GPS静态测量说明.pdf

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1、1 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 GPS静态测量GPS静态测量 项目实施及质量控制项目实施及质量控制 2 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 1. 绪论. 绪论 3 GPS NAVSTAR GPS NAVigation Satellite Timing and Ranging Global Positioning System 美国建立的一个卫星导航定位系统美国建立的一个卫星导航定位系统 提供全天候、不间断的高精度定位、测速 和定时服务 提供全天候、不间断的高精度定位、测速 和定时服务 4 空间部分空间部分 地面监控 部分 地面监控 部分 用户部分用户部分

2、 GPSGPSGPS 24颗GPS卫星所组成的星座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的系统组成的系统组成 接收设备接收设备 5 测量定位原理测量定位原理 GPS测量定位的基本原理测量定位的基本原理 距离交会距离交会 单点定位单点定位 6 GPS卫星的信号卫星的信号 载波载波 L1、L2 用于搭载信号 测距码测距码 C/A码、P码 用于测距 导航电文导航电文 用于提供卫星轨道、钟 及其他相关信息 L2 P2 D L1 C/A P1 D 7 GPS的距离观测值的距离观测

3、值 伪距伪距 利用测距码测定 无模糊度问题 精度分米级 载波相位载波相位 利用载波测定 有模糊度问题 精度毫米级 8 GPS定位中的误差源定位中的误差源 与卫星有关的误差源与卫星有关的误差源 卫星轨道误差、卫星钟的误差、 相对论效应、SA（已于2000 年5月2日终止）等。 与传播途径有关的误差的源与传播途径有关的误差的源 电离层折射、对流层折射、多 路径效应、电磁波干扰等。 与接收设备有关的误差源与接收设备有关的误差源 接收机天线相位中心偏差和变 化、接收机钟的误差等。 GPS定位中的误差源GPS定位中的误差源 9 单点定位的缺陷单点定位的缺陷 各种误差源对单点定 位结果精度影响严 重，即使

4、经过标准模 型进行改正后，定位 精度也仅能达到 各种误差源对单点定 位结果精度影响严 重，即使经过标准模 型进行改正后，定位 精度也仅能达到10m 左右左右 10 差分差分GPS（DGPS） DGPS的基本原理的基本原理 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 11 相对定位相对定位 相对定位的基本原理相对定位的基本原理 利用进行同步观测数据，确定接 收机间的相对位置（基线向量） 相对定位的特点相对定位的特点 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 测量中普遍采用的是相对定位 模式 测量中普遍采用的是相对定位

5、模式 相对定位相对定位 12 影响相对定位测量成果质量的因素影响相对定位测量成果质量的因素 影响单一基线质量的因素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 13 影响相对定位测量成果质量的因素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 2 3 4 5 6 7 8 GPS网网 14 本讲座的重点本讲座的重点 围绕围绕GP

6、S网的建立介绍如下内容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 核心问题核心问题 质量控制（QC） 15 什么是质量？什么是质量？ 质量的定义质量的定义 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测量产品质量的内涵 16 质量控制及其内容质量控制及其内容 质量控制的定义质量控制的定义 一种用来确保生产出的产品保持合乎规定水平 的系统 GPS测量产品质量控制的内容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

7、质量的方法） 17 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 2. GPS网的布设 及 质量控制 网的布设 及 质量控制 18 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 2.1 GPS网网 19 定义定义 GPS基线向量是通过在若干点上进行GPS同步观测所 确定出的点间的相对位置关系 表达方式表达方式 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) 问题问题 GPS基线向量缺少绝对位置基准 GPS基线向量基线向量 基线向量基线向量 20 GPS网网 GPS网定义网定义 由点和GPS基线向量所

8、形成的一 种结构 布设布设GPS网的最终目的网的最终目的 以一定的质量水平，确定网中点 在某一坐标参照系下的坐标 GPS网的观测值网的观测值 GPS基线向量 GPS基线向量在基线向量在GPS网中的作 用 网中的作 用 建立点间的相互关系 GPS网网 21 绝对位置基准的传递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）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网的作用网的作用 绝对位置基准的传递绝对位置基准的传递

9、22 GPS网与常规网网与常规网 GPS网的优势网的优势 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 23 GPS网与常规网网与常规网 GPS网的劣势网的劣势 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 24 GPS 网的工程应用网的工程应用 大地控制大地控制 工程控制工程控制 图根控制图根控制 形变监测形变监测 联合水准及重力资料建立

10、精密（似）大地 水准面模型 联合水准及重力资料建立精密（似）大地 水准面模型 25 GPS网与网与CORS CORS Continuously Operating Reference Stations （连续运行参考站） 趋势趋势 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 26 建立建立GPS网的三个阶段网的三个阶段 测前测前 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 27 建立建立GPS网的三个阶段网的三个阶段 测中测中 作

11、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 28 建立建立GPS网的三个阶段网的三个阶段 测后测后 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, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 2.2 衡量衡量GPS网质量的指标网质量的指标 30 评定质量方法时的常见错误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根据报告中是否出现“失败失败”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等字眼来评定质量 精度高就等

12、于质量好 根据颜色和是否插旗来评定质量 31 GPS网质量的两个方面网质量的两个方面 精度精度 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 32 衡量精度的指标衡量精度的指标 质量指标质量指标 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 参考指标（用于参考，不作要求，软件能自动 判断） 参考方差（0） 均方根误差（RMS） 确定模糊度时的RMS比值（RATIO值） 控制指标控制指标是依据应用 要求得出的 参考指标 是依

13、据应用 要求得出的 参考指标是依据统计 原理得出的 是依据统计 原理得出的 33 规范中有关规范中有关GPS网精度的内容网精度的内容 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 34 规范中有关规范中有关GPS网精度的内容网精度的内容 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 2662 10mm5 10km 10(5 10 1010 )50.99(mm) ab =+= 如： 对于在C级网，规范要求， 当基线边长为时， 35 规范中有关规范中有关GPS网精度的内容网精度的内容 全球定位系统（全球定位

14、系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 36 规范中有关规范中有关GPS网精度的内容网精度的内容 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 37 规范中有关规范中有关GPS网精度的内容网精度的内容 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 38 规范中有关规范中有关GPS网精度的内容网精度的内容 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 39 规范中有关规范中有关GPS网精度的内容网精度的内容 全球定位系统（全球定位

15、系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 40 规范中有关规范中有关GPS网精度的内容网精度的内容 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 41 规范中有关规范中有关GPS网精度的内容网精度的内容 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 42 规范中有关规范中有关GPS网可靠性的内容网可靠性的内容 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 43 规范中有关规范中有关GPS网可靠性的内容网可靠性的内容 全球定位系统（

16、全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 44 规范中有关规范中有关GPS网可靠性的内容网可靠性的内容 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 45 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 2.3 影响影响GPS网质量的因素网质量的因素 46 不影响不影响GPS网质量的因素网质量的因素 GPS网中点的质量与点位分布无关网中点的质量与点位分布无关 47 不影响不影响GPS网质量的因素网质量的因素 网的形状对网的形状对GPS网的质量没有直接影响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

17、量相同，则两个网的质量也相同。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。 48 影响影响GPS网质量的因素网质量的因素 观测值的精度观测值的精度 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）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, 武汉大学 测绘学

18、院 黄劲松 2.4 保证保证GPS网质量的方法网质量的方法 50 保证保证GPS网质量的基本原则网质量的基本原则 观测值的精度和数量要保证观测值的精度和数量要保证 起算数据的质量要保证，数量要适当，分 布要均匀，与网的关系要紧密 起算数据的质量要保证，数量要适当，分 布要均匀，与网的关系要紧密 网的结构要坚强网的结构要坚强 数学模型要完备数学模型要完备 第第2，3点实际上是点实际上是GPS网设计的问题网设计的问题 51 GPS网设计的原则网设计的原则 质量的要求质量的要求 保证成果质量 便于质量控制 应用的要求应用的要求 利于成果的应用 观测的要求观测的要求 保证观测质量 保证观测效率 便于观

19、测施工 52 起算数据的设计起算数据的设计 起算数据数量与网质量的关系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 起算数据质量低时，数量要适当，具体数目与 项目性质及数据处理方法有关 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起算数据的类型与网质量的关系 涉及投影面高度问题的网应引入已知边长 53 网的结构设计网的结构设计 为覆盖面积大或延伸距离远的网布设高一 等级的框（骨）架网 为覆盖面积大或延伸距离远的网布设高一 等级的框（骨）架网 54 网的结构设计网的结构设计 网中距离较近的点

20、间要进行直接观测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的边数不宜过多 最简异步环最简异步环短边必测短边必测 55 观测设计观测设计 仪器要求仪器要求 采用双频接收机、抗多路径天线、相同型号的天线 观测设施观测设施 强制对中 观测环境观测环境 避开多路径、电磁干扰的环境 观测要求观测要求 进行天线定向；若非强制对中，则不同时段天线重新安置 早晚观测、卫星多时观测、延长观测时段、提高采样率、降低截 止高度角等 作业调度作业调度 基线的布置

21、（复测边、闭合环的配置） 56 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 2.5 GPS网的 布网及观测方案 网的 布网及观测方案 57 GPS网的布网方案网的布网方案 跟踪站式跟踪站式 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。 58 GPS网的布网方案网的布网方案 会战式会战式 形式：一次组织多台GPS接收机，集中在一段不太长 的时间内，共同作业。观测分阶段进

22、行，在同一阶段 中，所有的接收机，在若干天的时间里分别各自在同 一批点上进行多天、长时段的同步观测，在完成一批 点的测量后，所有接收机又都迁移到另外一批点上采 用相同方式，进行另一阶段的观测，直至所有点观测 完毕。 优点：具有特高的尺度精度。 适用范围：A、B级网。 59 GPS网的布网方案网的布网方案 多基准站式多基准站式 形式：若干台接收机在一段时间 里长期固定在某几个点上进行长 时间的观测，这些测站称为基准 站，在基准站进行观测的同时， 另外一些接收机则在这些基准站 周围相互之间进行同步观测。 优点：各基准站间基线向量精 度高，可以作为整个GPS网的骨 架。其余同步观测图形与各个 基准站

23、之间也存在有同步观测基 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的布网形式 基准站基准站 基准站基准站 基准站基准站 同步图形同步图形 60 GPS网的布网方案网的布网方案 同步图形扩展式同步图形扩展式 形式：多台接收机在不同测站上进行同步 观测，在完成一个时段的同步观测后，又 迁移到其它的测站上进行同步观测，每次 同步观测都可以形成一个同步图形，在测 量过程中，不同的同步图形间一般有若干 个公共点相连，整个GPS网由这些同步图 形构成。 优点：扩展速度快，图形强度较高，且作 业方法简单。 适用范围：C，D级网。 同步图形的扩展同步图形的扩展 61 GPS网的布

24、网方案网的布网方案 单基准站（星形网）式单基准站（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 开机观测，其余的接收机在此基准站观测期间，在其 周围流动，每到一点就进行观测，流动的接收机之间 一般不要求同步，这样，流动的接收机每观测一个时 段，就与基准站间测得一条同步观测基线，所有这样 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。 适用范围：D，E级网。 单基准站式的布网单基准站式的布网 62 调度方案调度方案 点连式点连式 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

25、 连接点发生问题，将影响 到后面的同步图形。 12 点连式点连式 63 调度方案调度方案 边连式边连式 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。 12 边连式边连式 64 调度方案调度方案 网连式网连式 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。 1 2 网连式网连式 65 GPS网作业进度图网作业进度图 GPS网作业进度图网作业进度图 从已完成观测的同步图形中选取独立 基线，在GPS网展点图上将被测点用 直线连接起来，用以显示作业进度。 进度图的绘制进度图的绘制 应选取独立基线； 用不

26、同的颜色表示不同时段的同步观 测基线。 作用作用 进行网形设计； 掌握作业进度。 同步图形的扩展同步图形的扩展 66 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 2.6 工程进度及费用估算2.6 工程进度及费用估算 67 影响工程进度的因素影响工程进度的因素 观测时段的长度观测时段的长度 每点需观测的时段数每点需观测的时段数 迁站所需的时间迁站所需的时间 每天可观测的时段数每天可观测的时段数 68 重复设站次数重复设站次数 定义：在同一测站上所进行观测的时段数。定义：在同一测站上所进行观测的时段数。 规范中规定了不同等级的网，每个测站的 最少平均重复设站次数。 规范中规定了不同等级的网

27、，每个测站的 最少平均重复设站次数。 69 最少观测期数最少观测期数 定义定义 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。 计算公式：计算公式： )INT( min m nR s = 最少观 测期数 最少观 测期数 网的 点数 网的 点数 参与观测的 接收机数 参与观测的 接收机数 最少平均重 复设站次数 最少平均重 复设站次数 70 工程进度及费用估算工程进度及费用估算 用于估算工程进度用于估算工程进度 最少观测期数/单天观 测期数+机动天数 用于估算外业观测作 业成本 用于估算外业观测作 业成本 观测天

28、数单天成本 实例： 某网由 实例： 某网由100个点构成，计划用个点构成，计划用4台接收机进行观测， 如果要求平均重复设站次数不得低于 台接收机进行观测， 如果要求平均重复设站次数不得低于2.0，问至少需 要观测多少个时段。 ，问至少需 要观测多少个时段。 100 2.0 INT50 4 = 最少观测时段数 71 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 小结小结 72 本讲小节本讲小节 GPS测量定位原理概述测量定位原理概述 测量成果质量的内涵：质量测量成果质量的内涵：质量=精度精度+可靠性可靠性 测量成果质量控制的内容：评价测量成果质量控制的内容：评价+改善改善 质量控制的环节：

29、设计、外业、内业质量控制的环节：设计、外业、内业 GPS网的质量评定、保证方法网的质量评定、保证方法 GPS网的布网及观测方案网的布网及观测方案 GPS网工程进度及成本估算网工程进度及成本估算 73 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 3 基线解算的质量控制3 基线解算的质量控制 74 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 3.1 概述3.1 概述 75 基线解算基线解算 定义定义 利用多个测站的GPS同步观测数据，确定这些测站之 间坐标差的过程 观测值观测值 GPS载波相位观测值（主要）：原始观测值、差分观 测值、不同频率的组合观测值 GPS伪距观测值（辅助）

30、结果结果 基线向量 精度（中误差）及误差相关性信息（协因数阵） 76 基线向量的表达方式基线向量的表达方式 地心地固坐标（地心地固坐标（ECEF） 笛卡儿坐标系 (X, Y, Z) 大地坐标系 (B, L, H) B：纬差； L：经差； H：大地高差 站心地平坐标系站心地平坐标系 直角坐标系 (N, E, U) N：北方向；E：东方向；U：垂直方向 极坐标系 (S, A, H) S：距离；A：方位角；H：高度角 77 基线解算的分类基线解算的分类 根据数学模型根据数学模型 单基线解、多基线解、整体解（多站网解） 根据观测值类型根据观测值类型 L1解、L2解、宽巷（Wide-lane）解、窄巷（

31、Narrow-lane）解、 无电离层影响（Iono-free）解 根据所采用差分观测值的类型根据所采用差分观测值的类型 非（零）差解、单差解、双差解、三差解 根据模糊度的确定情况根据模糊度的确定情况 浮动解、固定解 根据数学模型分类根据数学模型分类 单基线解（Single Baseline/Baseline Mode） 多基线解（Multiple Baseline/Session Mode） 整体解（多站网解）（Campaign Mode） 78 基线解算的流程（软件内部）基线解算的流程（软件内部） 数据导入 （观测值、星历、气象 元素、测站信息等） 数据预处理 （周跳探测与修复、形 成差分

32、观测值） 组成观测方程 （待定参数包括基线向 量、整周模糊度等） 平差解算 （待定参数包括基线向 量、整周模糊度等） 是否存在劣质观 测值或小周跳 剔除或修复 是 否 能否确定整周 模糊度参数 否 是 确定基线向 量的固定解 确定基线向 量的浮动解 模糊度解算阶段模糊度解算阶段 确定最终解阶段确定最终解阶段 79 基线解算的流程（软件操作）基线解算的流程（软件操作） 数据准备数据准备 （GPS观测数据、卫星星历、 人工观测数据、先验数据等） 观测数据、卫星星历、 人工观测数据、先验数据等） 处理控制参数设置处理控制参数设置 （星历类型、截止高度角、 周跳修复方法 （星历类型、截止高度角、 周跳

33、修复方法） 软件处理软件处理 基线结果 质量检验 基线结果 质量检验 结束 合格 结束 合格 不合不合格格 80 基线解算结果的内容基线解算结果的内容 解的类型（三差解，双差解，固定解，浮动解等）解的类型（三差解，双差解，固定解，浮动解等） 不同系统下的输入、输出坐标不同系统下的输入、输出坐标 接收机的相关信息（如序列号等）接收机的相关信息（如序列号等） 坐标分量估值的标准偏差坐标分量估值的标准偏差 所有坐标参数（包括整周未知数参数等），的相 关矩阵或方差 所有坐标参数（包括整周未知数参数等），的相 关矩阵或方差-协方差阵协方差阵 卫星几何形状的信息（如卫星几何形状的信息（如RDOP值等）值等

34、） 信号跟踪记录（数据记录时间、卫星、通道、信 号质量等） 信号跟踪记录（数据记录时间、卫星、通道、信 号质量等） 81 基线解算结果的内容基线解算结果的内容 数据删除率，采样率，数据剔除准则数据删除率，采样率，数据剔除准则 星历内容综述，健康标志信息星历内容综述，健康标志信息 进行的数据预处理措施（如对流层模型）进行的数据预处理措施（如对流层模型） 观测值改正数（残差观测值改正数（残差Residual） 结果统计检验结果结果统计检验结果 整周未知数的确定结果整周未知数的确定结果 解的质量综述解的质量综述 82 基线解算结果的作用基线解算结果的作用 后续数据处理的观测值（后续数据处理的观测值（

35、GPS基线向量网 平差的观测值） 基线向量网 平差的观测值） 进行基线质量控制的依据进行基线质量控制的依据 83 对基线解算质量影响最大的两因素对基线解算质量影响最大的两因素 周跳周跳 处理方法 修复 标记并引入参数进行求解 整周模糊度（整周未知数）整周模糊度（整周未知数） 处理方法 设法固定 固定解 保持为实数 浮点解 此两项若处理不当，将引起基线分米及以上 的误差；若处理正确，则基线精度将达厘米 级。 此两项若处理不当，将引起基线分米及以上 的误差；若处理正确，则基线精度将达厘米 级。 84 2006, 2007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 3.2 基线质量的评定3.2 基线质量的评定

36、85 质量的参考指标质量的参考指标 某些软件采用质量的参考指标对基线进行质量控制某些软件采用质量的参考指标对基线进行质量控制 86 质量的参考指标质量的参考指标 单位权方差因子单位权方差因子 定义 实质 又称为参考因子或参考方差 一定程度地反映了观测值质量的优劣 0 0 T V PV f = 单位权方 差因子 单位权方 差因子 观测值的 残差 观测值的 残差 观测值的权观测值的权 自由度自由度 87 质量的参考指标质量的参考指标 观测值的观测值的RMS 定义： 观测值残差的均方根（Root Mean Square） 实质 反映了观测值与参数估值间的符合程度 一定程度地反映了观测值质量的优劣 一

37、般认为，RMS越小越好 观测值的均 方根误差 观测值的均 方根误差 观测值的 残差 观测值的 残差 观测值的 数量 观测值的 数量 T V V RMS n = 88 质量参考指标质量参考指标 数据删除率数据删除率 定义：在基线解算时，如果观测值的改正数大 于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差， 则需要将其删除。被删除观测值的数量与观测 值的总数的比值，就是所谓的数据删除率。 实质：数据删除率从某一方面反映出了GPS原 始观测值的质量。数据删除率越高，说明观测 值的质量越差。 89 在在GPS测量中的测量中的“观测条件观测条件”指的是卫星星座的几何 图形的分布和变化。通常，卫星数量越多、卫星分

38、 布越均匀、观测时间越长，观测条件越好。 质量的参考指标 指的是卫星星座的几何 图形的分布和变化。通常，卫星数量越多、卫星分 布越均匀、观测时间越长，观测条件越好。 质量的参考指标 RATIO 定义 实质 反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，该值总 大于等于1，值越大，可靠性越高。 这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关， 也与观测条件的好坏有关。 最小次最小 RMSRMSRATIO = 90 质量参考指标质量参考指标 RDOP 定义：所谓RDOP值指的是在基线解算时待定参数的协 因数阵的迹（）的平方根，即 RDOP值的大小与基线位置和卫星在空间中的几何分布 及运行轨迹（即观测条件）

39、有关，当基线位置确定 后，RDOP值就只与观测条件有关了，而观测条件又是 时间的函数，因此，实际上对与某条基线向量来讲， 其RDOP值的大小与观测时间段有关。 实质：RDOP表明了GPS卫星的状态对相对定位的影 响，即取决于观测条件的好坏，它不受观测值质量好 坏的影响。 )(Qtr 21 )(QtrRDOP = 91 质量的控制指标质量的控制指标 同步环闭合差同步环闭合差 定义 由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差。 特点： 理论上：由于同步观测基线间具有一定的内在联系，同步环闭 合差在理论上应总是为0。 实践中：只要数学模型正确、数据处理无误，即使观测值质量 不好，同步环闭合差将非常小。 实

40、质： 若同步环闭合差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一 条基线向量是错误的 若同步环闭合差没有超限，还不能说明组成同步环的所有基线 在质量上均合格。 92 质量的控制指标质量的控制指标 异步环闭合差异步环闭合差 定义 由相互独立的基线所组成的闭合环的闭合差。 实质 异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环 的基线向量的质量是合格的。 当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异 步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合 格。 要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多 个相邻的异步环或重复基线来判定。 93 质量的控制指标质量的控制指标 复测基线较差（重复基线互差）复测基线较差

41、（重复基线互差） 定义 不同观测时段，对同一条基线的观测结果，就是所 谓重复基线。这些观测结果之间的差异，就是复测 基线较差。 实质 复测基线较差满足限差要求时，则表明基线向量的 质量是合格的。 复测基线较差不满足限差要求时，则表明复测基线 中至少有一条基线向量的质量不合格。 要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多 条复测基线来判定。 94 规范要求规范要求 全球定位系统（全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 95 规范要求 全球定位系统（ 规范要求 全球定位系统（GPS）测量规范（）测量规范（GB/T 18314 2001） 96 2006, 2

42、007, 武汉大学 测绘学院 黄劲松 3.3 基线质量的改善3.3 基线质量的改善 97 影响基线质量的因素影响基线质量的因素 基线解算时所设定的起点坐标不准确基线解算时所设定的起点坐标不准确 影响方式：导致基线向量发生偏差 影响程度： 少数卫星的观测时间太短少数卫星的观测时间太短 影响方式：导致与该卫星有关的整周未知数固定困难 影响程度：对于基线解算来讲，对于参与计算的卫 星，如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话， 就将严重影响整个基线解算结果的质量 dDdX Dd 起点坐标的偏差起点坐标的偏差 GPS卫星轨道高度卫星轨道高度 基线向量的偏差基线向量的偏差 基线长度基线长度 98 影响基

43、线质量的因素影响基线质量的因素 在整个观测时段中，有个别卫星或个别时间段周 跳太多，致使周跳修复不完善 在整个观测时段中，有个别卫星或个别时间段周 跳太多，致使周跳修复不完善 影响方式：导致整周未知数固定困难 影响程度：严重影响基线向量的质量 在观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的 改正数普遍较大 在观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的 改正数普遍较大 影响方式：导致基线向量质量下降，严重时导致整周 未知数固定困难 影响程度 随多路径效应的严重程度，对基线向量质量的影响程度有所不 同 多路径效应对基线向量的水平方向影响较大 99 影响基线质量的因素影响基线质量的因素 对流层折射影响或电

44、离层折射影响较大对流层折射影响或电离层折射影响较大 影响方式：导致基线向量质量下降，严重时导致整周 未知数固定困难 影响程度 随大气折射影响的严重程度，对基线向量质量的影响程度有所 不同 大气折射影响对基线向量的垂直方向影响较大 其它因素其它因素 卫星轨道误差较大 数学模型问题：地球潮汐、地球自转、卫星姿态及天 线相位中心问题等 100 影响基线质量因素的判别影响基线质量因素的判别 基线起点坐标不准确的判别基线起点坐标不准确的判别 无明确的方法 卫星观测时间短的判别卫星观测时间短的判别 通过卫星可见性图 周跳周跳 通过残差图（残差跳跃） SV3 SV8 SV13 SV20 SV26 SV27

45、卫星可见性图卫星可见性图 残差（周） 时间 0.00 100.00 -100.00 SV12-SV15残差（周） 时间 0.00 100.00 -100.00 SV12-SV25残差（周） 时间 0.00 0.10 0.10 SV25-SV15 上面上面3幅双差残差图表明幅双差残差图表明SV12存在周跳存在周跳 101 影响基线质量因素的判别影响基线质量因素的判别 多路径效应严重多路径效应严重 通过残差图（残差中部 分区间成系统性变化， 且呈现周日特征） 对流层或电离层折射影 响过大 对流层或电离层折射影 响过大 通过残差图（残差中部 分区间成系统性变化， 但无周日特征） SV26 -0.3

46、-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 05001000150020002500 SV26 受多路径效应或大气折射影响的残差图受多路径效应或大气折射影响的残差图 102 改善基线质量的方法改善基线质量的方法 基线起点坐标不准确的应对方法基线起点坐标不准确的应对方法 使用坐标精度高的点作为起算点 获取较为准确坐标的方法 与已知点（IGS跟踪站）联测（可获得分米级以上精度的地 心坐标） 长时间单点定位（数小时单点定位，可获得米级精度的地 心坐标） 所有基线从一点或由该点衍生出的点起算 基本起算点 衍生点 衍生点 衍生点 衍生点 基本起算点 衍生点 衍生点 衍生点 衍生点 103 改善基线质量的方法改善基线质量的方法 删卫星、截时段、改变截止高度角删卫星、截时段、改变截止高度角 仅有个别卫星残差不正常时，可删卫星 仅有个别子时段观测值残差不正常时，可截时 段 当在卫星起落部分的观测值残差不正常时，可 改变截止高度角