GPS測量數(shù)據(jù)處理 (2)

1、第八章GPS測量數(shù)據(jù)處理,主要內(nèi)容,8.1 基線解算及質(zhì)量評定,8.2 網(wǎng)平差,8.3 GPS高程,8.1 基線解算及質(zhì)量評定,8.1.1基線解算的類型 單基線解 定義：當(dāng)有臺GPS接收機(jī)進(jìn)行了一個(gè)時(shí)段的同步觀測后，每兩臺接收機(jī)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(dú)立的條同步觀測基線，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

2、基線間誤差相關(guān)性，對每條基線單獨(dú)進(jìn)行解算。,特點(diǎn)：單基線解算的算法簡單，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GPS網(wǎng)的測設(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基線間的誤差相關(guān)性，在基線解算時(shí)對所有同步觀測的獨(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 基線解算結(jié)果的質(zhì)量評定指標(biāo),實(shí)質(zhì)：反映觀測值的質(zhì)量，又稱為參考方差因子。越小越好。,單位權(quán)方差因子 定義：,RMS - 均方根誤差 定義：,實(shí)質(zhì)：表明了觀測值的質(zhì)量，觀測值質(zhì)量越好

3、，越小，反之，觀測值質(zhì)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(shù)據(jù)刪除率 定義：在基線解算時(shí)，如果觀測值的改正數(shù)大于某一個(gè)閾值時(shí)，則認(rèn)為該觀測值含有粗差，則需要將其刪除。被刪除觀測值的數(shù)量與觀測值的總數(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。,RATIO 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，既與觀測值的質(zhì)量有關(guān)，也與觀測條件 的好壞

4、有關(guān)。,RDOP 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（即觀測條件）有關(guān)，當(dāng)基線位置確定后，RDOP值就只與觀測條件有關(guān)了，而觀測條件又是時(shí)間的函數(shù)，因此，實(shí)際上對與某條基線向量來講， 其RDOP值的大小與觀測時(shí)間段有關(guān)。 實(shí)質(zhì)：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。,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(shí)質(zhì)：由于同步觀測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)

5、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：,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：,重復(fù)基線較（互）差 定義：不同觀測時(shí)段，對同一條基線的觀測結(jié)果，就是所謂重復(fù)基線。

6、這些觀測結(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：,8.1.3影響基線解算結(jié)果的主要因素及應(yīng)對方法,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）,少數(shù)衛(wèi)星的觀測時(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 （剔除觀測時(shí)間太短的衛(wèi)星）,在整個(gè)觀測時(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）

7、在觀測時(shí)段內(nèi)，多路徑效應(yīng)比較嚴(yán)重，觀測值的 改正數(shù)普遍較大 （剔除受多路徑影響嚴(yán)重的觀測值） 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(yīng)對方法：,判別:通過衛(wèi)星的可見性圖和殘差圖來判別。,應(yīng)對方法：提供較準(zhǔn)確的起點(diǎn)坐標(biāo)、刪衛(wèi)星和截取時(shí)間段。,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 幾種典型的殘差圖,SV12存在周跳的殘差圖,SV25受不明影響的殘差圖,8.2 網(wǎng)平差,8.2.1網(wǎng)平差的類型 無約束平差 定義：GPS網(wǎng)的無

8、約束平差指的是在平差時(shí)不引入會造成GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測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)。 約束平差 定義：GPS網(wǎng)的約束平差指的是平差時(shí)所采用的觀測值完全是GPS觀測值（即GPS基線向量），而且，在平差時(shí)引入了使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部起算數(shù)據(jù)。,聯(lián)合平差 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。,無約束平差的作用 評定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和剔除GPS觀測值中可能存在的粗差,得到GPS網(wǎng)中各個(gè)

9、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),平差結(jié)果的質(zhì)量評定 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

10、垂線與大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離，正高用符號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,方法 等值線圖法 大地水準(zhǔn)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(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。,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

11、大程度上取決于等值線圖的精度。,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。,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)測量測定正常高、通過GPS測量測定大地高后獲得的。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。,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)；若要采用一次多項(xiàng)式進(jìn)行高程擬合，要確定3個(gè)參數(shù)，需要3個(gè)以上的