GPS测量与数据处理-大地测量(2016)
2016年注册测绘师大地测量50题解析实录
2016年习题大地测量章节1．某点的高程异常是指该点的大地高与（）之差。
A. 正高B. 力高C. 地区力高D. 正常高解析：D大地高=正常高+高程异常；大地高=正高+大地水准面差距。
因为最终都要归化到椭球面，所以大地高在等式左边。
正常高与正高之差要经过正常水准面改正。
2．我国建立天文大地网的主要方法是（）。
A. 三角测量法B. 导线测量法C. 三边测量法D. 边角同测法解析：A全国天文大地网即国家大地网一二等三角网，由于加测了天文经纬度（拉普拉斯点），所以称为天文大地网，采用整体平差。
所谓天文大地网就是传统的三角网3．我国目前所采用的法定高程系统是（）。
A. 大地高系统B. 椭球高系统C. 正高系统D. 正常高系统解析：D高程系统一般有正高、正常高、力高三种。
正高系统有严密的理论，但是没法直接求得，实用上一般都是用正常高来代替。
我国目前采用的是正常高系统。
在水准面上两点只有力高相等。
所以直接规定了重力，假设水准面平行这样就建立了等高面4．正高系统中的理论闭合差是由两大地水准面间（）所造成的。
A. 位相等B. 不平行C. 相交D. 十分接近解析：B水准面的重要特性是相互不平行，水准测量具有多值性，即使没有测量误差，理论上水准测量闭合差也不是0。
这叫高程测量的多值性6．我国采用的1954 年北京坐标系的原点在（）。
A. 北京B. 青岛C. 苏联D. 陕西解析：C，大地原点：也称大地基准点或大地起算点，其数据也称作大地测量基准数据或大地测量起算数据。
54坐标系：原点在苏联普尔科沃，椭球为克拉索夫斯基椭球，是原苏联1942年坐标系在中国的延伸。
缺点：1、椭球参数有较大误差。
2、与我国大地水准面存在着自西向东明显的系统性倾斜，东部最大误差达到68米。
3、几何大地测量和物理大地测量应用的参考面不统一。
4、定向不明确，定向没有采用国际惯用的CIO，也没有采用我国的JYD，起始子午面不是BIH定义的格林尼治子午面。
《GPS数据处理》PPT课件
〔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。
13
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：
14
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。
15
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。
《GPS数据处理》PPT课 件
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GPS测量与数据处理课件
遥感信息工程学院
Galileo卫星
遥感信息工程学院
3、北斗卫星导航系统
我国自行研制 系统是由空间卫星、地面控制中心站和北斗 用户终端三部分构成。 空间部分包括2~3颗地球同步轨道卫星 用户终端分为：定位、通信终端；差分、校 时终端；集团用户管理站终端
遥感信息工程学院
遥感信息工程学院
车载型用户机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
( D2 − D1 ) = λ s [ N − ( f 0 − f s )( t 2 − t1 )]
遥感信息工程学院
2、卫星多普勒定位测量
已知t1，t2时刻卫星在 空间的位置S1，S2， 则以到S1，S2距离差 为（D2－D1）可以作 出一个旋转双曲面， 测站点必定位于该旋 转双曲面上。
多普勒定位示意图
通讯型用户机
便携型用户机
船载型用户机
指挥型用户机
遥感信息工程学院
3、北斗卫星导航系统
与GPS、GLONASS、Galileo等国外的卫星 导航系统相比： BD–1有自己的优点：如投资少，组建快；具有
通信功能；捕获信号快等。 但也存在着明显的不足和差距：如用户隐蔽性 差；无测高和测速功能；用户数量受限制；用户 的设备体积大、重量重、能耗大等。
遥感信息工程学院
§1.4
其他卫星导航定位系统的概况
1、GLONASS (Global Navigation Satellite System)
开发者:俄罗斯（前苏联） 系统构成:卫星星座、地面控制部分、用户设备 卫星数: 24颗 轨道数: 3个 轨道倾角: 64.8
°
高度: 19 390km 运行周期: 11h15min44s
遥感信息工程学院
1957年10月4日，前苏联发射世界上第一颗地球人造 卫星，使卫星导航定位成为现实；
GPS差分测量技术在大地测量中的应用
GPS差分测量技术在大地测量中的应用引子：在现代科技日益发达的背景下，各行各业都开始借助于先进的技术手段来改进工作效率和精度。
大地测量作为一项关系国计民生的重要科学技术活动，更是不能置身于科技的浪潮之外。
而在如今的大地测量领域，GPS差分测量技术以其令人惊叹的精度和可靠性，成为了测绘工作的一项重要手段。
本文将就GPS差分测量技术在大地测量中的应用进行探讨。
一、GPS差分测量技术的概述GPS差分测量技术，全称为全球定位系统差分测量技术，是一种基于卫星导航系统的测量方法。
它利用全球范围内部署的若干颗卫星发射的信号，通过接收器接收并测量信号的到达时间，再利用差分的原理进行精度增强。
与传统的GPS测量技术相比，差分测量技术具有更高的精度和可靠性。
二、1. 高精度测量GPS差分测量技术通过将多个接收器同时使用，并进行数据处理，可以提高测量的精度。
在大地测量中，可以利用差分技术来测量两个测站之间的距离，以及角度和方位角等参数，从而实现更精确的测量结果。
2. 动态测量GPS差分测量技术不仅能够测量静态目标，还能够实现对动态目标的测量。
例如，在地震监测中，可以利用差分测量技术实时监控地震活动的变化，从而提前预警和采取相应的措施。
3. 多站联合测量GPS差分测量技术可以实现多个测站之间的数据联合处理，从而提高测量的可靠性和准确性。
在大地测量中，通过多站联合测量，可以实现对更广阔范围内地理要素的测量，并得到更全面的测量结果。
4. 时空一体化测量GPS差分测量技术结合了时间和空间的测量，实现了时空一体化测量。
通过定位和测量信号到达时间的差异，可以实现对时间的精确测量，并结合地理位置信息，建立坐标系统，从而实现对地理要素的精确定位。
三、GPS差分测量技术带来的变革与挑战1. 测绘工作效率的提高GPS差分测量技术的应用，大大提高了测绘工作的效率。
传统的大地测量需要人工记录数据，并进行后期处理，工作量繁重且耗时。
而通过差分技术，测量数据可以实时传输和处理，减少了人工操作的复杂性，提高了测绘工作的效率和精度。
大地测量与GPS数据处理实践教学探讨
大地测量与GPS数据处理实践教学探讨随着科学技术的不断发展，大地测量和GPS数据处理技术在工程测量、地质勘探、地图制图等领域中得到了广泛的应用。
对于地理信息科学专业的学生来说，掌握大地测量与GPS数据处理的实践技能是非常重要的。
在教学中，如何有效地进行实践教学，让学生真正掌握相关技能，成为了教育工作者们不断探讨的问题。
本文将针对大地测量与GPS数据处理实践教学进行探讨，希望能够为相关教学工作者提供一些借鉴和思考。
一、大地测量与GPS数据处理的重要性大地测量是指通过一定的测量手段和方法，对地球表面的地形、地貌、地势以及地球内部的构造进行测量和研究的一门科学。
在测绘、地质、工程勘察和地质灾害监测等领域中都有着重要的应用价值。
而GPS数据处理则是基于全球定位系统（GPS）获取的数据进行分析和处理，用于获取地球表面的三维坐标、速度、加速度等信息，对地球变形、地壳运动等进行监测和研究。
大地测量与GPS数据处理的重要性在于，它们为地理信息科学专业的学生提供了一种全新的数据获取和处理方式，同时也为相关领域的工程技术人员提供了更为精准的数据支持。
对于学生来说，掌握相关技能不仅可以提高其在未来工作中的竞争力，也可以满足社会对于相关专业人才的需求。
1. 需要丰富的数据支持大地测量与GPS数据处理的实践教学需要大量的实际数据进行支持。
地面实地测量和GPS数据获取往往需要到实际的测量点进行操作，而且涉及到地球表面的多维空间信息，需要获取的数据也非常庞大。
因此在实践教学中，需要有充足的数据支持和实际操作的场地。
2. 需要综合运用多种技术手段大地测量与GPS数据处理的实践教学需要学生综合应用多种技术手段进行测量和处理。
这其中不仅包括地面测量的仪器和设备，还包括了GPS数据的获取、存储和处理技术。
需要在实践教学中充分考虑多种技术手段的综合应用，培养学生的综合技术能力。
3. 需要模拟真实情境进行教学大地测量与GPS数据处理的实践教学应尽可能模拟真实的测量场景和情境，让学生在实际操作中对地面测量和GPS数据处理有更为直观的认识和理解。
大地测量与GPS数据处理实践教学探讨
大地测量与GPS数据处理实践教学探讨随着科技的发展和应用，GPS技术在地理测量中得到广泛应用。
大地测量与GPS数据处理是地理学及相关专业的重要分支，掌握这些技能对于未来的工作和研究都是非常有帮助的。
本文将探讨大地测量与GPS数据处理的实践教学，旨在指导学生更加深入地掌握相关知识和技能。
一、实践教学内容的体系大地测量与GPS数据处理实践教学内容广泛，涉及的技术和知识需要分门别类地进行教授，以确保学生掌握的知识体系完整、系统。
一般来说，大地测量与GPS数据处理实践教学内容可以分为以下几个方面：1、GPS基础知识。
包括GPS的原理、系统组成、信号联系和传输等。
2、GPS数据处理基础。
包括地球空间坐标系与大地坐标系、常见GPS误差的处理方法、数据质量评估等。
3、GPS数据采集与处理技术。
包括GPS数据采集与处理软件的使用、GPS接收机参数的设置、数据格式的转换、基线解算等。
4、大地测量的基础知识。
包括测量基准面和基准点的概念、大地水准面、大地主题面的定义及其转换、基线测量等。
5、大地测量数据处理技术。
包括大地水准面的平差计算、基线的同步处理、误差补偿等。
二、实践教学方法的选择大地测量与GPS数据处理实践教学需要选择合适的教学方法，确保教学效果。
一般来说，实践教学方法可以分为以下几种：1、课堂讲解。
考虑到大地测量与GPS数据处理实践教学的内容涉及较多的算法、计算过程和流程，需要有相应的理论基础。
课堂讲解可以针对不同的实践内容，讲解实用技术和算法原理，同时提供完整的计算案例，帮助学生熟练掌握相关知识。
2、实验实践。
实验实践是大地测量与GPS数据处理教学中不可或缺的重要环节。
通过实验实践，学生可以亲身体验相关技术和知识，熟练掌握GPS数据采集、处理和分析等技能。
实验实践应该根据教学内容的要求，采用不同的方法和设备以实现教学目的。
3、研究生实践教学。
对于研究生来说，实践教学内容需要更多地注重理论分析、实践测试和数据解释等环节。
GPSRTK测量及数据处理
1
第四章 GPS静态测量在控制测量中的应用
2
第一节、测前工作 第二节、实施测量 第三节、数据处理 第四节、测后工作
3
第一节、测前工作
一、熟悉项目：一项GPS测量工程项目，往往是由工程
发包方、上级主管部门或其他单位或部门提出，由GPS 测量队伍具体实施。对于一项GPS测量工程项目，一般 有如下一些要求： 测区位置及其范围：测区的地理位置、范围，控制网的 控制面积。 用途和精度等级：控制网将用于何种目的，其精度要求 是多少，要求达到何种等级。 点位分布及点的数量：控制网的点位分布、点的数量及 密度要求，是否有对点位分布特殊要求的区域。 提交成果的内容：用户需要提交哪些成果，所提交的坐 标成果分别属于哪些坐标系，所提交的高程成果分别属 于哪些高程系统，除了提交最终的结果外，是否还需要 提交原始数据或中间数据等。 时限要求：对提交成果的时限要求，即何时是提交成果 的最后期限。 投资经费：对工程的经费投入数量。 4
三、测绘资料的搜集与整理： 需要收集整理的资料主要包括测区及周边地区 可利用的已知点的相关资料（点之记、坐标等） 和测区的地形图等。 四、仪器的检验: 各种仪器包括GPS接收机及相关设备、气象仪 器等进行检验，以确保它们能够正常工作。 五、踏勘、选点埋石：综合应用地形图、遥感图、 摄影图和有关点之记进行选点、埋石等设计工 作。
8
一）、选点： • 为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质 量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10~15 高度角以上不能有成片的障碍物。 • 为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在 测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰 源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。 • 为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离 对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层 建筑、成片水域等。 • 为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交 通便利，上点方便的地方。 • 测站应选择在易于保存的地方
大地测量数据处理
Xˆ j Yˆj Zˆ j
Xˆ i Yˆi Zˆi
X
ij
Yij
Zij
vXij vYij vZij
基线向量观测方程为：
XYˆˆiijj
Zˆij
221.87
100.91
33.46
0
0
0
0 p 0
0
0
0
0
0
0
0
100.91 116.84 78.74
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
33.46 78.74 109.75
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 222.21 56.87 46.08 0 0 0 0 0 0 0 0 0
大地测量学基础
大地测量数据处理的数学模型
一、地面平面控制网平差数学模型
1、三角网 测角网、测边网、边角网 2、导线网 边角网 三维导线网
导线网的三维间接平差
在导线测量中可以将水平角、斜距、高度角放在一 起考虑，进行三维导线平差。
1）.三维导线测量原理 三维导线就是带有三角高程
测量的导线测量。
0
0
Dg
33
D1、 D2、┅、 Dg为各基线向量观测值的协方差块阵。
由基线向量协方差阵可以得到权阵（也是块对角阵）：
P
(D
/
2 0
)1
式中：单位权方差的先验值可任意选定。
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28
GPS网的位置基准
位置基准的确定 自由网平差或拟稳平差 对网的尺度无影响 固定一点（最小约束平差） 对网的尺度无影响 固定多点（约束平差） 对网的尺度有影响
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GPS网的尺度基准
尺度基准的确定 GPS基线向量 测距边 已知点间的固定边 其他空间技术观测量（VLBI、SLR等）
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GPS网图形设计的内容*
两点重要提示 GPS网的图形强度与基线向量的数量和 分布有关 GPS点的精度和可靠性与与其相连的基 线向量数密切相关，相连的基线向量 数越多，精度和可靠性越高
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GPS网图形设计的内容*
GPS网布设时的重复设站次数（观测时 段数） GPS点反复进行设站观测的次数 复测边（重复边）的布置 复测边：同一基线向量不同时段的观 测结果
特点：效率高，工作量较小，图形强 度虽不如三角形网和多边形网，但若 对多边形边数加以限制，仍能保证一 定的强度
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GPS网的基本图形
星形网
定义：从一个已知点上分别与各待定点进行相对定 位（待定点间一般无任何联系）所构成的GPS网
特点：抗粗差能力极差 应用：界址点、碎部点和低等级控制点（图根dian） 工作模式：Go and Stop，RTK 提高可靠性的方法：从两个已知点（基准站）上对 同一待定点（流动站）进行观测；适当复测
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GPS网的方位基准
方位基准的确定 GPS基线向量 起始方位 其他空间技术（如VLBI）提供的方位
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5.1.5 GPS网的图形设计
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GPS网图形设计的内容*
一般控制网图形设计的内容 与精度和可靠性有关的点位设计 观测设计（观测点、测回数等） GPS网图形设计的内容 观测设计（同步观测图形、重复观测） 注意：GPS网无与精度和可靠性直接相 关的图形设计问题（点位观测环境方 面的问题除外）
这两点也可看作GPS网测量的要求
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GPS网的基本图形
三角形网 多边形网 附和导线网 星形网
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GPS网的基本图形
三角形网
定义：以三角形作为基本图形所构成的GPS网
特点
优点：几何强度高、抗粗差能力强、可靠性高 缺点：工作量大 进一步提高图形强度的方法 加测对角线
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图形设计中的注意事项
为求得GPS点在某一参考坐标系中的坐 标，应与该坐标系中的原有控制点进行 联测，联测点数不得少于3个
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图形设计中的注意事项
当控制网的范围较大时，可采用分级布 设的方法，即首先布设点数较少但等级 较高的框架网，然后再布设项目所要求 等级的全面网*
框架网 全面网
46
() i
N
0
GPS测量原理 6、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
7
GPS测量原理 7、导航定位方法及精度
定位方法 观测值 测码伪距 单点定位 载波相位 测码伪距 载波相位 精密星历 广播星历 广播星历 广播星历 相对定位 载波相位 精密星历 卫星星历 广播星历 观测时间 单历元 数小时 单历元 一天 单历元 单历元 数小时 数小时～ 数十小时 20 － 40 m 米级 分米级 厘米级 D < 15 km 分米级、亚米级 15 km D 200 km 米级 厘米级 短边：5 mm 10-6 D 中边：5 mm 10-7 D 长边：3 mm 10-8 D 3 mm 10-9 D 精度
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5.1.2 技术设计的依据
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测量任务书或测量合同书
内容
点位要求 分布、密度、数量 精度要求 等级、点位误差、相邻点间距离误差 进度要求 提交成果的时间 成果要求 坐标参照系、是否需要高程成果、提交资 料的内容
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5.1.3 GPS网的精度和密度设计
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13
同步观测基线
定义
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 一个时段中，同步观测基线的数量 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
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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
同步环与非同步环
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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
n=5 由5条基线向量所构成的闭合环
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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
B2
B1
B3
47
GPS网的特征条件
总基线数 独立基线数 必要基线数 多余基线数
48
GPS网的特征条件
若某GPS网由n个点组成，每点的设站次 数为m，用N台GPS接收机进行观测 观测时段数C：C n m N 总基线数J总： J C N N 1 2 独立基线数J独：J C N 1 必要基线数J必： J n 1 多余基线数J多：J J J 整体可靠性指标：J多/J独
(tS)
S
tR t
R
4
GPS测量原理 4、GPS的误差源
与卫星有关的：卫星钟差、卫星 星历误差、相对论效应、SA 与传播途径有关的：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：天线相位中 心偏移及变化、接收机钟差、接 收机噪声 其他
大地测量
GPS测量与数据处理
武汉大学 王泽民
zmwang@
1
GPS测量原理
一、GPS测量原理回顾
1、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
GPS
空间部 分 地面监 控部分 用户部 分
19
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
20
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）
独立环与非独立环
21
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
5
GPS测量原理 5、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、周跳、整周模糊度 t 差分观测值 零差（非差）、单差、双差、三差 N 载波相位观测值的线性组合 Fr 宽巷、窄巷、无电离层折射影响和无几何关系组合
0
0 0
ti
单差
双差
三差
6
Fr
i
Int
差分 GPS
8
GPS测量原理 8、GPS的特点 作业范围：全球地面覆盖，无须通视 作业时间：实时，全天候 成果精度：精度高 劳动强度：自动化程度高 三维坐标：真三维坐标
9
5.1 GPS测量的技术设计
10
5.1.1 GPS测量中的几个基本概念
11
观测时段和时段长度
观测时段 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 时段长度 观测时段所持续的时间
图形设计中的注意事项
为求得GPS点的正常高，应进行高程联 测，联测应满足下表要求
级 别 AA A B C D E 高程联测点密度要求 逐点联测 逐点联测 每隔 2~3 点联测 1 个 每隔 3~6 点联测 1 个 视情况 视情况 高程联测点的等级 二等水准 二等水准 三等水准 四等或精度相当 四等或精度相当 四等或精度相当
Bi
n i 1
Bn
环的闭合差
X X Y Y Z Z
分量闭合差
s X 2 Y 2 Z 2
全长闭合差
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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
总
独
必
多
独
必
49
GPS网设计书
编写提纲 概述：测区位置，项目概况 技术依据：规范、标准… 坐标系统与起算数据 网形设计 质量检核 选点埋石 外业观测 数据处理：软件、处理方法（包括基线解算 与网平差） 成果资料
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GPS网的基本图形
多边形网 定义：以多边形（边数≥4）作为基本 图形所构成的GPS网
特点：效率高，工作量较小，图形强 度虽不如三角形网，但若对多边形边 数加以限制，仍能保证一定的强度
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GPS网的基本图形