第八章GPS数据处理
GPS测量数据处理ppt课件
公元前6世纪毕达哥拉斯提
公元前4世纪亚里士多德用 物理方法验证了地圆说
18世纪证实的扁球说。
长半轴 a=6378140米 短半轴 b=6356755米 a-b=21385米
扁度=
a 1 a b 298.257
？ 远
古
方
圆球
扁球 现 代 椭 球
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GPS测量数据处理>第二章>第一节 坐标系
8
GPS测量数据处理>第一章 GPS定位原理概述
第一节 GPS的系统组成
GPS系统由三部分组成
空间部分 （Space Segment）
地面部分 （Ground Segment）
用户部分 （User Segment）
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GPS测量数据处理>第一章>第一节 GPS的系统组成
GPS的系统组成——空间部分
GPS测量数据处理>第一章>第二节 GPS信号
GPS卫星信号结构——载波
载波
作用：搭载其它信号，也可用于测量（测距）。
类型
目前 L1：频率：1575.43MHz，波长：19cm L2：频率：1227.60MHz，波长：24cm
现代化后增加
L5：频率： 1176.45MHz，波长：26cm
26
GPS测量数据处理>第二章>第一节 坐标系
二、参考系
点的位置是由以相对于一个预先定义的数学 表面的坐标值所确定的。在大地测量中，该 数学表面被称为基准，而相对于该基准的点 位置由其坐标来确定。所以基准就是用作确 定点位置的参考的坐标面。这样的参考系可 以建立在大地水准面、参考椭球面或一个平 面上。
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〔3〕高程异常点的数量：假设要用零次多项式进展高程拟 合时，要确定1个参数，因此，需要1个以上的点；假设要采 用一次多项式进展高程拟合，要确定3个参数，需要3个以上 的点；假设要采用二次多项式进展高程拟合，要确定6个参 数，那么需要6个以上的点。 〔4〕分区拟合法：假设拟合区域较大，可采用分区拟合的 方法，即将整个GPS网划分为假设干区域，利用位于各个区 域中的点分别拟合出该区域中的各点的高程异常值，从而确 定出它们的正常高。以下图是一个分区拟合的示意图，拟合 分两个区域进展，以虚线为界，位于虚线上的点两个区域都 采用。
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四、移动曲面法 对待插点建立权函数： 权的引入是为了在移动时根据待插点到点的距离给出各点
的不同的影响程度，两点越近影响越大、它并不像测量平差 中的权是由误差定义的。目前在DEM中广泛使用的权函数 有：
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一般对某一待插点
， 假设点满足
可利用用这些点参加内插，那么称以待插点为圆心，半径为R 的圆形移动窗口曲面内插。
设移动到第J个内插点时，欲利用落入该点移动窗口内的m个 数据点的高程异常〔 i＝ 1,2,…m〕，以以下多项式 计算第j个待插点的高程异常值。
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在m个点上建立误差方程 式中， 令：
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应用最小二乘原理 可得法方程 据此求出各个系数，进地球重力场模型是根据卫星跟踪数据。地面重力数据、 卫星测高数据等重力场信息、由地球扰动位的球谐函数级数 展开式求高程异常。
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GPS测量原理及应用第八章GPS测量的设计与实施
基准设计需注意的问题： 1、适当联测附近的国家控制点以提高精度 （适当数量和均匀分布） 2、引入已知边长和已知方位 3、联测高程点 4、注意坐标系统的一致
（7）布设GPS基线向量网时的设计指标
在布设GPS网时，我们除了遵循一定的设 计原则外，还需要一些定量的指标来指导 我们的工作。在我们进行GPS网的设计时 经常需要采用效率指标、可靠性指标和精 度指标。
形式
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 方式很象是跟踪站，因此，这种布网形式被称为跟踪站 式（实际上就是跟踪站）。数据处理通常采用精密星历。
优点
精度极高，具有框架基准特性。
缺点
需建立专门的永久性建筑即跟踪站，观测成本很高。
适用范围
8.2
GPS网的优化设计
GPS网的优化设计，是实施GPS测量工作 的第一步，是一项基础性的工作，也是在 网的精确性、可靠性和经济性方面，实现 用户要求的重要环节。这项内容的主要内 容包括：精度指标的合理确定、网的图形 设计和网的基准设计。
一、精度标准的确定 对GPS网的精度，主要取决于网的用途。精 度指标，通常以网中相邻点之间的距离误 差来表示。
我国规范衡量GPS网精度的指标
GPS网的精度衡量指标 – 相邻点基线长度 精度
a 2 (b d ) 2
标准差 mm 固定误差 mm 相邻点间距离 Km 比例误差
如： 对于在C级网，规范要求a 10mm，b 5， 当基线边长为10km时，
102 (5 10)2 50.99(mm)
≤10
≤10-20
平均距离 等级 (km)
二 三 9 5
GPS数据处理
GPS数据处理一、数据导出将手持GPS接收机中的数据利用数据线传输到电脑上，然后将数据导入到Excel数据表中进行编辑，以满足GIS软件的数据格式。
操作过程如下：1）打开Excel软件，在菜单栏选择“数据→导入外部数据→导入数据”功能2）打开以upt为后缀名的文件后3）导入数据单击“完成”，即可完成导入的数据，结果如下图所示：4）编辑数据编辑数据表，添加序号、经度、纬度、高程等字段信息，编辑后结果如下图：5)另存数据为dbf格式二、在ArcMap中加载数据1）启动ARCMAP软件，在菜单栏选“Tools→Add XY Data”工具2）选择DBF格式的数据表，X和Y坐标分别选“经度”和“纬度”3）设置输入数据的空间参考信息，单击“Edit”，弹出“空间参考”属性框，选择坐标参数为：“Geographic Coordinate Systems→World →WGS 1984.prj”，单击确定4）单击“确定”后，将文本数据导入ARCGIS中成为点图层；在TOC窗口中选择“layer”，单击右键选择“Properties”功能，设置图层显示单位为“Decimal Degrees”TOC75）在TOC窗口中，右键单击需要存储的数据，在弹出的菜单中选择“Data→Export Data”，导出shape格式数据，并选择“Use the same Coordinate System as the data frame”三、利用ARCMAP编辑数据（1）几何数据编辑1）启动ArcCatalog模块，新建Shapefile文件2）在弹出的菜单中设置新建文件名、类型、空间参考信息，单击“ok”完成文件创建3）在ArcMap中加载新建的多边形文件，启动编辑功能“Start Editing”4）在编辑菜单下，选择“Snapping”功能，设置捕捉环境捕捉环境5)在“Editor”工具栏选择“Sketch Tool”,绘制多边形（2）属性数据编辑1）右键单击图层，选择“Open Attribute Table”菜单，打开属性表单击属性表中的“Options→Add Field”选项，弹出“添加字段”对话框，设置字段名、类型等信息，单击“ok”创建字段3）输入属性信息✧编辑数据，输入相应的属性信息4）自动标注✧在TOC中右键单击需标注的图层，选择Properties选项,在弹出的“LayerProperties”对话框中，设置“Labels”选项中的“Label”为Name字段，并根据情况调整字体右键单击需要标注的图层，选择“Label Features”菜单结果如下图所示（3）保存文档在File菜单下选择“Save”选项，保存为以mxd为后缀名的文档四、输出数据1）在菜单栏选择“View→Layout View”,转到输出视图2）在菜单栏选择“Insert”,分别插入“图名、图例及比例尺”等信息3）输出数据在菜单栏选择“File→Export Map”, 设置合适的分辨率、文件名，输出图形为JPG格式，五、提交成果1）mxd文档数据2）输出的JPG图像。
GPS数据处理教程
控制网复测教程1，接收机文件转为标准RINEX格式以天宝为例，做完外业后，将仪器数据导出，有DAT和TO2文件两种，用将测站点号和天线高编辑进复测文件，导出标准RINEX格式。
注意：只导出GPS信号，RINEX格式一般用2.11格式。
修改三处点名和天线高（天宝天线高需要进行仪高转化）2，使用LGO7.0进行数据处理打开LGO，新建项目，高铁项目差值平面选0.02，高程0.03，平均方式默认为带权平差导入标准RINEX文件，选中项目然后点击分配，数据导入完成。
开窗剔除无用的卫星信号，信号中断、时间较短均可删除（此步骤后期处理还会用到）。
卫星条界面右键选择处理参数，按图将处理参数勾选将所有卫星信号选中，右键修改处理模式为自动，右键处理，查看处理结果，右键点击存储。
在查看/编辑界面查看超限点位（点位标识为方框而非三角），双击点查看平均界面，可查看哪个点解算该点位超限。
根据超限提示，返回GPS处理界面利用手动处理模式，右键选择参考站和流动站(以谁解谁的问题，可以互换，两个点位不允许存在相互解算情况)修改该基线处理参数，处理参数可改的有卫星高度截至角（15-25）、频率（L1,L2,L1+L2,消除电离层）、活动的卫星这三项，确定后选择处理该基线，回到查看编辑。
有时候也可以修改解算方向，删掉该基线。
反复修改上述参数，直到全部点位没有超限值，信号特别差的控制网允许存在一两处超限不大的点位（LGO平差方式与一般软件稍有区别）。
利用LGO平差界面进行平差，空白处右键分别进行预分析、网平差计算、计算闭合环查看网平差结果要求T、F检验接受，对于T检验超限的基线进行单基线处理。
有时候T检验不通过仍能平差通过，与平差标准有关，不好处理的基线可以试着带病平差下。
部分基线比较差，可以查看卫星星历（右键分析），将周跳较大时间数据删除或者修改参数。
数据处理完成，输出菜单导出ASCII基线数据，注意设置文件类型一定为基线。
3，利用铁四院平差软件进行平差在铁四院平差项目里面新建项目，选择椭球参数和控制网等级，导入基线数据，依次进行独立闭合环、三边闭合环、重复基线差、三维无约束平差和二维约束平差，要求所得文件均无超限数据即可。
简述gps数据处理基本流程和步骤
简述gps数据处理基本流程和步骤GPS（全球定位系统）数据处理是将采集到的GPS信息进行处理和分析，从而得出有用的信息和结果的过程。
GPS数据处理基本流程可以分为数据采集、数据预处理、数据分析和结果展示四个步骤。
下面将分别介绍这四个步骤的具体内容。
首先是数据采集阶段。
GPS数据的采集是通过GPS接收器获得，GPS接收器可以测量卫星信号和计算位置、速度、时间、姿态等信息。
GPS接收器具有天线接收GPS信号，接收到的信号包括卫星信号和地面干扰信号，卫星信号是由美国国家航空航天局的卫星发出的，地面干扰信号则是由城市的建筑物、树木等形成的。
接收到的信号会被GPS 接收器搜集并保存下来，形成GPS原始数据。
接着是数据预处理阶段。
在数据预处理阶段，需要对采集到的GPS 原始数据进行清洗和筛选。
清洗就是对数据进行去噪声，去除异常值等处理，保证数据的准确性和可靠性。
筛选则是对数据进行筛选，选择需要的数据进行后续处理。
此外，还需要对数据进行校正，如时钟误差校正、电离层延迟校正等，保证数据的精度和稳定性。
然后是数据分析阶段。
数据分析是对预处理过的GPS数据进行处理和分析，从中提取有用的信息。
主要包括轨迹重建、速度计算、加速度计算、路网匹配等过程。
轨迹重建是将GPS数据点连接成轨迹，并对轨迹进行分段处理。
速度计算是根据轨迹数据计算车辆的速度，加速度计算是根据速度数据计算车辆的加速度。
路网匹配是将轨迹数据匹配到实际的道路上，得到车辆在道路上的行驶轨迹。
最后是结果展示阶段。
在结果展示阶段，将数据分析得到的结果以可视化的方式展示出来，使用户能够直观地了解分析结果。
主要包括轨迹图、速度图、加速度图、轨迹匹配图等展示方式。
公路交通部门可以通过这些展示结果了解车辆的行驶轨迹、行驶速度和行驶状态，为交通管理和规划提供有力的数据支持。
综上所述，GPS数据处理的基本流程包括数据采集、数据预处理、数据分析和结果展示四个步骤。
在实际应用中，每个步骤都需要仔细处理和精心设计，才能得到准确、可靠的分析结果。
GPS数据处理
第十一GPS数据处理学习指南本讲主要讲述 GPS测量数据处理全过程。
进行GPS数据处理时，应了解GPS数据预处理，掌握GPS控制网基线向量解算和GPS网平差或与地面网联合平差。
在GPS数据预处理中，要了解数据预处理的目的，学习统一数据文件格式，并将各类数据文件加工成标准化文件(如GPS卫星轨道方程的标准化)；在基线解算中，应学习相对定位中常用双差观测值求解基线向量方法。
同时，GPS基线解算工作之前，应学好基线解算的分类。
这一阶段要重点掌握基线解算阶段的质量控制，卫星数据删除率、RATIO、RDOP、RMS、同步环闭合差、异步环闭合差等的基本概念。
完成了一个GPS控制网的点的基线解算工作之后，必须学习GPS网平差，它是以南方GPS后处理软件为作业基础，以具体学习指导自由网平差实例平差、GPS网约束平差。
在学习本讲内容时，要以南方GPS后处理软件为作业基础，结合一定实际，掌握GPS数据处理基本概念和各种数据基线解算、网平差。
重点掌握GPS控制网基线解算、网平差。
本讲的难点掌握是GPS基线解算问题。
采用GPS基线向量网平差，虽可以同时确定出点的三维位置，若网中有一点或多点具有精确的WGS-84大地坐标系的大地高程，则在GPS网平差后，可得各GPS点的WGS-84大地高程。
但令人遗憾的是，所确定出的高程是相对于一个特定参考椭球的，即所谓的大地高，而不是在实际应用中广泛采用的与地球重力位密切相关的正高或正常高。
不过，如果能够设法获得相应点上的大地水准面差距或高程异常，就可以进行相应高程系统的转换，将大地高转换为正高或正常高。
因此，应找出GPS点的大地高程同正常高程的关系，并采用一定模型进行转换。
本节介绍如何将GPS高程观测结果变为可实用的正常高程结果。
教学重点和难点1、GPS接收机观测数据的传输与管理。
2、GPS基线处理软件的应用。
3、GPS数据解算成果的评定。
教学目标1、掌握GPS接收机观测数据的传输与管理。
论GPS测量的数据处理方法及其优化方式
论GPS测量的数据处理方法及其优化方式。
一、GPS测量数据处理方法1、数据预处理GPS数据预处理包括了资料收集、数据筛选、数据校正、数据过滤、数据插值等步骤。
其中最重要的步骤是数据校正，由于GPS卫星所发出的信号在传输过程中会遭受导航信号、地球大气层、接收机时间、传输媒介等干扰，导致GPS采集的数据有较大的误差，因此需要对GPS数据进行校正。
数据校正包括了数据预处理、误差模型建立、误差分析和校正方法等步骤。
2、数据处理GPS数据处理主要包括了基准的选择和建立、数据分析和拟合、解算算法和数据融合等步骤。
基准的选择和建立是指在数据处理过程中需要明确使用的基准坐标系，例如WGS84坐标系、北京54坐标系等。
数据分析和拟合是指采用数学模型对GPS数据进行处理，例如最小二乘法、卡尔曼滤波、粒子滤波等方法。
解算算法与数据融合主要是指将GPS数据与其他信息进行融合，例如地图数据、气象数据、传感器数据等。
二、GPS测量数据处理优化方式1、信号接收优化GPS信号接收优化是指改善信号接收的操作和环境，例如改善接收机本身的性能、选用合适的天线、改善接收机自身的环境、减少信号干扰等。
2、误差模型优化误差模型建立是将误差分为多个部分，例如常数误差、轨道误差、大气误差、接收机误差等，然后对各部分误差采用不同的方法进行模拟和处理。
误差模型的优化一方面是对误差模型进行精细化建模，另一方面是通过分析误差来源和数据特性来对误差模型进行改进和优化。
3、算法优化GPS数据处理算法的优化可以从多个方面入手，例如减少计算量，提高算法计算速度和鲁棒性，改进算法的精度和可靠性，例如采用粒子滤波算法可以有效地解决非线性滤波问题。
4、数据融合优化数据融合是将不同数据源的数据信息综合起来，以提高得到的GPS数据的精度和可靠性，并提高研究结果的确定性和可靠性。
数据融合的优化可以通过改进融合算法、改善数据质量和改进数据采集的设计等来实现。
5、差分处理差分GPS是基于两个接收机之间的同步观测数据得到相对的精密定位，其可以有效地消除接收机和卫星的共同误差，以实现高精度的测量。
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• 本讲主要讲述 GPS测量数据处理全过程。进 行GPS数据处理时，应了解GPS数据预处理，掌 握GPS控制网基线向量解算和GPS网平差或与地 面网联合平差。在GPS数据预处理中，要了解数 据预处理的目的，学习统一数据文件格式，并将 各类数据文件加工成标准化文件(如GPS卫星轨道 方程的标准化)；在基线解算中，应学习相对定位 中常用双差观测值求解基线向量方法。同时， GPS基线解算工作之前，应学好基线解算的分类。 这一阶段要重点掌握基线解算阶段的质量控制， 卫星数据删除率、RATIO、RDOP、RMS、同步 环闭合差、异步环闭合差等的基本概念。
8.2.2 基线解算结果的质量评定指标
单位权方差因子 定义：
V PV ˆ0 f
实质：反映观测值的质量，又称为参考方 差因子。越小越好。
T
– RMS - 均方根误差
• 定义：
V V RMS n
实质：表明了观测值的质量，观测值质量 越好，越小，反之，观测值质量越差，则 越大，它不受观测条件（观测期间卫星分 布图形）的好坏的影响。
特点：单基线解算的算法简单，但由于其 解算结果无法反映同步基线间的误差相关的 特性，不利于后面的网平差处理，一般只用 在普通等级GPS网的测设中。 多基线解 定义：与单基线解算不同的是，多基线解 算顾及了同步观测基线间的误差相关性，在 基线解算时对所有同步观测的独立基线一并 解算。 特点：多基线解由于在基线解算时顾及了 同步观测基线间的误差相关特性，因此，在 理论上是严密的。
T
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。
1 GPS卫星轨道方程的标准化
• 数据处理中要多次进行位置的计算，而GPS 广播星历每小时有一组独立的星历参数， 使得计算工作十分繁杂。因此，需要将卫 星轨道方程标准化，以便计算简便节省内 存空间。GPS卫星轨道方程标准化一般采用 以时间为变量的多项式进行拟合处理。
2卫星钟差的标准化
• 自广播星历的卫星钟差(即卫星钟钟面时间与GPS 标准时间系统之差ts)是多个数值，需要通过多 项式拟合求得惟一的、平滑的钟差改正多项式， 用于确定真正的信号发射时刻并计算该时刻的卫 星轨道位置，同时也用于将各站对各卫星的时间 基准统一起来以估算它们之间的相对钟差。当多 项式拟合的精度优于±0.2ns时，可精确探测整周 跳变，估算整周末知数。钟差的多项式形式为 • 2
1 基线解算及质量评定
2 GPS网平差
2.1 整体平差方法概述
2.2 基线向量网平差模型
3 GPS高程
8.1 数据预处理
• GPS数据预处理的目的是：对数据进行平滑 滤波检验、剔除粗差；统一数据文件格式， 并将各类数据文件加工成标准化文件(如 GPS卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差 标准化，观测值文件标准化等)；找出整周 跳变点并修复观测值；对观测值进行各种 模型改正。
t a a ( t t ) a ( t t ) s 0 1 0 2 0
• 3 观测值文件的标准化 • 不同的接收机提供的数据记录格式不同。例如 观测时刻这个记录，可能采用接收机参考历元， 也可能是经过改正归算至GPS标准时间。在进行 平差(基线向量的解算)之前，观测值文件必须规 格化、标准化。具体项目包括： • (1)记录格式标准化。各种接收机输出的数据文 件应在记录类型、记录长度和存取方式方面采用 同一记录格式。 • (2)记录项目标准化。每一种记录应包含相同的 数据项。如果某些数据项缺项，则应以特定数据 如“0”或空格填上。
• (3)采样密度标准化。各接收机的数据记录采样间 隔可能不同，如有的接收机每15s记录一次，有的 则20s记录一次。标准化后应将数据采样间隔统一 成一个标准长度。标准长度应大于或等于外业采 样间隔的最大标准值。采样密度标准化后，数据 量将成倍地减少，所以这种标准化过程也称为数 据压缩。数据压缩应在周跳修复后进行。数据压 缩常用多项式拟合法，压缩后的数据应等价于被 压缩区间的全部数据，且保持各压缩数据的误差 独立。 • (4)数据单位的标准化。数据文件中，同一数据项 的量纲和单位应是统一的，例如，载波相位观测 值统一以周为单位。
• 完成了一个GPS控制网的点的基线解算工作 之后，必须学习GPS网平差，它是以南方 GPS后处理 软件为作业基础，以具体学习 指导自由网平差实例平差、GPS网约束平差。
• 采用GPS基线向量网平差，虽可以同时确定出点 的三维位置，若网中有一点或多点具有精确的 WGS-84大地坐标系的大地高程，则在GPS网平 差后，可得各GPS点的WGS-84大地高程。但令 人遗憾的是，所确定出的高程是相对于一个特定 参考椭球的，即所谓的大地高，而不是在实际应 用中广泛采用的与地球重力位密切相关的正高或 正常高。不过，如果能够设法获得相应点上的大 地水准面差距或高程异常，就可以进行相应高程 系统的转换，将大地高转换为正高或正常高。因 此，应找出GPS点的大地高程同正常高程的关系， 并采用一定模型进行转换。本节介绍如何将GPS 高程观测结果变为可实用的正常高程结果。
Байду номын сангаас
8.2 GPS基线向量的解算
• 8.2.1基线解算的类型
– 单基线解
• 定义：当有多台GPS接收机进行了一个时段的同 步观测后，每两台接收机之间就可以形成一条基线 向量，共有 条同步观测基线，其中最多可以选出相 互独立的条同步观测基线，至于这条独立基线如何 选取，只要保证所选的条独立基线不构成闭和环就 可以了。这也是说，凡是构成了闭和环的同步基线 是函数相关的，同步观测所获得的独立基线虽然不 具有函数相关的特性，但它们却是误差相关的，实 际上所有的同步观测基线间都是误差相关的。所谓 单基线解算，就是在基线解算时不顾及同步观测基 线间误差相关性，对每条基线单独进行解算。