GPS測量與數(shù)據(jù)處理第九講

GPS測量與數(shù)據(jù)處理

第九講河南工程學院土木工程系測繪教研室第四節(jié) 基線解算階段的質(zhì)量控制質(zhì)量的定義產(chǎn)品或工作的優(yōu)劣程度GPS測量產(chǎn)品質(zhì)量的內(nèi)涵精度可靠性質(zhì)量≠精度質(zhì)量=精度+可靠性質(zhì)量控制及其內(nèi)容質(zhì)量控制的定義一種用來確保生產(chǎn)出的產(chǎn)品保持合乎規(guī)定水平的系統(tǒng)GPS測量產(chǎn)品質(zhì)量控制的內(nèi)容質(zhì)量評價（評定質(zhì)量的指標）質(zhì)量改善（提高質(zhì)量的方法）GPS網(wǎng)質(zhì)量的兩個方面精度基線向量改正數(shù)的大小基線向量的重復性閉合差的大小附合差的大小相鄰點距離中誤差的大小點位中誤差大小可靠性可探測出的觀測值中粗差的大小觀測值中殘余粗差對結(jié)果影響的大小衡量精度的指標質(zhì)量指標控制指標（必須滿足，需要用戶來判斷）同步環(huán)閉合差異步環(huán)閉合差復測基線較差參考指標（用于參考，不作要求，軟件能自動判斷）參考因子（

）均方根誤差（RMS）確定模糊度時的RMS比值（RATIO值）控制指標是依據(jù)應用要求得出的參考指標是依據(jù)統(tǒng)計原理得出的質(zhì)量的參考指標某些軟件采用質(zhì)量的參考指標對基線進行質(zhì)量控制基線質(zhì)量控制的目的和內(nèi)容基線質(zhì)量控制的目的為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理分析提供合格的基線向量結(jié)果?；€質(zhì)量控制的內(nèi)容質(zhì)量評定通過一系列的指標，對基線向量結(jié)果的質(zhì)量進行評估，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量差（不合格的基線）。質(zhì)量改善通過數(shù)據(jù)處理手段，提高基線向量結(jié)果的質(zhì)量。基線處理前的質(zhì)量控制天線高檢查（野外、室內(nèi)，數(shù)值的合理性，量取方式等）測站信息檢查（點名、點號，觀測時間等）對導入的數(shù)據(jù)進行確認評定基線質(zhì)量的指標相對指標特點：僅具參考意義指標：觀測值的參考因子，觀測值殘差的RMS，RATIO，數(shù)據(jù)刪除率半絕對指標特點：能用于判定基線是否不合格，但不能用于判定基線是否合格指標：同步環(huán)閉合差絕對指標特點：可用于判定基線是否合格指標：獨立環(huán)閉合差，復測基線較差相對指標①觀測值的參考因子定義實質(zhì)：一定程度地反映了觀測值質(zhì)量的優(yōu)劣相對指標②觀測值殘差的RMS定義：觀測值殘差的RMS（RootMeanSquare/均方根）實質(zhì)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(zhì)量的優(yōu)劣一般認為，RMS越小越好相對指標③數(shù)據(jù)刪除率定義：在基線解算時，如果觀測值的改正數(shù)大于某一個閾值時，則認為該觀測值含有粗差，則需要將其刪除。被刪除觀測值的數(shù)量與觀測值的總數(shù)的比值，就是所謂的數(shù)據(jù)刪除率。實質(zhì)：數(shù)據(jù)刪除率從某一方面反映出了GPS原始觀測值的質(zhì)量。數(shù)據(jù)刪除率越高，通常表明觀測值的質(zhì)量越差。同一時段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率，其值宜小于10%相對指標④RATIO定義實質(zhì)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(zhì)量有關(guān)，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(guān)。判斷依據(jù)：一般來說，RATIO值越大越好。RATIO=RMS次最小

/RMS

最小相對指標⑤RDOP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(zhì)：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(guān)，當基線位置確定后，RDOP值就只與觀測條件有關(guān)了，而觀測條件又是時間的函數(shù)，因此，實際上對與某條基線向量來講，其RDOP值的大小與觀測時間段有關(guān)。RDOP表明了GPS衛(wèi)星的狀態(tài)對相對定位的影響RDOP=(tr(Q))1/2半絕對指標同步環(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。特點理論上：由于同步觀測基線間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，同步環(huán)閉合差在理論上應總是為0。實踐中：只要數(shù)學模型正確、數(shù)據(jù)處理無誤，即使觀測值質(zhì)量不好，同步環(huán)閉合差將非常小。實質(zhì)若同步環(huán)閉合差超限，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若同步環(huán)閉合差沒有超限，還不能說明組成同步環(huán)的所有基線在質(zhì)量上均合格。絕對質(zhì)量指標①異步環(huán)閉合差定義由相互獨立的基線所組成的閉合環(huán)的閉合差。實質(zhì)異步環(huán)閉合差滿足限差要求時，則表明組成異步環(huán)的基線向量的質(zhì)量是合格的。當異步環(huán)閉合差不滿足限差要求時，則表明組成異步環(huán)的基線向量中至少有一條基線向量的質(zhì)量不合格。要確定出哪些基線向量的質(zhì)量不合格，可以通過多個相鄰的異步環(huán)或重復基線來判定。絕對質(zhì)量指標①異步環(huán)閉合差限值根據(jù)環(huán)閉合差判斷基線質(zhì)量示例

在某GPS網(wǎng)中（如下圖-3所示），

檢驗了4個最簡獨立環(huán)，某分量的

環(huán)閉合差分別為：環(huán)①=0.050m；

環(huán)②=0.002m；環(huán)③=0.053m；

環(huán)④=-0.002m；環(huán)1->2->3->6->8->

->7->6->4->1=-0.003m，

如果要求環(huán)閉合差要小于0.01m，

試判斷哪條基線最有可能有問題。絕對質(zhì)量指標②復測基線較差（重復基線互差）定義不同觀測時段，對同一條基線的觀測結(jié)果，就是所謂重復基線。這些觀測結(jié)果之間的差異，就是復測基線較差。實質(zhì)復測基線較差滿足限差要求時，則表明基線向量的質(zhì)量是合格的。復測基線較差不滿足限差要求時，則表明復測基線中至少有一條基線向量的質(zhì)量不合格。要確定出哪些基線向量的質(zhì)量不合格，可以通過多條復測基線來判定。限差相應級別規(guī)定的精度（按實際平均邊長計算）絕對質(zhì)量指標

觀測值的殘差定義：觀測值的殘差，即各觀測值與其平差值之差。實質(zhì)理論上，載波相位觀測精度為1%周，即L1波段信號觀測誤差只有2mm左右。因而當偶然誤差達到1cm時應認為觀測值質(zhì)量存在問題。殘差主要是由觀測值的偶然誤差和系統(tǒng)誤差殘余部分的影響而產(chǎn)生的。觀測值殘差分布不合理將體現(xiàn)在平差后的單位權(quán)中誤差估值上，一般要求在0.05周以下。絕對質(zhì)量指標

重復基線重復性R的計算公式：規(guī)范要求①規(guī)范要求②第五節(jié)影響基線質(zhì)量的因素不影響GPS網(wǎng)質(zhì)量的因素①GPS網(wǎng)中點的質(zhì)量與點位分布無關(guān)不影響GPS網(wǎng)質(zhì)量的因素②網(wǎng)的形狀對GPS網(wǎng)的質(zhì)量沒有直接影響影響GPS網(wǎng)質(zhì)量的因素觀測值的精度由觀測方法和基線處理方法決定起算數(shù)據(jù)的質(zhì)量、數(shù)量、分布及與網(wǎng)的關(guān)系由網(wǎng)的設(shè)計和外業(yè)觀測調(diào)度決定網(wǎng)的結(jié)構(gòu)（基線向量的數(shù)量及配置）由網(wǎng)的設(shè)計和外業(yè)觀測調(diào)度決定數(shù)學模型的完備性由數(shù)據(jù)處理軟件決定外業(yè)觀測工作，如對中、量高、天線定向等由外業(yè)作業(yè)人員決定影響GPS基線解算質(zhì)量的因素基線解算時所設(shè)定的起點坐標不準確；少數(shù)衛(wèi)星的觀測時間太短，導致這些衛(wèi)星的整周未知數(shù)無法準確確定；在整個觀測時段里，有個別時間段或個別衛(wèi)星周跳太多，致使周跳無法完全修復；在觀測時段內(nèi)，多路徑效應比較嚴重，觀測值的改正數(shù)普遍較大；對流層折射或電離層折射影響太大；觀測時段內(nèi)衛(wèi)星幾何圖形強度不好；影響基線質(zhì)量的因素①基線解算時所設(shè)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：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(guān)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(guān)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(jié)果的質(zhì)量基準站坐標誤差對基線的影響基準站的誤差最不利的情況下的影響值1km10km100km1000km20m1mm10mm100mm1000mm2m0.1mm1mm10mm100mm0.2m0.01mm0.1mm1mm10mm0.02m0.001mm0.01mm0.1mm1mm對策

對于短基線（<10km），其基準站坐標精度應優(yōu)于1m。只需將基準站與國家A、B級網(wǎng)聯(lián)測半小時即可得到。

對于中長基線（<100km），其基準站坐標精度應優(yōu)于0.1m。應取國家A級網(wǎng)點作為基準點，并應與國家A級網(wǎng)點同步聯(lián)測24小時以上。

對于長基線（>100km），其基準站坐標精度應優(yōu)于0.05m。應取全球站作為基準站，并應與全球站聯(lián)測48小時以上。對策

對于整個GPS網(wǎng)，在進行基線解算時，應采用一個或一組測站的坐標，作為固定或松馳的坐標基準。并應先從有已知基準站的同步觀測網(wǎng)開始解算，然后用推算得到的未知測站的坐標作為基準來解算相鄰的同步觀測網(wǎng)，乃至整個GPS形變監(jiān)測網(wǎng)。影響基線質(zhì)量的因素②

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(zhì)量

在觀測時段內(nèi)，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(zhì)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(zhì)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影響基線質(zhì)量的因素③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(zhì)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(zhì)量的影響將有所不同大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(zhuǎn)、衛(wèi)星姿態(tài)及天線相位中心問題等影響基線質(zhì)量的因素④坐標參考框架系統(tǒng)的變化量對基線分量的影響坐標參考框架系統(tǒng)的變化量最不利情況下對基線分量的影響值50km100km150km平移0.5m1mm2mm3mm尺度0.05×10－63mm6mm9mm定向0.02"6mm12mm18mm影響基線質(zhì)量的因素⑤星歷誤差對不同長度基線的影響軌道的精度最不利的情況下的影響值1km10km100km1000km25m0.25mm2.5mm25mm250mm5m0.05mm0.5mm5mm50mm0.5m0.005mm0.05mm0.5mm5mm0.05m0.0005mm0.005mm0.05mm0.5mm影響基線質(zhì)量因素的判別①基線起點坐標不準確的判別無明確的方法衛(wèi)星觀測時間短的判別通過衛(wèi)星可見性圖影響基線質(zhì)量因素的判別②周跳通過殘差圖（殘差跳躍）上面3幅雙差殘差圖表明SV12存在周跳影響基線質(zhì)量因素的判別

多路徑效應嚴重通過殘差圖（殘差中部分區(qū)間成系統(tǒng)性變化，且呈現(xiàn)周日特征）對流層或電離層折射影響過大通過殘差圖（殘差中部分區(qū)間成系統(tǒng)性變化，但無周日特征）影響基線質(zhì)量因素的判別

受多路徑效應或大氣折射影響的殘差圖影響基線質(zhì)量因素的判別

多路徑效應嚴重、對流層或電離層折射影響過大的判別：通過分析觀測值的殘差來判別改善基線質(zhì)量的方法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（跟蹤站）聯(lián)測（可獲得分米級以上的地心坐標）長時間單點定位（數(shù)小時單點定位，可獲得米級的地心坐標）所有基線從一點或由該點衍生出的點起算改善基線質(zhì)量的方法②刪衛(wèi)星、截時段、改變截止高度角僅有個別衛(wèi)星殘差不正常時，可刪衛(wèi)星僅有個別子時段觀測值殘差不正常時，可截時段當在衛(wèi)星起落部分的觀測值殘差不正常時，可改變截止高度角注意：以上方法都將減少有效的觀測數(shù)據(jù)，從而減弱圖形強度，一般不應大量地刪除觀測數(shù)據(jù)。改善基線質(zhì)量的方法③改變其它控制參數(shù)數(shù)據(jù)刪除標準－編輯因子RATIO之閾值－取消此閾值，用戶根據(jù)結(jié)果判定模糊度固定正確與否大氣折射延遲改正方法或模型當L2相位為全波長時，可盡量采用Iono-free組合消除電離層折射影響；當L2相位為半波長，對于短基線，可嘗試僅使用L1單頻數(shù)據(jù)處理對于對流層折射，可嘗試不同的改正模型，以及天頂對流層延遲參數(shù)的估計方法（分段時間長度或隨機過程的控制參數(shù)）改善基線質(zhì)量的方法④基線解算時所設(shè)定的起點坐標不準確設(shè)定較準確的起點坐標，采用同一點或同一點的衍生點起算少數(shù)衛(wèi)星的觀測時間太短，導致這些衛(wèi)星的整周未知數(shù)無法準確確定剔除觀測時間太短的衛(wèi)星整個觀測時段里，有個別時間段或個別衛(wèi)星周跳太多，致使周跳無法完全修復剔除周跳多的衛(wèi)星，截去周跳多的時間段觀測時段內(nèi)，多路徑效應比較嚴重，觀測值的改正數(shù)普遍較大剔除受多路徑影響嚴重的觀測值對流層折射或電離層折射影響太大提高截止高度角，模型改正、采用Iono-Free觀測值基線精化處理的主要方法(stop)截取處理時段改變衛(wèi)星截止高度角選擇合