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(xué) 測繪學(xué)院,2,第六章 GPS基線解算,3,本章內(nèi)容,概述基線解算模式基線解算的過程及結(jié)果基線解算的質(zhì)量控制,4,1. 概述,5,GPS測量數(shù)據(jù)處理的流程,,,,,,,,,四個(gè)階段：1. 數(shù)據(jù)傳輸2. 格式轉(zhuǎn)換（可選）3. 基線處理4. 網(wǎng)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(dá)方式空間直角

2、坐標(biāo)的坐標(biāo)差大地坐標(biāo)的坐標(biāo)差站心地平坐標(biāo)的坐標(biāo)差,,,,9,,同步觀測基線間的誤差相關(guān)性,,,提示：由于在計(jì)算AB、AC兩條基線向量時(shí)，均用到了A點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)，因而A點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)中的誤差將同時(shí)對(duì)這些基線產(chǎn)生影響。,10,基線解算模式,單基線解/基線模式多基線解/時(shí)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(shí)提取兩臺(tái)GPS接收機(jī)的同步觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算。特點(diǎn)每條基線都是在一個(gè)獨(dú)立的解算過程

3、中完成模型簡單，參數(shù)較少，計(jì)算量小解算結(jié)果無法反映同步觀測基線間的誤差相關(guān)性無法充分利用觀測數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性適用范圍一般工程應(yīng)用,,,,12,單基線解/基線模式②,基線解結(jié)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(shí)段模式①,解算方法一次提取一個(gè)觀測時(shí)段中所有進(jìn)行同步觀測的n臺(tái)接收機(jī)所采集的同步觀測數(shù)據(jù)，在一個(gè)單一解算過程中共同解求出所有n - 1條相互函數(shù)獨(dú)立的基線。特點(diǎn)數(shù)學(xué)模型嚴(yán)密，

4、能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性數(shù)學(xué)模型和解算過程比較復(fù)雜，計(jì)算量較大適用范圍對(duì)質(zhì)量要求嚴(yán)格的應(yīng)用,,,,14,多基線解/時(shí)段模式②,基線選擇方法,,,,,,射線法（左）和導(dǎo)線法（右）,15,多基線解/時(shí)段模式③,基線解結(jié)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(xiàng)目整個(gè)觀測過程中所有觀測數(shù)據(jù)，在一個(gè)單一解算過程中同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行處理，得出所有獨(dú)立基線。特點(diǎn)數(shù)學(xué)模

5、型嚴(yán)密，能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性避免了結(jié)果在幾何上的不一致性數(shù)學(xué)模型和解算過程復(fù)雜，計(jì)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(jié)果,18,基線解算的過程,,19,基線解算的結(jié)果①,數(shù)據(jù)記錄情況起止時(shí)刻、歷元間隔、觀測衛(wèi)星、歷元數(shù)測站信息位置（經(jīng)度、緯度、高度）、所采用接收機(jī)的序列號(hào)、所采用天線的序列號(hào)、測站編號(hào)、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(jié)果②,基線解算控制參數(shù)設(shè)置星歷類型，截止高度角、解的類型、對(duì)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(jì)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(quán)方差因子（參考方差）觀測值殘差序列,21,4. 基線解算的質(zhì)量控制,22,質(zhì)量指標(biāo)的類型,控制指標(biāo)特點(diǎn)：基于測量規(guī)范，在工程應(yīng)用中，控制指標(biāo)必須滿足，指標(biāo)：

7、數(shù)據(jù)剔除率，復(fù)測基線長度較差，同步環(huán)閉合差，獨(dú)立（異步）環(huán)閉合差，網(wǎng)無約束平差基線向量改正數(shù)（殘差）參考指標(biāo)特點(diǎn)： 基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，不作為判定質(zhì)量是否合格的依據(jù)指標(biāo)：單位權(quán)方差（參考方差），RATIO值，RDOP值，觀測值殘差的RMS,23,質(zhì)量的控制指標(biāo) 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(zhì)量，數(shù)據(jù)刪除率越高，說明觀測值的質(zhì)量越差。 要求根據(jù)GB/T 18

8、314—2009，同一時(shí)段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率宜小于10%,24,質(zhì)量的控制指標(biāo) 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(cuò)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(zhì)量上均合格。 要求根據(jù)GB/T 18314—2009，,,,25,質(zhì)量的控制指標(biāo) ③,獨(dú)立環(huán)閉合差 定義由獨(dú)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(dú)立環(huán)的基線向量質(zhì)量合格；若不滿足限差要求，則表明組成獨(dú)立環(huán)的基線向量中至少有一條的質(zhì)量不合格，要確定不合格基線，可以通過多個(gè)相鄰的獨(dú)立環(huán)或重復(fù)基線來進(jìn)行。 要求根據(jù)GB/T 18314—2009，,,,,26,質(zhì)量的控制指標(biāo) ⑤,復(fù)測基線長度較差 定義不同觀測時(shí)段，對(duì)同一條基線的觀測結(jié)果，就是所謂復(fù)測基線。這些觀測結(jié)果之間的差異，就是復(fù)測基線較差。 作用當(dāng)其超限時(shí)，就表明復(fù)測基線中一定存在

10、質(zhì)量不滿足要求的基線。通過一條基線三次以上的重復(fù)觀測結(jié)果，通常能夠確定出存在質(zhì)量問題的基線解算結(jié)果。 要求根據(jù)GB/T 18314—2009，,,,,,,27,質(zhì)量的控制指標(biāo) ⑥,網(wǎng)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(rèn)為所對(duì)應(yīng)基線向量或其附近的基線向量可能存在質(zhì)量問題。 要求根據(jù)GB/T 18314—2009，,,,,,,28,質(zhì)量的控制指標(biāo) ⑦,其他GB/T 18314—2009還專門

11、針對(duì)A和B級(jí)高等級(jí)GPS測量的數(shù)據(jù)處理制訂了專門的質(zhì)量控制指標(biāo)重復(fù)性 各時(shí)段間的較差檢驗(yàn) 獨(dú)立閉合環(huán)或附合路線坐標(biāo)分量閉合差,,,,,,,,,,,29,質(zhì)量的控制指標(biāo)⑧,規(guī)范對(duì)基線測量中誤差的要求在GB/T 18314—2001中，規(guī)定由相應(yīng)級(jí)別所規(guī)定的GPS網(wǎng)相鄰點(diǎn)基線長度精度及實(shí)際平均邊長計(jì)算在GB/T 18314—2009中，規(guī)定由外業(yè)觀測時(shí)所采用的GPS接收機(jī)的標(biāo)稱精度及實(shí)際平均邊長計(jì)算,30,質(zhì)量的參考指標(biāo)①,單位權(quán)

12、方差（參考方差/Reference Variance）定義實(shí)質(zhì)一定程度地反映了觀測值質(zhì)量的優(yōu)劣,,參考方差,觀測值的殘差,觀測值的權(quán),自由度,31,質(zhì)量的參考指標(biāo)②,觀測值殘差的RMS定義： 觀測值殘差的RMS（Root Mean Square/均方根）實(shí)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(rèn)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(zhì)量的參考指標(biāo)③,RATIO定義實(shí)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(biāo)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)。,,,,,33,質(zhì)量的參考指標(biāo)④,RDOP定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時(shí)待定參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣的跡的平方根，即實(shí)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(yùn)行軌跡（即觀測條件）有關(guān)，當(dāng)

14、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(shí)間的函數(shù)，因此，對(duì)于某條基線， 其RDOP值大小與觀測時(shí)間段有關(guān)。RDOP表明了GPS衛(wèi)星的狀態(tài)對(duì)相對(duì)定位的影響，即取決于觀測條件的好壞，它不受觀測值質(zhì)量好壞的影響。,,,,,,,34,影響基線解算結(jié)果的因素①,基線解算時(shí)所設(shè)定的起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確影響方式：導(dǎo)致基線向量發(fā)生偏差影響程度：,,,,,,,起點(diǎn)坐標(biāo)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(jié)果的因素②,少數(shù)衛(wèi)星的觀測時(shí)間太短影響方式：導(dǎo)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(duì)于基線解算來講，對(duì)于參與計(jì)算的衛(wèi)星，如果與其相關(guān)的整周未知數(shù)沒有準(zhǔn)確確定的話，就將嚴(yán)重影響整個(gè)基線解算結(jié)果的質(zhì)量,,,,,,,36,影響基線解算結(jié)果的因素③,在整個(gè)觀測時(shí)段中，有個(gè)別衛(wèi)星或個(gè)別時(shí)間段周跳太多，致使周跳修復(fù)不完善影響方式：導(dǎo)致整周未知數(shù)固定困難影響程度：嚴(yán)重影響基線向量的質(zhì)量,,,,,,,,37,影響基線解算結(jié)果

16、的因素④,在觀測時(shí)段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，觀測值的改正數(shù)普遍較大影響方式：導(dǎo)致基線向量質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整周未知數(shù)固定困難影響程度隨多路徑效應(yīng)的嚴(yán)重程度，對(duì)基線質(zhì)量的影響將有所不同多路徑效應(yīng)對(duì)基線向量的水平方向影響較大,,,,,,,38,影響基線解算結(jié)果的因素⑤,對(duì)流層折射影響或電離層折射影響較大影響方式：導(dǎo)致基線向量質(zhì)量下降，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整周未知數(shù)固定困難影響程度隨大氣折射影響的嚴(yán)重程度，對(duì)基線質(zhì)量的影響將有所不同大

17、氣折射影響對(duì)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(xué)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,,,,,,,39,基線的精化處理方法①,基線起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確的應(yīng)對(duì)方法使用坐標(biāo)精度高的點(diǎn)作為起算點(diǎn)獲取較為準(zhǔn)確坐標(biāo)的方法（兩種）與已知點(diǎn)（IGS跟蹤站）聯(lián)測（可獲得分米級(jí)以上精度的地心坐標(biāo)）長時(shí)間單點(diǎn)定位（數(shù)小時(shí)單點(diǎn)定位，可獲得米級(jí)精度的地心坐標(biāo)）所有基線從一點(diǎn)或由該點(diǎn)衍生出的點(diǎn)起算,,,,,,,,

18、,,,,,,,,,基本起算點(diǎn),衍生點(diǎn),衍生點(diǎn),衍生點(diǎn),衍生點(diǎn),40,基線的精化處理方法②,衛(wèi)星的觀測時(shí)間太短的應(yīng)對(duì)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(yīng)對(duì)方法在發(fā)生周跳處增加新的模糊度參數(shù)刪除周跳嚴(yán)重的時(shí)間段的方法多路徑誤差的應(yīng)對(duì)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(yán)重的時(shí)間段或衛(wèi)星的數(shù)據(jù),41,基線的精化處理方法③,對(duì)流層或電離層折射影響過大的應(yīng)對(duì)方法提高截止高度角，剔除易受對(duì)流層或