GPS静态测量的实施及质量控制

GPS静态测量的实施及质量控制GPS静态测量一、GPS静态测量概述二、GPS网的设计准备三、GPS网的施工作业四、GPS网的数据处理及质量控制GPS测量概述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S82CS822013S862013GPS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–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–由多条基线向量首尾相连所构成的图形n=5由5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–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XYZWXWYWZ环的闭合差1B2B3BnB1niiWB222sXYZ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）–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GPS网的设计准备二设计准备•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–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•精度设计的原则–满足合同或任务书要求–满足规范要求–满足应用要求级别用途A国家一等大地控制网，全球性地球动力学研究，地壳形变测量和精密定轨等B国家二等大地控制网，地方或城市坐标基准框架，区域性地球动力学研究，地壳形变测量，局部形变监测和各种精密工程测量等C三等大地控制网，区域、城市及工程测量的基本控制网等D四等大地控制网E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等密度设计•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坐标年变化率中误差级别水平分量/(mm/a)垂直分量/(mm/a)相对精度地心坐标各分量年平均中误差/mmA2381100.5相邻点基线分量中误差级别水平分量/mm垂直分量mm相邻点平均距离/kmB51050C102020D20405E20403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①三角形网②多边形网③附和导线网④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全面网框架网的采用GPS网的施工作业三26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–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”软件卫星可见性卫星运行轨迹PDOP30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GPS网的数据处理及质量控制四数据格式•RINEX格式–通用性强，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，wh022293.02nssssdddf.yyt4字符测站名年积日一天内的文件序号（时段号），为0~9，A~Z。若为0，则表示文件包含当天的所有观测数据两位年号98：199800：200011：2011文件类型O：观测值N：星历M：气象数据G：GLONASS星历H：同步卫星GPS载荷的导航电文C：钟文件文件格式说明•RINEX观测值文件的内容2.10OBSERVATIONDATAM(MIXED)RINEXVERSION/TYPEBLANKORG=GPS,R=GLONASS,T=TRANSIT,M=MIXEDCOMMENTXXRINEXOV9.9AIUB24-MAR-0114:43PGM/RUNBY/DATEEXAMPLEOFAMIXEDRINEXFILECOMMENTA9080MARKERNAME9080.1.34MARKERNUMBERBILLSMITHABCINSTITUTEOBSERVER/AGENCYX1234A123XXZZZREC#/TYPE/VERS234YYANT#/TYPE4375274.587466.4589095.APPROXPOSITIONXYZ.9030.0000.0000ANTENNA:DELTAH/E/N11WAVELENGTHFACTL1/2126G14G15G16G17G18G19WAVELENGTHFACTL1/20RCVCLOCKOFFSAPPL4P1L1L2P2#/TYPESOFOBSERV18.000INTERVAL2001324131036.0000000TIMEOFFIRSTOBSENDOFHEADER01324131036.000000003G12G9G6-.12345678923629347.915.3008-.35323629364.15820891534.648-.1209-.35820891541.29220607600.189-.4309.39420607605.84801324131050.000000044122G9G12WAVELENGTHFACTL1/2***WAVELENGTHFACTORCHANGEDFOR2SATELLITES***COMMENTNOW8SATELLITESHAVEWLFACT1AND2!COMMENTCOMMENT01324131054.000000005G12G9G6R21R22-.12345678923619095.450-53875.6328-41981.37523619112.00820886075.667-28688.0279-22354.53520886082.10120611072.68918247.789914219.77020611078.41021345678.57612345.567522123456.78923456.7895文件头文件体RINEX版本号数据类型观测值类型文件头内容文件头标签点名点号接收机编号、类型、版本天线编号、类型近似坐标天线偏心缺省的波长因子与缺省情况不同的波长因子观测值类型及排列顺序历元间隔一个历元的观测数据历元时刻卫星数及卫星列表接收机钟差各卫星的观测值38文件格式说明•RINEX星历文件的内容2.10N:GPSNAVDATARINEXVERSION/TYPEXXRINEXNV2.10AIUB3-SEP-9915:22PGM/RUNBY/DATEEXAMPLEOFVERSION2.10FORMATCOMMENT.1676D-07.2235D-07-.1192D-06-.1192D-06IONALPHA.1208D+06.1310D+06-.1310D+06-.1966D+06IONBETA.133179128170D-06.107469588780D-125529601025DELTA-UTC:A0,A1,T,W13LEAPSECONDSENDOFHEADER69992175144.0-.839701388031D-03-.165982783074D-10.000000000000D+00.910000000000D+02.9340