【正文】 中國地質(zhì)大學(xué) (武漢 )測繪工程系 GPS數(shù)據(jù)處理 田玉剛 中國勘察測繪網(wǎng) 講座內(nèi)容介紹 1. GPS在測量中的應(yīng)用 2. GPS網(wǎng)的布設(shè) 3. GPS基線解算 4. GPS網(wǎng)平差 5. GPS工程應(yīng)用中常用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式 測繪信息網(wǎng) 第一部分 GPS測量 GPS測量 測繪信息網(wǎng) 第一節(jié) 概述 GPS測量 概述 測繪信息網(wǎng) GPS測量定位的結(jié)果是什么？ ? 絕對定位 – 絕對位置，即地固系下的絕對坐標(biāo) ? 相對定位 – 基線向量，即進(jìn)行同步觀測的兩點間的坐標(biāo)差 GPS測量 概述 GPS測量定位的結(jié)果是什么？ 相對定位 絕對定位 測繪信息網(wǎng) GPS在測量中的應(yīng)用① ? 控制測量 – 定位模式 ? 相對定位 ? 靜態(tài)定位 ? 載波相位測量 ? 事后處理 – 質(zhì)量要求 ? 高（厘米至毫米級） GPS測量 概述 GPS在測量中的應(yīng)用① 國家高精度 GPS網(wǎng) 測繪信息網(wǎng) GPS在測量中的應(yīng)用② ? 形變監(jiān)測 – 定位模式 ? 相對定位 ? 靜態(tài)測量 ? 載波相位測量 ? 事后、準(zhǔn)實時或?qū)崟r處理 – 質(zhì)量要求 ? 極高（毫米級） GPS測量 概述 GPS在測量中的應(yīng)用② GPS大壩變形監(jiān)測系統(tǒng) 測繪信息網(wǎng) GPS在測量中的應(yīng)用③ ? 工程放樣 – 定位模式 ? 相對定位 ? 動態(tài)測量 ? 載波相位測量 ? 實時處理 – 質(zhì)量要求 ? 較高（分米至厘米級） ? 不同工程要求有所不同 GPS測量 概述 GPS在測量中的應(yīng)用③ GPS RTK 測繪信息網(wǎng) GPS在測量中的應(yīng)用④ ? GIS數(shù)據(jù)采集 – 定位模式 ? 動態(tài)測量 ? 偽距測量 ? 實時或事后處理 – 質(zhì)量要求 ? 較低（米級至亞米級） GPS測量 概述 GPS在測量中的應(yīng)用④ 用于 GIS數(shù)據(jù)采集的 GPS接收機(jī) 測繪信息網(wǎng) GPS在測量中的應(yīng)用⑤ ? 踏勘、資源調(diào)查 – 定位模式 ? 動態(tài)測量 ? 偽距測量 ? 實時處理 – 質(zhì)量要求 ? 低（數(shù)十米至米級） GPS測量 概述 GPS在測量中的應(yīng)用⑤ 資源調(diào)查 測繪信息網(wǎng) 本講座主要關(guān)注的內(nèi)容 ? 涉及范圍 – GPS在控制測量中的應(yīng)用 ? 內(nèi)容 – 作業(yè)流程 – 進(jìn)度估算 – 成本估算 – 作業(yè)方法 – 數(shù)據(jù)處理 – 質(zhì)量控制 GPS測量 概述 本講座主要關(guān)注的內(nèi)容 測繪信息網(wǎng) 第二節(jié) 常用術(shù)語 GPS測量 常用術(shù)語 測繪信息網(wǎng) 常用術(shù)語① ? 觀測時段（ Session） – 測站上開始接收衛(wèi)星信號到停止接收，連續(xù)觀測的時間間隔稱為觀測時段，簡稱時段。 ? 同步觀測（ Simultaneous Observation） – 多臺接收機(jī)同時對同一組衛(wèi)星進(jìn)行觀測。 ? 基線向量（ Baseline） – 對同步觀測所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所獲得的同步觀測測站間的坐標(biāo)差。 ? 截止高度角（ Cutoff Elevation） – 接收機(jī)觀測衛(wèi)星的高度角限值，低于此限值的衛(wèi)星不被觀測。 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 常用術(shù)語① 測繪信息網(wǎng) 常用術(shù)語② ? 采樣間隔（ Interval） – 接收機(jī)連續(xù)兩個觀測歷元間的時間間隔。 ? 獨立基線（ Independent Baseline） – 由相互函數(shù)獨立的差分觀測值所確定出的基線向量。當(dāng)某一時段有 m臺接收機(jī)進(jìn)行同步觀測時，可得到 m1條獨立基線。 ? 同步觀測環(huán)（ Simultaneous Observation Loop） – 由同一時段觀測所得到的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)。 ? 獨立觀測環(huán)（ Independent Observation Loop） – 由相互獨立的基線所構(gòu)成的閉合環(huán)，也稱為異步環(huán)。 ? 重復(fù)基線（復(fù)測基線） – 具有兩個時段以上同步觀測結(jié)果的基線向量。 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 常用術(shù)語② 第二部分 GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng)的布設(shè) 測繪信息網(wǎng) 第一節(jié) GPS網(wǎng) GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 測繪信息網(wǎng) GPS網(wǎng) ? GPS網(wǎng)是由 GPS基線向量所形成的一種網(wǎng)絡(luò)。 GPS測量 GPS網(wǎng) GPS網(wǎng) 測繪信息網(wǎng) 測繪信息網(wǎng) 布設(shè) GPS網(wǎng)的目的 ? 易于引入外部基準(zhǔn) – 基線向量無法提供位置基準(zhǔn)，必須從外部引入 – 構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，易于基準(zhǔn)的傳遞 ? 評定測量成果的質(zhì)量 – 提供檢核條件（閉合環(huán)、重復(fù)基線、附和路線） ? 提高測量成果的質(zhì)量 – 探測、剔除粗差 – 分配誤差 GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 布設(shè) GPS網(wǎng)的目的 測繪信息網(wǎng) GPS網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)① ? GPS網(wǎng)的優(yōu)勢 – 不需要通視 – 運行與天氣無關(guān) – 測站的選擇與網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，因而測站可以設(shè)置在任何需要的地方 – 不間斷的運行 – 測量高效、迅速 – 容易達(dá)到測量精度要求 – 可同時獲得三維坐標(biāo) GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) GPS網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)① 測繪信息網(wǎng) GPS網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)② ? GPS網(wǎng)的劣勢 – 高效率對測量計劃和調(diào)度有更高的要求 – 不能容忍空中的障礙物，因此不能用于地下、植物下或建筑物下 – GPS通常只能滿足特定的測量需求 ? 在短距離超高精度應(yīng)用中有一定限制 – 無法為后續(xù)的非 GPS測量提供方位控制 – GPS的精度通常高于周圍現(xiàn)有的控制 – GPS設(shè)備的投資成本較高 – 需要新技能 GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) GPS網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)② 測繪信息網(wǎng) GPS網(wǎng)的分類 ? 分類方法 – 根據(jù)用途劃分 ? GPS網(wǎng)的分類 – 框架基準(zhǔn)網(wǎng) – 大地控制網(wǎng) – 工程控制網(wǎng) – 測圖控制網(wǎng) – 另類 － 連續(xù)運行的參考站網(wǎng)（ CORS） GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) GPS網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)② 測繪信息網(wǎng) 框架基準(zhǔn)網(wǎng)① ? 覆蓋范圍 – 全球、大陸或次大陸 ? 基準(zhǔn) – 地心基準(zhǔn) ? 用途 – 建立、維持位置參考框架 – 進(jìn)行大范圍的地殼運動監(jiān)測 GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 框架基準(zhǔn)網(wǎng) ① 測繪信息網(wǎng) 框架基準(zhǔn)網(wǎng)② ? 特點 – 精度、可靠性要求高 – 反復(fù)或連續(xù)觀測 ? 例 – IGS全球跟蹤站網(wǎng) – 中國地殼運動監(jiān)測站網(wǎng)絡(luò) – 中國 A級網(wǎng) IGS全球跟蹤站網(wǎng) GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 框架基準(zhǔn)網(wǎng) ② 測繪信息網(wǎng) 大地控制網(wǎng)① ? 覆蓋范圍 – 國家、地區(qū) ? 基準(zhǔn) – 參心系 ? 用途 – 大地控制 – 區(qū)域大地水準(zhǔn)面精化 GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 大地控制網(wǎng) ① 測繪信息網(wǎng) 大地控制網(wǎng)② ? 特點 – 精度、可靠性要求較高 – 復(fù)測周期長 ? 例 – 中國國家高精度 GPS網(wǎng) – 各省市地方的控制網(wǎng) 中國國家高精度 GPS網(wǎng) GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 大地控制網(wǎng) ② 測繪信息網(wǎng) 工程控制網(wǎng)① ? 覆蓋范圍 – 工程施工區(qū)域 ? 用途 – 工程放樣、施工 – 變形監(jiān)測 – GPS高程 ? 基準(zhǔn) – 獨立基準(zhǔn) GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 工程控制網(wǎng) ① 測繪信息網(wǎng) 工程控制網(wǎng)② ? 特點 – 精度、可靠性要求隨工程要求差別較大 – 變形監(jiān)測網(wǎng)需多次復(fù)測 ? 例 – 各類工程控制網(wǎng)、滑坡監(jiān)測網(wǎng) GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 大地控制網(wǎng) ② 測繪信息網(wǎng) 測圖控制網(wǎng) ? 覆蓋范圍 – 測圖區(qū)域 ? 用途 – 圖根控制、航測像控點 ? 基準(zhǔn) – 參心基準(zhǔn)或獨立基準(zhǔn) ? 特點 – 精度、可靠性要求低 ? 例 – 各類圖根控制網(wǎng)、像控點網(wǎng) GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 測圖控制網(wǎng) 測繪信息網(wǎng) 連續(xù)運行的參考站網(wǎng)（ CORS） ? 覆蓋范圍 – 國家、地區(qū) ? 用途 – 多用途 ? 基準(zhǔn) – 多基準(zhǔn) ? 特點 – 連續(xù)運行 ? 例 – 深圳連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng) 深圳連續(xù)運行衛(wèi)星定位服務(wù)系統(tǒng) GPS網(wǎng)的布設(shè) GPS網(wǎng) 連續(xù)運行的參考站網(wǎng)（ CORS） 測繪信息網(wǎng) 第二節(jié) 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 測繪信息網(wǎng) 建立 GPS網(wǎng)的三個階段① ? 測前 – 項目立項 – 方案設(shè)計 – 施工設(shè)計 – 測繪資料收集整理 – 儀器檢驗、檢定 – 踏勘、選點、埋石 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 建立 GPS網(wǎng)的三個階段① 測繪信息網(wǎng) 建立 GPS網(wǎng)的三個階段② ? 測中 – 作業(yè)隊進(jìn)駐 – 衛(wèi)星狀態(tài)預(yù)報 – 觀測計劃制定 – 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 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 建立 GPS網(wǎng)的三個階段② 測繪信息網(wǎng) 建立 GPS網(wǎng)的三個階段③ ? 測后 – 網(wǎng)平差（數(shù)據(jù)處理、分析）及質(zhì)量控制 – 整理成果、技術(shù)總結(jié) – 項目驗收 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 建立 GPS網(wǎng)的三個階段③ 測繪信息網(wǎng) 項目立項 ? 實施方 – 甲方、應(yīng)用方 ? 目標(biāo) – 招標(biāo)書、項目設(shè)計書 ? 內(nèi)容 – 測區(qū)范圍 – 項目用途、精度（等級）要求 – 點位分布、數(shù)量要求 – 提交成果的要求 – 時限要求 – 投入經(jīng)費 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 項目立項 測繪信息網(wǎng) 施工技術(shù)設(shè)計 ? 實施方 – 乙方 ? 目標(biāo) – 施工技術(shù)設(shè)計書 ? 內(nèi)容 – 作業(yè)方案 施工設(shè)計書 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 施工技術(shù)設(shè)計 測繪信息網(wǎng) 測繪資料收集整理 ? 實施方 – 乙方 ? 目標(biāo) – 控制點成果 – 水準(zhǔn)資料 – 測區(qū)地形圖 ? 內(nèi)容 – 控制點坐標(biāo)、點之記 – 水準(zhǔn)點坐標(biāo)、點之記 – 測區(qū)地形圖（ 1:5萬 ~ 1:10萬） GPS點之記 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 測繪資料收集整理 測繪信息網(wǎng) 儀器檢驗、檢定 ? 實施方 – 乙方、獨立的權(quán)威儀器檢定部門 ? 目標(biāo) – 儀器檢定證書 – 合格的儀器設(shè)備 ? 內(nèi)容 – GPS接收機(jī)的檢定 – 氣象儀器的檢定 – 其它設(shè)備的檢驗 檢定證書 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 儀器檢驗、檢定 測繪信息網(wǎng) 踏勘、選點、埋石 ? 實施方 – 乙方 ? 目標(biāo) – 設(shè)置測量標(biāo)志 ? 內(nèi)容 – 測區(qū)實地踏勘、了解測區(qū)狀況 – 選點 – 埋設(shè)測量標(biāo)志 – 食宿、交通安排 各類埋石標(biāo)準(zhǔn) GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 踏勘、選點、埋石 測繪信息網(wǎng) 作業(yè)隊進(jìn)駐 ? 實施方 – 乙方 ? 目標(biāo) – 整個作業(yè)隊進(jìn)駐測區(qū) ? 內(nèi)容 – 建立營地 – 整個作業(yè)隊進(jìn)駐測區(qū) GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 作業(yè)隊進(jìn)駐 測繪信息網(wǎng) 衛(wèi)星狀態(tài)預(yù)報 ? 實施方 – 乙方（作業(yè)指揮人員、技術(shù)人員） ? 目標(biāo) – 確定觀測時段 ? 內(nèi)容 – 全天衛(wèi)星數(shù)量的變化 – 全天衛(wèi)星圖形（ DOP值、天球圖）狀態(tài)變化 DOP值隨時間的變化圖 天球圖（ Skyplot） GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 衛(wèi)星狀態(tài)預(yù)報 測繪信息網(wǎng) 確定觀測作業(yè)方案 ? 實施方 – 乙方（作業(yè)指揮人員、技術(shù)人員） ? 目標(biāo) – 制定觀測作業(yè)方案 ? 內(nèi)容 – 規(guī)劃整體觀測方案 – 組建作業(yè)組 – 確定每天的外業(yè)觀測計劃 – 向各作業(yè)組下達(dá)作業(yè)調(diào)度指令 作業(yè)調(diào)度表 GPS測量 建立 GPS控制網(wǎng)的工作流程 確定觀測作業(yè)方案 測繪信息網(wǎng) 外業(yè)觀測 ? 實施方