GPS静态测量说明ppt课件.pptx
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1、,GPS静态测量,1, 项目实施及质量控制,1. 绪论,1,2006, 2007,3,GPS,NAVSTAR GPS NAVigation Satellite,Timing and Ranging Global Positioning美国建立的一个卫星导航定位系统System提和供定全时天服候务、不间断的高精度定位、测速,4,空间部分,G地部面分监P控用户S部分,24颗GPS卫星所组成的星座,5个跟踪站、3个注入站、1个主控站,主控站,监测站,注入站,大,西,洋,太 平 洋,印 度 洋,GPS的系统组成,接收设备,5,测量定位原理,GPS测量定位的基本原理 距离交会,单点定位,6,GPS卫星的
2、信号,载波L1、L2用于搭载信号测距码C/A码、P码用于测距导航电文用及于其提他供相卫关星信轨息道、钟,L2,P2,D,L1C/A,P1,D,GPS的距离观测值,7,伪距利用测距码测定无模糊度问题精度分米级载波相位利用载波测定有模糊度问题精度毫米级,GPS定位中的误差源,、,与卫星有关的误差源卫相星对轨论道效误应差、卫星钟的误差 年SA(已于20005月2日终止)等。与传播途径有关的误差的源电路离径层效折应射、电对磁流波层干折扰射等、。多与接收设备有关的误差源接化收、机接天收线机相钟位的中误心差偏等差。和变,GPS定位中的误差源,8,单点定位的缺陷,各种误差源对单点定位结果精度影响严 重,即使
3、经过标准模精型度 进也仅能达到行改正后 ,定位左右10m,9,差分GPS(DGPS),DGPS的基本原理 利用参考站计算出误差或误差对定位结果的影 响,供运动站修正自己的观测值或定位结果,10,11,相对定位,位,相对定位的基本原理利收用机进间行的同相步对观位测置数(据基,线确向定量接)相对定位的特点通常采用载波相位观测值确定的是相对位置精度高,可达毫米级作业、数据处理复杂测模量式中普遍采用的是相对,相对定位,影响相对定位测量成果质量的因素,12,影响单一基线质量的因素测量定位的几何条件卫星的数量、几何分布及位置变化幅度观测值观测值的质量:精度高低、周跳多少观测值的种类:单频还是双频、L2的质
4、量、是否有P码伪距、是否有气象元素数据处理处理方法:软件、处理参数设置,影响相对定位测量成果质量的因素,影响整体测量成果质量的因素单一基线的质量网形网平差处理的方法,1,13,2,3,4,5,6,7,8,GPS网,本讲座的重点,14,围绕GPS网的建立介绍如下内容GPS网的布设及外业观测基线解算及其质量控制GPS网平差及其质量控制核心问题质量控制(QC),什么是质量?,15,质量的定义产品或工作的优劣程度GPS测量产品质量的内涵精度, 可靠性,质量 精度,质量=精度+可靠性 +应用目标符合度,GPS测量产品质量的内涵,质量控制及其内容,16,质量控制的定义一种用来确保生产出的产品保持合乎规定水
5、平 的系统GPS测量产品质量控制的内容质量评价(评定质量的指标)质量改善(提高质量的方法),2. GPS网的布设 及质量控制,17,2006, 2007,2.1 GPS网,17,2006, 2007,定义确GP定S出基的线点向间量的是相通对过位在置若关干系点上进行GPS同步观测所表达方式地心坐标的坐标差(X, Y,Z)大地坐标的坐标差(B, L,H)站心直角坐标(N, E, U)站心极坐标(S, A, EL)问题GPS基线向量缺少绝对位置基准,GPS基线向量,基线向量,10,GPS网,GPS网定义由点和GPS基线向量所形成的一 种结构布设GPS网的最终目的以在一某定一的坐质标量参水照平系,下确
6、的定坐网标中点GPS网的观测值GPS基线向量GPS基线向量在GPS网中的作 用, 建立点间的相互关系,GPS网,20,绝对位置基准的传递绝对坐标信息通过基线向量进行传递提供用于进行质量检核条件(冗余度)闭合条件闭合环 同步环、异步环(独立环)复测基线符合条件符合路线提供提高质量的方法粗差的探测及处理, 平差处理,GPS网的作用,绝对位置基准的传递,21,GPS网与常规网,22,GPS网的优势不需要通视全天候作业测站选择与网形无关,可专注于应用作业效率高易达到测量精度要求可同时获得三维坐标,GPS网与常规网,23,GPS网的劣势高效率对测量计划和调度有更高的要求不能容忍空中的障碍物,因此不能用于
7、地下、 植物下或建筑物下GPS通常只能满足特定的测量需求无法为后续的非GPS测量提供方位控制GPS的精度通常高于周围现有的控制GPS设备的投资成本高需要新技能,GPS网的工程应用,24,大地控制工程控制图根控制形变监测联水合准水面准模及型重力资料建立精密(似)大地,GPS网与CORS,25,CORS(连续运行参考站)Continuously Operating Reference Stations趋势CORS是现代化的空间三维基准实现方法在工程应用领域,CORS将会逐步取代常规GPS网近期,在不发达地区和偏远地区,常规GPS网 仍将作为一项建立测量控制的主要手段,建立GPS网的三个阶段,26,
8、测前项目立项方案设计施工设计测绘资料收集整理仪器检验、检定踏勘、选点、埋石,建立GPS网的三个阶段,27,测中作业队进驻卫星状态预报观测计划制定作业调度及外业观测数据传输、转储、备份基线解算及质量控制,建立GPS网的三个阶段,28,测后网平差(数据处理、分析)及质量控制整理成果、技术总结项目验收,29,2006, 2007,2.2 衡量GPS网质量的指标,30,评定质量方法时的常见错误,根据是否打钩和是否是固定解来评定质量,根据报告中是否出现“失败”等字眼来评定质量,精度高就等于质量好,根据颜色和是否插旗来评定质量,GPS网质量的两个方面,精度基线向量改正数的大小基线向量的重复性闭合差的大小符
9、合差的大小相邻点距离中误差的大小点位中误差大小可靠性可探测出的观测值中粗差的大小观测值中残余粗差对结果影响的大小,31,衡量精度的指标,质量指标控制指标(必须满足,需要用户来判断)同步环闭合差异步环闭合差复测基线较差参判断考)指标(用于参考,不作要求,软件能自动参考方差(0)均方根误差(RMS)确定模糊度时的RMS比值(RATIO值),控要制求指得标出是的依据应用,参原考理指得标出是的依据统计,32,规范中有关GPS网精度的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),33,规范中有关GPS网精度的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001)
10、,a 10mm, ,102 (510 106 106 )2 50.99(mm34),如:,对于在C级网,规范要求,,b 5,,当基线边长为10km时,,35,规范中有关GPS网精度的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),36,规范中有关GPS网精度的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),规范中有关GPS网精度的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),37,规范中有关GPS网精度的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),38,39,规范中有关GPS网精度的内容,全球
11、定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),规范中有关GPS网精度的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),40,规范中有关GPS网精度的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),41,规范中有关GPS网可靠性的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),42,规范中有关GPS网可靠性的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),43,规范中有关GPS网可靠性的内容,全球定位系统(GPS)测量规范(GB/T 18314 2001),44,45,2006, 20
12、07,2.3 影响GPS网质量的因素,不影响GPS网质量的因素,GPS网中点的质量与点位分布无关,46,不影响GPS网质量的因素,网的形状对GPS网的质量没有直接影响,对于上述两个网形,如果对应基线的质量相同,则两个网的质量也相同。,47,影响GPS网质量的因素,48,观测值的精度由观测方法和基线处理方法决定起算数据的质量、数量、分布及与网的关系由网的设计和外业观测调度决定网的结构(基线向量的数量及配置)由网的设计和外业观测调度决定数学模型的完备性由数据处理软件决定外业观测工作,如对中、量高、天线定向等由外业作业人员决定,49,2006, 2007,2.4 保证GPS网质量的方法,保证GPS网
13、质量的基本原则,观测值的精度和数量要保证起布算要均数匀据,的与质网量的要关保系证要,紧数密量要适当,分网的结构要坚强数学模型要完备,第2,3点实际上是GPS网设计的问题,50,GPS网设计的原则,51,质量的要求保证成果质量便于质量控制应用的要求利于成果的应用观测的要求保证观测质量保证观测效率便于观测施工,起算数据的设计,52,起算数据数量与网质量的关系起算数据质量高时,数量可不限起项算目数性据质质及量数低据时处,理数方量法要有适关当,具体数目与旧网改造或加密扩充,起算点的数目可多一些新建网,起算点的数目可少一些独立坐标系下的工程网可固定一点一方向起算数据的类型与网质量的关系涉及投影面高度问题
14、的网应引入已知边长,网的结构设计,为等覆级盖的面框积(大骨或)延架伸网距离远的网布设高一,53,54,网的结构设计,网中距离较近的点间要进行直接观测保证网中具有足够数量的复测边和复测点通过增设基线提高网的结构强度最简异步环的边数不宜过多,最简异步环,短边必测,观测设计,仪器要求采用双频接收机、抗多路径天线、相同型号的天线观测设施强制对中观测环境避开多路径、电磁干扰的环境观测要求进行天线定向;若非强制对中,则不同时段天线重新安置早止高晚度观角测等、卫星多时观测、延长观测时段、提高采样率、降低截作业调度基线的布置(复测边、闭合环的配置)55,56,2006, 2007,2.5 GPS网的 布网及观
15、测方案,GPS网的布网方案,57,跟踪站式形式:若干台接收机长期固定安放在测站上进行常年、不间断的观测,数据处理通常采用 精密星历由高精度数据处理软件进行。优点:精度极高,具有框架基准特性。缺点:需建立专门的永久性建筑即跟踪站,观 测成本很高。适用范围:一般用于建立GPS跟踪站或永久性 的监测网。,GPS网的布网方案,58,会战式形式:一次组织多台GPS接收机,集中在一段不太长中 的,时所间有内的,接共收同机作,业。在若观干测天分的阶时段间进里行分,别在各同自一在阶同段点一的批测点量上后进,行所多有天接、收长机时又段都的迁同移步到观另测外,一在批完点成上一采批 完毕。用相同方式,进行另一阶段的
16、观测,直至所有点观 测优点:具有特高的尺度精度。适用范围:A、B级网。,GPS网的布网方案,线,图形结构强。, 适用范围:C,D级网。,多基准站式的布网形式,多基准站式形里式长:期若固干定台在接某收几机个在点一上段进时行间长时间的测,这些测站称为基准另站外 ,一在观基接准收站机进则行在观这测些的基同准时站,周围相些互之间进行同步观测。优度点高:,可各以基作准为站整间个G基线向网量的精骨基准站基准站架基。准站其之余间也同存步观在测有同P步S与观测各基个基准站,同步图形,59,GPS网的布网方案,GPS,同步图形扩展式 形式:多台接收机在不同测站上进行同迁观移测到,其在它完的成测一站个上时进段行的
17、同同步步观观测测,后每,次又量同过步程观中测都,不可同以的形同成步图一个形同间步一图般形有,在若干测 个公共点相连,整个网由这些同步图,形构成。 优业点方:法简扩展单速。度快,图形强度较高,且作, 适用范围:C,D级网。,同步图形的扩展60,GPS网的布网方案,单基准站(星形网)式形式:以一台接收机作为基准站,在某个测站上连续周开机 围观流测动,其每余到的一接点收就机进在行此观基测准,站流观动测的期接间收,机之在间其段一般,就不要与求基同准步站,间这测得样一,条流动同的步接观收测机基每线观,测所一有个这时样测得的同步基线就形成了一个以基准站为中心得星形。优点:效率高。缺点:图形强度弱,可靠性低
18、。适用范围:D,E级网。,单基准站式的布网61,调度方案,点连式形式:相邻的同步图形间 只通过一个公共点相连。优点:作业效率高,图形 扩展迅速。缺点:图形强度低,如果,连到接后点面发的生同问步题图,形将。影响,1,62,2,点连式,调度方案,边连式形式:相邻的同步图形间有一条边(即两个公 共点)相连。优点:作业效率较高,图形强度较强。,1,63,2,边连式,调度方案,网连式形式:相邻的同步图形间有3个(含3个)以上 的公共点相连。优点:图形强度最强。缺点:作业效率低。,21,64,网连式,GPS网作业进度图,GPS网作业进度图从基线已,完在成观测的网同展步点图图形上中将选被取测独点立用直线连接
19、起GP来S,用以显示作业进度。进度图的绘制应选取独立基线;用测不基同线的。颜色表示不同时段的同步观作用进行网形设计;, 掌握作业进度。,同步图形的扩展,65,66,2006, 2007,2.6 工程进度及费用估算,影响工程进度的因素,67,观测时段的长度每点需观测的时段数迁站所需的时间每天可观测的时段数,重复设站次数,定义:在同一测站上所进行观测的时段数。规最范少中平规均定重了复不设同站等次级数的。网,每个测站的,68,69,最少观测期数,定义根据规范要求,布设一GPS网,需要观测的最 少时段数。特性最少观测期数与网的等级、点的数量和用于观 测的接收机的数量有关。,min,s INT( R n
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