第六章GPS基線解算

1、20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院1GPS測量與數(shù)據(jù)處理測量與數(shù)據(jù)處理黃勁松黃勁松武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院2第六章第六章 GPS基線解算基線解算 3本章內(nèi)容本章內(nèi)容 概述概述 基線解算模式基線解算模式 基線解算的過程及結果基線解算的過程及結果 基線解算的質(zhì)量控制基線解算的質(zhì)量控制20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院41. 概述概述5GPS測量數(shù)據(jù)處理的流程測量數(shù)據(jù)處理的流程 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集 工具：GPS 接收機。 結果：記錄在接收機中的原始觀測數(shù)據(jù)。

2、 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 工具：數(shù)據(jù)傳輸軟件（功能模塊） 。 結果：記錄在計算機中的原始觀測數(shù)據(jù)。 格式轉(zhuǎn)換格式轉(zhuǎn)換 工具：格式轉(zhuǎn)換軟件（功能模塊） 。 結果：標準格式的數(shù)據(jù)。 基線解算基線解算 工具：基線計算軟件（功能模塊） 。 結果：GPS 基線向量解。 網(wǎng)平差網(wǎng)平差 工具：GPS 網(wǎng)平差軟件（功能模塊） 。 結果：點坐標、基準轉(zhuǎn)換參數(shù)及相關統(tǒng)計信息。 是否完成所有觀測和基線解算。 是 否 數(shù)據(jù)處理 結束 開始 四個階段：四個階段：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20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院62. 基線解算模式基線解算模式7基

3、線向量解基線向量解 基線邊長與基線向量基線邊長與基線向量基線邊長基線邊長基線向量基線向量基線邊長（左）與基線向量（右）基線邊長（左）與基線向量（右）8基線向量解基線向量解 基線向量的表達方式基線向量的表達方式 空間直角坐標的坐標差 大地坐標的坐標差 站心地平坐標的坐標差TiiiiXYZ bTiiiiBLH bTiiiiNEU b9同步觀測基線間的誤差相關性同步觀測基線間的誤差相關性ABC提示：由于在計算AB、AC兩條基線向量時，均用到了A點的觀測數(shù)據(jù)，因而A點觀測數(shù)據(jù)中的誤差將同時對這些基線產(chǎn)生影響。10基線解算模式基線解算模式 單基線解單基線解/基線模式基線模式 多基線解多基線解/時段模式時

4、段模式 整體解整體解/戰(zhàn)役模式戰(zhàn)役模式11單基線解單基線解/基線模式基線模式 解算方法解算方法 一次僅同時提取兩臺GPS接收機的同步觀測數(shù)據(jù)進行基線解算。 特點特點 每條基線都是在一個獨立的解算過程中完成 模型簡單，參數(shù)較少，計算量小 解算結果無法反映同步觀測基線間的誤差相關性 無法充分利用觀測數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)性 適用范圍適用范圍 一般工程應用12單基線解單基線解/基線模式基線模式 基線解結果基線解結果 基線向量估值 基線向量估值的方差-協(xié)方差陣TiiiiXYZ b222iiiiiiiiiiiiiiiiXXYXZYXYYZZXZYZ bd13多基線解多基線解/時段模式時段模式 解算方法解算方法

5、一次提取一個觀測時段中所有進行同步觀測的n臺接收機所采集的同步觀測數(shù)據(jù)，在一個單一解算過程中共同解求出所有n - 1條相互函數(shù)獨立的基線。 特點特點 數(shù)學模型嚴密，能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計相關性 數(shù)學模型和解算過程比較復雜，計算量較大 適用范圍適用范圍 對質(zhì)量要求嚴格的應用14多基線解多基線解/時段模式時段模式 基線選擇方法基線選擇方法射線法（左）和導線法（右）射線法（左）和導線法（右）15多基線解多基線解/時段模式時段模式 基線解結果基線解結果 基線向量估值 基線向量估值的方差-協(xié)方差陣,1,2,1iTiiii m Bbbb,1,1,1,2,1,1,2,1,2,2,2,1,1,1,1,2

6、,1,1,.iiiiii miiiiii mii mii mii mi mbbbbbbbbbbbbbbbbbbBddddddDddd16整體解整體解/戰(zhàn)役模式戰(zhàn)役模式 解算方法解算方法 一次提取項目整個觀測過程中所有觀測數(shù)據(jù)，在一個單一解算過程中同時對它們進行處理，得出所有獨立基線。 特點特點 數(shù)學模型嚴密，能反映出同步觀測基線間的統(tǒng)計相關性 避免了結果在幾何上的不一致性 數(shù)學模型和解算過程復雜，計算量大 適用范圍適用范圍 高精度定位、定軌20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院173. 基線解算的過程及結果基線解算的過程及結果 18基線解算的過程基線解算的過程19

7、基線解算的結果基線解算的結果 數(shù)據(jù)記錄情況數(shù)據(jù)記錄情況 起止時刻、歷元間隔、觀測衛(wèi)星、歷元數(shù) 測站信息測站信息 位置（經(jīng)度、緯度、高度）、所采用接收機的序列號、所采用天線的序列號、測站編號、天線高 每一測站在測量期間的衛(wèi)星跟蹤狀況每一測站在測量期間的衛(wèi)星跟蹤狀況 氣象數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù) 氣壓、溫度、濕度20基線解算的結果基線解算的結果 基線解算控制參數(shù)設置基線解算控制參數(shù)設置 星歷類型，截止高度角、解的類型、對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)計信息基線向量估值及其統(tǒng)計信息 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

8、解方差的比值（RATIO值）、單位權方差因子（參考方差） 觀測值殘差序列觀測值殘差序列20052012. 黃勁松黃勁松 武漢大學武漢大學 測繪學院測繪學院214. 基線解算的質(zhì)量控制基線解算的質(zhì)量控制22質(zhì)量指標的類型質(zhì)量指標的類型 控制指標控制指標 特點：基于測量規(guī)范，在工程應用中，控制指標必須滿足， 指標：數(shù)據(jù)剔除率，復測基線長度較差，同步環(huán)閉合差，獨立（異步）環(huán)閉合差，網(wǎng)無約束平差基線向量改正數(shù)（殘差） 參考指標參考指標 特點： 基于統(tǒng)計學原理，不作為判定質(zhì)量是否合格的依據(jù) 指標：單位權方差（參考方差），RATIO值，RDOP值，觀測值殘差的RMS23質(zhì)量的控制指標質(zhì)量的控制指標 數(shù)據(jù)剔

9、除率數(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 183142009，同一時段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率宜小于10%24質(zhì)量的控制指標質(zhì)量的控制指標 同步環(huán)閉合差同步環(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 183142009，353535XYZWWW25質(zhì)量的控制指標質(zhì)量的控制指標 獨立環(huán)閉合差獨立環(huán)閉合差 定義 由

10、獨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 作用 若滿足限差要求，則表明組成獨立環(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，可以通過多個相鄰的獨立環(huán)或重復基線來進行。 要求 根據(jù)GB/T 183142009，3333 3XYZSWnWnWnWn26質(zhì)量的控制指標質(zhì)量的控制指標 復測基線長度較差復測基線長度較差 定義 不同觀測時段，對同一條基線的觀測結果，就是所謂復測基線。這些觀測結果之間的差異，就是復測基線較差。 作用 當其超限時，就表明復測基線中一定存在質(zhì)量不滿足要求的基線。通過一條基線三次以上的重復觀測結果，通

11、常能夠確定出存在質(zhì)量問題的基線解算結果。 要求 根據(jù)GB/T 183142009，2 2Sd222SdXYZ27質(zhì)量的控制指標質(zhì)量的控制指標 網(wǎng)無約束平差基線向量殘差網(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，則認為所對應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 183142009，333XYZVVV28質(zhì)量的控制指標質(zhì)量的控制指標 其他其他 GB/T 183142009還專門針對A和B級高等級GPS測量的數(shù)據(jù)處理制訂了專門的質(zhì)量控制指標 重復性 各時段間的較差檢驗 獨立閉合環(huán)或附合路線坐標分量閉合差 1222121()11iinimicCn

12、icCCnnR3 23 23 23 2XXYYZZSSdRdRdRdR222XYZXWYWZWWWW3SWW29質(zhì)量的控制指標質(zhì)量的控制指標 規(guī)范對基線測量中誤差的要求規(guī)范對基線測量中誤差的要求 在GB/T 183142001中，規(guī)定由相應級別所規(guī)定的GPS網(wǎng)相鄰點基線長度精度及實際平均邊長計算 在GB/T 183142009中，規(guī)定由外業(yè)觀測時所采用的GPS接收機的標稱精度及實際平均邊長計算30質(zhì)量的參考指標質(zhì)量的參考指標 單位權方差（參考方差單位權方差（參考方差/Reference Variance） 定義 實質(zhì) 一定程度地反映了觀測值質(zhì)量的優(yōu)劣0fPVVT0參考方差參考方差觀測值的觀測值

13、的殘差殘差觀測值的觀測值的權權自由度自由度31質(zhì)量的參考指標質(zhì)量的參考指標 觀測值殘差的觀測值殘差的RMS 定義： 觀測值殘差的RMS（Root Mean Square/均方根） 實質(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 一般認為，RMS越小越好觀測值的均觀測值的均方根誤差方根誤差觀測值的觀測值的殘差殘差觀測值的觀測值的數(shù)量數(shù)量TV VRMSn32質(zhì)量的參考指標質(zhì)量的參考指標 RATIO 定義 實質(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。 這一指標取決于多種因素，既與觀測值的質(zhì)量有關，也與觀測條件（衛(wèi)星星座的幾何圖形的分

14、布和變化）的好壞有關。最小次最小RMSRMSRATIO 33質(zhì)量的參考指標質(zhì)量的參考指標 RDOP 定義：所謂RDOP值指的是在基線解算時待定參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣的跡的平方根，即 實質(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(shù)，因此，對于某條基線， 其RDOP值大小與觀測時間段有關。 RDOP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(zhì)量好壞的影響。21)(QtrRDOP 34影響基線解算結果的因素影響基線解算結果的因素 基線解算時所設定的起點坐標不準

15、確基線解算時所設定的起點坐標不準確影響方式：導致基線向量發(fā)生偏差影響程度：起點坐標的偏差起點坐標的偏差GPS衛(wèi)星軌道高度衛(wèi)星軌道高度基線向量的偏差基線向量的偏差基線長度基線長度bsbr35影響基線解算結果的因素影響基線解算結果的因素 少數(shù)衛(wèi)星的觀測時間少數(shù)衛(wèi)星的觀測時間太短太短 影響方式：導致與該衛(wèi)星有關的整周未知數(shù)固定困難 影響程度：對于基線解算來講，對于參與計算的衛(wèi)星，如果與其相關的整周未知數(shù)沒有準確確定的話，就將嚴重影響整個基線解算結果的質(zhì)量36影響基線解算結果的因素影響基線解算結果的因素 在整個觀測時段中，有個別衛(wèi)星或個別時在整個觀測時段中，有個別衛(wèi)星或個別時間段周跳太多，致使周跳修復

16、不完善間段周跳太多，致使周跳修復不完善 影響方式：導致整周未知數(shù)固定困難 影響程度：嚴重影響基線向量的質(zhì)量37影響基線解算結果的因素影響基線解算結果的因素 在觀測時段內(nèi)，多路徑效應比較嚴重，觀在觀測時段內(nèi)，多路徑效應比較嚴重，觀測值的改正數(shù)普遍較大測值的改正數(shù)普遍較大 影響方式：導致基線向量質(zhì)量下降，嚴重時導致整周未知數(shù)固定困難 影響程度 隨多路徑效應的嚴重程度，對基線質(zhì)量的影響將有所不同 多路徑效應對基線向量的水平方向影響較大38影響基線解算結果的因素影響基線解算結果的因素 對流層折射影響或電離層折射影響較大對流層折射影響或電離層折射影響較大 影響方式：導致基線向量質(zhì)量下降，嚴重時導致整周未

17、知數(shù)固定困難 影響程度 隨大氣折射影響的嚴重程度，對基線質(zhì)量的影響將有所不同 大氣折射影響對基線向量的垂直方向影響較大 其它因素其它因素 衛(wèi)星軌道誤差較大 數(shù)學模型問題：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基線的精化處理方法 基線起點坐標不準確的應對方法基線起點坐標不準確的應對方法 使用坐標精度高的點作為起算點 獲取較為準確坐標的方法（兩種） 與已知點（IGS跟蹤站）聯(lián)測（可獲得分米級以上精度的地心坐標） 長時間單點定位（數(shù)小時單點定位，可獲得米級精度的地心坐標） 所有基線從一點或由該點衍生出的點起算基本起算點基本起算點衍生點衍生點衍生點衍生點衍生點衍生點衍生點衍生點40基線的精化處理方法基線的精化處理方法 衛(wèi)星的觀測時間太短的應對方法衛(wèi)星的觀測時間太短的應對方法 刪除該衛(wèi)星的觀測