GPS测量原理及应用备课课件第八章：GPS测量的设计与实施

最新版《GPS测量原理及应用》备课课件第八章：GPS测量的设计与实施第八章GPS测量的设计与实施一、GPS测量的技术设计二、GPS测量的外业准备和实施及技术设计书的编写三、GPS测量的作业模式四、数据预处理及观测成果的质量检核五、技术总结与上交资料概述:

GPS测量工作可分为外业作业和内业两大部分。其中，外业工作主要包括，选点（即观测站址的选择）、建立测站标志、野外观测作业以及成果质量检核等工作；内业工作主要包括，GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段：网的优化设计；选点与建立标志；外业观测；成果检核与数据处理。

GPS测量，是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作，实施这项工作的原则是，在满足用户对测量精度和可靠性等要求的情况下，尽可能地减少经费、时间和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作，都要精心设计，精心组织和实施。一、GPS测量的技术设计GPS技术设计是进行GPS定位的最基础性的工作，它是根据国家现行的规范，针对GPS控制网的用途及用户要求，提出对GPS测量的网形、精度及基准等的具体设计。1、GPS网技术设计的依据

为了满足用户的要求，GPS测量作业，应遵守统一的规范和细则。但是，测量工作的实施，与GPS定位技术的发展水平密切相关，GPS接收系统硬件与软件的不断改善，将直接影响测量工作的实施方法、观测时间、作业的要求和成果处理方法。

GPS网技术设计的主要依据是GPS测量规范（规程）和测量任务书。

考虑到，以载波相位观测量为根据的相对定位法，是当前GPS测量中普遍采用的精密定位方法，所以，下面将主要介绍实施这种高精度GPS测量工作的基本程序与作业模式。（1）GPS测量规范（规程）GPS测量规范（规程）的作用：指导并规范GPS测量工作。GPS测量规范（规程）的内容：

GPS网的技术设计要求；选点与埋石的要求；仪器设备的技术要求；外业观测及记录要求；数据处理要求；成果验收与上交资料要求等。GPS测量规范（规程）的种类：

CH2001-92《全球定位系统GPS测量规范》，1992，国家测绘局；

CJJ73-97《全球定位系统城市测量技术规程》，1997，建设部。◆各部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其他GPS测量规程或细则。（2）测量任务书测量任务书或者测量合同是测量施工单位的上级部门或合同甲方下达的技术要求文件。这种技术文件是指令性的，它规定了测量任务的范围、目的、精度和点位的密度要求及提交成果资料的项目和时间、完成任务的经济指标等。在进行GPS方案设计时，一般首先依据测量任务书提出GPS网的精度、密度和经济指标再结合规范（规程）规定并现场踏勘具体确定各点间的连接方法、各点设站观测的次数、观测时段的长短等布网观测方案。2、GPS网的精度、密度设计GPS测量的精度标准及分类：

对GPS网的精度要求，主要取决于网的用途。精度指标，通常均以网中相邻点之间的距离误差来表示，其形式为:

其中，

──GPS网中相邻点间的距离误差(mm)；

a──与接收设备有关的固定误差(mm);b──比例误差(ppm或10-6)；

D──相邻点间的距离(km)。

根据我国1992年颁布的GPS测量规范的要求，GPS网划分为如下表所列的标准。上表所列的精度指标，主要是对GPS网的平面位置而言，而考虑到垂直分量的精度，一般较水平分量为差，所以根据经验，在GPS网中对垂直分量的精度要求，可将上表所列的比例误差部分增大一倍。美国GPS相对定位精度标准测量类型等/级（95%置信度）（最小几何精度标准）基线误差(cm)距离相对误差(ppm)全球的和区域的地球动力学测量；形变测量AA0.30.01国家大地参考系一等网；区域的和地方的地球动力学；形变测量A0.50.1国家大地参考系一等网；区域的和地方的地球动力学；形变测量B0.81国家大地参考系（地面测量）；为满足测图，土地信息、地籍和工程要求进行的有关控制测量C一等二等/Ⅰ级二等/Ⅱ级三等

1.02.03.05.0

102050100美国联邦大地测量分管理委员会(FederalGeodeticControlSubcommittee──FGCS)，于1988年公布的GPS相对定位的精度标准。精度指标，是GPS网优化设计的一个重要量，它的大小将直接影响GPS网的布设方案、观测计划、观测数据的处理方法以及作业的时间和经费。所以，在实际设计工作中，要根据用户的实际需要和可能，慎重确定。3、GPS网的基准设计就是指在进行GPS网的技术设计时确定GPS成果所采用的坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采用的基准。GPS的基准包括位置基准、方位基准和尺度基准。方位基准一般由给定的起算方位角值确定，也可以由GPS基线向量的方位作为方位基准。尺度基准一般由地面的电磁波测距边确定，也可由两个以上给定的起算点坐标确定，同时也可由地面的电磁波测距边确定。

GPS网的位置基准，一般都是由给定的起算点坐标确定。因此GPS网的基准设计，实质上就是指确定网的位置基准问题。在设计基准时应考虑的几个问题：为求定GPS点在地面坐标系的坐标，应在地面坐标系中选定起算数据和连测附近的国家控制点或原有地方控制点若干个，以便进行坐标转换。为保证GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性以及减少尺度比误差影响，对GPS网内重合的高等级国家点或原城市等级控制点，除未知点联结图形观测外，对它们也要适当地构成长边图形。为利用GPS测得的控制点的大地高求得点的正常高，可根据具体情况联测高程点，联测的高程点应均匀分布于网中。新建GPS网的坐标系应尽量与测区过去采用的坐标系统一致。4、GPS网构成的几个基本概念及网特征条件（1）几个基本概念：观测时段（observationsession）：

观测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间段称为观测时段，简称时段。同步观测（simulateousobservation）：

两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行的观测。同步观测环（simulateousobservableloop）：三台或三台以上接收机同步观测所获得的基线向量构成的闭合环。独立观测环（independentobservableloop）：

由独立观测（非同步观测）获得的基线向量构成的闭合环。异步观测环：由非同步观测的基线向量所构成的闭合环，简称异步环。独立基线：对于有N台GPS接收机构成的同步观测环，共可获得J条同步观测基线（J=N·（N-1）/2），其中独立基线数为：N-1，即这N-1条边不构成任何检核条件，所以称独立基线。非独立基线：除独立基线外的其他基线叫非独立基线，总基线数与独立基线数之差既为非独立基线数。（2）GPS网特征条件的计算观测时段数：C=n·m/N，其中n为网中的点数，m为每点设站次数，N为接收机数。总基线数：J总＝C·N·（N－1）/2必要基线数：J必＝n－1独立基线数：J独＝C·（N－1）多余基线数：J多＝C·（N－1）－（n－1）（3）GPS网同步图形的构成及独立边的选择对于由N台接收机构成的同步图形中的一个时段包含的基线边数为：J=N·（N-1）/2，其中只有N-1条边是独立基线，其余为非独立基线。在J条同步观测的基线中，如何选择(N-1)条独立基线，具有一定的任意性。参加同步观测的仪器越多，选取独立基线向量的可能方式便迅速增加。这就为选用独立基线向量，以构成最佳的GPS网形，提供了充分的选择性。在实际工作中，可根据对GPS网的要求和经验来确定。如对于用四台接收机同步观测得到的同步图形中，可选择的独立基线如下：当具有多时段的观测成果时，独立基线向量的选取，一般应以构成闭合图形为优。例如，用4台仪器进行了2个时段的同步观测，这时可得6条独立基线向量，其选取的基本方式，可取以下五种：数据分析表明，图中选取方式（e），在精确性与可靠性方面，均优于其余选取方式。双时段观测的基线向量

单时段观测的基线向量

(a)(b)(c)(d)

(e)

当同步观测的GPS接收机数N≥3时，同步闭合环的最少个数应为：

T=J－（N－1）＝（N-1)(N-2)/2

当同步闭合环的闭合差较小时，通常只能说明GPS基线向量的计算合格，并不能说明GPS边的观测精度高。只有异步环的解算结果才可反应出观测精度的高低。5、GPS网的图形设计GPS网的图形设计，虽然主要决定于用户的要求，但是有关经费、时间和人力的消耗以及所需接收设备的类型、数量和后勤保障条件等，也都与网的图形设计有关。对此应当充分加以顾及，以期在满足用户要求的条件下，尽量减少消耗。设计的一般原则：

为了满足用户的要求，设计的一般原则是：GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。GPS网点应尽量与原有地面控制网点相重合。重合点一般不应少于3个（不足时应联测），且在网中应分布均匀，以利于可靠地确定GPS网与地面网之间的转换参数。GPS网点应考虑与水准点相重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量方法（或相当精度的方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点，以便为大地水准面的研究提供资料。为了便于GPS的测量观测和水准联测，GPS网点一般设在视野开阔和交通便利的地方。为了便于用经典方法联测或扩展，可在GPS网点附近布设一通视良好的方位点，以建立联测方向。方位点与观测站的距离，一般应大于300m。GPS网基本图形的选择

根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边，应构成一定的几何图形。图形的基本形式如下：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。

三角形网环形网：

由若干含有多条独立观测边的闭合环所组成的网，称为环形网。这种网形与经典测量中的导线网相似，其图形的结构强度比三角网为差。

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。通常采用上述两种图形的混合图形。

环形网星形网：

星形网的几何图形简单，但其直接观测边之间，一般不构成闭合图形，所以其检验与发现粗差的能力差。

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。

星形网GPS网的连网方式GPS同步观测是生产基线向量的工艺同步图形为一个工艺单元点联式、边联式、网联式，混连式。点联式边联式网联式12345678910

点连式:同步网之间仅有一点相连接组成的异步网。

特点：工作量最小，但无重复基线检核。

边连式异步网:同步网之间由一条基线边相连接的异步网称为边连式异步网。特点：工作量较大，检核条件也较多。

混连式异步网:同步网之间由点连式与边连式混合使用组成的异步网。特点：布网比较灵活，工作量与检核条件比较适中。

网连式异步网:同步网之间由两个以上的公共点相连接（至少需要4台以上的接收机）组成的异步网。123456特点：图形强度最强；作业效率最低。二、GPS测量的外业准备和实施及技术设计书的编写1、布设GPS网的工作步骤：测前：◆立项：目的、范围、点位数量与分布、精度要求、成果内容、时间限制、经费……◆技术设计◆测绘资料的收集◆仪器的检定；◆踏勘、选点、埋石测中：◆实地了解测区情况；◆观测期间卫星状态的预报；◆确定作业方案：◆外业观测；◆内业数据处理：数据传输、转储、备份；基线解算；质量评估。测后：◆测量结果分析：网平差质量评估◆技术总结：根据整个GPS网的布设及数据处理情况，进行全面的技术总结。◆结果验收。2、GPS网技术设计书的编写在布设GPS网时，技术设计是非常重要的。这是因为技术设计提供了布设GPS网的技术准则，在布设GPS网时所遇到的所有技术问题，都需要从技术设计中寻找答案。因此，在进行每一项GPS工程时，都必须首先进行技术设计。项目来源：介绍项目的来源、性质。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（精度）、完成时间等。技术依据：介绍作业所依据的测量规范、工程规范、行业标准等。GPS网技术设计的主要内容：施测方案：介绍测量所采用的仪器、采取的布网方法等。作业要求：介绍外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。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。

项目的提出：一项GPS测量工程项目，往往是由工程发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，由GPS测量队伍具体实施。对于一项GPS测量工程项目，一般有如下一些要求：测区位置及其范围：测区的地理位置、范围，控制网的控制面积。用途和精度等级：控制网将用于何种目的，其精度要求是多少，要求达到何种等级。点位分布及点的数量：控制网的点位分布、点的数量及密度要求，是否有对点位分布有特殊要求的区域。提交成果的内容：用户需要提交哪些成果，所提交的坐标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分别属于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否还需要提交原始数据或中间数据等。时限要求：对提交成果的时限要求，即何时是提交成果的最后期限。投资经费：对工程的经费投入数量。测绘资料的搜集与整理：在开始进行外业测量之前，现有测绘资料的搜集与整理也是一项极其重要的工作。需要收集整理的资料主要包括测区及周边地区可利用的已知点的相关资料（点志记、坐标等）和测区的地形图等。仪器的检验：对将用于测量的各种仪器包括GPS接收机及相关设备、气象仪器等进行检验，以确保它们能够正常工作。

一般检视：主要检查接收设备的各部件及其附件是否齐全、完好，紧固部件有否松动与脱落，设备的使用手册及随机软件等资料是否齐全。

通电检验：检验的主要项目包括：设备通电后有关信号灯、按键、显示系统和仪表的工作情况，以及自测试系统的工作情况。当自测试正常后，按操作步骤进行卫星的捕获与跟踪，以检验接收机捕获卫星的时间，接收信号的信噪比及信号的锁定等情况。

实测检验：接收机野外作业的性能，接收机的内部噪声水平，天线相位中心的稳定性，以及对不同测程的基线测量所能达到的精度等。踏勘、选点埋石：在完成技术设计和测绘资料的搜集与整理后，需要根据技术设计的要求对测区进行踏勘并进行选点埋石工作。选点的一般原则：1）为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求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。2）为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。3）为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波反射强烈的地形、地物，如高层建筑物、成片水域等。4）为便于观测作业和今后使用的方便，测站应选在交通便利，具有良好的通信设施（电话与电报、邮电）和电力供应且上点方便的地方。5）测站应选择在易于保存的地方。6）点位选定后，均应按规定绘制点之记，其主要内容包括，点位及点位略图，点位的交通情况以及选点情况等。实地了解测区情况：由于在很多情况下，选点埋石和测量是分别由两个不同的队伍或两批不同的人员完成的，因此，当负责GPS测量作业的队伍到达测区后，需要先对测区的情况作一个详细的了解。主要需要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。这些对于今后测量工作的开展是非常重要的。卫星状况预报：报根据测区的地理位置，以及最新的卫星星历，对卫星状况进行预报，作为选择合适的观测时间段的依据。所需预报的卫星状况有卫星的可见性、可供观测的卫星星座、随时间变化的PDOP值等。对于个别有较多或较大障碍物的测站，需要评估障碍物对GPS观测可能产生的不良影响。级别ABCDEPDOP

4

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10确定作业方案：根据卫星状况、测量作业的进展情况、以及测区的实际情况，确定出具体的作业方案，以作业指令的形式下达给各个作业小组，根据情况，作业指令可逐天下达，也可一次下达多天的指令。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。外业观测：各GPS观测小组在得到作业指挥员所下达的作业指令后，应严格按照作业指令的要求进行外业观测。在进行外业观测时，外业观测人员除了严格按照作业规范、作业指令进行操作外，还要根据一些特殊情况，灵活地采取应对措施。在外业中常见的情况有不能按时开机、仪器故障和电源故障等。数据传输与转储：在一段外业观测结束后，应及时地将观测数据传输到计算机中，并根据要求进行备份，在数据传输时需要对照外业观测记录手簿，检查所输入的记录是否正确。数据传输与转储应根据条件，及时进行。基线处理与质量评估：对所获得的外业数据及时地进行处理，解算出基线向量，并对解算结果进行质量评估。作业指挥员需要根据基线解算情况作下一步GPS观测作业的安排。结果分析（网平差处理与质量评估）：对外业观测所得到的基线向量进行质量检验，并对由合格的基线向量所构建成的GPS基线向量网进行平差解算，得出网中各点的坐标成果。如果需要利用GPS测定网中各点的正高或正常高，还需要进行高程拟合。三、GPS测量的作业模式

所谓GPS测量的作业模式，亦即利用GPS定位技术，确定观测站之间相对位置所采用的作业方式。它与GPS接收设备的软件和硬件密切相关。同时，不同的作业模式，因作业方法和观测时间的不同，而具有不同的应用范围。近年来，特别由于GPS测量数据处理软件系统的发展，为确定两点之间的相对位置，已有多种作业模式可供选择。目前，在GPS接收系统硬件和软件的支持下，较为普遍采用的作业模式，主要有静态相对定位、快速静态相对定位、准动态相对定位和动态相对定位等。现将这些不同作业模式的特点及其适用范围，简单地介绍如下。1、经典静态相对定位模式作业方法：采用两套（或两套以上）接收设备，分别安置在一条（或数条）基线的端点，根据基线长度和要求的精度，按其相关规定同步观测4颗以上卫星数时段，每一时段长45min～3h。定位精度：基线测量的精度可达5mm+1ppm×D，D为基线长度，以公里计。特点：这种作业模式所观测的独立基线边，应构成某种闭合图形，以利于观测成果的检核，增强网的强度，提高成果的可靠性和精确性，基线长度可由数公里至上千公里。静态相对定位适应范围：

·

建立地壳运动或工程变形监测网

·

建立全球性或国家级大地控制网；

·

建立长距离检校基线；

·

进行岛屿与大陆联测；

·

建立精密工程测量控制网。2、快速静态相对定位模式作业方法：在测区的中部选择一个基准站(或参考站)，并安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；另一台接收机，依次到各点流动设站，并且在每个流动站上，静止观测数分钟，以便按快速解算整周未知数的方法解算整周未知数。该作业模式要求在观测中必须至少跟踪4颗卫星，同时流动站与基准站相距，不超过15km。基准站观测基线迁站路线快速静态定位作业模式

定位精度：流动站相对基准站的基线中误差，可达(5～10)mm+1ppm×D

特点:

接收机在流动站之间移动时,不必保持对所测卫星的连续跟踪，因而可关闭电源以降低能耗。该模式作业速度快，精度高。缺点是，在采用两台接收机作业的情况下，直接观测边不构成闭合图形，可靠性较差。适用范围：

·

小范围的控制测量及其加密；

·

工程测量、边界测量；

·

地籍测量及碎部测量等。

3、准动态相对定位模式作业方法：在测区选择一基准站，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；置另一台流动的接收机于起始点观测数分钟，以便快速确定整周未知数；在保持对所测卫星连续跟踪的情况下，流动的接收机依次迁到2，3…号流动点各观测数分钟。该作业模式要求作业时必须至少有4颗以上分布良好的卫星可供观测；在观测过程中，流动接收机对所测卫星信号不能失锁；一旦发生失锁现象，应在失锁后的流动点上，将观测时间延长至数分钟（重新初始化）；流动点与基准站相距，目前一般应不超过15km。12345678910111213基准站准动态定位作业模式

定位精度：

基准测量的中误差可达(10～20)mm+1ppm×D。

特点：

该作业模式效率甚高。在作业过程中，即使偶然发生失锁，只要在失锁的流动点上，延长观测数分钟，仍可继续按该模式作业。应用范围：

·

开阔地区的加密测量；

·工程定位及碎部测量；

·剖面测量和路线测量；

·地籍测量等。

4、动态相对定位模式

作业方法：建立一个基准站，并在其上安置一台接收机，连续跟踪所有可见卫星；另一台接收机，安置在运动的载体上，在出发点按快速静态相对定位法，静止观测数分钟，以进行初始化；运动的接收机从出发点开始，在运动过程中，按预定的采样间隔自动观测。该作业模式要求至少同步观测4颗以上分布良好的卫星，并在运动过程中保持连续跟踪；同时，运动点与基准站的距离，目前应不超过15km。12345678910基准站出发点动态定位作业模式11

定位精度：运动点相对基准之基线测量精度，可达(1-2)cm+1ppm×D.特点:

速度快，精度高，可实现载体的连续实时定位。应用范围：

·

精密测定载体的运动轨迹；

·

道路中心测量；

·

航道测量；

·

开阔地区的剖面测量和水文测量等。5、实时动态测量作业模式及其应用（1）GPS实时动态定位方法概述

实时动态(RealTimeKinematic—RTK)测量系统，是GPS测量技术与数据传输技术相结合而构成的组合系统，它是以载波相位观测为根据的实时差分GPS(RTDGPS)测量技术。是GPS测量技术发展中的一个新的突破。

虽然GPS测量工作的模式已有多种，如静态、快速静态、准动态和动态相对定位等。但是，利用这些测量模式，如果不与数据传输系统相结合，其定位结果均需通过观测数据的测后处理而获得。由于观测数据需在测后处理，所以上述各种测量模式，不仅无法实时地给出观测站的定位结果，而且也无法对基准站和用户站观测数据的质量，进行实时的检核，因而难以避免在数据后处理中发现不合格的测量成果，需要进行返工重测的情况。过去解决这一问题的措施，主要是延长观测时间，以获得大量的多余观测，来保障测量结果的可靠性。但是，这样一来，便显著地降低了GPS测量工作的效率。

常规GPS作业模式存在的问题

实时动态测量的基本思想是在基准站上安置一台GPS接收机，对所有可见GPS卫星进行连续地观测，并将其观测数据，通过无线电传输设备，实时地发送给用户观测站。在用户站上，GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。这样，通过实时计算的定位结果，便可监测基站与用户站观测成果的质量和解算结果的收敛情况，从而可实时地判别解算结果是否成功，以减少冗余观测，缩短观测时间。

RTK测量系统的开发成功，为GPS测量工作的可靠性和高效率提供了保障，这对GPS测量技术的发展和普及，具有重要的现实意义。不过，这一测量系统的应用，也明显地增加了用户的设备投资。

RTK的工作原理图（2）实时动态（RTK）测量系统的设备配置RTK测量系统的构成，主要包括三部分：

-----GPS接收设备；

-----数据传输系统；

-----软件系统。

①.GPS接收设备

RTK测量系统中，至少包含二台接收机，分别安置在基准站和用户站上。基准站应设在测区内地势较高，视野开阔，且坐标已知的点上。在城区可考虑设在楼顶平台上。作业期间，基准站的接收机应连续跟踪全部可见GPS卫星，并将观测数据通过数据传输系统，实时地发送给用户站。当基准站为多用户服务时，应采用双频GPS接收机，且其采样率应与用户站接收机采样率最高的相一致。②数据传输系统

数据传输系统（或简称数据链），由基准站的发射台与用户站的接收台组成，它是实现实时动态测量的关键设备。数据传输设备，要充分保证传输数据的可靠性，其频率和功率的选择主要决定于用户站与基准站间的距离，环境质量，数据的传输速度。式中：4.24——为天宝经验值；

H1

——电台的天线高；

H2

——流动站的天线高；Trimble4800GPS—RTK基准站配置图③支持实时动态测量的软件系统

在RTK系统中，软件系统的质量与功能，对于保障实时动态测量的可行性，测量结果的精确性与可靠性，具有决定性的意义。

以测相伪距为观测量的实时动态测量，其主要问题仍在于载波相位初始整周未知数的精密确定，流动观测中对卫星的连续跟踪，以及失锁后的重新初始化问题。目前，由于快速解算和动态解算整周未知数的发展，为实时动态测量的实施奠定了基础。实时动态测量的软件系统，应具有基本功能是：a.快速解算，或动态快速解算整周未知数；b.根据相对定位原理，采用适当的数据处理方法（例如序贯平差法），实时解算用户站在WGS—84中的三维坐标；c.根据已知转换参数，进行坐标系统的转换；d.解算结果质量的分析与评价；e.作业模式（例如，静态，快速静态，准动态和动态等工作模式）的选择与转换；f.测量结果的显示与绘图。（3）、实时动态（RTK）测量的作业模式与应用根据用户的要求，目前实时动态测量采用的作业模式主要有：快速静态测量：采用这种测量模式，要求GPS接收机在每一用户站上，静止地进行观测。在观测过程中，连同接收到的基准站的同步观测数据，实时地解算整周未知数和用户站的三维坐标。如果解算结果的变化趋于稳定，且其精度已满足设计的要求，便可适时的结束观测工作。采用这种模式作业时，用户站的接收机在流动过程中，可以不必保持对GPS卫星的连续跟踪，其定位精度可达1cm～2cm。这种方法可应用于城市、矿山等区域性的控制测量，工程测量和地籍测量等。准动态测量:

和一般的准动态测量一样，这种测量模式，通常要求流动的接收机。在观测工作开始之前，首先在某一起始点上静止地进行观测，以便采用快速解算整周未知数的方法实时地进行初始化工作。初始化后，流动的接收机在每一观测站上，只需静止观测数历元，并连同基准站的同步观测数据，实时地解算流动站的三维坐标。目前，其定位的精度可达厘米级。这种方法，要求接收机在观测过程中，保持对所测卫星的连续跟踪。一旦发生失锁，便需重新进行初始化的工作。准动态实时测量模式，通常主要应用于地籍测量、碎部测量、路线测量和工程放样等。动态测量:

动态测量模式，一般需首先在某一起始点上，静止地观测数分钟，以便进行初始化工作。之后，运动的接收机按预定的采样时间间隔自动地进行观测，并连同基准站的同步观测数据，实时地确定采样点的空间位置。目前，其定位的精度可达厘米级。这种测量模式，仍要求在观测过程中，保持对观测卫星的连续跟踪。一旦发生失锁，则需重新进行初始化。这时，对陆上的运动目标来说，可以在卫星失锁的观测点上，静止地观测数分钟，以便重新初始化，或者利用动态初始化（AROF）技术，重新初始化，而对海上和空中的运动目标来说，则只有应用AROF技术，重新完成初始化的工作。

实时动态测量作业模式，主要应用于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，以及运动目标的精密导航等。目前，实时动态测量系统，已在约20km的范围内，得到了成功的应用。相信，随着数据传输设备性能和可靠性的不断完善和提高，数据处理软件功能的增强，它的应用范围将会不断地扩大。RTK的应用智能交通系统（IntelligentTransportSystems，简称ITS）就是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个交通系统，而建立起来的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统。城市公共交通智能化调度系统是运用先进的GPS技术、GIS技术、无线通信技术以及计算机管理技术，在每个公交车辆和调度中心都配置双向语音和数据通信功能的电台，建立车辆动态管理系统，实现全天候、大范围、多车辆的实时动态定位、调度、监控，改进车辆运行管理，增强突发事件的反应能力，提高车辆运行率和行车安全度，并针对公交车辆的实际运行情况，通过电子站牌提供实时乘客服务信息。四、数据预处理及观测成果的质量检核1、观测数据的预处理：

预处理的主要目的，是对原始观测数据进行编辑、加工与整理，分流出各种专用的信息文件，解算出基线向量并对观测成果进行质量检核，为进一步的平差计算作准备。预处理工作的完善与否，对随后的平差计算以及平差结果的精度，将产生重要影响，因此，对预处理的方法，采用的数学模型和评价数据质量的标准等，都必须仔细分析，慎重确定。预处理工作的主要内容有：数据传输：将GPS接收机记录的观测数据，传输到磁盘或其它介质上，以提供计算机等设备进行处理和保存。数据分流：从原始记录中，通过解码将各项数据分类整理，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、观测文件和测站信息文件等，以供进一步处理。以上两项工作，一般也称之为数据的粗加工，可视为预处理的准备工作。观测数据的平滑、滤波：剔除粗差并进一步删除无效观测值。统一数据文件：如星历文件、观测文件和测站信息文件等，以供进一步处理。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，统一为标准化的文件格式，以便统一处理。卫星轨道的标准化:为了统一不同来源卫星轨道信息的表达方式，和平滑GPS卫星每小时更新一次的轨道参数，一般须采用多项式拟合法，使观测时段的卫星轨道标准化，以减化计算工作，提高定位精度。探测周跳、修复载波相位观测值。对观测值进行各项必要的改正：如电离层、对流层改正等。

观测数据的预处理，一般均由后处理软件自动完成。因此，不断完善和提高软件的功能和自动化水平，对提高观测数据预处理的质量和效率是极为重要的。2、基线向量的解算

基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。在基线解算时，平差要分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数和基线向量的实数解（浮动解）；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解-整数解（固定解）GPS基线向量的解算过程：

1）、原始观测数据的读入：在进行基线解算时，首先需要读取原始的GPS观测值数据。一般说来，各接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可以直接处理从接收机中传输出来的GPS原始观测值数据，而由第三方所开发的数据处理软件则不一定能对各接收机的原始观测数据进行处理，要处理这些数据，首先需要进行格式转换目前，最常用的格式是RINEX格式，对于按此种格式存储的数据，大部分的数据处理软件都能直接处理。

2）外业输入数据的检查与修改：在读入了GPS观测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查的项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高等。对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业操作时的误操作。

3）设定基线解算的控制参数：基线解算的控制参数用以确定数据处理软件采用何种处理方法来进行基线解算，设定基线解算的控制参数是基线解算时的一个非常重要的环节，通过控制参数的设定，可以实现基线的精化处理。

4）基线解算：基线解算的过程一般是自动进行的，无需过多的人工干预。

5）基线质量的检验：基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对基线的质量进行检验，只有质量合格的基线才能用于后续的处理，如果不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量。基线的质量检验需要通过RATIO、RDOP、RMS、同步环闭和差、异步环闭和差和重复基线较差来进行。单基线解：就是在基线解算时不顾及同步观测基线间误差的相关性，对每条基线单独进行解算。特点：算法简单，但解算结果无法反映同步基线间的误差相关的特性，不利于后面的网平差处理，一般只用在普通等级GPS网的测量中。多基线解：在解算基线时顾及了同步观测基线间的误差相关性，既在解算时对所有同步观测的独立基线一并解算。特点：多基线解由于在基线解算时顾及了同步观测基线间的误差相关特性，因此，在理论上是严密的。补充3、观测成果的外业检核观测成果的外业检核，是确保外业观测质量，实现预期定位精度的重要环节，所以，当观测任务结束后，必须在测区，及时对外业的观测数据质量进行检核和评价，以便及时发现不合格的成果，并根据情况采取淘汰或重测、补测措施。外业观测成果检核的主要内容：1）同步边观测数据的检核

同步边是指接收机设于基线两端，通过多历元同步观测，经平差计算的基线边。对其检核的内容包括；观测数据的剔除率：由于不合格而剔除的观测值个数，与参加同步边平差计算的观测值总数之比，称为数据剔除率。根据不同的精度要求，剔除率一般应不超过5%～10%。观测值的残差分析：观测值的残差，即各观测值与其平差值之差。残差主要由观测值的偶然误差和系统误差残余部分的影响而产生的。其中系统误差残余部分的影响，与数据处理中所采用的模型密切相关。所以，采用不同模型的后处理软件，这种系统性误差，对上述残差的影响也将不同。这是一种尚待深入分析的问题。V为观测值的残差P为观测值的权f为观测值的自由度基线解算结果的几种质量评定指标观测值总数

（RootMeanSquare）

2）重复观测边的检核

同一条基线边，若观测了多个时段（

2），则可得到多个边长结果。这种具有多个独立观测结果的边，称为重复边。对于重复边的检核内容包括：计算不同时段观测结果的互差，该差值应小于相应级别规定精度的2√2倍；同一条边若有三个时段以上的观测结果，则应计算各时段结果的平均值。其中任一时段的结果，与其平均值之差，应不超过相应级别的规定精度。3）独立基线构成的环闭合差检核

当独立观测的基线向量，构成某种闭合图形（例如三角形、多边形）时，图形的闭合差，在理论上应为零。但是，由于各种观测量误差，以及数据处理的模型误差等因素的综合影响，致使该闭合差一般均不为零。环中各独立观测边的坐标分量差之和闭合环的边数环中相邻点间的平均距离误差第i条基线向量的坐标分量差环线闭合差4）同步环闭合差的检验当环中各边为多台接收机同步观测的结果时（例如，3台接收机同步观测结果所构成的三角形边），由于各边是不独立的，所以在理论上