GPS测量与数据处理第五讲

GPS测量与数据处理

第五讲河南工程学院土木工程系测绘教研室3.5GPS外业观测(数据采集)GPS静态测量外业观测准备外业观测数据检核技术总结编写与提交资料一、准备工作主要内容:实地了解测区情况，了解的内容包括点位情况（点的位置、上点的难度等）、测区内经济发展状况、民风民俗、交通状况、测量人员生活安排等，并根据精度要求选择仪器型号。进行卫星状况预报（可视卫星数及PDOP值），以选择合适的观测时间段。对于个别有较多或较大障碍物的测站，要评估障碍物对GPS观测可能产生的不良影响。一、准备工作确定出具体的作业方案和观测计划，编制观测计划表，按表对作业组下达相应阶段的作业调度命令，同时依照实际作业的进展情况，及时做出必要的调整。作业方案的内容包括作业小组的分组情况，GPS观测的时间段以及测站等。二、观测计划的拟定目的顺利完成观测任务，保障测量精度，提高效益。依据布设方案，规模大小，精度要求，卫星状况，参加作业的GPS接收机数量，后勤保障条件（运输、通讯）等。主要内容GPS卫星的可见性图及最佳观测时段的选择，采用接收机类型和数量，观测区的划分和观测工作的进展，接收机的调度计划等。天空卫星轨迹图可见卫星数及DOP值外业观测操作参数指标网的等级AAABCDE卫星高度角101015151515同时观测有效卫星数≥4≥4≥4≥4≥4≥4有效观测卫星总数≥20≥20≥9≥6≥4≥4观测时段数≥10≥6≥4≥2≥1.6≥1.6数据采样率30303010〜3010〜3010〜30时段长（min）≥720≥540≥240≥60≥45≥40同步观测接收机数≥5≥4≥4≥4≥3≥2PDOP≤4≤6≤8≤10≤10GPS测量仪器设备的配置网的等级AAABCDE单频/双频双频/全波长双频/全波长双频双频或单频双频或单频双频或单频标称精度(优于）5mm+0.5ppm5mm+0.5ppm5mm+1ppm10mm+2ppm10mm+3ppm10mm+3ppm观测值至少有L1,L2L1,L2L1,L2L1L1L1同步观测接收机数≥5≥4≥4≥4≥3≥2观测安排网的观测安排与下列因素有关：一天内观测时段的数量（与工作日的长度和最短时段长度有关）；总的观测时间：迁站时间，设备安置/拆卸时间，数据下载时间等；每点的观测次数；主要考虑的因素与多次设站有关。观测安排多次设站的目的在各时段间提供基准的传递。基准站的WGS-84坐标能够被传递到整个网。公共点：最少1个，2个可以提供一个冗余，3个或以上更好。提供质量控制的量度，多次设站可以用来检查粗差、不正确的点名、天线高量测中的错误。但是，各时间段的连接越多，推进的速度就越慢，因而测量的费用就越高仪器及人员与工程计划有关的仪器因素包括：可供使用的GPS接收机的数量（接收机的最佳数量为4到6台）接收机的类型（将不同品牌的接收机混合使用将会产生一些问题）单频或双频接收机。仪器及人员外业观测之前，事先测试非常重要，不仅可以让外业作业人员熟悉用于测量的GPS设备，还能达到如下目的：天线、接收机、数据存储、电缆、电源的功能正常；卫星的健康和可用性；外业小组的能力；外业和内业软件和程序功能正常与否；计算人员的能力。外业观测设备列表GPS接收机、天线及相关的电缆；外部电池（包括备用电池）、电池充电器；数据存储器；三脚架、基座或用于将天线连接到三角架上的连接器；量取天线高的卷尺或其它量高仪；气象元素观测设备（如果需要）；外业观测设备列表测伞及支持设备等；外业观测手簿，地图，点之记，观测时间表，调度表，说明书等；有用的辅助设备；测量员的工具：扳手等交通工具室内计算软、硬件设备各个外业组用于数据采集的安装有用于下载、检查、预处理等功能的软件的便携式微机。点坐标列表，地形图、观测时间表、有用的联系地址和电话号码。数据存储器，例如用于备份和存储数据的数据盘；用于从接收机下载数据的电缆和辅助设备。数据处理软件；其它队伍组织与调度由于外业小组的数量和GPS测量的复杂性，需要进行仔细的外业组织；外业组必须会操作GPS及辅助设备；每个外业组应该清楚当天的观测计划，包括每个时段的细节，点位观测的时间表，迁站表；观测计划要有弹性，以便应付在野外不可预见的情况变化队伍组织与调度项目管理者负责开展如下工作：测量计划：技术和管理任务，对外联系，食宿安排等；前期工作，调度计划，设备检验，勘察，动员等；外业组的日常管理：应急方案，观测方案的修改。外业GPS数据处理的监督：检查数据的有效性，质量控制。GPS调度表时段编号观测时间观测者观测者观测者机号机号机号点名备注点名备注点名备注点号点号点号1234GPS调度表时段编号观测时间测站点号/名测站点号/名测站点号/名测站点号/名机器号机器号机器号机器号18:00-9:00G20G21G22G2322222323123229:20-10:20G24G22G23G25222223231232310:50-12:00G28G24G25G27222223231232GPS网作业进度图GPS网作业进度图从已完成观测的同步图形中选取独立基线，在GPS网展点图上将被测点用直线连接起来，用以显示作业进度。进度图的绘制应选取独立基线；用不同的颜色表示不同时段的同步观测基线。作用进行网形设计；掌握作业进度。外业调度问题GPS网作业调度问题的产生测量点数据的增加；接收机数量的增加；时段间公共点数量的增加；每天时段数的增加；外业调度问题后勤问题复杂化的因素交通条件（地形和自然条件，车辆类型？人？）；质量控制，每天野外室内的部分处理（数据传输，基线预处理）；项目进度要求；住宿条件；设备因数；外业调度问题GPS网作业调度问题的产生测量点数据的增加；接收机数量的增加；时段间公共点数量的增加；每天时段数的增加；调度设计原则与迁站主要考虑根据经验，一个时段接一个时段的观测时间表的组织设计是一种基于简单经验法则的做法：相邻点需要直接连接，使基线尽可能地短；项目区域周围的点需要直接连接；通过合理的多次设站，尽量增加几何冗余度；多站同时重复设站以确定重复基线形成不同时段的环路，可以进行环闭合差的统计调度设计原则与迁站主要考虑在对同一点进行多次观测时，应尽量采用不同的外业小组，从而保证独立的设置，以便将错误识别点标识的机会降到最低。避免“无检查”基线，此类基线的一个点只上站一次。迁站：保证满足规范所要求的相邻时段间的公共点数尽量缩短迁站的行路时间；能有效按同步图形推进的方式作业。调度设计原则与迁站主要考虑根据经验，一个时段接一个时段的观测时间表的组织设计是一种基于简单经验法则的做法：相邻点需要直接连接，使基线尽可能地短；项目区域周围的点需要直接连接；通过合理的多次设站，尽量增加几何冗余度；多站同时重复设站以确定重复基线形成不同时段的环路，可以进行环闭合差的统计观测作业利用GPS接收机作业的具体操作步骤和方法，随接收机的类型和作业模式不同而不同。自动化水平越来越高，用户可按操作手册执行。内容：确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误，方可接通电源，启动接收机。开机后，接收机的有关指示和仪表数据显示正常；观测作业进行自测试和输入有关测站和时段控制信息（I,E)；接收机在开始记录数据后，查看有关观测卫星数量，信噪比，记录容量，电源情况等。观测过程中，不得中断观测，不得更该观测参数；记录气象参数（备选）；观测站全部预定作业项目，经检查均已按规定完成，且记录与资料完整无误后，方可迁站；观测过程天线安置和高度量测天线安置GPS接收机天线高的量测观测时段的同步外业记录外业观测过程天线安置与高度量取对中静态相对定位，天线安置尽可能利用三角架或观测墩，并安置在标志中心的上方直接对中观测。在特殊情况下，方可进行偏心观测，但归心元素应精密测定。整平基座上的圆水准器气泡必须居中。天线定向标志指北减弱相位中心偏差的影响。雷雨天气安置天线时，应注意将其底板接地，以防止雷击。天线安置与高度量取量取天线高：天线安置后，应在各时段的前后，在三个不同方向量取天线高，三个方向的互差以及时段前后的互差满足规范要求。天线高天线的相位中心，至观测点标志中心顶端的垂直距离。一般分上下两段：上段是相位中心至天线底面的距离，作为常数由厂家给出；下段是从天线底面，至观测点标志中心顶端的距离，由用户测定。天线安置要求天线通常应该按它上面的方向标识指北；同一天线、接收机和电缆应集中到一起，保存到仪器箱中。采用光学对中器对中，且对基座经常进行检校。天线应安置在带有光学对中器的标准测量基座上，并安置在高质量的测量三角架或观测墩上。如果接收机需要在原地观测2个或更多的时段，每次都应该重新安置天线。量测天线高必须要仔细小心，要精确读到mm，要在每个时段的开始和结束时分别量两次。天线安置GPS天线高的量测GPS的观测值是相对于GPS天线的相位中心，而用户所需要的位置通常是测站标识的位置。GPS天线上还有一个被称为天线参考点的特殊点，它通常位于天线底部中央，从天线参考点（AntennaReferencePoint，ARP）到相位中心的向量称为天线偏移量(AntennaOffset)。对于L1和L2载波相位数据来说，天线偏移量是不相同的。天线高的量取一般从测站标识中心（直接或间接）量到天线参考点。GPS天线高的量测GPS天线高的量测H△Hh观测时段的同步所有接收机必须在相同的时间段（或时段）内进行跟踪观测接收机必须跟踪观测相同的卫星星座所有接收机必须在相同的历元（差别在几个毫秒内）记录数据。它们应在一个确定好的瞬间开始观测它们应以相同的数据率进行跟踪观测手薄外业观测注意事项防止断电时造成GPS设备故障；必须正确操作接收机；禁止带电插拔电缆；仔细量取天线高；不要上错点；防止测量时段结束后数据丢失.外业室内处理过程在观测时间段或者在工作日结束后应尽快对所有数据进行系统分类和归档。按统一的文件命名规则给每个时段每个测站的数据文件命名，并按天目录和时段目录分别存储并备份。../rawdata/day/session;../rinex/day/session;如果需要，还要进行数据格式转换(RINEX）对当天采集的数据进行数据预处理，检查数据质量，这可以及时发现当天数据的质量问题，以及时采取补救措施，适当修改观测计划。外业室内处理数据传输，将数据由接收机传输到计算机；进行数据验证、备份和归档；天线高，时段，点名，点号信息表编制；进行基线向量的初步计算；初步的质量控制：重复基线，闭合环的闭合差等；是否需要重测，确定是否修改外业观测计划。外业室内处理注意事项当天的数据当天下载；在对数据下载过程进行验证后，将数据从接收机内存中的数据删除；下载到PC机的硬盘上的数据还要备份到光盘或其它存储介质；将备份的数据分开保存；防止数据丢失。外业数据质量检验数据删除率复测基线的长度差同步环闭合差独立环闭合差及附和路线坐标闭合差外业数据质量检验每个时段同步观测数据的检核复测基线的长度差同步环闭合差独立环闭合差及附和路线坐标闭合差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于10%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（ppm）重复观测边的检核概念：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，均应小于相应等级规定精度（按平均边长计算）的倍同步观测环的检核

为相应级别的规定中误差（按平均边长计算）

三边同步环中坐标分量闭合差和环闭合差应满足：独立（异步）观测环的检核

为相应级别的规定中误差（按平均边长计算）

三边同步环中坐标分量闭合差和环闭合差应满足：