GPS測量與數(shù)據(jù)處理第四講

GPS測量與數(shù)據(jù)處理

第四講河南工程學(xué)院土木工程系測繪教研室第四章GPS測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集本章主要內(nèi)容外業(yè)流程外業(yè)觀測進(jìn)度和費(fèi)用預(yù)算選點(diǎn)與埋石GPS接收機(jī)的選用及儀器檢驗(yàn)外業(yè)觀測（數(shù)據(jù)采集）外業(yè)成果驗(yàn)收和上交資料第四章GPS測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集GPS測量的作業(yè)模式GPS載波相對定位的作業(yè)模式與GPS接收機(jī)設(shè)備的硬件和軟件有關(guān)，主要有：靜態(tài)相對定位快速靜態(tài)相對定位準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對定位（停行動(dòng)態(tài)測量）動(dòng)態(tài)相對定位(RTK)第四章GPS測量外業(yè)數(shù)據(jù)采集在建立GPS控制網(wǎng)時(shí)，為了保證得到高精度的可靠的成果，一般采用靜態(tài)相對定位法或快速靜態(tài)相對模式。距離較長（大于5公里）：采用靜態(tài)相對定位法距離較段（小于5公里）：采用快速靜態(tài)相對定位法一、靜態(tài)相對定位作業(yè)方法：兩臺以上儀器，同步觀測4顆以上衛(wèi)星，1?3h定位精度：基線測量的精度可達(dá)5mm+1ppm*D特點(diǎn):觀測的獨(dú)立基線邊，應(yīng)構(gòu)成某種閉合圖形，利于成果的檢核。基線長數(shù)公里到上千公里。一、靜態(tài)相對定位適用范圍建立地殼運(yùn)動(dòng)或工程變形監(jiān)測網(wǎng)建立全球性或國家級大地控制網(wǎng)建立長距離檢?；€進(jìn)行島嶼與大陸聯(lián)測建立精密工程測量控制網(wǎng)經(jīng)典靜態(tài)相對定位二、快速靜態(tài)相對定位作業(yè)方法：在測區(qū)中部選擇一個(gè)基準(zhǔn)站（或參考站），并設(shè)置一臺儀器，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。另一臺接收機(jī)，依次到各點(diǎn)流動(dòng)設(shè)站，且在每個(gè)流動(dòng)站上，靜止觀測數(shù)分鐘。按快速解算整周未知數(shù)的方法進(jìn)行基線解算。定位精度：基線測量的精度可達(dá)（5?10）mm+1ppm*D特點(diǎn):作業(yè)速度快，精度較高，可靠性差二、快速靜態(tài)相對定位適用范圍小范圍的控制測量及其加密；工程測量、邊界測量；地籍測量及碎部測量快速靜態(tài)相對定位三、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對定位作業(yè)方法：在測區(qū)選擇一個(gè)基準(zhǔn)站（或參考站），并設(shè)置一臺儀器，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星。另一臺接收機(jī)于起點(diǎn)觀測數(shù)分鐘，以便快速解算整周未知數(shù)，保持對所測衛(wèi)星的連續(xù)跟蹤，流動(dòng)的接收機(jī)依次遷到各流動(dòng)點(diǎn)觀測1分鐘左右。定位精度：基線測量的精度可達(dá)（10?20）mm+1ppm*D特點(diǎn)作業(yè)效率非常高。三、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對定位適用范圍開闊地區(qū)的加密測量；工程定位及碎部測量剖面測量和路線測量地籍測量等準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對定位四、動(dòng)態(tài)相對定位作業(yè)方法：建立一個(gè)基準(zhǔn)站，安置一臺接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星；另一臺接收機(jī)安置在運(yùn)動(dòng)的載體上，初始化后，運(yùn)動(dòng)過程，按預(yù)定的采樣率間隔實(shí)時(shí)自動(dòng)觀測。定位精度：基線測量的精度可達(dá)（1?3）cm+1ppm*D特點(diǎn)作業(yè)效率高,可實(shí)現(xiàn)載體的連續(xù)實(shí)時(shí)定位。四、動(dòng)態(tài)相對定位適用范圍精密測定載體的運(yùn)動(dòng)軌跡；道路中心線測量航道測量開闊地區(qū)的剖面測量和水文測量GIS數(shù)據(jù)采集等動(dòng)態(tài)相對定位4.1外業(yè)觀測進(jìn)度和費(fèi)用預(yù)算問題：要布設(shè)一個(gè)100個(gè)點(diǎn)的C級網(wǎng)，若某個(gè)外業(yè)測量對計(jì)劃采用4臺接收機(jī)進(jìn)行觀測，問題：外業(yè)觀測需要進(jìn)行多少天？外業(yè)觀測費(fèi)用是多少？一、重復(fù)設(shè)站次數(shù)和時(shí)段長度的規(guī)定規(guī)范對不同等級網(wǎng)的重復(fù)設(shè)站次數(shù)和觀測時(shí)段長度的規(guī)定：級別項(xiàng)目AAABCDE衛(wèi)星截止高度角（0）101015151515同時(shí)觀測有效衛(wèi)星數(shù)≥4≥4≥4≥4≥4≥4有效衛(wèi)星總數(shù)≥20≥20≥9≥6≥4≥4觀測時(shí)段數(shù)≥10≥6≥4≥2≥1.6≥1.6采樣間隔靜態(tài)30303010~3010~3010~30快速靜態(tài)———5~155~155~15一、重復(fù)設(shè)站次數(shù)和時(shí)段長度的規(guī)定規(guī)范對不同等級網(wǎng)的重復(fù)設(shè)站次數(shù)和觀測時(shí)段長度的規(guī)定：時(shí)段長度（min）靜態(tài)≥720≥540≥240≥60≥45≥40快速靜態(tài)雙頻+P（Y）碼———≥10≥5≥2雙頻全波———≥15≥10≥5單頻或雙頻半波———≥30≥20≥10時(shí)段中任一衛(wèi)星有效觀測時(shí)間（min）靜態(tài)≥15≥15≥15≥15≥15≥15快速靜態(tài)雙頻+P（Y）碼———≥1≥1≥1雙頻全波———≥3≥3≥3單頻或雙頻半波———≥5≥5≥5一、重復(fù)設(shè)站次數(shù)和時(shí)段長度的規(guī)定說明：在各時(shí)段中觀測，觀測時(shí)間符合規(guī)定的衛(wèi)星，為有效衛(wèi)星；計(jì)算有效衛(wèi)星總數(shù)時(shí)，應(yīng)將各時(shí)段的有效衛(wèi)星觀測個(gè)數(shù)和扣除期間的重復(fù)衛(wèi)星數(shù)；觀測時(shí)段的長度，應(yīng)為開始記錄數(shù)據(jù)到結(jié)記錄的時(shí)間；觀測時(shí)段數(shù)≥1.6，指每站觀測一時(shí)段，至少60%的測站再觀測一時(shí)段。二、最少觀測期數(shù)定義根據(jù)規(guī)范要求，布設(shè)一GPS網(wǎng)，需要觀測的最少時(shí)段數(shù)。特性最少觀測期數(shù)與網(wǎng)的等級、點(diǎn)的數(shù)量和用于觀測的接收機(jī)的數(shù)量有關(guān)。計(jì)算公式：最少觀測期數(shù)最少平均重復(fù)設(shè)站次數(shù)

網(wǎng)的點(diǎn)數(shù)接收機(jī)數(shù)三、進(jìn)度和費(fèi)用預(yù)算工程進(jìn)度估算外業(yè)天數(shù)=觀測天數(shù)+機(jī)動(dòng)天數(shù)估算外業(yè)觀測作業(yè)成本算法：觀測天數(shù)×單天成本單天成本的構(gòu)成人員開支設(shè)備折舊或租賃交通食宿管理費(fèi)…觀測天數(shù)=最少觀測期數(shù)/單天觀測期數(shù)4.2GPS測量的作業(yè)流程測繪資料收集整理踏勘、選點(diǎn)、埋石儀器檢驗(yàn)、檢定作業(yè)隊(duì)進(jìn)駐、建立營地衛(wèi)星狀態(tài)預(yù)報(bào)觀測計(jì)劃制定作業(yè)調(diào)度及外業(yè)觀測數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)儲、備份基線解算及質(zhì)量控制4.3選點(diǎn)與埋石內(nèi)容概要圖上設(shè)計(jì)選點(diǎn)埋石一、圖上設(shè)計(jì)應(yīng)收集的資料現(xiàn)有測量控制（平面控制點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)、GPS點(diǎn)）資料，包括：點(diǎn)之記、網(wǎng)圖、成果表、現(xiàn)有相關(guān)成果的技術(shù)總結(jié)等地形圖、交通圖測區(qū)總體建設(shè)規(guī)劃、近期發(fā)展規(guī)劃一、圖上設(shè)計(jì)圖上設(shè)計(jì)的作用確定點(diǎn)位的分布、數(shù)量，確定聯(lián)測的高等級控制點(diǎn)設(shè)計(jì)目標(biāo)：

滿足應(yīng)用要求，易于保存，交通方便二、選點(diǎn)測站的基本要求觀測條件對空通視條件好，高度角15°以上不宜有成片障礙物。高度角15°以上不宜有金屬導(dǎo)體。便于儀器安置及觀測作業(yè)。遠(yuǎn)離可能的干擾源。遠(yuǎn)離易引起多路徑的環(huán)境。二、選點(diǎn)測站的基本要求位置及設(shè)施地質(zhì)條件良好、點(diǎn)位穩(wěn)定、易于保存，盡可能顧及交通等條件。充分利用符合要求的現(xiàn)有觀測設(shè)施。盡量選擇測站小環(huán)境與周圍大環(huán)境一致的地點(diǎn)。二、選點(diǎn)輔助點(diǎn)和方位點(diǎn)輔助點(diǎn)作用：檢驗(yàn)、恢復(fù)主點(diǎn)要求：若AA級和A級GPS點(diǎn)不位于基巖上時(shí)，應(yīng)在附近埋設(shè)1~3個(gè)輔助點(diǎn)，并測定它們與GPS點(diǎn)之間的距離和高差，精度優(yōu)于5mm。方位點(diǎn)作用：高精度的后視方向要求：可根據(jù)需要在GPS點(diǎn)附近設(shè)置方位點(diǎn)。二、選點(diǎn)選點(diǎn)作業(yè)實(shí)地探勘選點(diǎn)、標(biāo)記。利用舊點(diǎn)時(shí)，應(yīng)對其穩(wěn)定性、可靠性和完好性進(jìn)行檢查。點(diǎn)名通常應(yīng)取居民地名，C、D、E級點(diǎn)也可取山名、地名、單位名。少數(shù)民族地區(qū)的點(diǎn)名采用音譯漢語名，可附原文。新舊點(diǎn)重合時(shí)，通常用原名，否則應(yīng)注上原名。與水準(zhǔn)點(diǎn)重合時(shí)，應(yīng)注明水準(zhǔn)點(diǎn)等級和編號。所有點(diǎn)應(yīng)在現(xiàn)場繪制點(diǎn)之記。AA級和A級點(diǎn)還應(yīng)填寫地質(zhì)概要、構(gòu)造背景及地形地質(zhì)略圖。點(diǎn)位周圍存在高于10°的障礙物時(shí)，應(yīng)繪制點(diǎn)的環(huán)視圖。選點(diǎn)工作完成后，應(yīng)繪制GPS網(wǎng)選點(diǎn)圖。二、選點(diǎn)上交資料點(diǎn)之記和環(huán)視圖GPS網(wǎng)選點(diǎn)圖繪于測區(qū)地形圖上

選點(diǎn)工作總結(jié)二、選點(diǎn)二、選點(diǎn)二、埋石標(biāo)石類型標(biāo)石類型適用級別基巖天線墩AA，A巖層天線墩AA，A巖層標(biāo)石B巖層普通表示B~E土層天線墩AA，A普通基本標(biāo)石B~E凍土基本標(biāo)石B固定沙石基本標(biāo)石B普通標(biāo)石B~E建筑物上的標(biāo)石B~E二、埋石普通標(biāo)石示意圖二、埋石中心標(biāo)志基巖和基本標(biāo)石的中心標(biāo)志采用銅或不銹鋼制作普通標(biāo)石的中心標(biāo)志可采用鐵或堅(jiān)硬的復(fù)合材料制作中心用十字絲或直徑小于0.5mm的中心點(diǎn)表示埋石作業(yè)上交資料填寫埋石情況的點(diǎn)之記土地占用批準(zhǔn)文件和測量標(biāo)志委托保管書埋石工作總結(jié)4.3GPS接收機(jī)的選用及儀器檢驗(yàn)Trimble：美國天寶Leica：瑞士萊佧Javad：伽瓦德TOPCON：日本拓普康THALES：蔡斯MAGELLAN：麥哲倫ASHTECH：阿斯泰克GARMIN：SOKKIA：索佳AOACMCNovatel：諾瓦泰Hemisphere：半球NAVMANOmnistarNavcom南方中海達(dá)蘇一光博飛GPS儀器公司幾種常見GPS接收機(jī)一、GPS接收機(jī)的選用規(guī)范規(guī)定二、GPS接收機(jī)的檢定檢定目的了解GPS接收機(jī)的性能及其能夠達(dá)到的精度水平GPS測量規(guī)范規(guī)定，新購置的GPS接收機(jī)；經(jīng)過檢修或更換插件后以及每年度作業(yè)前，都應(yīng)對接收機(jī)進(jìn)行檢定二、GPS接收機(jī)的檢定檢定包括的項(xiàng)目一般性檢視通電檢視GPS接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平測試天線相位中心穩(wěn)定性的測試（自學(xué)）GPS接收機(jī)野外作業(yè)性能及精度指標(biāo)的測試接收機(jī)頻標(biāo)穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)質(zhì)量的評價(jià)接收機(jī)附件的檢驗(yàn)二、GPS接收機(jī)的檢定1一般性檢視目的外觀是否良好部件及附件是否齊全項(xiàng)目主機(jī)和天線外觀完好性檢視部件、附件的齊備性、完好性檢查及其與主機(jī)匹配性檢查型號是否正確部件是否有松動(dòng)和脫落設(shè)備文檔及軟件齊備性檢查二、GPS接收機(jī)的檢定2通電檢驗(yàn)?zāi)康哪軌蛘?dòng)并運(yùn)行項(xiàng)目GPS接收機(jī)與電源正確連接后，檢驗(yàn)電源信號燈工作是否工作正常按鍵、顯示系統(tǒng)和儀器表工作是否正常儀器自檢（利用自測試命令檢測儀器工作是否正常）信號跟蹤鎖定的檢驗(yàn)(檢驗(yàn)接收機(jī)鎖定衛(wèi)星時(shí)間的快慢)檢驗(yàn)接收機(jī)的信噪比及信號的失鎖情況二、GPS接收機(jī)的檢定3試測檢驗(yàn)?zāi)康墓ぷ餍阅苁欠襁_(dá)到要求準(zhǔn)備工作對中器、水準(zhǔn)器檢驗(yàn)天線高專用尺檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳錄設(shè)備及軟件檢驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件的測試評估二、GPS接收機(jī)的檢定3接收機(jī)內(nèi)部噪聲是接收機(jī)鐘差、信號通道時(shí)延、延遲鎖相環(huán)誤差及機(jī)內(nèi)噪聲所引起的定位誤差的綜合反映。接收機(jī)內(nèi)部噪聲水平的測試零基線超短基線二、GPS接收機(jī)的檢定3零基線測試采用“功率分配器”，將同一天線的輸出信號分成功率、相位相同的兩路或多路信號送到不同的GPS接收機(jī)主機(jī)中，然后對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行雙差處理，求得三維坐標(biāo)差，以檢驗(yàn)接收機(jī)的固有誤差。三維坐標(biāo)差的理論值應(yīng)為零---零基線測試法。做法測試時(shí)要求兩臺接收機(jī)同步接收4顆以上的衛(wèi)星信號1.5小時(shí)，利用隨機(jī)軟件進(jìn)行基線解算，在觀測一個(gè)時(shí)段。三維坐標(biāo)分量應(yīng)小于1mm。二、GPS接收機(jī)的檢定3優(yōu)點(diǎn)（可靠，結(jié)果能真實(shí)反應(yīng)接收機(jī)內(nèi)部噪聲）：能消除衛(wèi)星星歷誤差的影響；能消除天線相位中心偏差；能消除大氣傳播時(shí)延誤差；能消除多路徑效應(yīng)誤差及儀器對中、整平、定向和量高誤差等。二、GPS接收機(jī)的檢定3零基線測試示意圖二、GPS接收機(jī)的檢定3超短基線測試方法：在地面平坦、周圍高度角10度以上無障礙物、無強(qiáng)電磁波干擾及地面反射系數(shù)較小的地方，選擇5?10m的基線，用鑒定后的鋼尺量距。測試時(shí)，兩臺接收機(jī)的天線應(yīng)嚴(yán)格對中、整平，天線定向標(biāo)志指北。同步觀測1.5h。用隨機(jī)軟件進(jìn)行靜態(tài)定位計(jì)算，基線值與地面測量值之差應(yīng)小于儀器的固定誤差。若在GPS接收機(jī)檢定場中進(jìn)行，還可以比較基線分量缺點(diǎn):天線安置（對中、定向、整平、量高）誤差將影響檢測結(jié)果二、GPS接收機(jī)的檢定4天線相位中心穩(wěn)定性測試相對定位法（短基線）做法安置好天線A、B，觀測1～1.5小時(shí)固定天線A不動(dòng)，天線B分別轉(zhuǎn)動(dòng)90，180，270度，各觀測一個(gè)時(shí)段固定天線B不動(dòng)，天線A分別轉(zhuǎn)動(dòng)90，180，270度，各觀測一個(gè)時(shí)段采用靜態(tài)定位計(jì)算各時(shí)段的基線向量計(jì)算旋轉(zhuǎn)天線的平均相位中心偏差二、GPS接收機(jī)的檢定5野外實(shí)測目的接收機(jī)野外作業(yè)性能及不同測程精度指標(biāo)測試檢測方法在GPS接收機(jī)檢定場或電磁波測距儀檢定場進(jìn)行天線安置在具有強(qiáng)制對中裝置的觀測墩上，進(jìn)行整平、定向、量高，短基線觀測1.5h，中長基線觀測4h二、GPS接收機(jī)的檢定5已知基線法：測試結(jié)果與基線場已知基線長之間的較差Δ應(yīng)小于儀器的標(biāo)稱精度重復(fù)邊檢驗(yàn)法：至少觀測兩個(gè)時(shí)段，檢驗(yàn)不同時(shí)段觀測得到的重復(fù)邊的邊長和坐標(biāo)分量的較差異步環(huán)檢驗(yàn)法：邊長大于40km，觀測時(shí)段不小于4h,檢驗(yàn)多邊形閉合環(huán)的坐標(biāo)分量閉合差二、GPS接收機(jī)的檢定5建立GPS野外檢定場遵循的原則檢定場中應(yīng)具有各種長度的基線：超短基線(5~10m），短基線(1~10km)，中等基線(10～50km)，長基線(>50km).超短基線長：用銦鋼基線尺丈量或GPS測量短基線長：用ME5000等高精度光電測距儀測定或GPS測定中長基線長：一般只能用長時(shí)間、多時(shí)段的GPS測量來測定（使用IGS精密星歷及高精度數(shù)據(jù)處理軟件）二、GPS接收機(jī)的檢定5檢定場地質(zhì)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固穩(wěn)定，交通，供電，凈空開闊檢定