GPS测量操作与数据处理复习资料

第一部分GPS静态测量第一章 GPS静态测量基础

1相对定位指的是在进行GPS定位时，多台同步接收机进行同步观测，采集同步观测数据；在数据处理时，则利用这些同步观测数据，计算出同步观测站之间的相对位置（坐标差/基线向量。）

2数据处理过程一般包括基线处理、网平差、坐标转换和高程转换，最终求出高精度的网点坐标。

3 GPS测量型接收机一般分为单频和双频两大类。单频GPS测量型接收机,接收信号：GPS 导航电文、C/A码、L1载波。双频GPS测量型接收机（双频GPS测量仪）,接收信号：GPS 导航电文、C/A码伪距、P码伪距、L1载波相位、L2载波相位。

第二章 GPS静态测量工作的流程

1一般GPS静态测量工作分为三个阶段，即测前准备、玩野实施和数据处理。

2测前准备阶段的主要工作包括项目立项、技术设计、实地踏勘、设备检定、资料收集整理、人员组织等。

3测量实施的内容包括：实地了解测区情况、卫星状况预报、确定作业方案、外业观测。

4 GPS基线向量网被分成了A、B、C、D、E五个级别。

C级网为地方控制网和工程控制网；D级网为工程控制网；E级网为测图网。

5 GPS网常用的布网形式有以下几种：跟踪站式、会战式、多基准站式、同步图形扩展式、单基准站式。

跟踪站式：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，即一年观测365天，一天观测24小时，这种观测方式很像是跟踪站，因此，这种布网形式被称为跟踪站式。特点：不间断的连续观测，观测时间长，数据量大，采用精密星历，成本高。

会站式：在布设GPS网时，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。在作业时，所有接收机在若干天的时间里分别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进行相同方式的观测，直至所有的网点观测完毕，这就是所谓的会站式的布网。特点：较长时间、多时段观测，可以较好地消除SA等因素，有特高的尺度精度。

多基准站式：就是有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。

同步图形扩展式：就是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，又迁移到其他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。

特点;扩展速度快，图形强度较高，作业方法简单。

单基准站式：又称做星形网方式，它是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，流动的基准站之间一般不要求同步，这样，流动的接收机每观测一个后四段，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的星形。流动的接收机又是也称为流动站。特点：布网方式效率高，图形强度弱。

6 在进行GPS网的设计时经常采用效率指标、可靠性指标和精度指标。

效率指标：当按照某个具体的布网方式和观测作业方式进行作业时，要按要求完成整网的测设，所需的观测期数与理论上的最小观测期数会有所差异，理论最小观测期数与设计的观测期数的比值，称之为效率指标（e）。

可靠性指标：分为内可靠性和外可靠性。所谓的GPS网的内可靠性是指所布设的GPS 网发现粗差的能力，即可发现的最小粗差的大小；所谓的GPS网的外可靠性是指GPS网抵御粗差的能力，即未剔除的粗差对GPS网所造成的不良影响的大小。整网的多余独立基线与总的独立基线数的比值，称平均可靠性指标。

精度指标：作为衡量GPS网精度的指标。

7GPS网设计的出发点是在保证质量的前提下，尽可能的提高效率，努力降低成本。提高GPS网可靠性的方法：增加观测期数（增加独立基线法），保证一定的重复设站次数，保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连。在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条。提高GPS网精度的方法：可以在全面网之上布设框架网，以框架网作为整个GPS网的估价，精心制定一个子区和子环路的实测方案。在布网是要使用王忠所有最小异步环的边数不大于6条。可采用增设长时间、多时段的基线向量的方法。

8静态相对测量数据处理基本步骤：粗加工、预处理、基线解算、GPS网与地面网的联合网平差处理、坐标转换和高程转换。

9原始观测数据的下载在进行基线解算之前，首先需要从接收机上下载原始的GPS观测值数据：至少应当有观测值文件；星历参数文件。有些接收机还另外列出了测站信息文件、电离层参数和UTC参数文件。外业输入数据的检查与修改在读入了GPS观测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查的项目包括：测站号、点号、测站坐标、天线高等。基线计算过程①由三差分载波相位观测方程计算基线矢量未知参数：同步环中每两台接收机所在点的坐标差分量，非随机的。观测量：同步环中每两台接收机同步观测量所形成三差分载波相位观测值。认为是正态分布的随机观测量。②由双差分载波相位观测方程计算基线向量未知参数：同步环中每两台接收机所在未知点近似坐标的改正数（dX，dY，dZ）和整周未知数，非随机的。观测量：同步环中每两台接收机同步观测量所形成双差分载波相位观测值。随机量，正态分布。基线质量分析和检验：1.每一条基线的检验2.基线间的检验3.调整

10基线向量网平差概念：以GPS基线向量为观测值，以其方差阵的逆为权阵进行计算，求出各GPS网点的坐标并进行精度评定。分类：①无约束平差：只约束一个点坐标

②约束平差：约束条件多余一个点的坐标，如还有其他已知点坐标活边长、方位角等。

③联合平差：观测值有GPS基线向量观测值、地面常规测量观测值（边长、方位、高差），

一起参与平差计算。④三维平差：求出三维地理坐标或平面坐标和海拔高程。⑤二维平差：只求定平面坐标。网平差过程㈠三维无约束平差坐标系统：WGS-84 目的：检查网本身的内符合精度、基线之间有无明显系统差和粗差，提供大地高数据。㈡约束平差坐标系统：地方椭球坐标系或平面坐标系。目的：提供三维大地坐标或平面坐标及海拔高。平差过程：建立或选择地方坐标系统和高程转换模型：①建立或选择参考椭球、输入其与WGS-847椭球的转换参数（7参数或3参数）；②选择或建立投影方式和投影度带；③选择大地水准面模型或输入高程异常拟合方程的参数。

第三章 GPS静态测量操作

开机测量：5700型接收机显示面板介绍 1）两个开关电源开关键、数据记录开关键 2）5个显示灯数据记录状况显示灯、卫星状况显示灯、内置电台状况显示灯、A或2电池状况

显示灯、B或3电池状况显示灯。

1 开机①按照作业时间开机或提前开机，按电源开关键开机，所有指示灯发亮时，松开按键，这时A电池或B电池状态显示灯只有一个长亮，如果电源灯快速闪烁时，说明该电池电量不足，接收机会自动切换使用另一块电池，其电池状态显示灯长亮。开机状态下，当电源灯快速闪烁或不亮时，说明电池电量不足。②卫星状况显示灯快速闪烁时，说明接收机在搜索、跟踪卫星或卫星颗数少于4颗。卫星状况显示灯一秒闪烁一次时，观测卫星颗数达到4颗或4颗以上。

2仪器初始化方法：①按住电源开关大于15秒，直到所有显示灯熄灭又全发亮为止，这样仪器回复厂家缺省设置。②按住电源开关大于30秒时，消除接收机存储的所有文件，并格式化数据卡。

第四章数据处理软件安装和工具软件的使用

1 鼠标左键双击功能键可看到子菜单：GPServey基线结果阅读、将观测数据转换为Rinex 格式、建立坐标系统、下载测量数据、手簿文件编辑、建立绘图的图形属性库、绘线编辑、卫星可见性预报、绘制符号编辑。

静态、快速静态测量数据处理常用的工具功能有:下载测量数据、将观测数据转换为RINEX 格式、卫星可见性预报、定义坐标系统等。

2测量数据文件包括：①4600、4700、4800型接收机的测量数据文件有：观测值数据文件：ssssDDDn.dat，ssss为仪器序列号，DDD为测量序列日期，n为文件序列号。卫星星历文件：ssssDDDn.eph，其中ssss为仪器序列号，DDD为测量序列日期，n为文件序列号。②5700型GPS接收机的测量数据文件有：观测和星历文件一体文件：ssss为仪器序列号，DDD为测量序列日期，n为文件序列号。卫星可见星预报文件：※.ALM，只用于预报卫星的可见性，不参与基线计算。 4600、4700、4800型GPS接收机的测量数据文件.dat文件，转换为接收机独立的转换格式：…简写为RINEX

3卫星可见性预报的目的：可用于预报将来某一天、某一时间段的卫星可见性，为测量工作安排提供参考。

4通过基线处理所得到的两个观测点之间的坐标差分量也是WGS-84系统坐标下的坐标分量；自由网平差处理的点位坐标自然也是WGS—84系统的坐标。因为全球各地区的用户都有特殊的坐标系统，为了将GPS测量成果用于用户的特殊成果需要，就需要进行坐标转换。

坐标系统转换由下列元素组成：大地水准面模型选择、建立基准转换（WGS-84椭球与地方椭球之间转换）、选择投影方式输入投影度带、GPS点校正（由水平平差和垂直平差组成）。5建立坐标转换的顺序为：大地水准面模型选择、建立地方椭球参数、建立基准转换、选择投影凡事和输入投影度带、GPS点校正后面介绍。

6 大地水准面模型的作用：大地水准面是地球重力位的一个等位面。大地水准面模型使我们能够用椭球高度来估算高程。

大地水准面模型：对我国比较有效的两种模型为OSU91A和EGM96（Global）。

椭球的基本参数一般有长半轴（a），扁率（1/f）等，其他参数可以由他们推导出来。第一偏心率，第二偏心率

7建立基准转换方法：⑴Molodensky（三参数），Molodensky基准转换定义了从WGS-84椭球原点（反之亦然）X、Y、Z方向的一种平移转换。⑵七参数，参数基准转换定义了从从WGS-84椭球到地方椭球或从地方椭球到WGS-84椭球的转换。平移：定义了从WGS-84椭球原点到地方椭球原点的三维直角坐标（X、Y、Z）。旋转：旋转值分别定义了绕X、Y、Z轴的旋转角。它们是WGS-84椭球必须旋转到与地方椭球对应轴对齐的角度。从轴的正方向看，逆时针方向的旋转角度为正角度。比例因子：它是以百万分之一定义的、被所有坐标相乘的系数。⑶基准格网：是一种包含有区域基准转换参数的文件，该文件用来在您的位置处内插基准转换

值。⑷多重回归，多重回归基准转换应用本地区预设平移的多项式方程拟合，定义了一种WGS-84椭球和地方椭球之间的基准转换。

第五章TGO图形窗口简介、建立项目、改变属性

1 运行TGO软件的第一个任务就是创建项目，因为这是软件组织数据的方法。

2 新建项目的方法：⑴选择文件/新建项目⑵在工具栏中，点击新建项目⑶在项目栏中，点击新建项目快捷方式。选择模板的目的：这将确定项目单位和坐标系统，并确定显示数据的方式。

第六章 GPS基线处理

1导入数据文件分类：⑴从数据采集器中导入数据：当野外测量需要进行GPS后处理的动态或静态测量（用Trimble Survey Controller软件和Trimble GPS接收机）并且在数据采集器中存储GPS数据时，该数据存储为.raw文件。⑵直接从Trimble GPS接收机中采集并存储GPS数据，在从接收机向计算机传输时，Trimble Geomatics Office软件接收不到关于类别的信息。通常，软件给这种无类别的点分配未知质量。⑶从磁盘中导入原始测量数据：这是常用的一种方法，因为实际工作时，一般是首先将策略原始数据导入计算机某个路径中，并转换成RINEX格式（输入点名和天线高）；再用TGO软件调用并计算。

2 基线处理的基本过程：选择处理的基线、建立或编辑参数控制系统、处理基线、结果分析和参数调整。

3选择独立基线集独立基线由在给定的GPS野外时段中需要连接所有点观测时段的最小基线数目所组成。对于任何给定的n个同步GPS点观测集，有n-1条独立的基线。

要指定独立基线集，采用以下方法之一：⑴从GPS野外时段所有可能的基线中，只选择和处理基线的独立集。⑵处理GPS野外时段所有可能的基线，在结果保存到项目的时候选择一个独立集。⑶处理GPS野外时段所有可能的基线，并把所有结果保存到项目中，然后指定不在网平差中考虑的相关基线。

4截止高度角设置用户的设置值既可以高于也可以低于野外观测数据的截止高度角，但通常应不低于野外观测数据的截止高度角，若低于野外观测数据的截止高度角，则不会对处理数据产生影响。

5星历的选择⑴广播星历：大多数情况下使用广播星历，它由每一颗卫星周期性发送，一般以小时为单位发送。星历中包含了卫星的轨道参数。⑵精密星历：可以改善基线的精度。通常，精密星历可以帮助用户获得长基线的模糊度固定解。使用此选项，必须将一个甚至更多的精密星历导入到项目中去。

6 基线处理器根据可利用的观测量类型和当前起起作用的处理形式，按一定的顺序逐步结算每一条基线。通常，首先求解码解（伪距解），接着求解载波相位的三差解和双差解。

7 所谓已知点初始化首先是反求两个已知点间的基线，将反求出的结果当做一个固定基线，然后，基线处理器将该反求出的基线固定，反解求卫星的模糊度。

8 质量验收标准这些标准被用于指定解的状态，解的状态包括“通过”、“标记”和“失败”。

9 RMS复选框：RMS是观测值中噪声的量度，通常认为RMS数值越小越好。要达到“通过”状态，RMS必须小于“标记”值，要达到“标记”状态， RMS必须小于“失败”值，而当RMS值大于“失败”值时，状态就为“失败”。如果清除该复选框，则进行验收时不考虑RMS。

10比率复选框比率是能以何种程度确定了整周固定解的量度，该值越大越好。要达到“通过”状态，比率的数值必须大于“标记”值，要达到“标记”状态，该值必须大于“失败”值，如果该值小于“失败”值则将使得基线成为“失败”状态。

11 参考方差复选框参考方差是基线处理器将期望误差估计到了何种程度的量度。理想的

参考方差值是1.0，其值小于1.0意味着所遇到的误差小于预期值，大于1.0则意味着所遇到的误差多于预期值。要达到“通过”状态，参考方差值必须小于“标记”值，要达到“标记”状态，参考方差值必须小于“失败”值，而当参考方差值大于“失败”值时，状态就为“失败”。

12编辑乘法器对该域进行编辑，可改变用来计算从GPS处理器的连续迭代中剔除异常的阀值的因子。

13对流层对这些控制进行编辑，可以改变在基线处理时对流层模型的选择和使用。

电离层对这些控制进行编辑，定义用于改变处理基线时电离层模型的使用。

14 GPS基线处理数据分析①精度分析和调整：从GPS处理类型方面分析和调整：在评价基线解精度时，总是将比率、参考反差和RMS放在一起进行评估。所有的基线处理结果，最终都需要通过闭合环误差的检验。②GPS数据处理的潜在问题分析潜在问题:可能造成GPS处理结果质量差的原因包括：野外工作失误、接收机设置不一致、在不利条件下进行数据采集。

15 使用GPS基线结算报表分析结果查看 GPS基线结算报表用鼠标左键选定要查阅的基线，选择以下之一可以阅读报告：①菜单栏选报告中的基线报告②从项目栏选处理中的基线报告。主要阅读内容：①基线的比率、参考方差、RMS等是否超过设置标准②卫星的连续动态跟踪：良好的观测情况应该是连续跟踪和观测，而不应经常中断③残差图：残差绝对值大小应该在载波相位波长的1/10之内。

16 残差图的作用残差图用图形的方式表示了在基线解中所使用的每颗卫星的观测值残差。残差图表现出了所接收到的来自每颗卫星的数据的质量，利用该图可以了解到解中噪声的量级。该图将给出在每个测量周期中每颗卫星的残差。噪声较大的卫星可能影响来自其他卫星的数据。

残差大如何处理？

17 GPS基线环的闭合差基线处理完成后，要进一步检查GPS网中各观测量的质量或错误，可以计算环的闭合差并查阅GPS换的闭合差报告。

㈠设置闭合环报告要显示的信息，在“闭合环节点（L）”处，输入闭合环经过的节点个数，按规范要求应不大于6个㈡在菜单栏选报告中的GPS闭合环报告，显示GPS环的闭合差报告，在Summary（汇总）中，超限环的个数应该是0，否则，阅读失败闭合环的细节，判断共同的不良基线或误差较大的基线。㈢再处理①对闭合环所识别出的不良基线进行再处理或舍去。②计算所有选择的基线的环闭合差，直到没有不合格的环为止。

18失败闭合环当一个闭合环的闭合差大于GPS环闭合差设置兑换卡中所指定的限差时，这个闭合环就是失败（未通过检验）。

第七章GPS基线网平差

1 执行网进行网的最小二乘平差的目的是：①估计和删除随机误差②有冗余数据时提供一个单一解③使对观测值的改正最小④探测粗差和大误差⑤生成用于分析的信息，包括精度估值。

2自由网进行网平差的一般顺序为：基准选择、平差形式选择、观测值的选择、加权策略的设计、已知点坐标的输入、执行平差、报告分析等。加权策略的作用：可以让用户定义对各种观测值类型（GPS、大地水准面和地面）应用加权和比例的方法。

3平差结果分析平差结果保存在网平差结果报告中，分析主要依靠此报告来进行。包括：阅读报告、主要检查项目（综合统计：这些统计显示网的附和程度、平差后GPS基线观测值）、平差和再处理、最后检查协方差项统计结果。

平差和再处理：如果网参考因子或X2检验未通过检验，则主要是由不合格的基线观测值所引起的。对于经过统计平差后超限的基线观测值，采取基线再处理或删除后，再进行平差

处理，直到通过检验且误差在限值之内为止。

4GPS基线网约束平差已知点坐标的输入：GPS基线网的约束平差一般至少输入两个已知点的坐标。约束网平差时，一般选择格网坐标。在用户坐标基准下，二维平差时选择2D约束，三维平差时选择2D约束及高度（大地高）或高程（海拔高）中的一种约束，对于中国用户一般选择高程约束。

5点校正及坐标系统转换参数点校正的作用：通过GPS点校正，可以建立GPS接收机所采集的WGS-84下的数据与地方控制坐标之间的关系，这一关系是由一系列的数学转换所定义的。主要数学转换是：基准转换（三参数、七参数）、平面转换（进行地图投影）、高程转换（使用大地水准面资料）。点校正工作的作用：为基准转换求三参数或七参数等转换参数。对正常基准转换进行校正。独立坐标系统转换。用于求转换参数的控制点条件——选点的几何原则：使用转换参数的项目区域应该被进行校正时所使用的点包围起来，且至少有3个校正点对。进行GPS点校正的顺序是：校正组成的选择，在点列表建立或选择用于求转换参数的校正点对。

第二部分第一章 GPS RTK地形测绘基本原理

1 GPS RTK定位概念：就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到厘米级精度。

2 系统组成：①GPS接收机：能够测量到载波相位的GPS接收机都能够就能行RTK定位，但是为了能够快速、准确地求解整周模糊度②无线电数据链，⑴基准站发射电台：一般为外置的独立电台⑵流动站接受电台：可以内置在GPS接收机内部，也有外置的独立电台⑶中级站电台：可以转发接收站信号，既接收机准站发送的信号又将接收信号发送出去，一般是外置的独立电台③电子手簿：由于GPS RTK作业过程中，流动站一般将GPS接收机和电台背在背部，为了便于建立测量项目、建立坐标系统，设置测量形式和参数、设置电台参数，实时阅读、存储测量坐标和精度，设计放样坐标或参数、指导放样等，一般采用手持式的电子手簿比较方便。

3 GPS RTK测量过程一般包括：基准站选择和设置、流动站设置、中继站的设立等。

流动站GPS的设置包括：建立项目和坐标系统管理、流动站电台频率的选择、有关坐标的输入、GPS RTK工作方式的选择、流动站RTK工作启动、使用RTK流动站测量地形点等。

4 流动站电台频率的选择根据对本地区无线电频率的了解，选择一种理想的频率，流动站和基准站必须使用同一个频率。流动站电台频率可以在计算机上设置和选择，也可以通过电子手簿设置。

5 流动站GPS RTK 精度评定：由于GPS RTK定位的数据处理过程属于计算基准站和流动站之间基线向量（坐标差）的过程，不存在网平差处理，所以精度评定跟静态测量基线处理的精度评定相似，一般使用一下指标：①载波相位的整周模糊度是否固定②均方根RMS。

使用RTK流动站测量地形点有以下两种方式：连续测量地形点（什么情况使用连续测量地形点：）、非连续测量地形点。连续测量地形点：一般用于测量等高线点或测量连续曲线点的坐标，这些测点的图形属性一样（如湖、水库、围墙等的边线）。非连续测量地形点：一般用于图形属性不同，精度要求不同、无法连续测量的测点（如电线杆、下水井或上水井等）。

第二章 GPS RTK地形测量操作

1 RTK地形测量操作过程简介（TSC1操作过程），主要操作内容有：建立新工作项目、对工作项目进行配置、设置RTK基准站、设置RTK流动站、地形点测量、结束测量、在TSC1电子手簿中阅读测量数据。

2 GPS RTK点校正求坐标转换参数前提条件：①至少应当有4个控制点的三维已知地方

坐标（平面x，y和高程h）。②手簿建立的坐标系统为WGS-84坐标系统，无投影，无转换。表示直接求取WGS-84坐标系统到地方坐标系统的所有参数。③根据校正内容可以选择格网坐标中平面坐标或高程坐标或全部④选择已知控制点将测区控制起来。基本过程：①键入、导入控制点的地方格网坐标（校正点）②当选择了自动校正是，可以设置校正参数的精度限制。③用GPS RTK测量对应控制点的WGS-84坐标④对用于点校正的控制点对命名或选择。对同一个控制点应具有WGS-84坐标和地方格网坐标。同一个点的地方格网坐标点名称和WGS-84坐标点名称可以一致，也可以不同。⑤执行点校正计算⑥检查残差，必要时重新校正⑦应用点校正参数。

第三章 GPS工程设计

1 工程建设的基本过程为：工程设计、工程放样和工程施工三个过程。根据要素点的用途不同又分为计算要素点和放样要素点。

2工程放样就是GPS RTK系统实时的定位并计算所在位置与设计点的距离、设计点的方位、指导放样人员到达设计点的地面位置，测量该点的三维坐标，计算与设计坐标的差异。

3 TSC1按点设计工程点位坐标输入方法：①键入坐标②用方位和方位交会：从两个已知点中每一个到设计点的方位交会出设计点坐标③用方位和距离交会：从两个已知点中的一个到设计点的距离，另一个到设计点的方位来交会处设计点坐标④从两个已知点中每一个到设计点的距离交会出来设计点坐标⑤设置点状态为普通点时，选择控制为否；悬着控制点时，选择控制为是。选择直线输入方法：①两个点②从一个点的距离和方位设计直线选择圆弧线输入方法：①两个点和半径②夹角和半径③圆弧长度和半径④交叉点和切线方位角。

4垂直系列垂直系列主要设计道路或曲线在高程垂直方向的曲线定义，一般在平面系列设计完成后执行。

第四章GPS工程放样

1工程设计完成后，能够代表工程特征的放样点坐标、推算坐标的算法、模板等就设计完成了，剩下的工作就是工程放样和施工。工程放样工作可以按照坐标、直线、圆弧曲线、斜坡和表面放样。GPS用于工程放样时，一般采用精密的实时测量方式（GPS RTK方式），后处理的测量方式不能用于放样。确定放样数据来源：键入，从计算机导入，用坐标几何功能推算。这一过程请参阅第三章。