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GPS静态测量及数据处理 目录 GPS在测量领域的应用及优势GPS控制测量工作流程GPS控制测量的数据处理方法 静态测量 就是在进行GPS定位时 认为接收机的天线在整个观测过程中的位置是保持不变的 也就是说 在数据处理时 将接收机天线的位置作为一个不随时间的改变而改变的量 在测量中 静态定位一般用于高精度的测量定位 其具体观测模式多台接收机在不同的测站上进行静止同步观测 时间由几十分钟 几小时甚至数十小时不等 GPS的测量应用 静态测量 一 GPS在测量领域的应用及优势 建立和维持全球性的参考框架建立各级国家平面控制网布设城市控制网 工程测量控制网 进行各种工程测量在航空摄影测量 地籍测量 海洋测量中的应用 GPS静态相对定位主要用于建立各级控制网其优点如下 定位精度高 其基线的相对精度非常高选点灵活 不需要造标 费用低全天候作业观测时间短观测处理自动化 一 GPS在测量领域的应用及优势 二 常规GPS控制测量工作流程 测前阶段测量实施阶段测后阶段 2 1测前阶段 项目的提出及设计书的编写测绘资料的搜集与整理仪器的检校实地踏勘 选点埋石 2 1 1设计书的编写 项目来源 即项目由何单位 部门下达 发包 属于何种性质的项目 测区概况 介绍测区的地理位置 气候 人文 经济发展状况 交通条件 通讯条件等 工程概况 介绍工程的目的 作用 要求 GPS网等级和精度要求 完成时间 有无特殊要求等在进行详细技术设计 实际作业和数据处理中所必须要了解的信息 技术依据 介绍工程所依据的测量规范 工程规范 行业标准及相关的技术要求等 现有测绘成果 测区内及测区周边地区的现有测绘成果的情况 如高等级控制点 水准点 测区地形图等 施测方案 介绍测量采用的仪器设备的种类 采取的布网方法等 2 1 1设计书的编写 作业要求 规定选点埋石要求 外业观测时的具体操作规程 技术要求等 观测质量控制 介绍外业观测的质量要求 包括质量控制方法及各项限差要求等 数据处理方案 详细的数据处理方案 包括基线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法等内容 提交成果要求 规定提交成果的类型及形式等 2 1 2GPS技术依据 GPS测量规范及规程是由国家质量技术监督局及行业主管部门所制定的技术标准 目前的GPS测量规范及规程主要有 2009年国家质量技术监督局发布的国家标准 全球定位系统 GPS 测量规范 GB T18314 2009 1992年国家测绘局发布的测量行业标准 全球定位系统 GPS 测量规范 CH2001 92 1995年国家测绘局发布的测量行业规范 全球定位系统 GPS 测量型接收机检定规程 CH8016 1995 1997年建设部发布的行业标准 全球定位系统城市测量技术规程 CJJ73 97 各部委根据本部门GPS测量的实际情况所制定的其他GPS测量规程及细则 选点埋石需要遵循以下原则 测站上空应尽可能的开阔 在10 15 高度角以上不能有成片的障碍物 测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源 测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形 地物 测站应选在交通便利 上点方便且利于保存的地方 2 1 3选点埋石原则 2 2测量实施阶段 实地了解测区情况确定作业方案布网 布网方法及原则外业观测数据传输与转储基线处理与质量评估 布网 00 04 48 滚动布网 将所有控制点用基线包围成闭合的形状 返回上级 2 2 1布网原则 起算点分布均匀 数目达到控制要求 起算点兼容性良好 在兼容性良好的基础上 起算点越多越好 密度和边长合理 符合规范要求 提高GPS网可靠性的方法 提高GPS网精度的方法 保证GPS控制网质量的基本原则 00 04 48 2 2 1布网原则 00 04 48 返回上级 相邻点最小距离可为平均距离的1 3 1 2 最大距离不宜超过平均距离距离的2倍 星形网 优点 观测中只需要两台GPS接收机 作业简单 缺点 几何图形简单 检验和发现粗差能力差 广泛用于工程测量 边界测量 地籍测量和碎部测量等 2 2 2布网方法 环形网 优点 观测工作量较小 且具有较好的自检性和可靠性 缺点 非直接观测基线边 或间接边 精度较直接观测边低 相邻点间的基线精度分布不均匀 是大地测量和精密工程测量中普遍采用的图形 2 2 2布网方法 三角形网 优点 图形几何结构强 具有良好的自检能力 经平差后网中相邻点间基线向量的精度均匀 缺点 观测工作量大 只有在网的精度和可靠性要求比较高时 才单独采用这种图形 2 2 2布网方法 某GPS E级控制网联测图 139个控制点648条基线23个GPS D级点作起算点 GPS常规控制网布网实例 2 2 3提高GPS网可靠性的方法 增加观测期数 增加独立基线数 随着观测期数的增加 所测得的独立基线数就会增加 提高网的可靠性 保证一定的重复设站次数 通过在同一测站上的多次观测 可有效地发现设站 对中 整平 量测天线高等人为错误 同时也意味着观测期数的增加 保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连 这样可以使得测站具有较高的可靠性 在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条 00 04 48 2 2 4提高GPS网精度的方法 为保证GPS网中各相邻点具有较高的相对精度 对网中距离较近的点一定要进行同步观测 以获得它们间的直接观测基线 为提高整个GPS网的精度 可以在全网之上布设框架网 以框架网作为整个GPS网的骨架 在布设GPS网时 引入高精度测距边 作为观测值与GPS基线向量一同进行联合平差 或将它们作为起算边长 在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条 为提高GPS网的尺度精度 可采用如下方法 增设长时间 多时段的基线向量 00 04 48 2 2 5外业观测 拟定作业计划任务调度外业观测注意事项 对中 整平 量取仪器高 观测记录等重测和补测 2 2 6重测和补测 00 04 48 未按施测方案进行观测 外业缺测 漏测 或观测值不满足相关规定时 应及时补测 复测基线的边长较差超限 同步环闭合差超限 异步环闭合差或附和路线的闭合差超限时 可剔除该基线而不必进行重测 但剔除该基线向量后新组成的独立闭合环所含的基线数不得超过规范要求 否则应重测与该基线有关的同步图形 当测站的观测条件很差而造成多次重测后仍不能满足要求时 经主管部门批准后 可舍弃该点或变动测站位置后再重新进行重测 对于需补测或重测的时段或基线向量 要具体分析原因 尽量安排在一起进行同步观测 补测或重测的原因 处理方式等应写入数据处理报告 2 3测后阶段 网平差处理与质量评估技术总结的编写和上交资料的整理成果验收 00 04 48 2 3 1技术总结的编写 技术总结的作用技术总结不仅是工程文档的主要组成部分 而且还能够使各方面对工程的细节有完整而充分的了解 便于今后对成果的合理利用 另一方面 通过对整个工程的总结 测量作业单位还能够总结经验 发现不足 为今后进行新的工程提供参考 技术总结的内容项目来源 测区概况 工程概况 技术依据 施测方案 作业要求 完成工作量 观测质量控制 数据处理情况 结论 00 04 48 2 3 2上交成果资料 需上交的技术成果资料有以下 测量任务书和技术设计书 点之记 环视图 测量标志委托保管书 接收设备 气象及其它仪器的检验资料 外业观测记录 测量手簿及其它记录 数据处理中生成的文件 资料和成果表 GPS基线联测网图 技术总结和成果验收报告 00 04 48 返回上级 2 3 3成果验收 成果验收按照规范要求进行 验收的内容包括 施测方案是否符合规范和技术设计的要求 补测 重测和数据的剔除是否合理 数据处理软件是否符合要求 处理项目是否齐全 起算数据是否正确 各项技术指标是否符合要求 00 04 48 返回上级 3 常规GPS控制测量的数据处理方法 1 数据传输及转换2 GPS基线解算3 GPS基线网平差4 GPS高程归算 需要的相关软件 传输软件 灵锐助手解算软件 南方测绘Gnss数据处理软件下载地址 下载中心 GNSS软件 数据传输 灵锐助手 打开灵锐助手 连接电脑和仪器后 灵锐助手软件界面出现发现灵锐接收机点导入采集文件 在弹出的界面里会显示出机器内的观测数据文件 在目标目录里输入数据保存的位置 选择要传输的观测数据文件 前打 输入点名 必须是四位数 天线高 观测时段 然后点确定 依次把所有仪器的数据传输到电脑里 静态文件格式说明 南方默认格式 sth 85421481 sth 8542点名 英文或数字 148年积日 观测天数 表示观测的第148天 1观测时段 就是观测次数 一天中对观测点的观测次数 通用标准格式RINEX格式 O O 观测值文件N GPS导航电文文件M 气象数据文件G GLONASS导航电文文件H GEO导航电文文件C 钟文件 二 方法步骤 在桌面上双击 南方测绘GPS数据处理 图标或单击 开始 程序 南方测绘GPS4 4000数据处理 GPS数据处理 打开GPS数据处理软件 GPS数据处理软件界面如下图41所示 图41南方GPS数据处理界面 如果该处理软件为演示版 则必须要求注册 注册方法为单击 帮助 注册 打开如下图42所示界面 在使用单位中任意输入使用单位名称 E mail中输入电子邮箱 电子邮箱格式必须正确 在注册码中任意输入16位长的数字或英语字母 如果注册功能栏出现 Sth解算 字样后 单击 退出 按钮即可完成注册 新建项目 在菜单栏单击 文件 新建 或在工具栏单击 按钮打开如下图43所示界面 在上述界面中依次填入或选上项目属性描述 单击确定即可 然后会弹出如下图所示的界面 添加外业GPS数据文件在菜单栏单击 数据输入 增加观测数据文件 或在工具栏单击图标 打下如下图45所示的界面 图45加入外业观测数据文件对话框选择路径中选中存放GPS外业数据文件的文件夹 然后在文件列表中选中所需要的数据文件 然后单击确定 然后稍等片刻 调入完毕后 网图如下图3 5所示 数据选择系列中的条件是对基线进行重解的重要条件 可以对高度截至角和历元间隔进行组合设置完成基线的重新解算以提高基线的方差比 合格解选择 为设置基线解的方法 分别有 双差固定解 双差浮点解 三差解 三种 默认设置为双差固定解 为最好的解算精度 解算基线详解选择解算全部基线 有自动计算进度条显示如下图47所示 这一解算过程可能等待时间较长 处理过程若想中断 请点击停止 基线处理完全结束后 网图如下图 颜色已由原来的绿色变成红色或灰色 基线双差固定解方差比大于3的基线变红 软件默认值3 小于3的基线颜色变灰色 灰色基线方差比过低 可以进行重解 二 闭合环和重复基线检查 待基线解算合格后 少数几条解算基线不合格可让其不参与平差 在 闭合环 窗口中进行闭合差计算 首先 对同步时段任一三边同步环的坐标分量闭合差和全长相对闭合差按独立环闭合差要求进行同步环检核 然后计算异步环 程序将自动搜索所有的同步 异步闭合环 有关同步 异步闭合环 重复基线的要求请查看使用提示 外业成果质量检核标准 页 或者参照有关国家规范 搜索闭合环点左边状态栏中闭合环 有下图显示闭合差 从上图中看出 此网所有的同步闭合环均小于10ppm 小于四等网 10ppm 的要求 闭合差如果超限 那么必须剔除粗差基线 基线选择的原则方法请查看使用提示 点击 基线简表 状态栏重新算 根据基线解算以及闭合差计算的具体情况 对一些基线进行重新解算 具有多次观测基线的情况下可以不使用或者删除该基线 三 网平差计算 数据录入 输入已知点坐标 给定约束条件 本例控制网中 MJS为已知约束点在点击 数据输入 菜单中的 坐标数据录入 弹出对话框如图53 在 请选择 中选中 MJS 单击 MJS 对应的 北向X 的空白框后 空白框就被激活 此时可录入坐标 通过以上操作最终完成已知数据的录入 平差处理 进行整网无约束平差和已知点联合平差 根据以下步骤依次处理 1 自动处理 基线处理完后点此菜单 软件将会自动选择合格基线组网 进行环闭合差 2 三维平差 进行WGS 84坐标系下的自由网平差 3 二维平差 把已知点坐标带入网中进行整网约束二维平差 但要注意的是 当已知点的点位误差太大时 软件会提示如图54所示 在此时点击 二维平差 是不能进行计算的 用户需要对已知数据进行检合 图54错误提示窗口 注 如果在 平差参数设置 中取消 进行已知点与坐标系检查 项目 则不弹出如图54所示的错误提示 该项的设置在 设置 平差参数设置 下 其对话框如图55所示 如果有确定的坐标系统参数 为了避免出现错误 建议选中些项 图55平差参数设置 4 高程拟合 根据 平差参数设置 中的高程拟合方案对观测点进行高程计算注 网平差计算 的功能可以一次实现以上几个步骤 平差后的成果 四 成果输出 如果用户想将平差成果输出 则可以在 成果 菜单下点击 平差报告 文本文档 如图59所示 将平差报告输出 点击 网平差成果 可输出控制点坐标成果和控制网图等 具体操作如图 用RTK测量的时候需要使用四参数和高程拟合参数 只需将输出工程之星COT文件选中即可 常见问题分析 基线解不合格同步环异步环超限点位误差大 关于GPS精度控制 据 全球定位系统 GPS 测量规范 的要求 从三大部分去的评估与分析测量成果即 基线质量检核 外业成果质量检核和平差成果分析三大部分 1 基线质量检核 在基线质量检核前应该先明确外业控制测量所要求达到的等级 根据 规范 规定各等级网相邻点间基线长度精度用以下公式表示 a2 b D 2 1 2其中 标准差 mma 固定误差 mmb 比例误误差系数D 相邻点的距离 KM 规范 中规定在进行C级以下各级GPS网解算中 15KM内的基线 须采用双差固定解 15KM以上的基线允许在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果 一般GPS商用软件在进行基线处理前要对基线处理进行设置 GPS处理软件默认的双差固定解合格基线方差比 ratio 大于3 0 一般说来在基线10公里以内 基线方差比满足此条件 可以认为是符合 规范 中等级网的测量要求的 随着基线长度的增加 其中误差也相对会有所增加 如果仅作为加密控制 或者要求较低的情况下也可以相对方宽条件 例如方差比为2 0 这都是符合 规范 规定的 2 外业成果质量检核 外业质量检核是确保预期平差精度要求的重要环节 1 重负基线边检核 在C级以下各级GPS网基线处理 复测基线的长度较差ds应小于相应级别规定精度的2 2倍 而其中任一时段的结果与各时段平均值之差不能超过相应级别的规定精度 2 同步环闭合差检核 规范 中对同步闭合环的要求为Wx 3 5 Wy 3 5 Wz 3 5 各级同步环闭合差规定表如下 等级限差类型二等三等四等一级二级坐标分量相对闭合差2 03 06 09 09 0环线全长相对闭合差3 05 010 015 015 0例如 静态处理软件3 0中采用环线全长相对闭合差作为同步环的检核指标 当要求的控制网为四等控制网时 同步环的的限差应该在10ppm以内 3 异步环闭合差检核Wx 3 n Wy 3 n Wz 3 n Ws Wx2 Wy2 Wz2 式中 n 闭合环边数 3 平差成果分析 规范 中各级网的基线边相对中误差要求如下 等级平均距离 km A MM B 1X106 最弱边相对中误差二等9 10 21 120000三等5 10 51 80000四等2 10 101 45000一