1©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 测绘学院

GPS测量与数据处理

黄劲松武汉大学 测绘学院

2©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 测绘学院

第一章 绪论

3

本章内容• 引子• GPS 原理回顾• GPS 测量概要• 课程内容• 课程目标

4©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 测绘学院

引子

5

GPS 工程项目• 区域– 武汉大学 1~3校区及国际软件学院

• 功能– 测图控制网（ 20点）

• 等级– D级（ GB2009）

• 成果– 北京 54系– 中央子午线： 114

3区

国软

1区

2区

6

待解决的问题• 项目开展–流程–所需条件、技术

• 所需经费• 时间周期

7©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 测绘学院

1. GPS 原理回顾

8

几个问题• 什么是 GPS ， GPS 的基本功能有哪些？• GPS 如何工作？• GPS 的观测值有哪些？• GPS 测量定位的精度受哪些因素的影响？• 什么是相对定位，其结果是什么？• GPS 在测量中有哪些应用？• GPS 在测量中有哪些作业模式？• 什么是 GPS 网，其作用是什么？• GPS 网的建立过程是怎样的？• 如何衡量 GPS 测量成果的质量？• 如何保证及改善 GPS 测量成果的质量？• …

9

空间部分

地面监控部分 用户部分GPSGPS

GPS 系统及其构成• 拥有者– 美国

• 系统构成– 空间部分、地面控制部分、用户部分

• 作用– 定位、测速、授（守）时

• 信号– 载波、测距码、导航电文

10

GPS 定位的基本原理• 距离交会

11

GPS 观测值• 码伪距– C1， P1， P2

• 载波相位– L1， L2

• 多普勒– D1， D2

S

R

( )tR

( )tS

接 收 机 根 据 自 身的 钟 在 时 刻 复制 信 号 的 相 位

tR

接 收 机 根 据 自 身的 钟 在 时 刻 所接 收 到 卫 星 在时 刻 所 发 送 信 号的 相 位

tRtS

tR tS

12

影响 GPS 测量的因素• 与卫星有关的因素– 卫星钟差、卫星星历误差、相对论效应、 SA

• 与传播途径有关的因素– 大气折射（电离层折射、对流层折射）、多路径效应、其他电磁波干扰

• 与接收设备有关的因素– 天线相位中心偏移及变化、接收机钟差、接收机噪声

• 其他因素

13

GPS 定位原理中的若干基本概念• 伪距测量• 载波相位测量–整周计数–整周模糊度–周跳

N0

F r0

N 0

I nt (

)i

Fr i

t 0

t i

载波相位测量

14单差 双差 三差

GPS 定位原理中的若干基本概念• 差分观测值–零差（非差）、单差、双差、三差

• 载波相位观测值的线性组合–宽巷、窄巷、无电离层折射影响和无几何关系组合

15

GPS 的定位模式• 根据运动状态–动态定位、静态定位

• 根据时效–实时定位、事后定位

• 根据定位模式–绝对定位、相对定位、差分定位

16©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 测绘学院

2. GPS 测量概要

17

GPS 在测量中的应用• 控制• 形变监测• 点位测量• 放样

18

GPS 测量仪器设备

Trimble R3 Leica 1230 Topcon Hiper Plus

19

常用 GPS 测量模式• 单点定位–通常需采用精密单点定位（ PPP）的方法–还未广泛应用

• 相对定位（后处理）–最为常用

• RTK–常用于点位测量与放样

注：本课程主要讲授与相对定位（后处理）有关的内容。

20

相对定位• 定义–利用两台以上接收机进行同步观测，获取接收机间相对位置（基线向量）的测量方法。

• 特点–精度高（通过差分消除或削弱了相关误差的影响）

–作业复杂（需进行多台接收机的同步观测）–需要从外部引入位置基准（ GPS基线向量缺少绝对位置基准）

21

位置基准的传递方式• 单基线方式–效率高，可靠性低

• 导线方式–效率高，可靠性低

• 网络方式–效率低，可靠性高

单基线方式

导线方式 网络方式

22

GPS 基线向量网• 定义–由 GPS点和 GPS基线向量所构成–简称 GPS网

• 特点–易进行质量控制– GPS网的布设工作在所有 GPS测量方式中最复杂

23

测量成果质量的内涵

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

24

质量控制及其内容• 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–质量评价（评定质量的指标）–质量改善（提高质量的方法）

25

影响 GPS 网质量的因素

• 基线的质量• 网的结构–基线数量及配置–起算数据的类型、数量及分布

• 网平差处理的方法

1

2

3

4

5

6

7

8

GPS 网

26

GPS 测量的依据• 标准及规范• 任务书、合同书• 设计书

27

GPS 测量的作业流程• 设计与计划（测前）• 仪器设备的检定与检验（测前）• 施测（测中）• 数据处理及成果整理（测后）

28

GPS 测量的作业流程• 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

29

GPS 测量的作业流程• 测中–作业队进驻–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

30

GPS 测量的作业流程• 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

31

GPS 测量的成果资料• 方案设计书• 施工设计书• 点之记• 技术总结• 成果资料汇总• 原始观测记录（包括数

据、计算结果文件，观测记录手簿）

32

GPS 测量成果的质量• 精度• 可靠性• 可用性–点位设施–密度–分布

33©2005~2012. 黄劲松 武汉大学 测绘学院

3. 课程内容及目标

34

课程内容• 第一章 绪论• 第二章 GPS网及其建立（教材第 7章）• 第三章 GPS 测量的技术设计（教材第 8

章） • 第四章 GPS 测量的外业（教材第 9 章） • 第五章 GPS 测量中的数据格式（教材第 1

0 章） • 第六章 GPS 基线解算（教材第 11 章）• 第七章 GPS 网平差（教材第 12 章）

35

课程目标• 掌握– 开展 GPS测量工程的流程– GPS工程技术设计的内容和报告的撰写– GPS网的设计及布设方法– GPS外业观测的方法及注意事项– GPS测量的质量控制方法– GPS测量数据处理基本原理– GPS测量数据处理方法