Transcript 第二章GPS网及其建立
GPS测量与数据处理 黄劲松 武汉大学 测绘学院 ©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 1 测绘学院 第二章 GPS网及其建立 ©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 2 测绘学院 本章内容 • • • • GPS网 GPS网的建立过程 GPS测量中的几个基本概念 GPS网的质量及质量控制 3 1. GPS网 ©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 4 测绘学院 采用传统测量方法布网的缺点 • • • • • 平面控制网与高程控制网分别布设 选点困难、常需造标 观测过程工作强度大、条件艰苦 布网周期长 精度受到限制 5 GPS测量的特点 • • • • • • 测量精度高 选点灵活，无需造标，布网成本低 可全天侯作业 观测时间短，作业效率高 观测、处理自动化 可获得三维坐标 6 GPS网 • GPS网是采用GPS定位技术建立的测量控 制网，由GPS点和基线向量所构成。 7 布设GPS网的目的 • 确定网中各点在指定坐标参照系下的坐标 • 易于对成果进行质量控制 – 利用GPS网中点与点、基线向量与基线向量以 及点与基线向量间的各种几何关系，通过参数 估计的方法，消除由观测值和（或）起算数据 中存在的误差所引起的网在几何上的不一致， 从而获得更为精确可靠的测量成果。 8 逐步推进的布网方式 9 2. GPS网的建立过程 10测绘学院 ©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 GPS网的建立过程 • 设计准备 • 施工作业 • 数据处理 11 设计准备 • 项目规划：位置及范围，用途及精度等级，点位分布及 数量，成果形式及内容，时限要求，投资经费 • 方案设计：根据项目要求和相关技术规范进行技术设计， 完成技术设计书的编写 • 测绘资料收集：测区及周边地区可利用的已知点的点 之记及其坐标成果和测区地形图等 • 仪器检验和检定：对各种仪器（包括GPS接收机及相 关设备、气象仪器等）自行进行检验或送指定机构进行检 定 • 踏勘、选点和埋石 12 测量实施 • • • • • • 实地了解测区情况 卫星状况预报 确定作业方案 外业观测 数据传输备份 基线解算及其质量控制 13 数据处理 • 网平差及其质量控制 • 技术总结 • 成果验收 14 3. GPS测量中的几个基本概念 15测绘学院 ©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 观测时段和时段长度 • 观测时段 – 从测站上开始接收卫星信号起至停止接收卫星 信号间的连续工作的时间段 – 是GPS测量的基本单位 • 时段长度 – 观测时段所持续的时间 16 同步观测 • 同步观测 – 两台或两台以上的GPS接收机同时对同一组卫 星进行的观测 同步观测 17 基线向量和GPS基线向量网 • 基线向量 – 利用进行同步观测的接收机所采集的观测数据 计算出的接收机间的三维坐标差 – 与计算时所采用的卫星轨道数据同属一个系统 • GPS基线向量网 – 采用GPS技术布设的测量控制网，由GPS点和 基线向量所构成 基线向量 18 同步观测基线 • 定义 – 利用同一时段的多个同步观测站所采集的观测 数据所计算出的若干基线向量 • 一个时段中，同步观测基线的数量 – 若在某时段共有n台接收机进行了同步观测， 则共可得到n(n-1)/2条同步观测基线 n=2 n=3 n=4 n=5 19 闭合环和环的闭合差 • 闭合环 – 由多条基线向量首尾相连所构成的图形 n=5 由5条基线向量所构成的闭合环 20 闭合环和环的闭合差 B2 • 环的闭合差 – 闭合差：组成闭合环的 基线向量按同一方向 （顺时针或逆时针）的 矢量和 – 分量闭合差：组成闭合 环的基线向量按同一方 向（顺时针或逆时针） 矢量的各个分量的和 – 全长闭合差：分量闭合 差的平方和开方 B1 B3 n W Bi i 1 Bn 环的闭合差 W X X WY Y WZ Z 分量闭合差 Ws WX 2 WY 2 WZ 2 全长闭合差 21 同步观测环（同步环）和同步环检验 • 同步观测环（同步环） – 三台或三台以上的GPS接收机进行同步观测所 获得的基线向量（完全由同一观测时段的基线 向量）所构成的闭合环 同步环与非同步环 22 同步观测环（同步环）和同步环检验 • 同步环检验 – 定义：检验同步环的闭合差大小 – 特性 • 理论上：采用严密算法所得到的同步环，无论观测 值中是否含有误差，其环闭合差必为零。（构成同 步环的基线向量之间是线性相关的） • 实践中：如果算法不严密（目前大多数的商用软件 均属于此种情况），其环闭合差通常不为零，但通 常很小 – 结论：同步环闭合差很小，还不能说明基线解 算结果一定能够满足精度要求 23 独立基线向量 • 定义 – 线性无关的一组基线向量 • 满足下面条件之一的为独立基线向量 – 未构成闭合环的一组基线向量（例如：一条基线向量， 未构成闭合环的一组同步观测基线） – 虽构成了闭合环，但并非所有基线都来自同一观测时 段 • 提示 – 完全由同步观测基线所构成的闭合环之间是线性相关 的，是一组非独立基线向量 – GPS网应由相互独立的基线向量构成 24 独立基线向量 • 同步观测基线向量的最大线性无关组及选 取方式 25 独立观测环（异步环）和独立观测环检验 • 独立观测环（异步环） – 定义：由相互函数独立（线性无关）的基线向 量所构成的闭合环。（就是前面的非同步环） 独立环与非独立环 26 独立观测环（异步环）和独立观测环检验 • 独立观测环检验 – 定义：检验独立观测环的闭合差大小 – 特性：与同步环闭合差不同，即使采用严密算 法，并且计算过程中未发生错误，独立观测环 的闭合差通常也不为零，也不一定是个微小量 – 结论：独立观测环闭合差的大小，可作为评定 基线解算结果质量的有力指标 27 4. GPS网的质量及质量控制 28测绘学院 ©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 质量 • 质量 – 产品或工作的优劣程度，对于某项产品来说， 其质量是指有关法规、标准或合同所规定的对 产品特性的要求。 29 GPS网的质量 • GPS网的质量 – 精度：可以通过一系列的精度指标来加以评价，如相 邻点的分量中误差、距离中误差和网无约束平差的基 线向量残差等。 – 可靠性：反映GPS网应对观测值和起算数据中可能存 在的粗差的能力的高低，分为内可靠性（发现粗差的 能力）和外可靠性（抵御粗差的能力）。 – 适用性：指的是点的数量、分布以及点位设施是否符 合项目的要求，是否满足后续应用的要求。 30 GPS网的质量控制 • 质量控制 – 用来确保生产出的产品达到规定质量水平所采 取的作业技术和管理措施。 • GPS网的质量控制 – 质量检验：对GPS网的中间产品及最终成果的 质量进行评估，确定其是否符合质量要求，通 常通过一系列量化的指标来加以判定。 – 质量改善：通过采取适当的措施提高GPS网的 中间产品及最终成果质量。 31 影响GPS网质量的因素 • • • • • GPS基线向量的质量 常规地面观测值质量 起算数据的精度、数量和分布 GPS网的结构 数据处理方法的完备性 32