GPS测量的设计与实施.ppt

GPS原理及应用 讲授讲授: :杨利兵杨利兵 测绘本科生课程测绘本科生课程 石家庄经济学院石家庄经济学院 Tel:el:第十三讲 GPS测量的 设计与实施（二） 主要内容 4 4 GPS GPS测量的作业模式测量的作业模式 5 5 数据预处理及观测成果的质量检核数据预处理及观测成果的质量检核 6 6 技术总结与上交材料技术总结与上交材料 4. GPS4. GPS测量的作业模式测量的作业模式 概念：概念： 利用利用GPSGPS定位技术，确定观测站定位技术，确定观测站 之间相对位置所采用的测量方案。之间相对位置所采用的测量方案。 经典静态定位经典静态定位 快速静态定位快速静态定位 准动态定位准动态定位 往返式重复设站往返式重复设站 动态定位动态定位 实时动态测量实时动态测量 作业模式分类作业模式分类 经典静态定位经典静态定位 方法：采用两台（或以上）接收设备，分方法：采用两台（或以上）接收设备，分 别安置在基线的两个端点，同步观测别安置在基线的两个端点，同步观测4 4颗颗 以上卫星，每时段长以上卫星，每时段长4545分钟至分钟至2 2小时。小时。 经典静态定位（续）经典静态定位（续） 基线定位精度可达基线定位精度可达5mm+1ppm5mm+1ppmDD（D:kmD:km ） 适用范围：适用范围： - - 全球性或国家级大地控制网全球性或国家级大地控制网 - - 建立地壳运动监测网建立地壳运动监测网 - - 建立长距离检校基线建立长距离检校基线 - - 岛屿与大陆联测岛屿与大陆联测 所有已观测基线应组成一系列封闭图形所有已观测基线应组成一系列封闭图形 快速静态定位快速静态定位 qq 方法：在测区中部选择一个基准站，安置方法：在测区中部选择一个基准站，安置 一台接收设备连续跟踪卫星；另一台接收一台接收设备连续跟踪卫星；另一台接收 机依次到各点流动设站，每点观测数分钟机依次到各点流动设站，每点观测数分钟 。 快速静态定位（续）快速静态定位（续） 流动站相对于基准站的基线中误差为流动站相对于基准站的基线中误差为 5mm+1ppm5mm+1ppmDD 适用范围：适用范围： - - 控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。控制网的建立及其加密、工程测量、地籍测量等。 注意事项：注意事项： - - 在观测时段内应确保有在观测时段内应确保有5 5颗以上卫星可供观测颗以上卫星可供观测 - - 流动点与基准点距离不应超过流动点与基准点距离不应超过20km20km - - 流动站上的接收机在转移时，不必保持对卫星的连续跟踪流动站上的接收机在转移时，不必保持对卫星的连续跟踪 快速静态定位（续）快速静态定位（续） 优点：优点： - - 速度快、精度高、能耗低。速度快、精度高、能耗低。 缺点：缺点： - - 构不成闭合图形，可靠性较差构不成闭合图形，可靠性较差 准动态定位准动态定位 qq 方法：在测区选择一个基准点，安置接收机连方法：在测区选择一个基准点，安置接收机连 续跟踪卫星；将另一接收机先置于续跟踪卫星；将另一接收机先置于1 1号站观测号站观测 ，在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，将流，在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，将流 动接收机分别在其它各点观测数秒。动接收机分别在其它各点观测数秒。 准动态定位（续）准动态定位（续） vv基线中误差约为基线中误差约为12cm.12cm. vv应用范围：应用范围： - - 开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量等。开阔地区的加密控制测量、工程定位及碎部测量等。 vv注意事项：注意事项： - - 在观测时段内应确保有在观测时段内应确保有5 5颗以上卫星可供观测颗以上卫星可供观测 - - 流动点与基准点距离不应超过流动点与基准点距离不应超过20km20km - - 观测中流动站上的接收机不能失锁，否则应在失锁处延长观测中流动站上的接收机不能失锁，否则应在失锁处延长 观测时间观测时间1212分钟分钟 往返式重复设站往返式重复设站 qq方法：建立一个基准点安置接收机连续跟方法：建立一个基准点安置接收机连续跟 踪卫星；流动接收机到每点观测踪卫星；流动接收机到每点观测1212分钟分钟 ；1 1小时后逆序返测各流动点小时后逆序返测各流动点1212分钟。分钟。 往返式重复设站（续）往返式重复设站（续） 相对于基准点的中误差为相对于基准点的中误差为5mm+1ppm5mm+1ppmDD 应用范围：应用范围： - - 控制测量及控制网加密、取代导线测量及三角测量、工程测量控制测量及控制网加密、取代导线测量及三角测量、工程测量 及地籍测量等。及地籍测量等。 注意事项：注意事项： - - 流动点与基准点距离不超过流动点与基准点距离不超过20km20km - - 基准点能正常跟踪基准点能正常跟踪3 3颗以上的卫星颗以上的卫星 动态定位动态定位 qq 方法：建立一个基准点安置接收机连续跟踪方法：建立一个基准点安置接收机连续跟踪 卫星；流动接收机先在出发点上静态观测数卫星；流动接收机先在出发点上静态观测数 分钟，然后从出发点开始连续运动，按指定分钟，然后从出发点开始连续运动，按指定 的时间间隔自动测定运动载体的位置。的时间间隔自动测定运动载体的位置。 动态定位（续）动态定位（续） 相对于基准点的瞬时点位精度相对于基准点的瞬时点位精度12cm12cm。 应用范围：应用范围： - - 精密测定运动目标的轨迹、测定道路中心线、剖面测量等精密测定运动目标的轨迹、测定道路中心线、剖面测量等 。 注意事项：注意事项： - - 需同步观测需同步观测5 5颗卫星，其中至少颗卫星，其中至少4 4颗要连续跟踪颗要连续跟踪 - - 流动点与基准点距离不超过流动点与基准点距离不超过20km20km 如果不与数据传输系统结合，定位结果如果不与数据传输系统结合，定位结果 均需通过观测数据的测后处理而获得。均需通过观测数据的测后处理而获得。 无法实时给出定位结果，以及实时检核无法实时给出定位结果，以及实时检核 。 解决措施：解决措施： - - 延长观测时间，获取多余观测量。延长观测时间，获取多余观测量。 上述上述GPSGPS工作模式的不足工作模式的不足 实时动态测量实时动态测量 vv 实时动态（实时动态（Real Time Real Time KinematicKinematic，简称简称 RTKRTK）测量技术：测量技术： 以以载波相位观测量载波相位观测量为根据的为根据的实时差分实时差分 GPSGPS测量技术。测量技术。 实时动态测量（续）实时动态测量（续） qq基本思想：基本思想： 在基准站上安置一台接收机观测卫星，并将在基准站上安置一台接收机观测卫星，并将 观测数据实时发送给用户接收机；后者实时计观测数据实时发送给用户接收机；后者实时计 算出用户站的坐标及精度。算出用户站的坐标及精度。 实时动态测量（续实时动态测量（续） vv 实时检验定位结果，减少了冗余观测实时检验定位结果，减少了冗余观测 ，缩短观测时间。，缩短观测时间。 vv 增加了用户的设备投资。增加了用户的设备投资。 实时动态测量的作业模式实时动态测量的作业模式 快速静态测量快速静态测量 准动态测量准动态测量 动态测量动态测量 快速静态测量快速静态测量 接收机在每一用户站上，静止地进行观测。观接收机在每一用户站上，静止地进行观测。观 测过程中，连同接收到的基准站同步观测数据测过程中，连同接收到的基准站同步观测数据 ，实时解算用户坐标。当解算结果的变化趋于，实时解算用户坐标。当解算结果的变化趋于 稳定，且精度满足要求，可适时结束观测稳定，且精度满足要求，可适时结束观测 特点：用户接收机在流动过程中，不必保持对特点：用户接收机在流动过程中，不必保持对 卫星的连续跟踪。定位精度可达卫星的连续跟踪。定位精度可达12cm12cm。 应用：城市、矿山等区域性的控制测量、工程应用：城市、矿山等区域性的控制测量、工程 测量和地籍测量测量和地籍测量 准动态测量准动态测量 流动接收机在观测工作前，先在起始点上静止流动接收机在观测工作前，先在起始点上静止 地进行观测（快速解算整周未知数），进行初地进行观测（快速解算整周未知数），进行初 始化。然后，在每一测站上，静止地观测数历始化。然后，在每一测站上，静止地观测数历 元，连同基准站的同步观测数据，实时解算流元，连同基准站的同步观测数据，实时解算流 动站坐标动站坐标 特点：用户接收机在流动过程中，保持对卫星特点：用户接收机在流动过程中，保持对卫星 的连续跟踪。定位精度可达厘米级的连续跟踪。定位精度可达厘米级 应用：地籍测量、碎部测量、路线测量、工程应用：地籍测量、碎部测量、路线测量、工程 放样等放样等 动态测量动态测量 流动接收机在观测工作前，先在起始点上静止流动接收机在观测工作前，先在起始点上静止 地观测数分钟进行初始化。然后，运动的接收地观测数分钟进行初始化。然后，运动的接收 机按预定的时间间隔自动进行观测，连同基准机按预定的时间间隔自动进行观测，连同基准 站的同步观测数据，实时解算流动站坐标站的同步观测数据，实时解算流动站坐标 特点：用户接收机在流动过程中，保持对卫星特点：用户接收机在流动过程中，保持对卫星 的连续跟踪。定位精度可达厘米级的连续跟踪。定位精度可达厘米级 应用：航空摄影测量和航空物探中采样点的实应用：航空摄影测量和航空物探中采样点的实 时定位，航道测量，道路中线测量，运动目标时定位，航道测量，道路中线测量，运动目标 的精密导航等的精密导航等 5. 5. 数据预处理及观测成果的数据预处理及观测成果的 质量检核质量检核 vv 数据数据预处理预处理 vv 观测成果的观测成果的外业检核外业检核 vv 野外野外返工返工 vv GPSGPS网网平差平差处理处理 数据预处理软件及选择数据预处理软件及选择 GAMIT/GLOBKGAMIT/GLOBK： 美国麻省理工学院（美国麻省理工学院（MITMIT）开发的全球最具权威性的开发的全球最具权威性的 GPSGPS数据处理软件包。由若干程序模块构建而成。近年来数据处理软件包。由若干程序模块构建而成。近年来 在数据自动处理方面做了较大的改进。成为全球最受欢在数据自动处理方面做了较大的改进。成为全球最受欢 迎的迎的GPSGPS数据处理软件之一。数据处理软件之一。 BERNESEBERNESE： 瑞士伯尔尼天文系研制瑞士伯尔尼天文系研制 GIPSYGIPSY： 美国宇航局美国宇航局(NASA)(NASA)喷喷喷喷气推气推进实验进实验进实验进实验 室室(JPL)(JPL)研制研制 基线解算（数据预处理）基线解算（数据预处理） qq主要目的：主要目的： 对原始数据进行编辑、加工整理、分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，为进一步流并产生各种专用信息文件，为进一步 的平差计算作准备的平差计算作准备 数据预处理的基本内容数据预处理的基本内容 数据传输：数据传输： - - 将接收机记录的观测数据传输到磁盘或其它介质上将接收机记录的观测数据传输到磁盘或其它介质上 数据分流：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、电效观测值和冗余信息，形成各种数据文件（如星历文件、电 离层参数和离层参数和UTCUTC参数文件、观测文件和测站信息文件等）参数文件、观测文件和测站信息文件等） 统一数据文件格式统一数据文件格式 - - 将不同类型接收机的数据记录格式、项目和采样间隔，将不同类型接收机的数据记录格式、项目和采样间隔， 统一为标准化的文件格式统一为标准化的文件格式 数据预处理的基本内容（续）数据预处理的基本内容（续） 卫星轨道的标准化：卫星轨道的标准化： - - 采用多项式拟合法，平滑采用多项式拟合法，平滑GPSGPS卫星每小时发送的轨道参数卫星每小时发送的轨道参数 探测周跳、修复载波相位观测值探测周跳、修复载波相位观测值 对观测值进行必要改正对观测值进行必要改正 - - 在观测值中加入对流层改正，单频接收的观测值中加入电在观测值中加入对流层改正，单频接收的观测值中加入电 离层改正离层改正 基线解算中应注意的问题基线解算中应注意的问题 一般采用双差相位观测值，对于边长超过一般采用双差相位观测值，对于边长超过 30km30km的基线，也可采用三差相位观测值的基线，也可采用三差相位观测值 广播星历，可作基线解的起算数据。对于广播星历，可作基线解的起算数据。对于 特大城市的首级控制网，也可以采用其他特大城市的首级控制网，也可以采用其他 精密星历作为基线解算的起算值。精密星历作为基线解算的起算值。 基线解算中应注意的问题（续）基线解算中应注意的问题（续） 解算中所需的起算点坐标，应按以下解算中所需的起算点坐标，应按以下 优先顺序采用：优先顺序采用： 国家国家GPS AGPS A、B B级网控制点或其他高等级级网控制点或其他高等级GPSGPS 网控制点的已有网控制点的已有WGS-84WGS-84坐标系坐标系 国家或城市较高等级控制点转换到国家或城市较高等级控制点转换到WGS-84WGS-84系系 后的坐标值后的坐标值 不少于观测不少于观测3030分钟的单点定位结果的平差值提分钟的单点定位结果的平差值提 供的供的WGS-84WGS-84系坐标系坐标 基线解算中应注意的问题（续）基线解算中应注意的问题（续） 在采用多台接收机同步观测的一个时段中在采用多台接收机同步观测的一个时段中 ，可采用单基线模式解算，也可只选择独，可采用单基线模式解算，也可只选择独 立基线按多基线处理模式统一解算立基线按多基线处理模式统一解算 同一级别的同一级别的GPSGPS网，根据基线长度不同，网，根据基线长度不同， 可采用不同的数据处理模型可采用不同的数据处理模型 对于所有同步观测时间少于对于所有同步观测时间少于3030分钟的快速分钟的快速 定位基线，必须采用合格的双差固定解作定位基线，必须采用合格的双差固定解作 为解算的最终结果为解算的最终结果 野外观测资料复查 成果是否符合调度命令和规范的要求 观测数据质量分析是否符合实际 每个时段同步观测数据的检核每个时段同步观测数据的检核 数据剔除率：同一时段观测值的剔除率应小数据剔除率：同一时段观测值的剔除率应小 于于10%10% 采用单基线处理模式时，对于采用同一种数采用单基线处理模式时，对于采用同一种数 学模型的基线解，其同步时段中任一的三边学模型的基线解，其同步时段中任一的三边 同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭 合差不得超过下表中所列限差（合差不得超过下表中所列限差（ppmppm） 重复观测边的检核重复观测边的检核 概念：具有多个独立观测结果的边概念：具有多个独立观测结果的边 重复观测边的任意两个时段的成果互差重复观测边的任意两个时段的成果互差 ，均应小于相应等级规定精度（按平均，均应小于相应等级规定精度（按平均 边长计算）的边长计算）的 倍倍 同步观测环检核同步观测环检核 同步观测环闭合差一般很小，可作为成果质同步观测环闭合差一般很小，可作为成果质 量的检核标准量的检核标准 各独立观测边的坐标分量差之和为：各独立观测边的坐标分量差之和为： （ X Xi i , , Y Yi i , , Z Zi i ）为第为第 i i 条基线向条基线向 量的坐标分量差量的坐标分量差 同步环闭合差为：同步环闭合差为： 三边三边同步环中第三边处理结果与前两边同步环中第三边处理结果与前两边 的代数和之差应小于下列数值：的代数和之差应小于下列数值： 同步观测环检核（续）同步观测环检核（续） 为相应级别的规定中误差（按平均边长计算）为相应级别的规定中误差（按平均边长计算） 四站以上的四站以上的同步环，应检查一切可能的同步环，应检查一切可能的 环闭合差环闭合差 所有闭合环的分量闭合差不应大于所有闭合环的分量闭合差不应大于 环闭合差：环闭合差： 同步观测环检核（续）同步观测环检核（续） n n : : 闭合环闭合环 的边数的边数 异步观测环检核异步观测环检核 在在整个整个GPSGPS网中选取一组完全的独立网中选取一组完全的独立 基线构成独立环，各独立环的坐标分基线构成独立环，各独立环的坐标分 量闭合差和全长闭合差应符合下式：量闭合差和全长闭合差应符合下式： 野外返工 无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格独立基 线相联结，则在该点上应补测或重测不少于一条独立基 线 可以舍弃在同步环闭合差、独立环闭合差检验中超