GPS测量与数据处理 黄劲松 武汉大学 测绘学院
第二章 GPS网及其建立
本章内容 GPS网 GPS网的建立过程 GPS测量中的几个基本概念 GPS网的质量及质量控制
1. GPS网
采用传统测量方法布网的缺点 平面控制网与高程控制网分别布设 选点困难、常需造标 观测过程工作强度大、条件艰苦 布网周期长 精度受到限制
GPS测量的特点 测量精度高 选点灵活，无需造标，布网成本低 可全天侯作业 观测时间短，作业效率高 观测、处理自动化 可获得三维坐标
GPS网 GPS网是采用GPS定位技术建立的测量控制网，由GPS点和基线向量所构成。
布设GPS网的目的 确定网中各点在指定坐标参照系下的坐标 易于对成果进行质量控制
逐步推进的布网方式
2. GPS网的建立过程
GPS网的建立过程 设计准备 施工作业 数据处理
设计准备 项目规划：位置及范围，用途及精度等级，点位分布及数量，成果形式及内容，时限要求，投资经费 方案设计：根据项目要求和相关技术规范进行技术设计，完成技术设计书的编写 测绘资料收集：测区及周边地区可利用的已知点的点之记及其坐标成果和测区地形图等 仪器检验和检定：对各种仪器（包括GPS接收机及相关设备、气象仪器等）自行进行检验或送指定机构进行检定 踏勘、选点和埋石
测量实施 实地了解测区情况 卫星状况预报 确定作业方案 外业观测 数据传输备份 基线解算及其质量控制
数据处理 网平差及其质量控制 技术总结 成果验收
3. GPS测量中的几个基本概念
观测时段和时段长度 观测时段 时段长度 从测站上开始接收卫星信号起至停止接收卫星信号间的连续工作的时间段 是GPS测量的基本单位 观测时段所持续的时间
同步观测 同步观测 两台或两台以上的GPS接收机同时对同一组卫星进行的观测 同步观测
基线向量和GPS基线向量网 基线向量 GPS基线向量网 利用进行同步观测的接收机所采集的观测数据计算出的接收机间的三维坐标差 与计算时所采用的卫星轨道数据同属一个系统 GPS基线向量网 采用GPS技术布设的测量控制网，由GPS点和基线向量所构成 基线向量
同步观测基线 定义 一个时段中，同步观测基线的数量 利用同一时段的多个同步观测站所采集的观测数据所计算出的若干基线向量 若在某时段共有n台接收机进行了同步观测，则共可得到n(n-1)/2条同步观测基线 n=2 n=3 n=4 n=5
闭合环和环的闭合差 闭合环 由多条基线向量首尾相连所构成的图形 n=5 由5条基线向量所构成的闭合环
闭合环和环的闭合差 环的闭合差 闭合差：组成闭合环的基线向量按同一方向（顺时针或逆时针）的矢量和 分量闭合差：组成闭合环的基线向量按同一方向（顺时针或逆时针）矢量的各个分量的和 全长闭合差：分量闭合差的平方和开方 分量闭合差 全长闭合差
同步观测环（同步环）和同步环检验 同步观测环（同步环） 三台或三台以上的GPS接收机进行同步观测所获得的基线向量（完全由同一观测时段的基线向量）所构成的闭合环 第一时段 第一时段 第二时段 同步环与非同步环
同步观测环（同步环）和同步环检验 同步环检验 定义：检验同步环的闭合差大小 特性 理论上：采用严密算法所得到的同步环，无论观测值中是否含有误差，其环闭合差必为零。（构成同步环的基线向量之间是线性相关的） 实践中：如果算法不严密（目前大多数的商用软件均属于此种情况），其环闭合差通常不为零，但通常很小 结论：同步环闭合差很小，还不能说明基线解算结果一定能够满足精度要求
独立基线向量 定义 满足下面条件之一的为独立基线向量 提示 线性无关的一组基线向量 未构成闭合环的一组基线向量（例如：一条基线向量，未构成闭合环的一组同步观测基线） 虽构成了闭合环，但并非所有基线都来自同一观测时段 提示 完全由同步观测基线所构成的闭合环之间是线性相关的，是一组非独立基线向量 GPS网应由相互独立的基线向量构成
独立基线向量 同步观测基线向量的最大线性无关组及选取方式
独立观测环（异步环）和独立观测环检验 独立观测环（异步环） 定义：由相互函数独立（线性无关）的基线向量所构成的闭合环。（就是前面的非同步环） 第一时段 第一时段 第二时段 独立环与非独立环
独立观测环（异步环）和独立观测环检验 独立观测环检验 定义：检验独立观测环的闭合差大小 特性：与同步环闭合差不同，即使采用严密算法，并且计算过程中未发生错误，独立观测环的闭合差通常也不为零，也不一定是个微小量 结论：独立观测环闭合差的大小，可作为评定基线解算结果质量的有力指标
4. GPS网的质量及质量控制
质量 质量 产品或工作的优劣程度，对于某项产品来说，其质量是指有关法规、标准或合同所规定的对产品特性的要求。
GPS网的质量 GPS网的质量 精度：可以通过一系列的精度指标来加以评价，如相邻点的分量中误差、距离中误差和网无约束平差的基线向量残差等。 适用性：指的是点的数量、分布以及点位设施是否符合项目的要求，是否满足后续应用的要求。
GPS网的质量控制 质量控制 GPS网的质量控制 用来确保生产出的产品达到规定质量水平所采取的作业技术和管理措施。
影响GPS网质量的因素 GPS基线向量的质量 常规地面观测值质量 起算数据的精度、数量和分布 GPS网的结构 数据处理方法的完备性