1、任务4-6 静态数据处理 负责单位：北京工业职业技术学院 扬州环境资源职业技术学院联合全国22家院校与企业联合建设一、GPS测量数据处理的流程 四个阶段 数据传输 格式转换（软件可自动转换）预处理（软件处理）基线处理 网平差二、数据预处理 GPS卫星轨道方程的标准化 在GPS数据处理中要多次进行卫星坐标的计算，而卫星的广播星历每小时播发一组独立的星历参数，使得计算工作十分繁杂。卫星轨道方程标准化的主要目的就是以统一的格式提供观测时段内被测卫星的轨道位置，从而使卫星轨道计算简便，并且在观测时段内是连续轨道。卫星钟差的标准化 与星历参数和轨道方程标准化相类似的问题，也出现在卫星时钟参数上。由于卫星
2、时钟改正数也来自每小时更新一次的广播星历，所以当观测时段跨越一个或若干个世界时整点时，每一颗卫星将有两组或两组以上的星钟改正数。在数据处理中，要求我们提供整个观测时段内被测卫星连续、唯一且充分平滑的时钟改正多项式。二、数据预处理 观测值文件的标准化 各种接收机提供的记录数据项彼此不相同，同一数据项也可能互相有一些出入。为了保证后继工作的顺利进行，对进入平差的观测值文件必须进行规格化、标准化。内容包括：记录格式标准化 记录类型标准化 记录项目标准化 采样密度标准化 数据单位标准化二、数据预处理三、GPS基线解算的内涵 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
3、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）结果 基线向量 精度（中误差）及误差相关性信息（协因数阵）四、基线解算结果的作用 是后续数据处理的观测值（GPS基线向量网平差的观测值）为进行基线向量解算结果质量控制提供要素依据基线向量解基线边长（左）与基线向量（右）基线向量的表达方式 空间直角坐标的坐标差 大地坐标的坐标差 站心地平坐标的坐标差基线向量解的表达方式TiiiiXYZ bTiiiiBLH bTiiiiNEU b基线解算的分类 基线解算的分类方法 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 L1解、L2解、宽巷
4、（Wide-lane）解、窄巷（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 非（零）差解、单差解、双差解、三差解 根据模糊度的确定情况 浮动解、固定解基线解算分类 根据（主要）观测值类型分类 L1解：L1载波相位 L2解：L2载波相位 宽巷（Wide-lane）解：宽巷组合观测值 窄巷（Narrow-lane）解：窄巷组合观测值 无电离层影响（Iono-free）解：无对流层影响（Iono-free）组合观测值2112,1222221212n mff fffff基线解算分类 根据所采用差分观测值的类型 非（零）差解：采用非（零）差观测值 单差解
5、：采用单差观测值 双差解：采用双差观测值 三差解：采用三差观测值基线解算分类 根据模糊度的确定情况 固定解（整数解）(Fixed)：模糊度被确定为整数 浮动解（实数解）(Float)：模糊度未被确定为整数单基线解算的过程数据导入（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单基线的双差解算模型220022pqpqpqABABABpqqqppABBABApqqq
6、ppABBABApqqqppABBABApqpqppqqABABBABAfNcNNNNNxfflmnyNcczxfVlmnc 在两个测站距离较近时，电离层和对流层可以认为已经差掉其中其线性化形式为2002pqppqqpqABBABAABfyNcz单基线的双差解算模型22002pqppqqpqABBABAABxffVlmnyNccz2VAXBNl2XVABlN基线解算的质量指标 单位权方差因子 定义 实质 又称为参考因子 一定程度地反映了观测值质量的优劣fPVVT0单位权方差因子观测值的残差观测值的权自由度 观测值的RMS 定义：观测值残差的均方根（Root Mean Square）实质 反映了
7、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 一般认为，RMS越小越好基线解算的质量指标观测值的均方根误差观测值的残差观测值的数量TV VRMSn基线解算的质量指标 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。基线解算的质量指标 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
8、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 在GPS测量中的“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、卫星分布越均匀、观测时间越长，观测条件越好。基线解算的质量指标 RDOP 同步环闭合差 异步环闭合差 复测基线较差（重复基线互差）基线解算的质量指标影响GPS基线解算结果的几个因素 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：dDdXDd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GPS测量规范规定：AA、A、B级起算点的瞬时历元坐标精度应分别不
9、低于0.2m、1m、3m，C级以下各级起算点坐标精度应不低于20m。影响GPS基线解算结果的几个因素 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 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影响GPS基线解算结果的几个因素 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
10、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 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几种典型的残差图残差（周）时间0.000.100.10SV12-SV15SV26-0.3-0.2-0.100.10.20.30.405001000150020002500SV26几种典型的残差图残差（周）时间0.00100.002-100.00SV12-SV15残差（周）时间0.00100.0
11、02-100.00SV12-SV25残差（周）时间0.000.100.10SV25-SV15改善GPS基线解算结果质量的方法 改变其它控制参数 数据删除标准 编辑因子 RATIO之阈值 取消此阈值，用户根据结果判定模糊度固定正确与否 大气折射延迟改正方法或模型 截止高度角 观测值类型 对于中等长度基线的双频观测值，可采用Iono-free组合消除电离层折射影响；对于短基线，可尝试仅使用L1单频数据处理 星历类型GPS网平差的内涵 观测值 基线向量及其精度和误差相关信息（参见基线向量解）结果 待定点的坐标 其它待定参数：尺度、旋转、平移 各类精度指标：基线向量标准差，参数的精度及误差相关性，点位
12、误差（椭圆）（绝对），基线误差（椭圆）（相对）作用 发现剔除粗差 确定待定点坐标及其它参数（在指定基准下）精度评定GPS网平差的类型 根据进行平差的空间三维平差 在三维空间中进行 数学模型是严密的 适用于任何网，特别是大规模的网 二维平差 在二维平面上进行 将平面坐标分量与高程分量分离，忽略了两者之间的相关性，数学模型进行了一定的近似 适用于小规模的网GPS网平差的类型 根据观测值和已知条件的情况 无约束平差 观测值全为GPS观测值 已知条件不使网产生由非观测量所引其的变形 约束平差 观测值全为GPS观测值 已知条件使网产生由非观测量所引其的变形 联合平差 观测观测值除了GPS观测值已外，还包
13、括其它常规几何观测值三维无约束平差的内涵 定义 平差在地心系下进行，平差时不引入使得GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部约束条件。作用：评定GPS网的内部符合精度，发现和剔除GPS观测值中可能存在的粗差 得到GPS网中各个点在地心系（WGS-84/ITRF）系下经过了平差处理的三维空间坐标 为将来可能进行的高程拟合，提供经过了平差处理的大地高（差）数据 调整基线向量观测值的权三维无约束平差的位置基准 引入位置基准的方法 高级GPS点的坐标网平差时的位置基准；取网点中任意一点的伪距定位坐标；引入合适的近似坐标系统下的秩亏自由网基准；三维无约束平差基线向量的误差方程式 设网中固定点的点号为1，
14、其坐标为（X1,Y1,Z1），任意两点i、j的基线向量观测值为(Xij,Yij,Zij),相应的基线向量观测值的改正数为Vxij、Vyij、VZij；X0、Y0、Z0以及dX、dY、dZ分别为坐标近似值及其改正值，基线向量观测方程为：)()()()()()(000000ijijZijijijYijijijXijdZdZZZVZdYdYYYVYdXdXXXVXijijij000000100100010010001001ijijijijijXjiYijijijijZijijXXXVdXdXVdYdYYYYdZdZVZZZ ijijijVEdXEdXL 111011011011100010001ii
15、iXiiiYiiiiiiZVXXXdXVdYYYYdZZZZV 11iiiVEdXL 三维无约束平差 法方程式的组成及解算 由于各基线向量观测值之间相互独立，因而可分别对每个基线向量观测值的误差方程式组成法方程，将单个法方程的系数矩阵及常数项加到总法方程的对应系数项和常数项上去。11100ijiijjijijiiiiP dXP dXP LP dXP L 三维约束平差 过程 三维约束平差可以在国家（或地方）大地坐标系中进行，约束条件是地面网点的固定坐标，固定大地方位角和固定空间弦长。目的 获取GPS网点在指定坐标系（参心系）下的坐标 评定GPS网的外符合精度三维约束平差的原理 基本思想：按附有限
16、制条件的间接平差方法进行VAdBL0CdBW2TTV PVKCdBW 220TTV PAK CdB00TTTA PAdBC KA PLCdBW二维约束平差 过程 将GPS基线向量观测值及其方差阵转换到国家（或地方）坐标系的二维平面上，然后在国家（或地方）坐标系中进行平差。目的 获取GPS网点在指定坐标系（参心系）下的坐标 评定GPS网的外符合精度联合平差 定义 当地面网除了已知数据外，还有常规观测值（如距离、方位角），则将GPS基线向量观测值与地面网的已知数据和常规观测值一起进行平差。数据处理软件介绍 一般的商用软件 ROUGE GPS接收机：Turbo survey ASHTECH GPS接收机：GPPS、PRISM、Solution TRIMBLE GPS接收机：GPSurvey、Trimble Geomatics Office LEICA GPS接收机：SKI、Leica Geomatics Office SOKKIA GPS接收机：GSSP 武汉测绘科技大学的LIP软件和PowerADJ软件 此外，还有NOVATEL、SERCEL、JAVAD等GPS接收机的软件
