VERSION / TYPE BLANK OR G = GPS,

11、R = GLONASS, T = TRANSIT, M = MIXED COMMENT XXRINEXO V9.9 AIUB 24-MAR-01 14:43 PGM / RUN BY / DATE EXAMPLE OF A MIXED RINEX FILE COMMENT A 9080 MARKER NAME 9080.1.34 MARKER NUMBER BILL SMITH ABC INSTITUTE OBSERVER / AGENCY X1234A123 XX ZZZ REC # / TYPE / VERS 234 YY ANT # / TYPE 4375274. 587466. 458

12、9095. 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 3

13、G12G 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! CO

14、MMENT 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,文件头,文件体,38,文件格式说明,RINEX星历文件的内容,2

15、.10 N: GPS NAV DATA RINEX VERSION / TYPE XXRINEXN V2.10 AIUB 3-SEP-99 15:22 PGM / RUN BY / DATE EXAMPLE 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,

16、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 .32923

17、7003460D+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+00 13 99 9 2 19 0 0

18、.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 .2711

19、87500000D+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,文件头,文件体,39,GPS数据处理流程,四个阶段： 1. 数据传输 2. 格式转换（可选） 3. 基线处理 4. 网平差,解算实例演示

20、,基线向量解,基线边长与基线向量,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 特点：基于测量规范，在工程应用中，控制指标必须满足， 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 特点： 基于统计学原理，不作为判定质量是否合格的依据 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 影响方式：导致基线向量发生偏差 影响程度： 应对方法 使用坐标精度高的点作为起算点 获取较为准确坐标的方法（两种） 与已知

21、点（IGS跟踪站）联测（可获得分米级以上精度的地心坐标） 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,GPS卫星轨道高度,基线向量的偏差,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 影响方式：导致与该卫星有关的整周未知数固定困难 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 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 影响方式：导致整周未知数固定困难 影响程度：严重影响基线向量的质量 应对方法 在发生周跳处增加新的模糊度参数 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 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 影响程度 随多路径效应的严重程度，对基线质量的影响将有所不同 多路径效应