第八章GPS測量數據處理

1、第八章GPS測量數據處理主要內容8.1 8.1 基線解算及質量評定基線解算及質量評定8.2 8.2 網平差網平差8.3 GPS8.3 GPS高程高程8.1 基線解算及質量評定8.1.18.1.1基線解算的類型基線解算的類型單基線解 定義：當有臺GPS接收機進行了一個時段的同步觀測后，每兩臺接收機之間就可以形成一條基線向量，共有條同步觀測基線，其中最多可以選出相互獨立的條同步觀測基線，至于這條獨立基線如何選取，只要保證所選的條獨立基線不構成閉和環(huán)就可以了。這也是說，凡是構成了閉和環(huán)的同步基線是函數相關的，同步觀測所獲得的獨立基線雖然不具有函數相關的特性，但它們卻是誤差相關的，實際上所有的同步觀測

2、基線間都是誤差相關的。所謂單基線解算，就是在基線解算時不顧及同步觀測基線間誤差相關性，對每條基線單獨進行解算。 特點：單基線解算的算法簡單，但由于其解算結果無法反映同步基線間的誤差相關的特性，不利于后面的網平差處理，一般只用在普通等級GPS網的測設中。多基線解 定義：與單基線解算不同的是，多基線解算顧及了同步觀測基線間的誤差相關性，在基線解算時對所有同步觀測的獨立基線一并解算。 特點：多基線解由于在基線解算時顧及了同步觀測基線間的誤差相關特性，因此，在理論上是嚴密的。8.1.2 8.1.2 基線解算結果的質量評定指標基線解算結果的質量評定指標fPVVT0實質：反映觀測值的質量，又稱為參考方差因

3、子。越小越好。單位權方差因子定義：RMS - 均方根誤差定義：nVVRMST 實質：表明了觀測值的質量，觀測值質量越好，越小，反之，觀測值質量越差，則越大，它不受觀測條件（觀測期間衛(wèi)星分布圖形）的好壞的影響。數據刪除率數據刪除率 定義：在基線解算時，如果觀測值的改正數大于某一個閾值時，則認為該觀測值含有粗差，則需要將其刪除。被刪除觀測值的數量與觀測值的總數的比值，就是所謂的數據刪除率。 實質：數據刪除率從某一方面反映出了GPS原始觀測值的質量。數據刪除率越高，說明觀測值的質量越差。RATIORATIO 定義：RATIO值為在采用搜索算法確定整周未知數參數的整數值時，產生次最小的單位權方差與最小

4、的單位權方差的比值。 實質：反映了所確定出的整周未知數參數的可靠性，這一指標取決于多種因素，既與觀測值的質量有關，也與觀測條件 的好壞有關。RDOPRDOP 定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時待定參數的協因數陣的跡（ ）的平方根，即： 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，當基線位置確定后，RDOP值就只與觀測條件有關了，而觀測條件又是時間的函數，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。 實質：表明了GPS衛(wèi)星的狀態(tài)對相對定位的影響，即取決于觀測條件的好壞，它不受觀測值質量好壞的影響。)(Qtr21)(QtrRDOP

5、 同步環(huán)閉合差 定義：同步環(huán)閉合差是由同步觀測基線所組成的閉合環(huán)的閉合差。 實質：由于同步觀測基線間具有一定的內在聯系，從而使得同步環(huán)閉合差在理論上應總是為0的，如果同步環(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，但反過來，如果同步環(huán)閉合差沒有超限，還不能說明組成同步環(huán)的所有基線在質量上均合格。 限值：5nWX，5nWY，5nWZ 53nW 同異步環(huán)閉合差異步環(huán)閉合差 定義：由獨立基線所組成的閉合環(huán)稱為異步閉合環(huán)，簡稱異步環(huán)異步環(huán)的閉合差稱為異步環(huán)閉合差。 實質：當異步環(huán)閉合差滿足限差要求時，則表明組成異步環(huán)的基線向量的質量是合格的；當異步環(huán)閉合差不滿足限差要求時，則表

6、明組成異步環(huán)的基線向量中至少有一條基線向量的質量不合格，要確定出哪些基線向量的質量不合格，可以通過多個相鄰的異步環(huán)或重復基線來進行。 限值：nWX3，nWY3，nWZ3nW33異重復基線較（互）差重復基線較（互）差 定義：不同觀測時段，對同一條基線的觀測結果，就是所謂重復基線。這些觀測結果之間的差異，就是重復基線較（互）差。 實質：當重復基線較（互）差滿足限差要求時，則表明這些基線向量的質量是合格的；否則，則表明這些基線向量中至少有一條基線向量的質量不合格，要確定出哪些基線向量的質量不合格，可以通過多重條件進行。 限值：22互W8.1.38.1.3影響基線解算結果的主要因素及應對方法影響基線解

7、算結果的主要因素及應對方法v 基線解算時所設定的起點坐標不準確 （設定較準確的起點坐標，采用同一點或同一點 的衍生點起算）v 少數衛(wèi)星的觀測時間太短，導致這些衛(wèi)星的整周 未知數無法準確確定 （剔除觀測時間太短的衛(wèi)星）v 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（剔除周跳多的衛(wèi)星，截去周跳多的時間段）v 在觀測時段內，多路徑效應比較嚴重，觀測值的 改正數普遍較大（剔除受多路徑影響嚴重的觀測值）v 對流層折射或電離層折射影響太大（模型改正、采用Iono-Free觀測值）判別及應對方法：判別及應對方法：判別:通過衛(wèi)星的可見性圖和殘差圖來判別。應對方法：提供較準確的起點

8、坐標、刪衛(wèi)星和截取時間段。v基線解算時常需修改的參數：參與數據處理的特定時間段的觀測值截止高度角觀測值類型星歷類型Ratio值限值觀測值編輯因子電離層折射改正對流層折射改正8.1.4 8.1.4 幾種典型的殘差圖幾種典型的殘差圖殘差（周）時間0.000.100.10SV12-SV15SV12存在周跳的殘差圖殘差（周）時間0.00100.002-100.00SV12-SV15殘差（周）時間0.00100.002-100.00SV12-SV25殘差（周）時間0.000.100.10SV25-SV15SV25受不明影響的殘差圖殘差（周）時間0.001.001.00SV12-SV25T1（周）T2（周

9、）殘差（周）時間0.001.001.00SV25-SV13T1（周）T2（周）殘差（周）時間0.000.100.10SV12-SV138.2 網平差8.2.18.2.1網平差的類型網平差的類型v無約束平差無約束平差定義：GPS網的無約束平差指的是在平差時不引入會造成GPS網產生由非觀測量所引起的變形的外部起算數據。常見的GPS網的無約束平差，一般是在平差時沒有起算數據或沒有多余的起算數據。v約束平差約束平差定義：GPS網的約束平差指的是平差時所采用的觀測值完全是GPS觀測值（即GPS基線向量），而且，在平差時引入了使得GPS網產生由非觀測量所引起的變形的外部起算數據。v 聯合平差聯合平差 定義

10、：GPS網的聯合平差指的是平差時所采用的觀測值除了GPS觀測值以外，還采用了地面常規(guī)觀測值，這些地面常規(guī)觀測值包括邊長、方向、角度等觀測值等。v 無約束平差的作用無約束平差的作用 評定GPS網的內部符合精度，發(fā)現和剔除GPS觀測值中可能存在的粗差,得到GPS網中各個點在WGS-84系下經過了平差處理的三維空間直角坐標,為將來可能進行的高程擬合，提供經過了平差處理的大地高數據v平差結果的質量評定平差結果的質量評定指標：相鄰點距離中誤差 1.單位權方差的檢驗 2.基線改正數的檢驗 3.已知坐標的檢驗8.3 GPS高程8.3.1 高程系統 大地高系統是以參考橢球面為基準面的高程系統。某點的大地高是該

11、點到通過該點的參考橢球的法線與參考橢球面的交點間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號H表示。大地高是一個純幾何量，不具有物理意義，同一個點，在不同的基準下，具有不同的大地高。大地高系統正高系統 正高系統是以大地水準面為基準面的高程系統。某點的正高是該點到通過該點的鉛垂線與大地水準面的交點之間的距離，正高用符號Hg表示。正常高系統 正常高系統是以似大地水準面為基準的高程系統。某點的正常高是該點到通過該點的鉛垂線與似大地水準面的交點之間的距離，正常高用H表示。高程系統之間的轉換關系高程系統之間的轉換關系 大地水準面參考橢球面似大地水準面地球表面HgHHgH HHgghHH 方法 等值線圖法

12、 大地水準面模型法 擬合法8.3.2 GPS測高方法 從高程異常圖或大地水準面差距圖分別查出各點的高程異常或大地水準面差距，然后分別采用下面兩式可計算出正常高和正高。v 采用等值線圖法確定點的正常高和正高時要注意以下幾個問題： 注意等值線圖所適用的坐標系統，在求解正常高或正高時，要采用相應坐標系統的大地高數據。 采用等值線圖法確定正常高或正高，其結果的精度在很大程度上取決于等值線圖的精度。v 地球模型法本質上是一種數字化的等值線圖，目前國際上較常采用的地球模型有OSU91A等。不過可惜的是這些模型均不適合于我國。擬合法擬合法基本原理基本原理 所謂高程擬合法就是利用在范圍不大的區(qū)域中，高程異常具

13、有一定的幾何相關性這一原理，采用數學方法，求解正高、正常高或高程異常 擬合法擬合法注意事項注意事項 上面介紹的高程擬合的方法，是一種純幾何的方法，因此，一般僅適用于高程異常變化較為平緩的地區(qū)（如平原地區(qū)），其擬合的準確度可達到一個分米以內。對于高程異常變化劇烈的地區(qū)（如山區(qū)），這種方法的準確度有限，這主要是因為在這些地區(qū)，高程異常的已知點很難將高程異常的特征表示出來。v 適用范圍 所謂高程異常的已知點的高程異常值一般是通過水準測量測定正常高、通過GPS測量測定大地高后獲得的。在實際工作中，一般采用在水準點上布設GPS點或對GPS點進行水準聯測的方法來實現，為了獲得好的擬合結果要求采用數量盡量多的已知點，它們應均勻分布，并且最好能夠將整個GPS網包圍起來。v 選擇合適的高程異常已知點 若要用零次多項式進行高程擬合時，要確定1個參數，因此，需要1個以上的已知點；若要采用一次多