GPS測量與數(shù)據(jù)處理第五講

GPS測量與數(shù)據(jù)處理

第五講河南工程學(xué)院土木工程系測繪教研室3.5GPS外業(yè)觀測(數(shù)據(jù)采集)GPS靜態(tài)測量外業(yè)觀測準(zhǔn)備外業(yè)觀測數(shù)據(jù)檢核技術(shù)總結(jié)編寫與提交資料一、準(zhǔn)備工作主要內(nèi)容:實(shí)地了解測區(qū)情況，了解的內(nèi)容包括點(diǎn)位情況（點(diǎn)的位置、上點(diǎn)的難度等）、測區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、民風(fēng)民俗、交通狀況、測量人員生活安排等，并根據(jù)精度要求選擇儀器型號(hào)。進(jìn)行衛(wèi)星狀況預(yù)報(bào)（可視衛(wèi)星數(shù)及PDOP值），以選擇合適的觀測時(shí)間段。對(duì)于個(gè)別有較多或較大障礙物的測站，要評(píng)估障礙物對(duì)GPS觀測可能產(chǎn)生的不良影響。一、準(zhǔn)備工作確定出具體的作業(yè)方案和觀測計(jì)劃，編制觀測計(jì)劃表，按表對(duì)作業(yè)組下達(dá)相應(yīng)階段的作業(yè)調(diào)度命令，同時(shí)依照實(shí)際作業(yè)的進(jìn)展情況，及時(shí)做出必要的調(diào)整。作業(yè)方案的內(nèi)容包括作業(yè)小組的分組情況，GPS觀測的時(shí)間段以及測站等。二、觀測計(jì)劃的擬定目的順利完成觀測任務(wù)，保障測量精度，提高效益。依據(jù)布設(shè)方案，規(guī)模大小，精度要求，衛(wèi)星狀況，參加作業(yè)的GPS接收機(jī)數(shù)量，后勤保障條件（運(yùn)輸、通訊）等。主要內(nèi)容GPS衛(wèi)星的可見性圖及最佳觀測時(shí)段的選擇，采用接收機(jī)類型和數(shù)量，觀測區(qū)的劃分和觀測工作的進(jìn)展，接收機(jī)的調(diào)度計(jì)劃等。天空衛(wèi)星軌跡圖可見衛(wèi)星數(shù)及DOP值外業(yè)觀測操作參數(shù)指標(biāo)網(wǎng)的等級(jí)AAABCDE衛(wèi)星高度角101015151515同時(shí)觀測有效衛(wèi)星數(shù)≥4≥4≥4≥4≥4≥4有效觀測衛(wèi)星總數(shù)≥20≥20≥9≥6≥4≥4觀測時(shí)段數(shù)≥10≥6≥4≥2≥1.6≥1.6數(shù)據(jù)采樣率30303010?3010?3010?30時(shí)段長（min）≥720≥540≥240≥60≥45≥40同步觀測接收機(jī)數(shù)≥5≥4≥4≥4≥3≥2PDOP≤4≤6≤8≤10≤10GPS測量儀器設(shè)備的配置網(wǎng)的等級(jí)AAABCDE單頻/雙頻雙頻/全波長雙頻/全波長雙頻雙頻或單頻雙頻或單頻雙頻或單頻標(biāo)稱精度(優(yōu)于）5mm+0.5ppm5mm+0.5ppm5mm+1ppm10mm+2ppm10mm+3ppm10mm+3ppm觀測值至少有L1,L2L1,L2L1,L2L1L1L1同步觀測接收機(jī)數(shù)≥5≥4≥4≥4≥3≥2觀測安排網(wǎng)的觀測安排與下列因素有關(guān)：一天內(nèi)觀測時(shí)段的數(shù)量（與工作日的長度和最短時(shí)段長度有關(guān)）；總的觀測時(shí)間：遷站時(shí)間，設(shè)備安置/拆卸時(shí)間，數(shù)據(jù)下載時(shí)間等；每點(diǎn)的觀測次數(shù)；主要考慮的因素與多次設(shè)站有關(guān)。觀測安排多次設(shè)站的目的在各時(shí)段間提供基準(zhǔn)的傳遞?；鶞?zhǔn)站的WGS-84坐標(biāo)能夠被傳遞到整個(gè)網(wǎng)。公共點(diǎn)：最少1個(gè)，2個(gè)可以提供一個(gè)冗余，3個(gè)或以上更好。提供質(zhì)量控制的量度，多次設(shè)站可以用來檢查粗差、不正確的點(diǎn)名、天線高量測中的錯(cuò)誤。但是，各時(shí)間段的連接越多，推進(jìn)的速度就越慢，因而測量的費(fèi)用就越高儀器及人員與工程計(jì)劃有關(guān)的儀器因素包括：可供使用的GPS接收機(jī)的數(shù)量（接收機(jī)的最佳數(shù)量為4到6臺(tái)）接收機(jī)的類型（將不同品牌的接收機(jī)混合使用將會(huì)產(chǎn)生一些問題）單頻或雙頻接收機(jī)。儀器及人員外業(yè)觀測之前，事先測試非常重要，不僅可以讓外業(yè)作業(yè)人員熟悉用于測量的GPS設(shè)備，還能達(dá)到如下目的：天線、接收機(jī)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、電纜、電源的功能正常；衛(wèi)星的健康和可用性；外業(yè)小組的能力；外業(yè)和內(nèi)業(yè)軟件和程序功能正常與否；計(jì)算人員的能力。外業(yè)觀測設(shè)備列表GPS接收機(jī)、天線及相關(guān)的電纜；外部電池（包括備用電池）、電池充電器；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；三腳架、基座或用于將天線連接到三角架上的連接器；量取天線高的卷尺或其它量高儀；氣象元素觀測設(shè)備（如果需要）；外業(yè)觀測設(shè)備列表測傘及支持設(shè)備等；外業(yè)觀測手簿，地圖，點(diǎn)之記，觀測時(shí)間表，調(diào)度表，說明書等；有用的輔助設(shè)備；測量員的工具：扳手等交通工具室內(nèi)計(jì)算軟、硬件設(shè)備各個(gè)外業(yè)組用于數(shù)據(jù)采集的安裝有用于下載、檢查、預(yù)處理等功能的軟件的便攜式微機(jī)。點(diǎn)坐標(biāo)列表，地形圖、觀測時(shí)間表、有用的聯(lián)系地址和電話號(hào)碼。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，例如用于備份和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)盤；用于從接收機(jī)下載數(shù)據(jù)的電纜和輔助設(shè)備。數(shù)據(jù)處理軟件；其它隊(duì)伍組織與調(diào)度由于外業(yè)小組的數(shù)量和GPS測量的復(fù)雜性，需要進(jìn)行仔細(xì)的外業(yè)組織；外業(yè)組必須會(huì)操作GPS及輔助設(shè)備；每個(gè)外業(yè)組應(yīng)該清楚當(dāng)天的觀測計(jì)劃，包括每個(gè)時(shí)段的細(xì)節(jié)，點(diǎn)位觀測的時(shí)間表，遷站表；觀測計(jì)劃要有彈性，以便應(yīng)付在野外不可預(yù)見的情況變化隊(duì)伍組織與調(diào)度項(xiàng)目管理者負(fù)責(zé)開展如下工作：測量計(jì)劃：技術(shù)和管理任務(wù)，對(duì)外聯(lián)系，食宿安排等；前期工作，調(diào)度計(jì)劃，設(shè)備檢驗(yàn)，勘察，動(dòng)員等；外業(yè)組的日常管理：應(yīng)急方案，觀測方案的修改。外業(yè)GPS數(shù)據(jù)處理的監(jiān)督：檢查數(shù)據(jù)的有效性，質(zhì)量控制。GPS調(diào)度表時(shí)段編號(hào)觀測時(shí)間觀測者觀測者觀測者機(jī)號(hào)機(jī)號(hào)機(jī)號(hào)點(diǎn)名備注點(diǎn)名備注點(diǎn)名備注點(diǎn)號(hào)點(diǎn)號(hào)點(diǎn)號(hào)1234GPS調(diào)度表時(shí)段編號(hào)觀測時(shí)間測站點(diǎn)號(hào)/名測站點(diǎn)號(hào)/名測站點(diǎn)號(hào)/名測站點(diǎn)號(hào)/名機(jī)器號(hào)機(jī)器號(hào)機(jī)器號(hào)機(jī)器號(hào)18:00-9:00G20G21G22G2322222323123229:20-10:20G24G22G23G25222223231232310:50-12:00G28G24G25G27222223231232GPS網(wǎng)作業(yè)進(jìn)度圖GPS網(wǎng)作業(yè)進(jìn)度圖從已完成觀測的同步圖形中選取獨(dú)立基線，在GPS網(wǎng)展點(diǎn)圖上將被測點(diǎn)用直線連接起來，用以顯示作業(yè)進(jìn)度。進(jìn)度圖的繪制應(yīng)選取獨(dú)立基線；用不同的顏色表示不同時(shí)段的同步觀測基線。作用進(jìn)行網(wǎng)形設(shè)計(jì)；掌握作業(yè)進(jìn)度。外業(yè)調(diào)度問題GPS網(wǎng)作業(yè)調(diào)度問題的產(chǎn)生測量點(diǎn)數(shù)據(jù)的增加；接收機(jī)數(shù)量的增加；時(shí)段間公共點(diǎn)數(shù)量的增加；每天時(shí)段數(shù)的增加；外業(yè)調(diào)度問題后勤問題復(fù)雜化的因素交通條件（地形和自然條件，車輛類型？人？）；質(zhì)量控制，每天野外室內(nèi)的部分處理（數(shù)據(jù)傳輸，基線預(yù)處理）；項(xiàng)目進(jìn)度要求；住宿條件；設(shè)備因數(shù)；外業(yè)調(diào)度問題GPS網(wǎng)作業(yè)調(diào)度問題的產(chǎn)生測量點(diǎn)數(shù)據(jù)的增加；接收機(jī)數(shù)量的增加；時(shí)段間公共點(diǎn)數(shù)量的增加；每天時(shí)段數(shù)的增加；調(diào)度設(shè)計(jì)原則與遷站主要考慮根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)時(shí)段接一個(gè)時(shí)段的觀測時(shí)間表的組織設(shè)計(jì)是一種基于簡單經(jīng)驗(yàn)法則的做法：相鄰點(diǎn)需要直接連接，使基線盡可能地短；項(xiàng)目區(qū)域周圍的點(diǎn)需要直接連接；通過合理的多次設(shè)站，盡量增加幾何冗余度；多站同時(shí)重復(fù)設(shè)站以確定重復(fù)基線形成不同時(shí)段的環(huán)路，可以進(jìn)行環(huán)閉合差的統(tǒng)計(jì)調(diào)度設(shè)計(jì)原則與遷站主要考慮在對(duì)同一點(diǎn)進(jìn)行多次觀測時(shí)，應(yīng)盡量采用不同的外業(yè)小組，從而保證獨(dú)立的設(shè)置，以便將錯(cuò)誤識(shí)別點(diǎn)標(biāo)識(shí)的機(jī)會(huì)降到最低。避免“無檢查”基線，此類基線的一個(gè)點(diǎn)只上站一次。遷站：保證滿足規(guī)范所要求的相鄰時(shí)段間的公共點(diǎn)數(shù)盡量縮短遷站的行路時(shí)間；能有效按同步圖形推進(jìn)的方式作業(yè)。調(diào)度設(shè)計(jì)原則與遷站主要考慮根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一個(gè)時(shí)段接一個(gè)時(shí)段的觀測時(shí)間表的組織設(shè)計(jì)是一種基于簡單經(jīng)驗(yàn)法則的做法：相鄰點(diǎn)需要直接連接，使基線盡可能地短；項(xiàng)目區(qū)域周圍的點(diǎn)需要直接連接；通過合理的多次設(shè)站，盡量增加幾何冗余度；多站同時(shí)重復(fù)設(shè)站以確定重復(fù)基線形成不同時(shí)段的環(huán)路，可以進(jìn)行環(huán)閉合差的統(tǒng)計(jì)觀測作業(yè)利用GPS接收機(jī)作業(yè)的具體操作步驟和方法，隨接收機(jī)的類型和作業(yè)模式不同而不同。自動(dòng)化水平越來越高，用戶可按操作手冊(cè)執(zhí)行。內(nèi)容：確認(rèn)外接電源電纜及天線等各項(xiàng)連接完全無誤，方可接通電源，啟動(dòng)接收機(jī)。開機(jī)后，接收機(jī)的有關(guān)指示和儀表數(shù)據(jù)顯示正常；觀測作業(yè)進(jìn)行自測試和輸入有關(guān)測站和時(shí)段控制信息（I,E)；接收機(jī)在開始記錄數(shù)據(jù)后，查看有關(guān)觀測衛(wèi)星數(shù)量，信噪比，記錄容量，電源情況等。觀測過程中，不得中斷觀測，不得更該觀測參數(shù)；記錄氣象參數(shù)（備選）；觀測站全部預(yù)定作業(yè)項(xiàng)目，經(jīng)檢查均已按規(guī)定完成，且記錄與資料完整無誤后，方可遷站；觀測過程天線安置和高度量測天線安置GPS接收機(jī)天線高的量測觀測時(shí)段的同步外業(yè)記錄外業(yè)觀測過程天線安置與高度量取對(duì)中靜態(tài)相對(duì)定位，天線安置盡可能利用三角架或觀測墩，并安置在標(biāo)志中心的上方直接對(duì)中觀測。在特殊情況下，方可進(jìn)行偏心觀測，但歸心元素應(yīng)精密測定。整平基座上的圓水準(zhǔn)器氣泡必須居中。天線定向標(biāo)志指北減弱相位中心偏差的影響。雷雨天氣安置天線時(shí)，應(yīng)注意將其底板接地，以防止雷擊。天線安置與高度量取量取天線高：天線安置后，應(yīng)在各時(shí)段的前后，在三個(gè)不同方向量取天線高，三個(gè)方向的互差以及時(shí)段前后的互差滿足規(guī)范要求。天線高天線的相位中心，至觀測點(diǎn)標(biāo)志中心頂端的垂直距離。一般分上下兩段：上段是相位中心至天線底面的距離，作為常數(shù)由廠家給出；下段是從天線底面，至觀測點(diǎn)標(biāo)志中心頂端的距離，由用戶測定。天線安置要求天線通常應(yīng)該按它上面的方向標(biāo)識(shí)指北；同一天線、接收機(jī)和電纜應(yīng)集中到一起，保存到儀器箱中。采用光學(xué)對(duì)中器對(duì)中，且對(duì)基座經(jīng)常進(jìn)行檢校。天線應(yīng)安置在帶有光學(xué)對(duì)中器的標(biāo)準(zhǔn)測量基座上，并安置在高質(zhì)量的測量三角架或觀測墩上。如果接收機(jī)需要在原地觀測2個(gè)或更多的時(shí)段，每次都應(yīng)該重新安置天線。量測天線高必須要仔細(xì)小心，要精確讀到mm，要在每個(gè)時(shí)段的開始和結(jié)束時(shí)分別量兩次。天線安置GPS天線高的量測GPS的觀測值是相對(duì)于GPS天線的相位中心，而用戶所需要的位置通常是測站標(biāo)識(shí)的位置。GPS天線上還有一個(gè)被稱為天線參考點(diǎn)的特殊點(diǎn)，它通常位于天線底部中央，從天線參考點(diǎn)（AntennaReferencePoint，ARP）到相位中心的向量稱為天線偏移量(AntennaOffset)。對(duì)于L1和L2載波相位數(shù)據(jù)來說，天線偏移量是不相同的。天線高的量取一般從測站標(biāo)識(shí)中心（直接或間接）量到天線參考點(diǎn)。GPS天線高的量測GPS天線高的量測H△Hh觀測時(shí)段的同步所有接收機(jī)必須在相同的時(shí)間段（或時(shí)段）內(nèi)進(jìn)行跟蹤觀測接收機(jī)必須跟蹤觀測相同的衛(wèi)星星座所有接收機(jī)必須在相同的歷元（差別在幾個(gè)毫秒內(nèi)）記錄數(shù)據(jù)。它們應(yīng)在一個(gè)確定好的瞬間開始觀測它們應(yīng)以相同的數(shù)據(jù)率進(jìn)行跟蹤觀測手薄外業(yè)觀測注意事項(xiàng)防止斷電時(shí)造成GPS設(shè)備故障；必須正確操作接收機(jī)；禁止帶電插拔電纜；仔細(xì)量取天線高；不要上錯(cuò)點(diǎn)；防止測量時(shí)段結(jié)束后數(shù)據(jù)丟失.外業(yè)室內(nèi)處理過程在觀測時(shí)間段或者在工作日結(jié)束后應(yīng)盡快對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分類和歸檔。按統(tǒng)一的文件命名規(guī)則給每個(gè)時(shí)段每個(gè)測站的數(shù)據(jù)文件命名，并按天目錄和時(shí)段目錄分別存儲(chǔ)并備份。../rawdata/day/session;../rinex/day/session;如果需要，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換(RINEX）對(duì)當(dāng)天采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，檢查數(shù)據(jù)質(zhì)量，這可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)天數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題，以及時(shí)采取補(bǔ)救措施，適當(dāng)修改觀測計(jì)劃。外業(yè)室內(nèi)處理數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)由接收機(jī)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)；進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證、備份和歸檔；天線高，時(shí)段，點(diǎn)名，點(diǎn)號(hào)信息表編制；進(jìn)行基線向量的初步計(jì)算；初步的質(zhì)量控制：重復(fù)基線，閉合環(huán)的閉合差等；是否需要重測，確定是否修改外業(yè)觀測計(jì)劃。外業(yè)室內(nèi)處理注意事項(xiàng)當(dāng)天的數(shù)據(jù)當(dāng)天下載；在對(duì)數(shù)據(jù)下載過程進(jìn)行驗(yàn)證后，將數(shù)據(jù)從接收機(jī)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)刪除；下載到PC機(jī)的硬盤上的數(shù)據(jù)還要備份到光盤或其它存儲(chǔ)介質(zhì)；將備份的數(shù)據(jù)分開保存；防止數(shù)據(jù)丟失。外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)刪除率復(fù)測基線的長度差同步環(huán)閉合差獨(dú)立環(huán)閉合差及附和路線坐標(biāo)閉合差外業(yè)數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)每個(gè)時(shí)段同步觀測數(shù)據(jù)的檢核復(fù)測基線的長度差同步環(huán)閉合差獨(dú)立環(huán)閉合差及附和路線坐標(biāo)閉合差每個(gè)時(shí)段同步觀測數(shù)據(jù)的檢核數(shù)據(jù)剔除率：同一時(shí)段觀測值的剔除率應(yīng)小于10%采用單基線處理模式時(shí)，對(duì)于采用同一種數(shù)學(xué)模型的基線解，其同步時(shí)段中任一的三邊同步環(huán)的坐標(biāo)分量相對(duì)閉合差和全長相對(duì)閉合差不得超過下表中所列限差（ppm）重復(fù)觀測邊的檢核概念：具有多個(gè)獨(dú)立觀測結(jié)果的邊重復(fù)觀測邊的任意兩個(gè)時(shí)段的成果互差，均應(yīng)小于相應(yīng)等級(jí)規(guī)定精度（按平均邊長計(jì)算）的倍同步觀測環(huán)的檢核

為相應(yīng)級(jí)別的規(guī)定中誤差（按平均邊長計(jì)算）

三邊同步環(huán)中坐標(biāo)分量閉合差和環(huán)閉合差應(yīng)滿足：獨(dú)立（異步）觀測環(huán)的檢核

為相應(yīng)級(jí)別的規(guī)定中誤差（按平均邊長計(jì)算）

三邊同步環(huán)中坐標(biāo)分量閉合差和環(huán)閉合差應(yīng)滿足：