009 GPS测量数据处理
测绘技术GPS数据处理步骤
测绘技术GPS数据处理步骤GPS（全球定位系统）是现代测绘技术中不可或缺的一部分。
通过将GPS设备与测绘仪器结合使用，可以方便而准确地测量和记录地球表面的各种空间数据。
然而，仅仅收集到的GPS数据并不足以提供有关地球表面特征的详细信息。
因此，对收集到的数据进行处理和分析是必不可少的，以便从这些数据中提取更多的有用信息。
本文将介绍测绘技术中GPS数据处理的一般步骤。
第一步是数据预处理。
在将收集到的原始GPS数据进行进一步处理之前，需要对其进行预处理，以确保数据的准确性和一致性。
这包括检查数据的完整性，例如确定是否有丢失的数据点或异常值。
此外，还需要校正GPS设备的时钟偏差和测量误差，以提高数据的精度。
第二步是数据过滤和平滑。
在许多情况下，原始GPS数据会受到各种干扰和噪声的影响，例如多路径效应、大气延迟和仪器漂移等。
因此，需要对数据进行过滤和平滑处理，以消除这些干扰和噪声，使得数据更加可靠和准确。
常用的数据过滤和平滑方法包括差分处理、卡尔曼滤波和移动平均法等。
第三步是数据插值和外推。
在某些情况下，由于GPS接收器的限制或不可控的因素，无法收集到完整的数据。
例如，在峡谷、高楼大厦或密林等环境中，受到遮挡而导致部分数据丢失。
此时，需要使用插值和外推方法来估计丢失数据点的位置和数值。
常用的插值和外推方法包括三次样条插值、克里金插值和多项式外推等。
第四步是数据配准和匹配。
测绘技术中常常需要将多个数据源或采样时段的数据进行比较和分析。
为了实现这一目标，需要对不同数据进行配准和匹配，使它们具有相同的参考框架和数据格式。
这涉及到空间坐标转换、数据对齐和特征匹配等过程。
例如，可以使用仿射变换或地理校正方法将不同图像的坐标系统对齐，从而实现它们之间的比较和分析。
第五步是数据分析和建模。
一旦对GPS数据进行了处理、过滤和配准，就可以进行更深入的分析和建模了。
这可以包括对地形特征、地表变化或运动轨迹等进行定量和统计分析。
GPS9第九章 GPS测量数据处理
当工程为带状时利用绘等直线法就不是很方 便了，拟合的好坏与点的个数和点的位臵有关。
三、多项式曲面拟合法
1、在测区上有m个点，经GPS测量得其大地高；
2、在m个点中n个点，用水准测量方法测得其 正常高。 3、计算n个点的高程异常： i H i H ri 4、找出 与点的坐标（ x，y）的函数关系：
水准拟合计算的内符合精度 ：
[vv] /(n 1)
式中：n为V的个数
2、外符合精度 根据检核点的 i 值与拟合值 i 之差，按下式计 算GPS水准的外符合精度M ：
M [vv] /(n 1)
式中：n为检核点数
3、GPS水准精度评定 （1）根据检核点至已知点的距离L（单位：公里）， 按下表计算检核点拟合残差的限值，以此来评定GPS 水准所能达到的精度。
§9.2 GPS基线向量的解算
一、基线向量的解算
基线向量的解算解算一般采用差分观测值，较为
常用差分观测值为双差观测值。基线解算的过程实际 上是一个平差的过程，分三个阶段： ①进行初始平差，解算出整周未知参数和基线向量的 实数解（浮点解）；
②将整周未知数固定为整数；
③将确定整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐 标作为未知参数，再进行平差，最终得到固定解。
D α
或
3）平差结果：直接是点在相应地面坐标系中的坐标 值，二维或三维。 一般选二维（X，Y）及相应的mX, mY
GPS网与地面网联合平差 1）观测值 —— 基线向量、地面网的测距边 2）起算数据 ：地面网的起算数据
（X，Y） D α 或 （X1，Y1）
（X2，Y2）
3）平差结果：结果类似约束平差，往往取二维的。
基线解算时，使用坐标准确度较高的点作为基线解算
GPS测量及数据处理课件——第10章 GPS测量数据处理原理
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。
RDOP
定义：所谓RDOP值指的是在基线解算时待定参数的 协因数阵的迹（tr(Q)）的平方根，即：
的基线解：
Q Q
i
XCi XCi
3. 从所解算出的所有基线向量中选出产生单位权中误差 最小那个基线向量结果，作为最终的解算结果，这就 ˆ0i
是所谓的基线向量整数解（或称固定解）。
不过当出现以下情况时，则认为整周未知数 无法确定，而无法求出该基线向量的整数解。
ˆ 0次最小 T ˆ 0最小 T F f , f ;1 2 F f , f ;1 2 是置信水平为1 时的 F 分布的
接受域，其自由度为 f 和 f。其中：
ˆ 0次最小 称为 RATIO 值； ˆ 0最小 ˆ 0i 也被称为 RMS；
tr(Q) 称为 RDOP 值。
3.确定基线向量的固定解
当确定了整周未知数的整数值后，与之相对应 的基线向量就是基线向量的整数解。
基 线 解 算 的 原 理 过 程
数据导入 （观测值、星历、气 象元素、测站信息等）
对流层水汽含量）
载波相位测量观测值
▪ 载波相位观测值
~ N Fri ( ) int i ( )
其中： N : 整周未知数
Fri ( ) : 不足一整周的部分 int i ( ) : 整周计数
▪ 实际观测值：
~ Fr i ( ) int i ( )
基线解算一般较为常用的差分观测值为双差观 测值。双差观测方程可以表示为下面的形式：
最终给九GPS数据处理
a 2 c b e 2 e 2 1 e 2
确定参考椭球是建立参心坐标系的主要依据。通常包括
确定参考椭球的形状和大小，确定它的空间位置(参考椭球
的定位与定向)，以及确定大地原点T的大地纬度BT、大地经 度LT及它至一相邻点的大地方位角AT。 参考椭球的定位和定向是通过确定大地原点的大地经纬 度、大地高和大地方位角来实现的，参考椭球一般采用“双
9.2.2.2
1980年西安坐标系
1978 年，我国决定建立新的国家大地坐标系统，并且在 新的大地坐标系统中进行全国天文大地网的整体平差，这个 坐标系统定名为1980年西安大地坐标系统。 1980 年西安坐标系的大地原点设在我国的中部，处于陕 西泾阳永乐镇，椭球参数采用 1975 年国际大地测量与地球物 理联合会推荐值，它们为： 椭球长半径 a=9378140m； 重力场二阶带球谐系数 J2=1.08293×10-3； 地心引力常数 GM=3.989005×1014m3/s; 地球自转角速度 ω =7.292115×10-5rad/s。 因而可得80椭球两个最常用几何参数为:a=9378140m； f=1/298.257。
(2) 椭球定向不明确，即不指向国际通用的 CIO 极，也不指向目前
我国使用的JYD极，椭球定位实际上采用了前苏联的普尔科沃定位，该定 位椭球面与我国的大地水准面呈系统性倾斜。东部高程异常达 90 余米。 而我国东部地势平坦、经济发达，要求椭球面与大地水准面有较好的密 合，但实际情况与此相反。 (3) 该坐标系统的大地点坐标是经局部平差逐次得到的，全国天文 大地控制点坐标值实际上连不成一个统一的整体。不同区域的接合部之 间存在较大隙距，同一点在不同区的坐标值相差1～2m，不同区域的尺度 差异也很大。而且坐标传递是从东北至西北西南，前一区的最弱点即为 后一区的坐标起算点，因而坐标积累误差明显，这对于发展我国空间技 术、国防建设和国家大规模经济建设不利，因此有必要建立新的大地坐 标系统。
gps测量数据处理的基本过程
GPS测量数据处理的基本过程GPS（全球定位系统）是一种广泛应用于航空航海、地理勘测、车辆定位等领域的定位技术，它利用卫星进行测量，并通过处理获取所需的位置、速度、时间等信息。
而在实际应用中，对GPS测量数据的处理是至关重要的一环。
本文将从GPS测量数据的采集、预处理、定位计算、平差处理等几个方面介绍GPS测量数据处理的基本过程。
一、数据采集1.卫星信号接收在GPS测量中，首先要进行卫星信号的接收。
接收机会从卫星发射的信号中接收到卫星的定位信息，这些信息包括卫星的位置、精确的时间、卫星健康状态信息等。
一般来说，接收机至少需要接收到4颗卫星的信号才能进行定位计算。
2.观测数据记录接收机在接收到卫星信号后会记录下所接收到的观测数据。
这些数据包括接收到的卫星信号的到达时间、卫星的位置、接收机自身的位置、接收机时钟的误差等信息。
二、数据预处理1.数据筛选在接收到的观测数据中，会包含一些干扰数据和误差数据。
这些数据会对接下来的数据处理造成影响，因此需要对数据进行筛选，去除掉那些明显不正常的数据。
2.伪距观测值转换接收机接收到的是卫星信号的到达时间，而我们想要得到的是距离信息。
因此需要将接收到的到达时间转换成伪距观测值，即信号在大气层中传播所需要的时间乘以光速。
三、定位计算1.单点定位计算通过接收到的伪距观测值，接收机自身的位置信息，卫星的位置信息等数据，可以进行单点定位计算。
单点定位是指在未知参考点的情况下，通过接收到的卫星信息计算出接收机的位置信息。
2.差分定位计算在实际应用中，由于大气层的影响以及接收机的时钟误差等因素，单点定位的精度可能不够高。
因此需要通过差分定位计算，利用已知位置的参考站的数据对接收机的数据进行校正，从而提高定位精度。
四、平差处理1.数据平差在进行定位计算过程中，会涉及到各种观测数据和参数，这些数据和参数之间可能存在一定的矛盾和不一致。
为了保证最终计算结果的精度和可靠性，需要进行数据的平差处理，通过最小二乘法等方法对数据进行优化调整。
009GPS测量数据处理
9.1.4 几种典型的残差图
残差（周） 0.10
0.00 0.10
SV 12-SV 15
时间 （周）
SV12存在周跳的残差图
残差（周）
100.00 2
0.00 -100.00
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。
RATIO 定义：RATIO值为在采用搜索算法确定整
周未知数参数的整数值时，产生次最小的单 位权方差与最小的单位权方差的比值。
实质：反映了所确定出的整周未知数参数 的可靠性，这一指标取决于多种因素，既与 观测值的质量有关，也与观测条件 的好坏有 关。
❖约束平差
定义：GPS网的约束平差指的是平差时所采用的观测 值完全是GPS观测值（即GPS基线向量），而且， 在平差时引入了使得GPS网产生由非观测量所引起 的变形的外部起算数据。
❖ 联合平差
定义：GPS网的联合平差指的是平差时所 采用的观测值除了GPS观测值以外，还采用 了地面常规观测值，这些地面常规观测值包 括边长、方向、角度等观测值等。
限值：
W X 3 n ， W Y 3 n ， W Z 3 n
W异3 3n
重复基线较（互）差 定义：不同观测时段，对同一条基线的
观测结果，就是所谓重复基线。这些观测结 果之间的差异，就是重复基线较（互）差。
实质：当重复基线较（互）差满足限差要 求时，则表明这些基线向量的质量是合格的； 否则，则表明这些基线向量中至少有一条基 线向量的质量不合格，要确定出哪些基线向 量的质量不合格，可以通过多重条件进行。
GPS测量原理及应用第九章GPS测量数据处理
最终的解算结果，这就是所谓的基线向量 整数解（或称固定解）。
Xi XCi
Q Q
i
XCi XCi
ˆ 0i
不过当出现以下情况时，则认为整周未知 数无法确定，而无法求出该基线向量的整 数解。
T ˆ 0次最小 T
F f , f ;1 2
ˆ 0最小
ˆ 0次最小
F f , f ;1 2 是置信水平为 1
倍为搜索半径，确定出每一个整周未知数的一组备
选整数值。
2、从上面所确定出的每一个整周未知数的备
选整数值中一次选取一个，组成整周未知
数的备选组，并分别以它们作为已知值，
代入原基线解算方程，确定出相应的基线
解： X i X Ci
Q Q
i
XCi XCi
ˆ 0i
3、从所解算出的所有基线向量中选出产生单 位权中误差最小那个基线向量结果，作为
dd ( f ) 为频率f的双差载波相位观测值； v f 为频率f的双差载波相位观测值的残差（改正数）；
为观测历元t时的站星距离；
ion 为电离层延迟；
trop 为对流层延迟；
f 为频率f的载波相位的波长；
N m,n f
为整周未知数。
2基线解算
基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平 差所采用的观测值主要是双差观测值。
V 为观测值的残差；
P 为观测值的权；
f 为自由度，即多余观 测数。
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。
第七章 GPS定位测量的数据处理2009
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (2) 解算过程：
–②将整周未知数固定成整数； –③确定基线向量的固定解：当确定了整周未知数的整 数值后，与之相对应的基线向量就是基线向量的整数 解。
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (3) 基线解算分类：
– A. 单基线解算 – ①定义：用m台GPS接收机进行了一个时段的同步观测， 每两台接收机之间就可以形成一条基线向量，共 有 1 2 m(m 1) 条同步观测基线，其中可以选出相互独立的 m-1条同步观测基线。选择独立基线时，要保证所选的 m-1条独立基线不构成闭合环就可以了。 – ②特点：
二、GPS定位成果的坐标转换
常规测量中，总的平面位臵一般是用国家坐标系 或地方独立坐标系表示，而高程则是用相对某一 大地水准面的高程系来表示。
在已有常规测量成果的区域进行GPS测量时，往 往需要将由GPS测量获得的成果纳入到国家坐标 系或地方独立坐标系，以保证已有测绘成果的充 分利用，因此，GPS定位测量数据处理中，需要 考虑如何将GPS测量成果由WGS-84三维地心坐标 系转换至国家或地方独立坐标系。
单基线解算的算法简单； 不顾及同步观测基线间的误差相关性，对每条基线单独 进行解算，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； 一般只用在较低级别GPS网的测量中。
1 2 m(m 1)
一、数据处理概述
4、基线向量的解算： (3) 基线解算分类：
– B. 多基线解算 – ①定义：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。 – ②特点：顾及了同步观测基线间的误差相关特性，多 基线解算在理论上是严密的。
一、数据处理概述