GPS静态测量说明

GPS静态测量1—项目实施及质量控制1.绪论1©2006,2007,3GPS•NAVSTARGPS–NAVigationSatelliteTimingandRangingGlobalPositioning•美国建立的一个卫星导航定位系统System•提和供定全时天服候务、不间断的高精度定位、测速4空间部分G地部面分监P控用户S部分24颗GPS卫星所组成的星座5个跟踪站、3个注入站、1个主控站主控站监测站注入站大西洋太平洋印度洋GPS的系统组成接收设备5测量定位原理•GPS测量定位的基本原理–距离交会单点定位6GPS卫星的信号•载波–L1、L2–用于搭载信号•测距码–C/A码、P码–用于测距•导航电文–用及于其提他供相卫关星信轨息道、钟L2P2DL1C/AP1DGPS的距离观测值7•伪距–利用测距码测定–无模糊度问题–精度分米级•载波相位–利用载波测定–有模糊度问题–精度毫米级GPS定位中的误差源、•与卫星有关的误差源–卫相星对轨论道效误应差、、卫星钟的误差年SA（已于20005月2日终止）等。•与传播途径有关的误差的源–电路离径层效折应射、、电对磁流波层干折扰射等、。多•与接收设备有关的误差源–接化收、机接天收线机相钟位的中误心差偏等差。和变GPS定位中的误差源8单点定位的缺陷•各种误差源对单点定位结果精度影响严重，即使经过标准模精型度进也仅能达到行改正后，定位左右10m9差分GPS（DGPS）•DGPS的基本原理–利用参考站计算出误差或误差对定位结果的影响，供运动站修正自己的观测值或定位结果1011相对定位位•相对定位的基本原理–利收用机进间行的同相步对观位测置数（据基，线确向定量接）•相对定位的特点–通常采用载波相位观测值–确定的是相对位置–精度高，可达毫米级–作业、数据处理复杂•测模量式中普遍采用的是相对相对定位影响相对定位测量成果质量的因素①12•影响单一基线质量的因素–测量定位的几何条件•卫星的数量、几何分布及位置变化幅度–观测值•观测值的质量：精度高低、周跳多少•观测值的种类：单频还是双频、L2的质量、是否有P码伪距、是否有气象元素–数据处理•处理方法：软件、处理参数设置影响相对定位测量成果质量的因素②•影响整体测量成果质量的因素–单一基线的质量–网形–网平差处理的方法1132345678GPS网本讲座的重点14•围绕GPS网的建立介绍如下内容–GPS网的布设及外业观测–基线解算及其质量控制–GPS网平差及其质量控制•核心问题–质量控制（QC）什么是质量？15•质量的定义–产品或工作的优劣程度•GPS测量产品质量的内涵–精度–可靠性质量精度质量=精度+可靠性+应用目标符合度GPS测量产品质量的内涵质量控制及其内容16•质量控制的定义–一种用来确保生产出的产品保持合乎规定水平的系统•GPS测量产品质量控制的内容–质量评价（评定质量的指标）–质量改善（提高质量的方法）2.GPS网的布设及质量控制17©2006,2007,2.1GPS网17©2006,2007,•定义–确GP定S出基的线点向间量的是相通对过位在置若关干系点上进行GPS同步观测所•表达方式–地心坐标的坐标差(X,Y,Z)–大地坐标的坐标差(B,L,H)–站心直角坐标(N,E,U)–站心极坐标(S,A,EL)•问题–GPS基线向量缺少绝对位置基准GPS基线向量基线向量10GPS网•GPS网定义–由点和GPS基线向量所形成的一种结构•布设GPS网的最终目的–以在一某定一的坐质标量参水照平系，下确的定坐网标中点•GPS网的观测值–GPS基线向量•GPS基线向量在GPS网中的作用–建立点间的相互关系GPS网20•绝对位置基准的传递–绝对坐标信息通过基线向量进行传递•提供用于进行质量检核条件（冗余度）–闭合条件•闭合环–同步环、异步环（独立环）•复测基线–符合条件•符合路线•提供提高质量的方法–粗差的探测及处理–平差处理GPS网的作用绝对位置基准的传递21GPS网与常规网①22•GPS网的优势–不需要通视–全天候作业–测站选择与网形无关，可专注于应用–作业效率高–易达到测量精度要求–可同时获得三维坐标GPS网与常规网②23•GPS网的劣势–高效率对测量计划和调度有更高的要求–不能容忍空中的障碍物，因此不能用于地下、植物下或建筑物下–GPS通常只能满足特定的测量需求–无法为后续的非GPS测量提供方位控制–GPS的精度通常高于周围现有的控制–GPS设备的投资成本高–需要新技能GPS网的工程应用24•大地控制•工程控制•图根控制•形变监测•联水合准水面准模及型重力资料建立精密（似）大地GPS网与CORS25•CORS（连续运行参考站）–ContinuouslyOperatingReferenceStations•趋势–CORS是现代化的空间三维基准实现方法–在工程应用领域，CORS将会逐步取代常规GPS网–近期，在不发达地区和偏远地区，常规GPS网仍将作为一项建立测量控制的主要手段建立GPS网的三个阶段①26•测前–项目立项–方案设计–施工设计–测绘资料收集整理–仪器检验、检定–踏勘、选点、埋石建立GPS网的三个阶段②27•测中–作业队进驻–卫星状态预报–观测计划制定–作业调度及外业观测–数据传输、转储、备份–基线解算及质量控制建立GPS网的三个阶段③28•测后–网平差（数据处理、分析）及质量控制–整理成果、技术总结–项目验收29©2006,2007,2.2衡量GPS网质量的指标30评定质量方法时的常见错误根据是否打钩和是否是固定解来评定质量根据报告中是否出现“失败”等字眼来评定质量精度高就等于质量好根据颜色和是否插旗来评定质量GPS网质量的两个方面•精度–基线向量改正数的大小–基线向量的重复性–闭合差的大小–符合差的大小–相邻点距离中误差的大小–点位中误差大小•可靠性–可探测出的观测值中粗差的大小–观测值中残余粗差对结果影响的大小31衡量精度的指标•质量指标–控制指标（必须满足，需要用户来判断）•同步环闭合差•异步环闭合差•复测基线较差–参判断考）指标（用于参考，不作要求，软件能自动•参考方差（0）•均方根误差（RMS）•确定模糊度时的RMS比值（RATIO值）控要制求指得标出是的依据应用参原考理指得标出是的依据统计32规范中有关GPS网精度的内容①•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）33规范中有关GPS网精度的内容②•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）a10mm102(510106106)250.99(mm34)如：对于在C级网，规范要求，b5，当基线边长为10km时，35规范中有关GPS网精度的内容③•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）36规范中有关GPS网精度的内容④•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）规范中有关GPS网精度的内容⑤•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）37规范中有关GPS网精度的内容⑥•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）3839规范中有关GPS网精度的内容⑦•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）规范中有关GPS网精度的内容⑧•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）40规范中有关GPS网精度的内容⑨•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）41规范中有关GPS网可靠性的内容①•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）42规范中有关GPS网可靠性的内容②•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）43规范中有关GPS网可靠性的内容③•全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）4445©2006,2007,2.3影响GPS网质量的因素不影响GPS网质量的因素①•GPS网中点的质量与点位分布无关46不影响GPS网质量的因素②•网的形状对GPS网的质量没有直接影响对于上述两个网形，如果对应基线的质量相同，则两个网的质量也相同。47影响GPS网质量的因素48•观测值的精度–由观测方法和基线处理方法决定•起算数据的质量、数量、分布及与网的关系–由网的设计和外业观测调度决定•网的结构（基线向量的数量及配置）–由网的设计和外业观测调度决定•数学模型的完备性–由数据处理软件决定•外业观测工作，如对中、量高、天线定向等–由外业作业人员决定49©2006,2007,2.4保证GPS网质量的方法保证GPS网质量的基本原则•观测值的精度和数量要保证•起布算要均数匀据，的与质网量的要关保系证要，紧数密量要适当，分•网的结构要坚强•数学模型要完备第2，3点实际上是GPS网设计的问题50GPS网设计的原则51•质量的要求–保证成果质量–便于质量控制•应用的要求–利于成果的应用•观测的要求–保证观测质量–保证观测效率–便于观测施工起算数据的设计52•起算数据数量与网质量的关系–起算数据质量高时，数量可不限–起项算目数性据质质及量数低据时处，理数方量法要有适关当，具体数目与•旧网改造或加密扩充，起算点的数目可多一些•新建网，起算点的数目可少一些•独立坐标系下的工程网可固定一点一方向•起算数据的类型与网质量的关系–涉及投影面高度问题的网应引入已知边长网的结构设计①•为等覆级盖的面框积（大骨或）延架伸网距离远的网布设高一5354网的结构设计②•网中距离较近的点间要进行直接观测•保证网中具有足够数量的复测边和复测点•通过增设基线提高网的结构强度•最简异步环的边数不宜过多最简异步环短边必测观测设计•仪器要求–采用双频接收机、抗多路径天线、相同型号的天线•观测设施–强制对中•观测环境–避开多路径、电磁干扰的环境•观测要求–进行天线定向；若非强制对中，则不同时段天线重新安置–早止高晚度观角测等、卫星多时观测、延长观测时段、提高采样率、降低截•作业调度–基线的布置（复测边、闭合环的配置）5556©2006,2007,2.5GPS网的布网及观测方案GPS网的布网方案①57•跟踪站式–形式：若干台接收机长期固定安放在测站上进行常年、不间断的观测，数据处理通常采用精密星历由高精度数据处理软件进行。–优点：精度极高，具有框架基准特性。–缺点：需建立专门的永久性建筑即跟踪站，观测成本很高。–适用范围：一般用于建立GPS跟踪站或永久性的监测网。GPS网的布网方案②58•会战式–形式：一次组织多台GPS接收机，集中在一段不太长中的，时所间有内的，接共收同机作，业。在若观干测天分的阶时段间进里行分，别在各同自一在阶同段点一的批测点量上后进，行所多有天接、收长机时又段都的迁同移步到观另测外，一在批完点成上一采批完毕。用相同方式，进行另一阶段的观测，直至所有点观测–优点：具有特高的尺度精度。–适用范围：A、B级网。GPS网的布网方案③线，图形结构强。–适用范围：C，D级网。多基准站式的布网形式•多基准站式–形里式长：期若固干定台在接某收几机个在点一上段进时行间长时间的测，这些测站称为基准另站外，一在观基接准收站机进则行在观这测些的基同准时站，周围相些互之间进行同步观测。–优度点高：，可①各以基作准为站整间个G基线向网量的精骨基准站基准站架基。准②站其之余间也同存步观在测有同P步S与观测各基个基准站同步图形59GPS网的布网方案④GPS•同步图形扩展式–形式：多台接收机在不同测站上进行同迁观移测到，其在它完的成测一站个上时进段行的同同步步观观测测，后每，次又量同过步程观中测都，不可同以的形同成步图一个形同间步一图般形有，在若干测个公共点相连，整个网由这些同步图形构成。–优业点方：法简扩展单速。度快，图形强度较高，且作–适用范围：C，D级网。同步图形的扩展60GPS网的布网方案⑤•单基准站（星形网）式–形式：以一台接收机作为基准站，在某个测站上连续周开机围观流测动，，其每余到的一接点收就机进在行此观基测准，站流观动测的期接间收，机之在间其段一般，就不要与求基同准步站，间