GPS原理及應(yīng)用08_第八章GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理

1、第八章GPS測(cè)量數(shù)據(jù)處理主要內(nèi)容8.1 8.1 基線解算及質(zhì)量評(píng)定基線解算及質(zhì)量評(píng)定8.2 8.2 網(wǎng)平差網(wǎng)平差8.3 GPS8.3 GPS高程高程8.1 基線解算及質(zhì)量評(píng)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(dāng)有臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行了一個(gè)時(shí)段的同步觀測(cè)后，每?jī)膳_(tái)接收機(jī)之間就可以形成一條基線向量，共有條同步觀測(cè)基線，其中最多可以選出相互獨(dú)立的條同步觀測(cè)基線，至于這條獨(dú)立基線如何選取，只要保證所選的條獨(dú)立基線不構(gòu)成閉和環(huán)就可以了。這也是說，凡是構(gòu)成了閉和環(huán)的同步基線是函數(shù)相關(guān)的，同步觀測(cè)所獲得的獨(dú)立基線雖然不具有函數(shù)相關(guān)的特性，但它們卻是誤差相關(guān)的，實(shí)際上所有的同步觀測(cè)

2、基線間都是誤差相關(guān)的。所謂單基線解算，就是在基線解算時(shí)不顧及同步觀測(cè)基線間誤差相關(guān)性，對(duì)每條基線單獨(dú)進(jìn)行解算。 特點(diǎn)：?jiǎn)位€解算的算法簡(jiǎn)單，但由于其解算結(jié)果無法反映同步基線間的誤差相關(guān)的特性，不利于后面的網(wǎng)平差處理，一般只用在普通等級(jí)GPS網(wǎng)的測(cè)設(shè)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(cè)基線間的誤差相關(guān)性，在基線解算時(shí)對(duì)所有同步觀測(cè)的獨(dú)立基線一并解算。 特點(diǎn)：多基線解由于在基線解算時(shí)顧及了同步觀測(cè)基線間的誤差相關(guān)特性，因此，在理論上是嚴(yán)密的。8.1.2 8.1.2 基線解算結(jié)果的質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)基線解算結(jié)果的質(zhì)量評(píng)定指標(biāo)fPVVT0實(shí)質(zhì)：反映觀測(cè)值的質(zhì)量，又稱為參考方差

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

4、與最小的單位權(quán)方差的比值。 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，這一指標(biāo)取決于多種因素，既與觀測(cè)值的質(zhì)量有關(guān)，也與觀測(cè)條件 的好壞有關(guān)。 RDOPRDOP 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： 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(cè)條件）有關(guān)，當(dāng)基線位置確定后，RDOP值就只與觀測(cè)條件有關(guān)了，而觀測(cè)條件又是時(shí)間的函數(shù)，因此，實(shí)際上對(duì)與某條基線向量來講， 其RDOP值的大小與觀測(cè)時(shí)間段有關(guān)。 實(shí)質(zhì)：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(cè)條件的好壞，它不受觀測(cè)值質(zhì)量好壞的影響。)(Qtr21)(Qtr

5、RDOP 同步環(huán)閉合差 定義：同步環(huán)閉合差是由同步觀測(cè)基線所組成的閉合環(huán)的閉合差。 實(shí)質(zhì)：由于同步觀測(cè)基線間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，從而使得同步環(huán)閉合差在理論上應(yīng)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(cuò)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(zhì)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(dú)立基線所組成的閉合環(huán)稱為異步閉合環(huán)，簡(jiǎn)稱異步環(huán)異步環(huán)的閉合差稱為異步環(huán)閉合差。 實(shí)質(zhì)：當(dāng)異步環(huán)閉合差滿足限差要求時(shí)，則表明組成異步環(huán)的基線向量的質(zhì)量是合格的；當(dāng)異步環(huán)閉合差不滿足限差要求

6、時(shí)，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(gè)相鄰的異步環(huán)或重復(fù)基線來進(jìn)行。 限值：nWX3，nWY3，nWZ3nW33異重復(fù)基線較（互）差重復(fù)基線較（互）差 定義：不同觀測(cè)時(shí)段，對(duì)同一條基線的觀測(cè)結(jié)果，就是所謂重復(fù)基線。這些觀測(cè)結(jié)果之間的差異，就是重復(fù)基線較（互）差。 實(shí)質(zhì)：當(dāng)重復(fù)基線較（互）差滿足限差要求時(shí)，則表明這些基線向量的質(zhì)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(zhì)量不合格，要確定出哪些基線向量的質(zhì)量不合格，可以通過多重條件進(jìn)行。 限值：22互W8.1.38.1.3影響基線解算結(jié)果的主要因素及應(yīng)對(duì)方法影

7、響基線解算結(jié)果的主要因素及應(yīng)對(duì)方法v 基線解算時(shí)所設(shè)定的起點(diǎn)坐標(biāo)不準(zhǔn)確 （設(shè)定較準(zhǔn)確的起點(diǎn)坐標(biāo)，采用同一點(diǎn)或同一點(diǎn) 的衍生點(diǎn)起算）v 少數(shù)衛(wèi)星的觀測(cè)時(shí)間太短，導(dǎo)致這些衛(wèi)星的整周 未知數(shù)無法準(zhǔn)確確定 （剔除觀測(cè)時(shí)間太短的衛(wèi)星）v 在整個(gè)觀測(cè)時(shí)段里，有個(gè)別時(shí)間段或個(gè)別衛(wèi)星周 跳太多，致使周跳無法完全修復(fù)（剔除周跳多的衛(wèi)星，截去周跳多的時(shí)間段）v 在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，觀測(cè)值的 改正數(shù)普遍較大（剔除受多路徑影響嚴(yán)重的觀測(cè)值）v 對(duì)流層折射或電離層折射影響太大（模型改正、采用Iono-Free觀測(cè)值）判別及應(yīng)對(duì)方法：判別及應(yīng)對(duì)方法：判別:通過衛(wèi)星的可見性圖和殘差圖來判別。應(yīng)對(duì)方法：提供較準(zhǔn)

8、確的起點(diǎn)坐標(biāo)、刪衛(wèi)星和截取時(shí)間段。v基線解算時(shí)常需修改的參數(shù)：參與數(shù)據(jù)處理的特定時(shí)間段的觀測(cè)值截止高度角觀測(cè)值類型星歷類型Ratio值限值觀測(cè)值編輯因子電離層折射改正對(duì)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(shí)間0.000.100.10SV12-SV15SV12存在周跳的殘差圖殘差（周）時(shí)間0.00100.002-100.00SV12-SV15殘差（周）時(shí)間0.00100.002-100.00SV12-SV25殘差（周）時(shí)間0.000.100.10SV25-SV15SV25受不明影響的殘差圖殘差（周）時(shí)間0.001.001.00SV12-SV25T1（周）

9、T2（周）殘差（周）時(shí)間0.001.001.00SV25-SV13T1（周）T2（周）殘差（周）時(shí)間0.000.100.10SV12-SV138.2 網(wǎng)平差8.2.18.2.1網(wǎng)平差的類型網(wǎng)平差的類型v無約束平差無約束平差定義：GPS網(wǎng)的無約束平差指的是在平差時(shí)不引入會(huì)造成GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測(cè)量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。常見的GPS網(wǎng)的無約束平差，一般是在平差時(shí)沒有起算數(shù)據(jù)或沒有多余的起算數(shù)據(jù)。v約束平差約束平差定義：GPS網(wǎng)的約束平差指的是平差時(shí)所采用的觀測(cè)值完全是GPS觀測(cè)值（即GPS基線向量），而且，在平差時(shí)引入了使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測(cè)量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。v 聯(lián)合平差聯(lián)合平

10、差 定義：GPS網(wǎng)的聯(lián)合平差指的是平差時(shí)所采用的觀測(cè)值除了GPS觀測(cè)值以外，還采用了地面常規(guī)觀測(cè)值，這些地面常規(guī)觀測(cè)值包括邊長(zhǎng)、方向、角度等觀測(cè)值等。v 無約束平差的作用無約束平差的作用 評(píng)定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和剔除GPS觀測(cè)值中可能存在的粗差,得到GPS網(wǎng)中各個(gè)點(diǎn)在WGS-84系下經(jīng)過了平差處理的三維空間直角坐標(biāo),為將來可能進(jìn)行的高程擬合，提供經(jīng)過了平差處理的大地高數(shù)據(jù)v平差結(jié)果的質(zhì)量評(píng)定平差結(jié)果的質(zhì)量評(píng)定 指標(biāo)：相鄰點(diǎn)距離中誤差 1.單位權(quán)方差的檢驗(yàn) 2.基線改正數(shù)的檢驗(yàn) 3.已知坐標(biāo)的檢驗(yàn)8.3 GPS高程8.3.1 高程系統(tǒng) 大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的

11、大地高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的參考橢球的法線與參考橢球面的交點(diǎn)間的距離。大地高也稱為橢球高，大地高一般用符號(hào)H表示。大地高是一個(gè)純幾何量，不具有物理意義，同一個(gè)點(diǎn)，在不同的基準(zhǔn)下，具有不同的大地高。大地高系統(tǒng)正高系統(tǒng) 正高系統(tǒng)是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的正高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離，正高用符號(hào)Hg表示。正常高系統(tǒng) 正常高系統(tǒng)是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的正常高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的鉛垂線與似大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離，正常高用H表示。高程系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系高程系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 大地水準(zhǔn)面參考橢球面似大地水準(zhǔn)面地球表面HgHHgH HHgghHH 方法

12、等值線圖法 大地水準(zhǔn)面模型法 擬合法8.3.2 GPS測(cè)高方法 從高程異常圖或大地水準(zhǔn)面差距圖分別查出各點(diǎn)的高程異?；虼蟮厮疁?zhǔn)面差距，然后分別采用下面兩式可計(jì)算出正常高和正高。v 采用等值線圖法確定點(diǎn)的正常高和正高時(shí)要注意以下幾個(gè)問題： 注意等值線圖所適用的坐標(biāo)系統(tǒng)，在求解正常高或正高時(shí)，要采用相應(yīng)坐標(biāo)系統(tǒng)的大地高數(shù)據(jù)。 采用等值線圖法確定正常高或正高，其結(jié)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(zhì)上是一種數(shù)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，

13、高程異常具有一定的幾何相關(guān)性這一原理，采用數(shù)學(xué)方法，求解正高、正常高或高程異常 擬合法擬合法注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 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(zhǔn)確度可達(dá)到一個(gè)分米以內(nèi)。對(duì)于高程異常變化劇烈的地區(qū)（如山區(qū)），這種方法的準(zhǔn)確度有限，這主要是因?yàn)樵谶@些地區(qū)，高程異常的已知點(diǎn)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(diǎn)的高程異常值一般是通過水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)定正常高、通過GPS測(cè)量測(cè)定大地高后獲得的。在實(shí)際工作中，一般采用在水準(zhǔn)點(diǎn)上布設(shè)GPS點(diǎn)或?qū)PS點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)的方法來實(shí)現(xiàn)，為了獲得好的擬合結(jié)果要求采用數(shù)量盡量多的已知點(diǎn)，它們應(yīng)均勻分布，并且最好能夠?qū)⒄麄€(gè)GPS網(wǎng)包圍起來。v 選擇合適的高程異常已知點(diǎn) 若要用零次多項(xiàng)式進(jìn)行高程擬合時(shí)，要確定1個(gè)參數(shù)，因此，需要1個(gè)以上的已知點(diǎn)；若要采用一次多