gps測量數(shù)據(jù)處理

1、1,GPS測量與數(shù)據(jù)處理,黃勁松武漢大學 測繪學院,2,第六章 GPS基線解算,3,本章內容,概述基線解算模式基線解算的過程及結果基線解算的質量控制,4,1. 概述,5,GPS測量數(shù)據(jù)處理的流程,,,,,,,,,四個階段：1. 數(shù)據(jù)傳輸2. 格式轉換（可選）3. 基線處理4. 網平差,,6,2. 基線解算模式,7,基線向量解,基線邊長與基線向量,基線邊長（左）與基線向量（右）,8,基線向量解,基線向量的表達方式空間直角

2、坐標的坐標差大地坐標的坐標差站心地平坐標的坐標差,,,,9,,同步觀測基線間的誤差相關性,,,提示：由于在計算AB、AC兩條基線向量時，均用到了A點的觀測數(shù)據(jù)，因而A點觀測數(shù)據(jù)中的誤差將同時對這些基線產生影響。,10,基線解算模式,單基線解/基線模式多基線解/時段模式整體解/戰(zhàn)役模式,,,,11,單基線解/基線模式①,解算方法一次僅同時提取兩臺GPS接收機的同步觀測數(shù)據(jù)進行基線解算。特點每條基線都是在一個獨立的解算過程

3、中完成模型簡單，參數(shù)較少，計算量小解算結果無法反映同步觀測基線間的誤差相關性無法充分利用觀測數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)性適用范圍一般工程應用,,,,12,單基線解/基線模式②,基線解結果基線向量估值基線向量估值的方差-協(xié)方差陣,,,,,,13,多基線解/時段模式①,解算方法一次提取一個觀測時段中所有進行同步觀測的n臺接收機所采集的同步觀測數(shù)據(jù)，在一個單一解算過程中共同解求出所有n - 1條相互函數(shù)獨立的基線。特點數(shù)學模型嚴密，

4、能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計相關性數(shù)學模型和解算過程比較復雜，計算量較大適用范圍對質量要求嚴格的應用,,,,14,多基線解/時段模式②,基線選擇方法,,,,,,射線法（左）和導線法（右）,15,多基線解/時段模式③,基線解結果基線向量估值基線向量估值的方差-協(xié)方差陣,,,,,,,,16,整體解/戰(zhàn)役模式,解算方法一次提取項目整個觀測過程中所有觀測數(shù)據(jù)，在一個單一解算過程中同時對它們進行處理，得出所有獨立基線。特點數(shù)學模

5、型嚴密，能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計相關性避免了結果在幾何上的不一致性數(shù)學模型和解算過程復雜，計算量大適用范圍高精度定位、定軌,,,,17,3. 基線解算的過程及結果,18,基線解算的過程,,19,基線解算的結果①,數(shù)據(jù)記錄情況起止時刻、歷元間隔、觀測衛(wèi)星、歷元數(shù)測站信息位置（經度、緯度、高度）、所采用接收機的序列號、所采用天線的序列號、測站編號、天線高每一測站在測量期間的衛(wèi)星跟蹤狀況氣象數(shù)據(jù)氣壓、溫度、濕度,20,

6、基線解算的結果②,基線解算控制參數(shù)設置星歷類型，截止高度角、解的類型、對流層折射的處理方法、電離層折射的處理方法、周跳處理方法等基線向量估值及其統(tǒng)計信息基線分量、基線長度、基線分量的方差-協(xié)方差陣/協(xié)因數(shù)陣、觀測值殘差RMS、整周模糊度解方差的比值（RATIO值）、單位權方差因子（參考方差）觀測值殘差序列,21,4. 基線解算的質量控制,22,質量指標的類型,控制指標特點：基于測量規(guī)范，在工程應用中，控制指標必須滿足，指標：

7、數(shù)據(jù)剔除率，復測基線長度較差，同步環(huán)閉合差，獨立（異步）環(huán)閉合差，網無約束平差基線向量改正數(shù)（殘差）參考指標特點： 基于統(tǒng)計學原理，不作為判定質量是否合格的依據(jù)指標：單位權方差（參考方差），RATIO值，RDOP值，觀測值殘差的RMS,23,質量的控制指標 ①,數(shù)據(jù)剔除率定義被刪除觀測值的數(shù)量與觀測值的總數(shù)的比值作用從某一方面反映出了GPS原始觀測值的質量，數(shù)據(jù)刪除率越高，說明觀測值的質量越差。 要求根據(jù)GB/T 18

8、314—2009，同一時段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率宜小于10%,24,質量的控制指標 ②,同步環(huán)閉合差 定義由同步觀測基線所組成的閉合環(huán)的閉合差 作用若超限，則說明組成同步環(huán)的基線中至少存在一條基線向量是錯誤的，但反過來，若未超限，還不能說明組成同步環(huán)的所有基線在質量上均合格。 要求根據(jù)GB/T 18314—2009，,,,25,質量的控制指標 ③,獨立環(huán)閉合差 定義由獨立觀測基線所組成的閉合環(huán)的閉合差，也被稱為異步環(huán)閉合差

9、作用若滿足限差要求，則表明組成獨立環(huán)的基線向量質量合格；若不滿足限差要求，則表明組成獨立環(huán)的基線向量中至少有一條的質量不合格，要確定不合格基線，可以通過多個相鄰的獨立環(huán)或重復基線來進行。 要求根據(jù)GB/T 18314—2009，,,,,26,質量的控制指標 ⑤,復測基線長度較差 定義不同觀測時段，對同一條基線的觀測結果，就是所謂復測基線。這些觀測結果之間的差異，就是復測基線較差。 作用當其超限時，就表明復測基線中一定存在

10、質量不滿足要求的基線。通過一條基線三次以上的重復觀測結果，通常能夠確定出存在質量問題的基線解算結果。 要求根據(jù)GB/T 18314—2009，,,,,,,27,質量的控制指標 ⑥,網無約束平差基線向量殘差 作用若無約束平差基線分量改正數(shù)超出限差要求，則認為所對應基線向量或其附近的基線向量可能存在質量問題。 要求根據(jù)GB/T 18314—2009，,,,,,,28,質量的控制指標 ⑦,其他GB/T 18314—2009還專門

11、針對A和B級高等級GPS測量的數(shù)據(jù)處理制訂了專門的質量控制指標重復性 各時段間的較差檢驗 獨立閉合環(huán)或附合路線坐標分量閉合差,,,,,,,,,,,29,質量的控制指標⑧,規(guī)范對基線測量中誤差的要求在GB/T 18314—2001中，規(guī)定由相應級別所規(guī)定的GPS網相鄰點基線長度精度及實際平均邊長計算在GB/T 18314—2009中，規(guī)定由外業(yè)觀測時所采用的GPS接收機的標稱精度及實際平均邊長計算,30,質量的參考指標①,單位權

12、方差（參考方差/Reference Variance）定義實質一定程度地反映了觀測值質量的優(yōu)劣,,參考方差,觀測值的殘差,觀測值的權,自由度,31,質量的參考指標②,觀測值殘差的RMS定義： 觀測值殘差的RMS（Root Mean Square/均方根）實質反映了觀測值與參數(shù)估值間的符合程度一定程度地反映了觀測值質量的優(yōu)劣一般認為，RMS越小越好,,,觀測值的均方根誤差,觀測值的殘差,觀測值的數(shù)量,,32

13、,質量的參考指標③,RATIO定義實質反映了所確定出的整周未知數(shù)參數(shù)的可靠性，該值總大于等于1，值越大，可靠性越高。這一指標取決于多種因素，既與觀測值的質量有關，也與觀測條件（衛(wèi)星星座的幾何圖形的分布和變化）的好壞有關。,,,,,33,質量的參考指標④,RDOP定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時待定參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣的跡的平方根，即實質：RDOP值的大小與基線位置和衛(wèi)星在空間中的幾何分布及運行軌跡（即觀測條件）有關，當

14、基線位置確定后，RDOP值就只與觀測條件有關了，而觀測條件又是時間的函數(shù)，因此，對于某條基線， 其RDOP值大小與觀測時間段有關。RDOP表明了GPS衛(wèi)星的狀態(tài)對相對定位的影響，即取決于觀測條件的好壞，它不受觀測值質量好壞的影響。,,,,,,,34,影響基線解算結果的因素①,基線解算時所設定的起點坐標不準確影響方式：導致基線向量發(fā)生偏差影響程度：,,,,,,,起點坐標的偏差,GPS衛(wèi)星軌道高度,基線向量的偏差,基線長度,,35,影

15、響基線解算結果的因素②,少數(shù)衛(wèi)星的觀測時間太短影響方式：導致與該衛(wèi)星有關的整周未知數(shù)固定困難影響程度：對于基線解算來講，對于參與計算的衛(wèi)星，如果與其相關的整周未知數(shù)沒有準確確定的話，就將嚴重影響整個基線解算結果的質量,,,,,,,36,影響基線解算結果的因素③,在整個觀測時段中，有個別衛(wèi)星或個別時間段周跳太多，致使周跳修復不完善影響方式：導致整周未知數(shù)固定困難影響程度：嚴重影響基線向量的質量,,,,,,,,37,影響基線解算結果

16、的因素④,在觀測時段內，多路徑效應比較嚴重，觀測值的改正數(shù)普遍較大影響方式：導致基線向量質量下降，嚴重時導致整周未知數(shù)固定困難影響程度隨多路徑效應的嚴重程度，對基線質量的影響將有所不同多路徑效應對基線向量的水平方向影響較大,,,,,,,38,影響基線解算結果的因素⑤,對流層折射影響或電離層折射影響較大影響方式：導致基線向量質量下降，嚴重時導致整周未知數(shù)固定困難影響程度隨大氣折射影響的嚴重程度，對基線質量的影響將有所不同大

17、氣折射影響對基線向量的垂直方向影響較大其它因素衛(wèi)星軌道誤差較大數(shù)學模型問題：地球潮汐、地球自轉、衛(wèi)星姿態(tài)及天線相位中心問題等,,,,,,,39,基線的精化處理方法①,基線起點坐標不準確的應對方法使用坐標精度高的點作為起算點獲取較為準確坐標的方法（兩種）與已知點（IGS跟蹤站）聯(lián)測（可獲得分米級以上精度的地心坐標）長時間單點定位（數(shù)小時單點定位，可獲得米級精度的地心坐標）所有基線從一點或由該點衍生出的點起算,,,,,,,,

18、,,,,,,,,,基本起算點,衍生點,衍生點,衍生點,衍生點,40,基線的精化處理方法②,衛(wèi)星的觀測時間太短的應對方法刪除該衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，不讓其參與基線解算周跳的應對方法在發(fā)生周跳處增加新的模糊度參數(shù)刪除周跳嚴重的時間段的方法多路徑誤差的應對方法縮小編輯因子的方法來剔除殘差較大的觀測值刪除多路徑誤差嚴重的時間段或衛(wèi)星的數(shù)據(jù),41,基線的精化處理方法③,對流層或電離層折射影響過大的應對方法提高截止高度角，剔除易受對流層或