GPS静态测量应用技术

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第八章GPS静态测量应用技术 GPS网的布设GPS基线解算GPS网平差内容介绍 常用术语常用术语 常用术语①观测时段（Session）测站上开始接收卫星信号到停止接收，连续观测的时间间隔称为观测时段，简称时段。同步观测（SimultaneousObservation）两台或两台以上接收机同时对同一组卫星进行观测。基线向量（Baseline）对同步观测所采集的数据进行处理，所获得的同步观测测站间的坐标差。截止高度角（Cut-offElevation）接收机观测卫星的高度角限值，低于此限值的卫星不被观测。常用术语① 采样间隔（Interval）接收机连续两个观测历元间的时间间隔。独立基线（IndependentBaseline）由相互函数独立的差分观测值所确定出的基线向量。当某一时段有m台接收机进行同步观测时，可得到m-1条独立基线。同步观测环（SimultaneousObservationLoop）由三台或三台以上接收机同步观测得到的基线向量构成的闭合环。独立观测环（IndependentObservationLoop）由相互独立的基线所构成的闭合环。重复基线（复测基线）具有两个时段以上同步观测结果的基线向量。常用术语② 第一部分GPS网的布设GPS网的布设 第一节GPS网GPS网的布设>GPS网 GPS网GPS网是由GPS基线向量所形成的一种网络。GPS测量>GPS网>GPS网 布设GPS网的目的易于引入外部基准基线向量无法提供位置基准，必须从外部引入构成网络，易于基准的传递评定测量成果的质量提供检核条件（闭合环、重复基线、附合路线）提高测量成果的质量探测、剔除粗差分配误差GPS网的布设>GPS网>布设GPS网的目的 GPS网与常规网①GPS网的优势不需要通视运行与天气无关测站的选择与网络无关，因而测站可以设置在任何需要的地方不间断的运行测量高效、迅速容易达到测量精度要求可同时获得三维坐标GPS网的布设>GPS网>GPS网与常规网① GPS网与常规网②GPS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在短距离超高精度应用中有一定限制无法为后续的非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设备的投资成本较高GPS网的布设>GPS网>GPS网与常规网② GPS网的分类分类方法根据用途划分GPS网的分类框架基准网大地控制网工程控制网测图控制网连续运行的参考站网（CORS）GPS网的布设>GPS网>GPS网与常规网② 框架基准网①覆盖范围全球、大陆或次大陆基准地心基准用途建立、维持位置参考框架进行大范围的地壳运动监测GPS网的布设>GPS网>框架基准网① 框架基准网②特点精度、可靠性要求高反复或连续观测例IGS全球跟踪站网中国地壳运动监测站网络中国A级网陆态网络IGS全球跟踪站网GPS网的布设>GPS网>框架基准网② 大地控制网①覆盖范围国家、地区基准参心系用途大地控制区域大地水准面精化GPS网的布设>GPS网>大地控制网① 大地控制网②特点精度、可靠性要求较高复测周期长例中国国家高精度GPS网各省市地方的控制网中国国家高精度GPS网GPS网的布设>GPS网>大地控制网② 工程控制网①覆盖范围工程施工区域用途工程放样、施工变形监测GPS高程基准独立基准GPS网的布设>GPS网>工程控制网① 工程控制网②特点精度、可靠性要求随工程要求差别较大变形监测网需多次复测例各类工程控制网、滑坡监测网GPS网的布设>GPS网>大地控制网② 测图控制网覆盖范围测图区域用途图根控制、航测像控点基准参心基准或独立基准特点精度、可靠性要求低例各类图根控制网、像控点网GPS网的布设>GPS网>测图控制网 连续运行的参考站网（CORS）覆盖范围国家、地区用途多用途基准多基准特点连续运行例深圳连续运行卫星定位服务系统深圳连续运行卫星定位服务系统GPS网的布设>GPS网>连续运行的参考站网（CORS） 第二节建立GPS控制网的工作流程GPS测量>建立GPS控制网的工作流程 建立GPS网的三个阶段①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GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>建立GPS网的三个阶段① 建立GPS网的三个阶段②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GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>建立GPS网的三个阶段② 建立GPS网的三个阶段③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GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>建立GPS网的三个阶段③ 项目立项实施方甲方、应用方目标招标书、项目设计书内容测区范围项目用途、精度（等级）要求点位分布、数量要求提交成果的要求时限要求投入经费GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>项目立项 施工技术设计实施方乙方目标施工技术设计书内容作业方案施工设计书GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>施工技术设计 测绘资料收集整理实施方乙方目标控制点成果水准资料测区地形图内容控制点坐标、点之记水准点坐标、点之记测区地形图（1:5万~1:10万）GPS点之记GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>测绘资料收集整理 仪器检验、检定实施方乙方、独立的权威仪器检定部门目标仪器检定证书合格的仪器设备内容GPS接收机的检定（P125-126）气象仪器的检定其它设备的检验检定证书GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>仪器检验、检定 踏勘、选点、埋石实施方乙方目标设置测量标志内容测区实地踏勘、了解测区状况选点（P134）埋设测量标志食宿、交通安排各类埋石标准GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>踏勘、选点、埋石 作业队进驻实施方乙方目标整个作业队进驻测区内容建立营地整个作业队进驻测区GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>作业队进驻 卫星状态预报实施方乙方（作业指挥人员、技术人员）目标确定观测时段内容全天卫星数量的变化（P127）全天卫星图形（DOP值、天球图）状态变化DOP值随时间的变化图天球图（Skyplot）GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>卫星状态预报 确定观测作业方案实施方乙方（作业指挥人员、技术人员）目标制定观测作业方案内容规划整体观测方案组建作业组确定每天的外业观测计划向各作业组下达作业调度指令作业调度表GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>确定观测作业方案 外业观测实施方乙方（外业作业组）目标采集观测数据内容安置观测仪器设备读（量）取非GPS观测数据（包括天线高、气象数据等）保证仪器正常工作按时迁站GPS外业观测GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>外业观测 数据传输、转储、备份实施方乙方（内业数据处理人员）目标获取、保存接收机记录的观测数据内容接收外业作业组上缴的观测记录下载GPS接收机的原始观测数据并备份进行必要的格式转换GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>数据传输、转储、备份 基线处理与质量控制实施方乙方（内业数据处理人员）目标获取合格的基线向量内容基线处理（解算）基线质量评估基线质量改善数据处理GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>基线处理与质量控制 结果分析（网平差与质量控制）实施方乙方（内业数据处理人员）目标获得最终数据处理结果（坐标、高程）内容GPS基线向量网的平差、坐标系的转换高程拟合网平差结果质量评估与改善GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>结果分析（网平差与质量控制） 整理成果、技术总结实施方乙方（技术负责人、内业数据处理人员）目标按要求需要提交的成果、报告内容选点图、点之记原始记录、观测数据基线处理结果及质量检核结果网平差处理成果及质量检核结果其它结果技术总结报告GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>整理成果、技术总结 项目验收实施方甲方、工程监理目标对测量成果进行验收内容对项目进行的各个环节及提交的成果、报告进行检查验收编写验收报告GPS测量>建立GPS控制网的工作流程>项目验收 第三节GPS网的设计GPS网的布设>GPS网的设计 GPS网布设的内容GPS网的设计GPS网的施工（观测作业）GPS网的数据处理（本课程在另外章节介绍）GPS网的布设>GPS网的设计>GPS网布设的内容 GPS网设计的目的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GPS网的布设>GPS网的设计>GPS网设计的目的 GPS网的设计目标质量精度观测值间相互符合的程度观测值与已知值间符合的程度可靠性发现粗差的能力抵御粗差的能力效率费用网设计的优劣质量效率费用可靠性精度GPS网的布设>GPS网的设计>GPS网的设计目标精度质量 GPS网设计的内容基准设计一般指位置基准网形设计同步观测图形的设置观测设计仪器要求观测要求–观测时间及时段长度、观测参数设置等作业调度处理设计数据处理方法GPS网的布设>GPS网的设计>GPS网设计的内容 不同类型网的设计目的要求框架基准网精度(绝对)、可靠性要求高效率、费用要求很低大地控制网精度(绝对)、可靠性、效率、费用要求较为均衡工程控制网精度(相对)、可靠性、效率、费用、分布均有要求由于子类型多，要求各有不同测图控制网精度、可靠性要求低效率、费用、分布要求较高GPS网的布设>GPS网的设计>不同类型网的设计目的要求 GPS网设计的特点设计内容多（基准、网形、观测和处理设计）设计目的多（效率、费用、精度、可靠性和具体应用要求）设计内容间相互关联设计目的间相互关联效率与费用正相关精度与可靠性正相关效率、费用与精度、可靠性负相关设计内容与目的间相互关联不同类型的网设计重点有所不同GPS网的布设>GPS网的设计>GPS网设计的特点 GPS网设计的方法依据设计指标（定量）较少采用依据设计准则（定性）经常采用实际上属于经验法GPS网的布设>GPS网的设计>GPS网设计的方法 影响GPS网质量的因素GPS基线向量的精度与原始GPS观测值的精度有关与基线解算方法有关观测值（含GPS基线向量、常规观测量等）的数量、类型及分布基准的选择（已知点及约束条件的选择）网平差处理方法的完善性粗差处理能力模型的完善性GPS网的布设>GPS网的设计>影响GPS网质量的因素 相邻点间距离mm比例误差固定误差mm标准差mm我国规范衡量GPS网精度的指标GPS网的精度衡量指标–相邻点基线长度精度GPS网的布设>GPS网的设计>我国规范衡量GPS网精度的指标 我国规范对精度的要求①全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）GPS网的布设>GPS网的设计>我国规范对精度的要求① 我国规范对精度的要求②全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）（续）级别固定误差a，mm比例误差系数AA30.01A50.1B81C105D1010E1020精度分级GPS网的布设>GPS网的设计>我国规范对精度的要求② 我国规范对精度的要求③全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）（续）级别点位地心坐标精度，m基线长度年变化率精度，mm/年AA0.052A0.13点位精度和基线长度年变化率精度规定GPS网的布设>GPS网的设计>我国规范对精度的要求③ 精度设计准则①设计内容对精度的影响基准设计的影响基准对精度有直接影响网形设计基线的数量及质量对网的整体精度有直接影响基线的分布对网的局部精度有直接影响观测设计观测方法直接影响基线的质量处理设计处理方法直接影响处理结果的精度GPS网的布设>GPS网的设计>精度设计准则① 精度设计准则②提高精度的设计方法基准设计适当数量和均匀分布的已知点当已知点质量较高时，数量越多越好当已知点质量较差时，数量要适当在使用已知点时，需对已知点的质量进行检验引入已知边长为工程网提供准确的长度基准确保工程网成果投影到所需的高程面上引入已知方位为城市网或工程网提供方位基准已知点的选择：IGS全球站国家大地控制点地方控制点其它类型的控制点GPS网的布设>GPS网的设计>精度设计准则② 精度设计准则③提高精度的设计方法（续）网形设计网规模较大时，采用高一等级要求建立框架网对同一网，基线越多，精度越高，对重复设站数、复测边数量的最低要求以及最简异步环的最大边数的要求，都是为了这一目的相邻点距离较近时，要保证进行同步观测（短边必测）同步图形的扩展GPS网的布设>GPS网的设计>精度设计准则③ 精度设计准则④提高精度的设计方法（续）观测设计选择合适的测站选择合适观测时段和时段长度采用高性能的接收机、抗多路径效果好的天线采用合适的观测参数截止高度角：该值越小，可观测卫星越多，但低高度角卫星的观测值数量较差历元间隔：历元间隔越小，越有利于周跳的探测修复注意天线定向和天线高的量测不同时段间，若仪器未搬站，需要重新架设采集气象数据GPS网的布设>GPS网的设计>精度设计准则④ 精度设计准则⑤提高精度的设计方法（续）处理设计基线选择合适的软件－商用软件、高精度定位软件（GAMIT等）采用合适的观测值－L1、Iono-free等采用适当的解－固定解、浮动解处理方法－估算对流层参数、轨道松弛采用精密星历质量控制网选择合适的软件－商用软件、高精度软件（GLOBK等）网平差方案粗差应对方法质量控制GPS网的布设>GPS网的设计>精度设计准则⑤ 可靠性设计准则①设计内容对可靠性的影响基准设计的影响基准对可靠性有直接影响网形设计基线的数量及质量对网的整体可靠性有直接影响基线的分布对网的局部可靠性有直接影响观测设计观测方案直接影响网的可靠性处理设计处理方法直接影响处理结果的可靠性GPS网的布设>GPS网的设计>可靠性设计准则① 可靠性设计准则②提高可靠性的设计方法基准设计数量多及均匀分布的已知点引入已知边长网形设计同提高精度的设计方法某一特定点的可靠性与该点所连接的基线成正比（重复设站次数越多，连接基线越多，点的可靠性越高）例：上图中如果所有基线均只观测了一个时段，则所有点的可靠性相同。GPS网的布设>GPS网的设计>可靠性设计准则② 可靠性设计准则③提高可靠性的设计方法观测设计同提高精度的设计方法处理设计同提高精度的设计方法GPS网的布设>GPS网的设计>可靠性设计准则③ 我国规范中涉及可靠性的内容①全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）GPS网的布设>GPS网的设计>我国规范中涉及可靠性的内容① 我国规范对可靠性的要求②全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）GPS网的布设>GPS网的设计>我国规范中涉及可靠性的内容② 影响GPS网布设效率和费用的因素网的等级要求观测值（含GPS基线向量、常规观测量等）的数量布网方案作业调度GPS网的布设>GPS网的布设>影响GPS网布设效率和费用的因素 GPS网的布网方案①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，即一年观测365天，一天观测24小时，这种观测方式很象是跟踪站，因此，这种布网形式被称为跟踪站式（实际上就是跟踪站）。数据处理通常采用精密星历。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网的布设>GPS网的布设>GPS网的布网方案① GPS网的布网方案②会战式形式一次组织多台GPS接收机，集中在一段不太长的时间内，共同作业。观测分阶段进行，在同一阶段中，所有的接收机，在若干天的时间里分别各自在同一批点上进行多天、长时段的同步观测，在完成一批点的测量后，所有接收机又都迁移到另外一批点上采用相同方式，进行另一阶段的观测，直至所有点观测完毕。优点可以较好地消除SA等因素的影响，因而具有特高的尺度精度。适用范围A、B级网。GPS网的布设>GPS网的布设>GPS网的布网方案② GPS网的布网方案③多基准站式形式若干台接收机在一段时间里长期固定在某几个点上进行长时间的观测，这些测站称为基准站，在基准站进行观测的同时，另外一些接收机则在这些基准站周围相互之间进行同步观测。优点各基准站间基线向量精度高，可以作为整个GPS网的骨架。其余同步观测图形与各个基准站之间也存在有同步观测基线，图形结构强。适用范围C，D级网。多基准站式的布网形式基准站基准站基准站同步图形GPS网的布设>GPS网的布设>GPS网的布网方案③ GPS网的布网方案④同步图形扩展式形式多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测后，又迁移到其它的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同步图形，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连，整个GPS网由这些同步图形构成。优点扩展速度快，图形强度较高，且作业方法简单。适用范围C，D级网。同步图形的扩展GPS网的布设>GPS网的布设>GPS网的布网方案④ GPS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，在某个测站上连续开机观测，其余的接收机在此基准站观测期间，在其周围流动，每到一点就进行观测，流动的接收机之间一般不要求同步，这样，流动的接收机每观测一个时段，就与基准站间测得一条同步观测基线，所有这样测得的同步基线就形成了一个以基准站为中心得星形。优点效率高。缺点图形强度弱，可靠性低。适用范围D，E级网。单基准站式的布网GPS网的布设>GPS网的布设>GPS网的布网方案⑤ 调度方案①点连式形式相邻的同步图形间只通过一个公共点相连。优点作业效率高，图形扩展迅速。缺点图形强度低，如果连接点发生问题，将影响到后面的同步图形。点连式GPS网的布设>GPS网的布设>调度方案① 调度方案②边连式形式相邻的同步图形间有一条边（即两个公共点）相连。优点作业效率较高，图形强度较强。边连式GPS网的布设>GPS网的布设>调度方案② 调度方案③网连式形式相邻的同步图形间有3个（含3个）以上的公共点相连。优点图形强度最强。缺点作业效率低。网连式GPS网的布设>GPS网的布设>调度方案③ GPS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。同步图形的扩展GPS网的布设>GPS网的布设>GPS网作业进度图 第四节GPS网工程进度及费用估算GPS网的布设>GPS网工程进度及费用估算 重复设站次数定义：在同一测站上所进行观测的时段数。规范中规定了不同等级的网，每个测站的最少平均重复设站次数。GPS网的布设>GPS网工程进度及费用估算>重复设站次数 最少观测期数定义根据规范要求，布设一GPS网，需要观测的最少时段数。特性最少观测期数与网的等级、点的数量和用于观测的接收机的数量有关。计算公式：最少观测期数网的点数参与观测的接收机数最少平均重复设站次数GPS网的布设>GPS网工程进度及费用估算>最少观测期数 工程进度及费用估算用于估算工程进度最少观测期数/单天观测期数+机动天数用于估算外业观测作业成本观测天数单天成本GPS网的布设>GPS网工程进度及费用估算>工程进度及费用估算 第五节GPS网的必要独立基线GPS网的布设>GPS网的必要独立基线 定义及计算公式（P118）定义测定网中所有点的坐标所需要的独立基线的最少数量。计算公式对于一个只以已知点作为起算数据的网，其必要独立基线数可采用下式计算必要独立基线数网的总点数已知点的数量GPS网的布设>GPS网的必要独立基线>定义及计算公式 算例问某网由100个点构成，计划用4台接收机进行观测，如果要求平均重复设站次数不得低于2.0，问至少需要观测多少个时段，可测得多少独立基线，必要独立基线是多少？答：GPS网的布设>GPS网的必要独立基线>算例 第二部分GPS基线解算GPS基线解算 第一节概述GPS基线解算>概述 GPS基线解算的内涵定义利用多个测站的GPS同步观测数据，确定这些测站之间坐标差的过程观测值GPS载波相位观测值（主要）原始观测值差分观测值不同频率的组合观测值GPS伪距观测值（辅助）结果基线向量精度（中误差）及误差相关性信息（协因数阵）GPS基线解算>概述>GPS基线解算的内涵 GPS基线向量的表达方式地心地固坐标（ECEF）笛卡儿坐标系－(X,Y,Z)大地坐标系－(B,L,H)B：纬差；L：经差；H：大地高差站心地平坐标系直角坐标系－(N,E,U)N：北方向；E：东方向；U：垂直方向极坐标系－(S,A,H)S：距离；A：方位角；H：高度角GPS基线解算>概述>GPS基线向量的表达方式 基线解算的分类①基线解算的分类方法根据数学模型单基线解、多基线解、整体解（多站网解）根据观测值类型L1解、L2解、宽巷（Wide-lane）解、窄巷（Narrow-lane）解、无电离层影响（Iono-free）解根据所采用差分观测值的类型非（零）差解、单差解、双差解、三差解根据模糊度的确定情况浮动解、固定解GPS基线解算>概述>基线解算的分类① 基线解算的类型②根据数学模型分类单基线解（SingleBaseline/BaselineMode）数学模型按单一基线建立模型简单不顾及同一时段基线间的误差相关特性多基线解（MultipleBaseline/SessionMode）数学模型按时段建立，包括同一时段中一组独立基线模型较为复杂顾及同一时段基线间的误差相关特性整体解（多站网解）（CampaignMode）数学模型按整网建立，包括整网中相互独立基线模型最为严密顾及同一时段基线间的相关特性基线之间相互约束，结构强GPS基线解算>概述>基线解算的类型② 基线解算的类型③根据（主要）观测值类型分类L1解：L1载波相位L2解：L2载波相位宽巷（Wide-lane）解：宽巷组合观测值窄巷（Narrow-lane）解：窄巷组合观测值无电离层影响（Iono-free）解：无对流层影响（Iono-free）组合观测值GPS基线解算>概述>基线解算的类型③ 基线解算的类型④根据所采用差分观测值的类型非（零）差解：采用非（零）差观测值单差解：采用单差观测值双差解：采用双差观测值三差解：采用三差观测值根据模糊度的确定情况固定解（整数解）(Fixed)：模糊度被确定为整数浮动解（实数解）(Float)：模糊度未被确定为整数GPS基线解算>概述>基线解算的类型④ 第二节基线解算的基本原理GPS基线解算>基线解算的基本原理 基线解算的流程数据导入（观测值、星历、气象元素、测站信息等）数据预处理（周跳探测与修复、形成差分观测值）组成观测方程（待定参数包括基线向量、整周模糊度等）平差解算（待定参数包括基线向量、整周模糊度等）是否存在劣质观测值或小周跳剔除或修复是否能否确定整周模糊度参数否是确定基线向量的固定解确定基线向量的浮动解GPS基线解算>基线解算的基本原理>基线解算的流程 周跳的探测与应对方法周跳探测方法高次差/多项式拟合Geometry-free组合其它特别的方法应对方法修复标记，引入新的模糊度参数GPS基线解算>基线解算的基本原理>周跳的探测与应对方法 模糊度问题（双差）①整周未知数的确定的方法伪距法多普勒法（消去法）走走停停法（StopandGo）参数法（搜索法）经典方法FARALAMBDA...GPS基线解算>基线解算的基本原理>模糊度问题（双差）① 第三节基线解算的软件操作流程GPS基线解算>基线解算的软件操作流程 软件操作流程图数据准备（GPS观测数据、卫星星历、人工观测数据、先验数据等）处理控制参数设置（星历类型、截止高度角、周跳修复方法…）软件处理基线结果质量检验结束合格不合格GPS基线解算>基线解算的软件操作流程>软件操作流程图 基线解算结果的内容①解的类型（三差解，双差解，固定解，浮动解等）不同系统下的输入、输出坐标接收机的相关信息（如序列号等）坐标分量估值的标准偏差所有坐标参数（包括整周未知数参数等），的相关矩阵或方差-协方差阵卫星几何形状的信息（如RDOP值等）信号跟踪记录（数据记录时间、卫星、通道、信号质量等）GPS基线解算>基线解算的软件操作流程>基线解算结果的内容① 基线解算结果的内容②数据删除率，采样率，数据剔除准则星历内容综述，健康标志信息进行的数据预处理措施（如对流层模型）观测值改正数（残差Residual）结果统计检验结果整周未知数的确定结果解的质量综述GPS基线解算>基线解算的软件操作流程>基线解算结果的内容② 基线解算结果的作用是后续数据处理的观测值（GPS基线向量网平差的观测值）为进行基线向量解算结果质量控制提供素依据GPS基线解算>基线解算的软件操作流程>基线解算结果的作用 第四节基线解算阶段的质量控制GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制 概述①基线解算阶段质量控制的目的为后续的数据处理分析提供合格的基线向量结果。基线解算阶段质量控制的内容质量评定通过一系列的指标，对基线向量结果的质量进行评估，发现质量差（不合格的基线）。质量改善通过数据处理手段，提高基线向量结果的质量。GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>概述① 概述②衡量基线向量结果质量的方法原则全面性：多角度、多方面：精度、可靠性科学性：具有严格的理论根据可操作性：易于使用指导性：对工作具有指导作用评定指标相对指标–无法确切判定质量合格与否半相对半绝对指标–可确切判定质量是否不合格，却无法确切判定质量是否合格绝对指标–可确切判定质量合格与否GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>概述② 相对质量指标①单位权方差因子定义实质又称为参考因子一定程度地反映了观测值质量的优劣单位权方差因子观测值的残差观测值的权自由度GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>相对质量指标① 相对质量指标②观测值的RMS定义：观测值残差的均方根（RootMeanSquare）实质反映了观测值与参数估值间的符合程度一定程度地反映了观测值质量的优劣一般认为，RMS越小越好观测值的均方根误差观测值的残差观测值的数量GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>相对质量指标② 相对质量指标③数据删除率定义：在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，则需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总数的比值，就是所谓的数据删除率。实质：数据删除率从某一方面反映出了GPS原始观测值的质量。数据删除率越高，说明观测值的质量越差。GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>相对质量指标③ 在GPS测量中的“观测条件”指的是卫星星座的几何图形的分布和变化。通常，卫星数量越多、卫星分布越均匀、观测时间越长，观测条件越好。相对质量指标④RATIO定义实质反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，该值总大于等于1，值越大，可靠性越高。这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>相对质量指标④ 相对质量指标⑤RDOP定义：所谓RDOP值指的是在基线解算时待定参数的协因数阵的迹（）的平方根，即RDOP值的大小与基线位置和卫星在空间中的几何分布及运行轨迹（即观测条件）有关，当基线位置确定后，RDOP值就只与观测条件有关了，而观测条件又是时间的函数，因此，实际上对与某条基线向量来讲，其RDOP值的大小与观测时间段有关。实质：RDOP表明了GPS卫星的状态对相对定位的影响，即取决于观测条件的好坏，它不受观测值质量好坏的影响。GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>相对质量指标④ 半相对半绝对质量指标同步环闭合差定义由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差。特点：理论上：由于同步观测基线间具有一定的内在联系，同步环闭合差在理论上应总是为0。实践中：只要数学模型正确、数据处理无误，即使观测值质量不好，同步环闭合差将非常小。实质：若同步环闭合差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的若同步环闭合差没有超限，还不能说明组成同步环的所有基线在质量上均合格。GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>半相对半绝对质量指标 绝对质量指标①异步环闭合差定义由相互独立的基线所组成的闭合环的闭合差。实质异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量的质量是合格的。当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格。要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多个相邻的异步环或重复基线来判定。GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>绝对质量指标① 绝对质量指标②复测基线较差（重复基线互差）定义不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所谓重复基线。这些观测结果之间的差异，就是复测基线较差。实质复测基线较差满足限差要求时，则表明基线向量的质量是合格的。复测基线较差不满足限差要求时，则表明复测基线中至少有一条基线向量的质量不合格。要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多条复测基线来判定。GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>绝对质量指标② 规范要求①全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>规范要求① 规范要求②全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314–2001）GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>规范要求② 影响GPS基线解算结果的几个因素①基线解算时所设定的起点坐标不准确影响方式：导致基线向量发生偏差影响程度：少数卫星的观测时间太短影响方式：导致与该卫星有关的整周未知数固定困难影响程度：对于基线解算来讲，对于参与计算的卫星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话，就将严重影响整个基线解算结果的质量起点坐标的偏差GPS卫星轨道高度基线向量的偏差基线长度GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>影响GPS基线解算结果的几个因素① 影响GPS基线解算结果的几个因素②在整个观测时段中，有个别卫星或个别时间段周跳太多，致使周跳修复不完善影响方式：导致整周未知数固定困难影响程度：严重影响基线向量的质量在观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大影响方式：导致基线向量质量下降，严重时导致整周未知数固定困难影响程度随多路径效应的严重程度，对基线向量质量的影响程度有所不同多路径效应对基线向量的水平方向影响较大GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>影响GPS基线解算结果的几个因素② 影响GPS基线解算结果的几个因素③对流层折射影响或电离层折射影响较大影响方式：导致基线向量质量下降，严重时导致整周未知数固定困难影响程度随大气折射影响的严重程度，对基线向量质量的影响程度有所不同大气折射影响对基线向量的垂直方向影响较大其它因素卫星轨道误差较大数学模型问题：地球潮汐、地球自转、卫星姿态及天线相位中心问题等GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>影响GPS基线解算结果的几个因素③ 影响GPS基线解算结果因素的判别①基线起点坐标不准确的判别无明确的方法卫星观测时间短的判别通过卫星可见性图周跳通过残差图（残差跳跃）卫星可见性图上面3幅双差残差图表明SV12存在周跳GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>影响GPS基线解算结果因素的判别① 影响GPS基线解算结果因素的判别②多路径效应严重通过残差图（残差中部分区间成系统性变化，且呈现周日特征）对流层或电离层折射影响过大通过残差图（残差中部分区间成系统性变化，但无周日特征）受多路径效应或大气折射影响的残差图GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>影响GPS基线解算结果因素的判别② 改善GPS基线解算结果质量的方法①基线起点坐标不准确的应对方法使用坐标精度高的点作为起算点获取较为准确坐标的方法与已知点（IGS跟踪站）联测（可获得分米级以上精度的地心坐标）长时间单点定位（数小时单点定位，可获得米级精度的地心坐标）所有基线从一点或由该点衍生出的点起算基本起算点衍生点衍生点衍生点衍生点GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>改善GPS基线解算结果质量的方法① 改善GPS基线解算结果质量的方法②删卫星、截时段、改变截止高度角仅有个别卫星残差不正常时，可删卫星仅有个别子时段观测值残差不正常时，可截时段当在卫星起落部分的观测值残差不正常时，可改变截止高度角注意：以上方法都将减少有效的观测数据，从而减弱图形强度，一般不应大量地删除观测数据。GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>改善GPS基线解算结果质量的方法② 改善GPS基线解算结果质量的方法③改变其它控制参数数据删除标准－编辑因子RATIO之阈值－取消此阈值，用户根据结果判定模糊度固定正确与否大气折射延迟改正方法或模型当L2相位为全波长时，可尽量采用Iono-free组合消除电离层折射影响；当L2相位为半波长，对于短基线，可尝试仅使用L1单频数据处理对于对流层折射，可尝试不同的改正模型，以及天顶对流层延迟参数的估计方法（分段时间长度或随机过程的控制参数）…GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>改善GPS基线解算结果质量的方法③ 基线精化处理的注意事项①当观测值残差普遍较大，且具有一定系统性趋势时，不宜简单采用剔除观测值的方法GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>基线精化处理的注意事项① 基线精化处理的注意事项②采用Iono-free观测值将改善残差的系统性分布趋势，但残差将会显著增大，究竟是否采用，应根据具体情况决定GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>基线精化处理的注意事项②Iono-free单频L1 基线精化处理的注意事项③缩短天顶对流层估计的间隔将改善残差的系统性趋势，但不一定会改善成果，究竟是否采用，应根据具体情况决定周跳较多时，应采用修复的方法；反之，则采用参数估计的方法有时，浮动解要比固定解质量好GPS基线解算>基线解算阶段的质量控制>基线精化处理的注意事项③ 第三部分GPS网平差GPS网平差 第一节概述GPS网平差>概述 GPS基线向量的基准缺失GPS基线向量中所含基准信息方位（水平方位、垂直方位）基准和长度基准均为相对基准GPS基线向量的基准缺失缺少位置基准（绝对基准）GPS基线向量为一相对量ABGPS基线向量GPS网平差>概述>GPS基线向量的基准缺失 GPS网平差的内涵观测值基线向量及其精度和误差相关信息（参见基线向量解）结果待定点的坐标其它待定参数：尺度、旋转、运动速度各类精度指标：基线向量标准差，参数的精度及误差相关性，点位误差（椭圆）（绝对），基线误差（椭圆）（相对）作用发现剔除粗差确定待定点坐标及其它参数（在指定基准下）精度评定GPS网平差>概述>GPS网平差的内涵 GPS网平差的类型①根据进行平差的空间三维平差在三维空间中进行数学模型是严密的适用于任何网，特别是大规模的网二维平差在二维平面上进行将平面坐标分量与高程分量分离，忽略了两者之间的相关性，数学模型进行了一定的近似适用于小规模的网GPS网平差>概述>GPS网平差的类型① GPS网平差的类型②根据观测值和已知条件的情况无约束平差观测值全为GPS观测值已知条件不使网产生由非观测量所引其的变形约束平差观测值全为GPS观测值已知条件使网产生由非观测量所引其的变形联合平差观测观测值除了GPS观测值已外，还包括其它常规几何观测值GPS网平差>概述>GPS网平差的类型② 构网基线的选取基本原则独立基线构网基线选取方法选取独立基线选取基线应构成闭合图形选取合格基线尽量选取短基线GPS网平差>概述>构网基线的选取 第二节GPS网平差的基本数学模型*GPS网平差>GPS网平差的基本数学模型 GPS网平差的观测值①单基线解单条基线组网基线各基线向量间不存在误差相关性GPS网平差>GPS网平差的基本数学模型>GPS网平差的观测值① GPS网平差的观测值②多基线解单时段基线组单时段基线组单时段基线组中的基线单时段基线组中基线间的误差相关信息单时段基线组的方差阵单时段基线组中的基线是误差相关的GPS网平差>GPS网平差的基本数学模型>GPS网平差的观测值② GPS网平差的观测值③多基线解（续）组网基线不同时段的基线是误差不相关的GPS网平差>GPS网平差的基本数学模型>GPS网平差的观测值③ 第三节GPS网的三维无约束平差GPS网平差>GPS网的三维无约束平差 三维无约束平差的内涵定义平差在地心系下进行，平差时不引入使得GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部约束条件。作用：评定GPS网的内部符合精度，发现和剔除GPS观测值中可能存在的粗差得到GPS网中各个点在地心系（WGS-84/ITRF）系下经过了平差处理的三维空间坐标为将来可能进行的高程拟合，提供经过了平差处理的大地高（差）数据调整基线向量观测值的权GPS网平差>GPS网的三维无约束平差>三维无约束平差的内涵 三维无约束平差的质量控制①统计假设检验t检验方法目的：确定基线向量中是否存在粗差2检验方法目的观测值质量模型质量约束条件的相容性（在后续处理中使用）GPS网平差>GPS网的三维无约束平差>三维无约束平差的质量控制① 三维无约束平差的质量控制②质量控制质量评估残差距离中误差质量改进删除含粗差基线方差调整GPS网平差>GPS网的三维无约束平差>三维无约束平差的质量控制② 第四节GPS网的三维约束平差GPS网平差>GPS网的三维约束平差 GPS网三维约束平差的目的方法概述目的获取GPS网点在指定坐标系（参心系）下的坐标评定GPS网的外符合精度方法方法一：利用已知参心坐标计算参心系到地心系的转换关系，将已知的参心坐标转换到地心坐标系下，在地心系下进行平差，然后将平差结果转换到参心坐标系方法二：建立统一模型，直接在参心系下进行平差GPS网平差>GPS网的三维约束平差>GPS网三维约束平差的目的方法概述 空间坐标系间的转换关系①*布尔沙模型－七参数法GPS网平差>GPS网的三维约束平差>空间坐标系间的转换关系① 空间坐标系间的转换关系②*布尔沙模型－七参数法（续）GPS网平差>GPS网的三维约束平差>空间坐标系间的转换关系② 空间坐标系间的转换关系③*转换参数的确定原理通过公共点–具有两个不同坐标系坐标的点至少需要3个公共点将公共点的坐标差作为伪观测值，确定转换参数数学模型GPS网平差>GPS网的三维约束平差>空间坐标系间的转换关系③ 空间坐标系间的转换关系④*转换参数的确定（续）数学模型（续）GPS网平差>GPS网的三维约束平差>空间坐标系间的转换关系④ 三维约束平差的函数模型①*观测方程A坐标系为地心系B坐标系为参心系GPS网平差>GPS网的三维约束平差>三维约束平差的函数模型① 三维约束平差的函数模型②*观测方程（续）GPS网平差>GPS网的三维约束平差>三维约束平差的函数模型② 三维约束平差的函数模型③误差方程及约束条件GPS网平差>GPS网的三维约束平差>三维约束平差的函数模型③ 第五节GPS网平差的质量控制GPS网平差>利用GPS建立独立坐标系>GPS网平差的质量控制 观测值（基线向量）质量的检验①方法残差检验处理方法删除劣质基线基线对劣质基线降权GPS网平差>利用GPS建立独立坐标系>观测值（基线向量）质量的检验① 观测值（基线向量）质量的检验②规范要求GPS网平差>利用GPS建立独立坐标系>观测值（基线向量）质量的检验② 相邻点距离中误差的检验规范要求GPS网平差>利用GPS建立独立坐标系>相邻点距离中误差的检验 起算点质量的检验方法方差因子检验（2检验）检验约束平差的验后方差因子与无约束平差的验后方差因子是否一致。检查点法符合路线法GPS网平差>利用GPS建立独立坐标系>相邻点距离中误差的检验