GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理第二講

GPS測(cè)量與數(shù)據(jù)處理

第二部分河南工程學(xué)院土木工程系測(cè)繪教研室本講主要內(nèi)容GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備設(shè)計(jì)主要內(nèi)容GPS測(cè)量相關(guān)術(shù)語(yǔ)第一章GPS測(cè)量技術(shù)設(shè)計(jì)1.1技術(shù)設(shè)計(jì)依據(jù)測(cè)量任務(wù)書或測(cè)量合同書GPS測(cè)量規(guī)范及規(guī)程一、測(cè)量任務(wù)書或測(cè)量合同書內(nèi)容點(diǎn)位要求分布、密度、數(shù)量精度要求等級(jí)、點(diǎn)位誤差、相鄰點(diǎn)間距離誤差進(jìn)度要求提交成果的時(shí)間成果要求坐標(biāo)參照系、是否需要高程成果、提交資料的內(nèi)容二、GPS測(cè)量規(guī)范及規(guī)程全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范，GB/T18314-2001，國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，2001全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范，CH2001-92，國(guó)家測(cè)繪局，1992全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量型接收機(jī)檢定規(guī)程CH8016-1995全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程CJJ73-97，建設(shè)部，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，1997…二、GPS測(cè)量規(guī)范及規(guī)程三、其他規(guī)范及規(guī)程若暫無(wú)與工程相對(duì)應(yīng)的GPS規(guī)范時(shí)，可參照與該工程對(duì)應(yīng)的常規(guī)測(cè)量規(guī)范中的質(zhì)量要求，然后以此為依據(jù)，套用GPS規(guī)范。1.2技術(shù)設(shè)計(jì)原則一、技術(shù)設(shè)計(jì)的作用作為整個(gè)項(xiàng)目的作業(yè)依據(jù)，指導(dǎo)整個(gè)工程的進(jìn)行二、技術(shù)設(shè)計(jì)的基本要求GPS網(wǎng)布測(cè)前應(yīng)進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)，以得到最優(yōu)的布測(cè)方案；技術(shù)設(shè)計(jì)的格式、內(nèi)容、要求與審批程序按照測(cè)繪技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行三、GPS控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)考慮因素充分考慮GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍采用分級(jí)布網(wǎng)的方案考慮GPS測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn)成果采用的坐標(biāo)系統(tǒng)與起算數(shù)據(jù)一、技術(shù)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備目的、用途、范圍、精度、密度等根據(jù)任務(wù)的需求，收集測(cè)區(qū)范圍既有的國(guó)家三角網(wǎng)、導(dǎo)線點(diǎn)、天文重力水準(zhǔn)點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)和已有GPS站點(diǎn)的資料，包括點(diǎn)之記，網(wǎng)圖、成果表、技術(shù)總結(jié)等。收集測(cè)區(qū)范圍內(nèi)有關(guān)的地形圖、交通圖、及測(cè)區(qū)總體建設(shè)規(guī)劃和近期發(fā)展方面的資料等。技術(shù)設(shè)計(jì)前，應(yīng)對(duì)上述資料分析研究，必要時(shí)進(jìn)行實(shí)地勘察，然后進(jìn)行圖上設(shè)計(jì)。二、技術(shù)設(shè)計(jì)需要解決的問題測(cè)量的目的是什么精度和可靠性的要求已有哪些資料前面已開展過(guò)哪些測(cè)量工作本項(xiàng)目有哪些特點(diǎn)是否擁有進(jìn)行GPS測(cè)量的合適裝備網(wǎng)的定義：整個(gè)網(wǎng)的大小形狀，點(diǎn)的數(shù)量，已知點(diǎn)情況等已知點(diǎn)的分布，已知點(diǎn)的用途（檢查，加密，確定轉(zhuǎn)換參數(shù)）對(duì)水平和垂直測(cè)量的精度要求和標(biāo)準(zhǔn)。三、技術(shù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容項(xiàng)目來(lái)源介紹項(xiàng)目的來(lái)源、性質(zhì)。即項(xiàng)目由何單位、部門下達(dá)、發(fā)包，屬于何種性質(zhì)的項(xiàng)目。測(cè)區(qū)概況（自然地理概況，控制面積等）介紹測(cè)區(qū)的地理位置、氣候、人文、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、交通條件、通訊條件等。這可為今后工程施測(cè)工作的開展提供必要的信息。如在施測(cè)時(shí)作業(yè)時(shí)間、交通工具的安排，電力設(shè)備使用，通訊設(shè)備的使用。三、技術(shù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容工程概況介紹工程的目的、作用、要求、GPS網(wǎng)等級(jí)（精度）、完成時(shí)間、有無(wú)特殊要求等在進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)、實(shí)際作業(yè)和數(shù)據(jù)處理中所必須要了解的信息。技術(shù)依據(jù)（規(guī)范）介紹工程所依據(jù)的測(cè)量規(guī)范、工程規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)的技術(shù)要求等?，F(xiàn)有測(cè)繪成果（現(xiàn)有資料分析）介紹測(cè)區(qū)內(nèi)及與測(cè)區(qū)相關(guān)地區(qū)的現(xiàn)有測(cè)繪成果的情況。如已知點(diǎn)、測(cè)區(qū)地形圖等。三、技術(shù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（續(xù)）布測(cè)方案（方案設(shè)計(jì)）介紹測(cè)量采用的儀器設(shè)備的類型、采取的布網(wǎng)方法等。作業(yè)要求（技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)）規(guī)定選點(diǎn)埋石要求、外業(yè)觀測(cè)時(shí)的具體操作規(guī)程、技術(shù)要求等，包括儀器參數(shù)的設(shè)置（如采樣率、截止高度角等）、對(duì)中精度、整平精度、天線高的量測(cè)方法及精度要求等。三、技術(shù)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（續(xù)）觀測(cè)質(zhì)量控制介紹外業(yè)觀測(cè)的質(zhì)量要求，包括質(zhì)量控制方法及各項(xiàng)限差要求等。如數(shù)據(jù)刪除率、RMS值、RATIO值、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差、相鄰點(diǎn)相對(duì)中誤差、點(diǎn)位中誤差等。數(shù)據(jù)處理方案詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理方案，包括基線解算和網(wǎng)平差處理所采用的軟件和處理方法等內(nèi)容。提交成果要求術(shù)語(yǔ)基線baseline基線一般由兩個(gè)進(jìn)行了同步觀測(cè)的測(cè)站所構(gòu)成。歷元epochGPS接收機(jī)記錄數(shù)據(jù)的時(shí)刻。有時(shí)也用于表示觀測(cè)間隔或采集數(shù)據(jù)的頻率。兩相鄰歷元間的時(shí)間間隔就叫采樣率或采樣間隔（interval）。術(shù)語(yǔ)參考站（基準(zhǔn)站，基站）在一定的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，一臺(tái)或幾臺(tái)接收機(jī)分別固定在一個(gè)或幾個(gè)測(cè)站上，一直保持跟蹤觀測(cè)衛(wèi)星，其余接收機(jī)在這些測(cè)站的一定范圍內(nèi)流動(dòng)設(shè)站作業(yè)，這些固定的測(cè)站就稱為參考站。流動(dòng)站在參考站的一定范圍內(nèi)流動(dòng)作業(yè)的接收機(jī)所設(shè)立的測(cè)站。術(shù)語(yǔ)觀測(cè)單元observationunit快速靜態(tài)定位測(cè)量時(shí)，參考站從開始至停止接收衛(wèi)星信號(hào)連續(xù)觀測(cè)的時(shí)間段。GPS靜態(tài)定位測(cè)量staticGPSpositioning通過(guò)多個(gè)測(cè)站上進(jìn)行若干時(shí)間同步觀測(cè)，確定測(cè)站之間相對(duì)位置的GPS定位測(cè)量。GPS快速靜態(tài)定位測(cè)量rapidstaticGPSpositioning利用快速整周模糊度解算法原理所進(jìn)行的GPS靜態(tài)定位測(cè)量術(shù)語(yǔ)永久性跟蹤站permanenttrackingstation長(zhǎng)期連續(xù)跟蹤接收GPS衛(wèi)星信號(hào)的永久性地面觀測(cè)站。截止高度角接收機(jī)所跟蹤衛(wèi)星的最低高度角，一般在10°以上。較高的截止高度角有利于防止大氣層的影響及附近物體的多路徑影響。天線高antennaheight觀測(cè)時(shí)接收機(jī)天線相位中心至測(cè)站中心標(biāo)志面的垂直高度。術(shù)語(yǔ)觀測(cè)時(shí)段從測(cè)站上開始接收衛(wèi)星信號(hào)起至停止接收衛(wèi)星信號(hào)間的連續(xù)工作的時(shí)間段是GPS測(cè)量的基本單位時(shí)段長(zhǎng)度觀測(cè)時(shí)段所持續(xù)的時(shí)間術(shù)語(yǔ)同步觀測(cè)兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的GPS接收機(jī)對(duì)同一組衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行的觀測(cè)基線向量利用進(jìn)行同步觀測(cè)的接收機(jī)所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出的接收機(jī)間的三維坐標(biāo)差與計(jì)算時(shí)所采用的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)同屬一個(gè)系統(tǒng)GPS基線向量網(wǎng)采用GPS技術(shù)布設(shè)的測(cè)量控制網(wǎng)，由GPS點(diǎn)和基線向量所構(gòu)成術(shù)語(yǔ)同步觀測(cè)基線定義利用同一時(shí)段的多個(gè)同步觀測(cè)站所采集的觀測(cè)數(shù)據(jù)所計(jì)算出的若干基線向量一個(gè)時(shí)段中，同步觀測(cè)基線的數(shù)量若在某時(shí)段共有n臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行了同步觀測(cè)，則共可得到=n(n-1)/2條同步觀測(cè)基線n=2n=3n=4n=5術(shù)語(yǔ)閉合環(huán)由多條基線向量首尾相連所構(gòu)成的圖形n=3n=5由3條（5條）基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)術(shù)語(yǔ)環(huán)閉合差閉合差：組成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）的矢量和分量閉合差：組成閉合環(huán)的基線向量按同一方向（順時(shí)針或逆時(shí)針）矢量的各個(gè)分量的和全長(zhǎng)閉合差：分量閉合差的平方和開方術(shù)語(yǔ)環(huán)的閉合差分量閉合差全長(zhǎng)閉合差術(shù)語(yǔ)同步觀測(cè)環(huán)（同步環(huán)）三臺(tái)或三臺(tái)以上的GPS接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)所獲得的基線向量（完全由同一觀測(cè)時(shí)段的基線向量）所構(gòu)成的閉合環(huán)第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第二時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段同步環(huán)與非同步環(huán)術(shù)語(yǔ)同步環(huán)檢驗(yàn)定義：檢驗(yàn)同步環(huán)的閉合差大小特性理論上：采用嚴(yán)密算法所得到的同步環(huán)，無(wú)論觀測(cè)值中是否含有誤差，其環(huán)閉合差必為零。（構(gòu)成同步環(huán)的基線向量之間是線性相關(guān)的）實(shí)踐中：如果算法不嚴(yán)密（目前大多數(shù)的商用軟件均屬于此種情況），其環(huán)閉合差通常不為零，但通常很小結(jié)論：同步環(huán)閉合差很小，還不能說(shuō)明基線解算結(jié)果一定能夠滿足精度要求術(shù)語(yǔ)獨(dú)立基線向量定義：線性無(wú)關(guān)的一組基線向量滿足下面條件之一的為獨(dú)立基線向量未構(gòu)成閉合環(huán)的一組基線向量（例如：一條基線向量，未構(gòu)成閉合環(huán)的一組同步觀測(cè)基線）雖構(gòu)成了閉合環(huán)，但并非所有基線都來(lái)自同一觀測(cè)時(shí)段提示完全由同步觀測(cè)基線所構(gòu)成的閉合環(huán)之間是線性相關(guān)的，是一組非獨(dú)立基線向量GPS網(wǎng)應(yīng)由相互獨(dú)立的基線向量構(gòu)成GPS獨(dú)立邊的選擇同步圖形中獨(dú)立GPS邊的選擇獨(dú)立基線的選擇具有一定的任意性。參加同步觀測(cè)的儀器越多，選取獨(dú)立基線的方式便迅速增加。N=2n=1N=3n=2GPS獨(dú)立邊的選擇N=4時(shí)，獨(dú)立基線向量的可能選取方式術(shù)語(yǔ)獨(dú)立觀測(cè)環(huán)（異步環(huán)）independentobservationloop由相互函數(shù)獨(dú)立(線性無(wú)關(guān))的基線向量所構(gòu)成的閉合環(huán)。(非同步環(huán))由非同步觀測(cè)所獲得的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)。獨(dú)立環(huán)與非獨(dú)立環(huán)第一時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段第二時(shí)段第一時(shí)段第一時(shí)段術(shù)語(yǔ)異步環(huán)（獨(dú)立環(huán)）為了確保GPS觀測(cè)成果的可靠性，有效地發(fā)現(xiàn)觀測(cè)成果中的粗差，必須使GPS網(wǎng)中不同時(shí)段獲得的獨(dú)立邊構(gòu)成一定的閉合圖形。這種幾何圖形，可以是由數(shù)條GPS獨(dú)立邊構(gòu)成的非同步多邊形，如三角形，四邊形，五變形、….。GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)，也就是根據(jù)對(duì)所布設(shè)的GPS網(wǎng)的精度要求和其它方面的要求，設(shè)計(jì)出由獨(dú)立GPS邊構(gòu)成的多邊形網(wǎng)。異步環(huán)（獨(dú)立環(huán)）的構(gòu)成N臺(tái)GPS接收機(jī)同步觀測(cè)一個(gè)時(shí)段可得到（N-1）條