GPS基线向量解算及平差处理技巧

基线向量解算及平差软件

特点与问题

一、基本方法：

1、基线清理

数据量大的时候，基线解算比较耗时。GPS观测接收机数量较多时，会因为自然同步产生许多长基线，即许多相距较远的点连接而成的基线。这些长基线往往同步观测时间不长，属于不必要的基线，对于控制网质量也无多大益处，所以为了节省计算时间，应在基线解算前将其清理删除。删除时可在图上选择，也可以在基线表中根据距离选择删除。

2、处理超限闭合环

基线解算完成后，首先要检查环闭合差（同步或异步环），对于闭合差大的环，应该进行处理。一般按相对精度≤1／20000估算，相对闭合差应小于50ppm。所以大于50 ppm的环应进行处理。闭合环超限处理是一项繁琐、耗时的工作，也是GPS控制网数据处理的主要内容，主要的技巧和方法可以归纳为：（1）、超限基线处理过程中一些基线要重新解算，解算后会影响到相关环闭合差，所以处理需要反复进行。作为一般的原则，首先处理相对闭合差较大的环，然后处理环闭合差较小的环。

（2）、整理归纳超限闭合环，分析是否涉及到一条共同基线，例如几组超限闭合环（J012，J015，J016）、（J013，J015，J102）、…,（J012，J020，J015）就涉及到共同基线J012→J015，这条基线有问题的可能性就较大。

（3）、处理时首先分析可能有问题的基线是否必要，如果是连接两个不相邻的点，并且涉及到环甚多，则可以直接将其删除。井研算例网形复杂回路众多，一般可直接删除不合格基线。

（4）、如果一个闭合差超限的环，相关基线均不能简单删除（删除后影响图形结构，减少了重要环路），应该改变基线解算参数，重新计算相关基线。方法是在网图上选中重解基线，重新设置高度角，历元间隔、参考星等设置，点击“基线解算”→“解算选择基线”。

（5）、基线解算的精度指标rms和ratio是基线解算质量的参考指标，前者是中误差，后者是方差比(,rms越小，表明基线解算质量越

高，ratio越大，表明整周未知数解算越可靠，所以重解基线，要关注这两项指标，但是这两项指标只作参考，最重要的指标还是闭合差。

（6）、如果反复修改设置重解基线后，仍不能减小环闭合差，则可将闭合差超限环中的基线，分别与周边的基线组成闭合环，检查其闭合差。如果仅涉及到其中一条基线的环闭合差超限，则可以将这条基线删除。

（7）、检查环闭合差时，可能会出现两个相同顶点的环，闭合差一个超限，一个不超限。这是因为某一条基线存在重复基线。这时可以删除超限环中的重复基线。

3、三维基线自由网平差

（1）、三维基线自由网平差目的是检查观测值质量，及获取高程拟合所需大地高平差值。GPS坐标是WGS84系统，GPS工程控制网需要转换到当地坐标系

统，所以都是在高斯平面上进行平差。平差中未知参数除了坐标改正数外，还设置了平面坐标转换参数。进行二维平差，要将GPS三维基线向量投影到高斯平面上，转换时要使用没有加平差改正数的原始三维基线向量。

（2）、三维平差不包含外部约束条件，平差合格就说明观测质量合格。规范对于点位中误差的要求没有明确规定，所以三维基线平差后精度检验，主要指标也是边长（基线）相对中误差，而一般基线计算后环闭合差合格，三维平差后基线相对中误差就会合格。

4、二维基线向量平差

由于经过三维平差检验，所以如果三维平差精度很好，而二维平差精度不合格，则应该是已知数据的问题。这时可以尝试以下处理方法：

（1）、如果只有1－2个已知点，属于自由网平差。2个点时因为平差设置尺度和旋转参数，所以仍然是自由网平差，平差精度不会受已知点数据误差影响（条件是问题是误差而不是错误，若出现错误，尺度比参数会较大，这些参数在平差报告二维平差参数中可以看到）。所以已知点较多，二维平差不合格时，可以输入一个已知点做自由网平差，然后根据已知点坐标计算两两间边长，和GPS网平差坐标计算的边长进行对比，如果和某一已知点相关的边，两种边长比值与其它边有明显差异时，这个点就可能是有问题的点。但是这种方法只能识别错误点，对于精度不高的点，难以识别出来。

（2）、输入全部已知点坐标自由网平差值和已知值，做最小二乘转换，如果转换后某一个点已知值和转换值坐标差较大，这个点就可能是精度较差的点，在已知点较多，精度差的点是孤立值的情况下，这种方法有可能能够确定问题点。

（3）、如果查不出孤立的错误或精度不高的已知点，可以放弃作强制约束平差。先做二维自由网平差，然后输入全部已知数据，对二维平差值做最小二乘平面坐标转换，平差后已知点采用转换值。这种方法既可以将GPS网纳入当地坐标系统，又能不受较低精度已知点影响，能够保持GPS网较高的相对精度。

5、高程拟合

高程拟合的质量可以通过分析已知点拟合值和已知值的差异（残差）来判断，差值小拟合质量高，反之则是拟合质量差。对于控制面积较小的控制网，拟合质量差一般是已知点高程有问题，查找有问题点的方法类似于二维平面控制网平差。

二、COMPASS软件

1、软件区分字母大小写，例如J00和j00，软件视为两个不同点。同点不同名，或者同名不同点，会导致难以预料的结果，所以导入数据前必须检查处理。

2、软件有时候会出现概略位置解算错误，情况分为两种：A、提示两个重复观测的点，距离多少米，可能不是同一点。B、网图上显示的位置明显不符（可能偏离明显）。

处理方法：对于第一种情况，经过查实确实是同一点，可以不理会。对于第二种情况，可以先将这个点删除，再重新单独导入，可能就会正常了。

3、COMPASS软件没有输出高程拟合已知点残差，并且从井研计算数据来看，和南方软件平面数据相差不大，而高程拟合数据相差较大，相当部分点相差几十公分。

4、基线解算不合格重新设置时效果明显，并且单独计算并显示指定环闭合差的功能，对于处理超限闭合环非常方便。操作方法是综合网图上选择相应的基

线闭合环，重新解算后，点击“检查”→“搜索选定基线的闭合差”，系统即弹出对话框，显示闭合环极限解值、精度信息及相对闭合差等信息。

5、COMPASS软件有一项统计检验（X检验），这项检验较严格，一般很难合格。目前国家规范没见关于X检验的规定，所以可以选择不输出此项目（在网平差设置对话框中设置）。

6、当检查处理完指定闭合环后，选择“检查”→“自动搜索基线闭合差”复查时，仍会看到存在闭合环相对闭合差超限，很可能就是某些基线有重复基线，重复基线中的一条造成了环闭合差超限（当用鼠标点击基线，基线颜色没有明显变化时，如果不是没有点中，那么很可能就是存在重复基线）。则是应将重复基线中的一条删除，方法是在综合网图视图点中基线，再点击“查看”→“转树型视图”，则系统直接显示选中基线数据。根据基线名后面附加的扩展名，判断出欲删除的基线，点击右键选择删除即可。

7、如果观测数据量较大，点击“检查”→“自动搜索基线闭合差”时，可在“检查”→“闭合差检查设置”中，设置输出最小ppm和闭合差值，只输出闭合差较大的环，可以方便快速找到超限的基线闭合环。

8、查看环闭合差时，先应该删除上次环闭合差检查结果，否则新的结果会增添到原结果后面。

9、没有解算新增基线功能，又不能再基线列表中批量选择基线，只能在网图上选择，所以不方便分阶段解算。

10、数据导入和基线解算速度较快。

11、二维平差输入已知点坐标方法是：

（1）、在树型视图窗口左侧查找点击测站点，窗口右侧即加色突出显示测点基本解算信息框，在测点信息框内点击右键，选择“属性”，系统即弹出设置窗口。

（2）、在综合网图中点击要输入已知点坐标的点，然后点击“查看”→“转到树型视图”，系统就会自动定位到测点基本解算信息框，以后操作方法就如同（1）。

12、没有数据转换rinex工具，但是华测网站有专用工具。

三、华测CGO软件

1、基线解算后环闭合差很小，但是环闭合超显示超限,不知原因。

2、分段计算加入新观测数据后，原本删除的基线又被恢复，是一个很大的缺陷。

3、没有计算指定环闭合差计算功能，对于分析基线质量不方便。

4、有时候出现点名显示错误，如，显示为J2023075（可以在树形视图左侧观测数据文件栏目选中后修改）。

5、对南方接收机数据兼容性很差，单算南方数据或华测数据很正常，混算包括先算南方（华测）后加入华测（南方）接收机数据，结果环闭合差超限多而数值很大，重新解算基线处理没什么效果，因而井研数据没有解算成功。

6、数据输入和基线解算速度都较慢。

四、南方平差软件

1、功能较强大，尤其是基线解算中“新增基线解算”、“不合格基线解算”，等功能，非常方便。

2、可以导入已经解算的部分基线，非常方便大数据量控制网分阶段解算。

3、当已知点只有两个时，二维基线向量改正数全部为0，估计应该是在三维基线向量投影到二维时，使用了平差后的基线向量，这应该属于算法错误。

4、基线解算改变解算条件时，效果不明显。

五、中海达软件HGO

1、计算速度较快,基线解算质量优于其它软件。

2、功能较强，基线处理较方便，例如点击超限闭合环，左侧菜单即弹出相关基线，很方便重新解算或删除。

3、Rinex数据格式必须是“”,对于华测数据””，软件把点名看作J0122911，因此必须要处理。

4、发现图形显示有问题，例如网图打不开或找不到了，但不影响解算。当输入已知点坐标时，已知点显示输入坐标位置，待定点显示大地坐标位置，相互关系可能会不正确。如已知点坐标带上代号，已知点就显示在很远的地方，看起来已知点就很找不到了。

5、井研处理结果平面部分差距较小，高程部分和华测较接近，和南方差距较大。

6、系统默认的2009规范要求很严格，相当部分闭合环闭合差很难到达，以后从事GPS控制测量，如要求严格执行2009规范，要有清楚认识。

GPS基线向量解算及平差处理技巧

基线向量解算及平差软件 特点与问题 一、基本方法： 1、基线清理 数据量大的时候，基线解算比较耗时。GPS观测接收机数量较多时，会因为自然同步产生许多长基线，即许多相距较远的点连接而成的基线。这些长基线往往同步观测时间不长，属于不必要的基线，对于控制网质量也无多大益处，所以为了节省计算时间，应在基线解算前将其清理删除。删除时可在图上选择，也可以在基线表中根据距离选择删除。 2、处理超限闭合环 基线解算完成后，首先要检查环闭合差（同步或异步环），对于闭合差大的环，应该进行处理。一般按相对精度≤1／20000估算，相对闭合差应小于50ppm。所以大于50ppm的环应进行处理。闭合环超限处理是一项繁琐、耗时的工作，也是GPS控制网数据处理的主要内容，主要的技巧和方法可以归纳为：（1）、超限基线处理过程中一些基线要重新解算，解算后会影响到相关环闭合差，所以处理需要反复进行。作为一般的原则，首先处理相对闭合差较大的环，然后处理环闭合差较小的环。 （2）、整理归纳超限闭合环，分析是否涉及到一条共同基线，例如几组超限闭合环（J012，J015，J016）、（J013，J015，J102）、…,（J012，J020，J015）就涉及到共同基线J012→J015，这条基线有问题的可能性就较大。 （3）、处理时首先分析可能有问题的基线是否必要，如果是连接两个不相邻的点，并且涉及到环甚多，则可以直接将其删除。井研算例网形复杂回路众多，一般可直接删除不合格基线。 （4）、如果一个闭合差超限的环，相关基线均不能简单删除（删除后影响图形结构，减少了重要环路），应该改变基线解算参数，重新计算相关基线。方法是在网图上选中重解基线，重新设置高度角，历元间隔、参考星等设置，点击“基线解算”→“解算选择基线”。 （5）、基线解算的精度指标rms和ratio是基线解算质量的参考指标，前者是中误差，后者是方差比(ratio=rms max/rms min),rms越小，表明基线解算质量越高，ratio越大，表明整周未知数解算越可靠，所以重解基线，要关注这两项指标，但是这两项指标只作参考，最重要的指标还是闭合差。 （6）、如果反复修改设置重解基线后，仍不能减小环闭合差，则可将闭合差超限环中的基线，分别与周边的基线组成闭合环，检查其闭合差。如果仅涉及到其中一条基线的环闭合差超限，则可以将这条基线删除。 （7）、检查环闭合差时，可能会出现两个相同顶点的环，闭合差一个超限，一个不超限。这是因为某一条基线存在重复基线。这时可以删除超限环中的重复基线。 3、三维基线自由网平差 （1）、三维基线自由网平差目的是检查观测值质量，及获取高程拟合所需大地高平差值。GPS坐标是WGS84系统，GPS工程控制网需要转换到当地坐标系统，所以都是在高斯平面上进行平差。平差中未知参数除了坐标改正数外，还设

GPS基线解算的优化及平差的方法技巧

GPS数据处理 GPS基线解算的优化及平差的方法技巧 摘要:对影响GPS基线解算质量的主要因素进行分析和研究，结合实例阐明基于南方GPS后处理软件的GPS基线解算的优化技术和方法。以及对GPS 解算数据平差处理的方法与技巧。 关键词:GPS基线解算;固定解;浮动解;残差曲线;优化，数据传输、数据分流、观测数据的平滑、滤波、平差计算、同步环、异步环、重复基线。GPS接收机采集记录的是GPS接收机天线至卫星的伪距、载波相位和卫星星历等数据。GPS数据处理就是从原始观测值出发得到最终的测量定位成果，其数据处理过程大致可划分为数据传输、格式转换(可选)、基线解算和网平差以及GPS网与地面网联合平差等四个阶段。 181

GPS测量数据处理的流程如图所示。 GPS测量数据处理流程 一、引言 根据GPS外业观测和基线数据处理的实际情况，即使通过选取恰当的点位来保证良好的观测条件，进行星历预报来保证观测到的卫星数目及星座的图形强度，但在实际的基线解算过程中，时常会遇到基线只有浮动解而无固定解。在此情况下，对基线解算进行优化处理后通常能够得到固定解，从而提高基线质量，避免或减少返工重测现象。 二、影响GPS基线解算结果的几个因素及其对策 182

影响GPS基线解算质量的因素较多也较为复杂，如卫星的周跳、星历误差、对流层及电离层影响、多路径误差、无线电干扰、不明因素影响及起算点误差过大等都会影响基线解算。 应对措施 1基线起点坐标不准确的应对方法 要解决基线起点坐标不准确的问题，可以在进行基线解算时，使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点，较为准确的起点坐标可以通过进行较长时间的单点定位或通过与WGS-84坐标较准确的点联测得到；也可以采用在进行整网的基线解算时，所有基线起点的坐标均由一个点坐标衍生而来，使得基线结果均具有某一系统偏差，然后，再在GPS网平差处理时，引入系统参数的方法加以解决。 2卫星观测时间短的应对方法 卫星整周模糊度难以确定的影响。由于个别或少数卫星观测时间太短，而导致这些卫星的整周模糊度难以准确确定。对于参与解算的卫星，其整周模糊度不能确定，必将对这一组同步观测的基线解算带来影响。 对于卫星观测时间过短，是非常容易识别的，因观测时间短，则观测记录的数据量就会小。解算基线时观察卫星相位跟踪图，能直观地看到观测到的各颗卫星的出、没时间。当基线无固定解时，在基线报告中可以看到各颗卫星的整周模糊度及其误差。若某颗卫星的观测时间太短，则可以删除该卫星的观测数据，不让它们参加基线解算，这样可以保证基线解算结果的质量。 183

GPS静态控制测量网平差报告

FJ －3 工程测量技术交流群18874248 省道S 229南坑至源头段 二级公路改建工程 GPS 静态控制测量 网平差报告 萍 乡 公 路 勘 察 设 计 院 二○一一年九月 目 录 一、 GPS 控制点成果表…………………………………………1 二、 GPS 控制点网示意图………………………………………1 三、 GPS 控制网平差报告……………………………………1~4

一、G PS控制点成果表 二、GPS控制点网示意图 三、GPS控制网平差报告 1 坐标系统 1.1 坐标系统名称 Beijing54 1.2 基准参数

1.3 投影参数 M0 =1.00000000 投影比率 H = 0.0000 投影高 Bm =0投影面的平均纬度 B0 =0:00:00.00N 原点纬度 L0 =113:50:00.00E 中央子午线 N0 =0.0000 北向加常数 E0 =500000.0000 东向加常数 回到顶部 2 三维无约束平差2.1 平差参数 2.2 基线向量及改正数 2.3 τ(Tau)检验表 2.4 τ(Tau)检验直方图

2.5 自由网平差坐标 回到顶部 3 二维约束平差 3.1 平差参数 3.2 平面距离平差值 3.3 平面坐标 ***** 回到顶部

4 高程拟合 4.1 平差参数 4.2 高程拟合坐标 240.7246 回到顶部 5 基线闭合差 Baseline Type rms dx dy dz distance ------------------------------------------------------------------------------------------- G1->G2.242A 99.9 0.0077 -1046.7333 -648.5635 534.7004 1342.4566 G1->G3.242A 99.9 0.0068 -3110.1745 -2426.1123 1829.3052 4348.0529 G2->G3.242A 99.9 0.0062 -2063.4456 -1777.5444 1294.6074 3015.5398 ------------------------------------------------------------------------------------------- 同步环( 3 baselines) 相对误差= 0.76ppm EX = 0.0043 EY = -0.0043 EZ = -0.0026 8706.0493 Baseline Type rms dx dy dz distance ------------------------------------------------------------------------------------------- G1->G4.242B 65.6 0.0072 -5107.6816 -3742.5441 2584.4937 6839.1999 G1->G2.242A 99.9 0.0077 -1046.7333 -648.5635 534.7004 1342.4566 G2->G4.242B 99.9 0.0072 -4060.9524 -3093.9755 2049.7944 5501.4248 ------------------------------------------------------------------------------------------- 同步环( 3 baselines) 相对误差= 0.48ppm EX = -0.0041 EY = 0.0051 EZ = 0.0010 13683.0814 Baseline Type rms dx dy dz distance ------------------------------------------------------------------------------------------- G1->GD1.242X 99.9 0.0087 507.9850 -1545.3781 3267.2106 3649.7818 G1->G2.242A 99.9 0.0077 -1046.7333 -648.5635 534.7004 1342.4566 G2->GD1.242X 99.9 0.0065 1554.7134 -896.8104 2732.5118 3269.2543 ------------------------------------------------------------------------------------------- 同步环( 3 baselines) 相对误差= 0.80ppm EX = -0.0048 EY = 0.0042 EZ = 0.0017 8261.4927 Baseline Type rms dx dy dz distance ------------------------------------------------------------------------------------------- G3->G4.242B 99.9 0.0063 -1997.5067 -1316.4322 755.1870 2508.6519 G1->G3.242A 99.9 0.0068 -3110.1745 -2426.1123 1829.3052 4348.0529 G1->G4.242B 65.6 0.0072 -5107.6816 -3742.5441 2584.4937 6839.1999 ------------------------------------------------------------------------------------------- 同步环( 3 baselines) 相对误差= 0.12ppm EX = -0.0003 EY = 0.0004 EZ = 0.0015 13695.9047 Baseline Type rms dx dy dz distance ------------------------------------------------------------------------------------------- G3->GD1.242X 99.9 0.0071 3618.1569 880.7382 1437.9069 3991.7835 G1->G3.242A 99.9 0.0068 -3110.1745 -2426.1123 1829.3052 4348.0529 G1->GD1.242X 99.9 0.0087 507.9850 -1545.3781 3267.2106 3649.7818 ------------------------------------------------------------------------------------------- 同步环( 3 baselines) 相对误差= 0.42ppm EX = 0.0026 EY = -0.0040 EZ = -0.0015 11989.6182 Baseline Type rms dx dy dz distance ------------------------------------------------------------------------------------------- G4->GD1.242X 99.9 0.0073 5615.6650 2197.1667 682.7190 6068.7182 G1->G4.242B 65.6 0.0072 -5107.6816 -3742.5441 2584.4937 6839.1999 G1->GD1.242X 99.9 0.0087 507.9850 -1545.3781 3267.2106 3649.7818 ------------------------------------------------------------------------------------------- 同步环( 3 baselines) 相对误差= 0.16ppm EX = 0.0015 EY = -0.0007 EZ = -0.0022 16557.6999

网平差

10.5.1基线解算 1．观测值的处理 GPS基线向量表示了各测站间的一种位置关系，即测站与测站间的坐标增量。GPS基线向量与常规测量中的基线是有区别的，常规测量中的基线只有长度属性，而GPS基线向量则具有长度、水平方位和垂直方位等三项属性。GPS基线向量是GPS同步观测的直接结果，也是进行GPS网平差，获取最终点位的观测值。 若在某一历元中，对k颗卫星数进行了同步观测，则可以得到k-1个双差观测值；若在整个同步观测时段内同步观测卫星的总数为l则整周未知数的数量为l-1。 在进行基线解算时，电离层延迟和对流层延迟一般并不作为未知参数，而是通过模型改正或差分处理等方法将它们消除。因此，基线解算时一般只有两类参数，一类是测站的坐标参数，数量为3；另一类是整周未知数参数（m为同步观测的卫星数），数量为。 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。在基线解算时，平差要分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数的和基线向量的实数解（浮动解）；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的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，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解-整数解（固定解）。 （1）初始平差 根据双差观测值的观测方程（需要进行线性化），组成误差方程后，然后组成法方程后，求解待定的未知参数其精度信息，其结果为： 待定参数： 待定参数的协因数阵：， 单位权中误差：。 通过初始平差，所解算出的整周未知数参数本应为整数，但由于观测值误差、随机模型和函数模型不完善等原因，使得其结果为实数，因此，此时与实数的整周未知数参数对应的基线解被称作基线向量的实数解或浮动解。 为了获得较好的基线解算结果，必须准确地确定出整周未知数的整数值。 （2）整周未知数的确定 第二节已提及，此处不再详述。 （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。 10.5.2 基线解算的分类 1．单基线解算 （1）定义 当有台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合环就可以了。这也是说，凡是构成了闭合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的误差相关性，对每条基线单独进行解算。（2）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，一般只用在较低级别GPS网的测量中。 2．多基线解算

GPS基线向量网平差

第七章GPS基线向量网平差 GPS基线解算就是利用GPS观测值，通过数据处理，得到测站的坐标或测站间的基线向量值。 在布设GPS网时，首先需对构成GPS网的基线进行观测，并利用所采集到的GPS数据进行数据处理，通过基线解算，获得具有同步观测数据的测站间的基线向量。为了确定GPS 网中各个点在某一特定坐标系统下的绝对坐标，需要提供位置基准、方位基准和尺度基准，而一条GPS基线向量只含有在WGS-84下的水平方位、垂直方位和尺度信息，通过多条GPS 基线向量可以提供网的方位基准和尺度基准，由于GPS基线向量中不含有确定网中各点绝对坐标的位置基准信息，因此，仅凭GPS基线向量所提供的基准信息，是无法确定出网中各点的绝对坐标的。而我们布设GPS网的主要目的是确定网中各个点在某一特定局部坐标系下的坐标，这就需要从外部引入位置基准，这个外部基准通常是通过一个以上的起算点来提供的。网平差时可利用所引入的起算数据来计算出网中各点的坐标。当然，GPS基线向量网的平差，除了可以解求出待定点的坐标以外，还可以发现和剔除GPS基线向量观测值和地面观测中的粗差，消除由于各种类型的误差而引起的矛盾，并评定观测成果的精度。 第1节G PS网平差的分类 GPS网平差的类型有多种，根据平差所进行的坐标空间，可将GPS网平差分为三维平差和二维平差，根据平差时所采用的观测值和起算数据的数量和类型，可将平差分为无约束平差、约束平差和联合平差等。 一、三维平差和二维平差 1. 三维平差 所谓三维平差是指平差在三维空间坐标系中进行，观测值为三维空间中的观测值，解算出的结果为点的三维空间坐标。GPS网的三维平差，一般在三维空间直角坐标系或三维空间大地坐标系下进行。 2. 二维平差 所谓二维平差是指平差在二维平面坐标系下进行，观测值为二维观测值，解算出的结果为点的二维平面坐标。二维平差一般适合于小范围GPS网的平差。

GPS网三维平差模型

GPS网三维平差模型 姓名：*** 学号：09200200** 摘要：介绍了GPS网三维平差的方法，包括三维无约束平差和三维约束平差，介绍了各平差方法的定义、作用和数学模型。 关键字：GPS；三维平差；数学模型 1 引言 GPS控制网是由相对定位所求得的基线向量而构成的空间基线向量网，在GPS网的数据处理过程中，基线解算所得到的基线向量仅能确定GPS网的几何形状，但却无法提供最终确定网中点的绝对坐标所必需的绝对位置基准。在GPS 网平差中，通过起算点坐标可以达到引入绝对基准的目的。在GPS控制网的平差中，是以基线向量及协方差为基本观测量的。通常采用三维无约束平差、三维约束平差。各类型的平差具有各自不同的功能，必须分阶段采用不同类型的网平差方法。 2 三维无约束平差 2.1 定义 所谓GPS网的三维无约束平差是指平差在WGS-84三维空间直角坐标系下进行，GPS控制网中只有一个位置基准。平差时不引入使得GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部约束条件。具体地说，在进行三维平差时，其必要的起算条件的数量为三个，这三个起算条件既可以是一个起算点的三维坐标向量，也可以是其它的起算条件。 2.2 作用 GPS网的三维无约束平差有以下三个主要作用：

(1) 改善GPS 网的质量，评定GPS 网的内部符合精度。通过网平差，可得出一系列可用于评估GPS 网精度的指标，如观测值改正数、观测值验后方差、观测值单位权方差、相邻点距离中误差、点位中误差等。发现和剔除GPS 观测值中可能存在的粗差。由于三维无约束平差的结果完全取决于GPS 网的布设方法和GPS 观测值的质量，因此，三维无约束平差的结果就完全反映了GPS 网本身的质量好坏，如果平差结果质量不好，则说明GPS 网的布设或GPS 观测值的质量有问题；反之，则说明GPS 网的布设或GPS 观测值的质量没有问题。 (2) 消除由观测量和已知条件中所存在的误差而引起的GPS 网在几何上的不一致，由于观测值中存在误差以及数据处理过程中存在模型误差等因素，通过基线解算得到的基线向量中必然存在误差。另外，起算数据也可能存在误差。这些误差将使得CPS 网存在几何上的不一致，它们包括：闭合环闭合差不为0；复测基线较差不为0；通过由基线向量所形成的导线，将坐标由一个已知点传算到另一个已知点的符合差不为0等。通过网平差，可以消除这些不一致，得到GPS 网中各个点经过了平差处理的三维空间直角坐标。在进行GPS 网的三维无约束平差时，如果指定网中某点准确的WGS-84坐标作为起算点，则最后可得到的GPS 网中各个点经过了平差处理的WGS-84系下的坐标。 (3) 确定GPS 网中点在指定参照系下的坐标以及其他所需参数的估值。在网平差过程中，通过引入起算数据，如已知点、已知边长、已知方向等，可最终确定出点在指定参照系下的坐标及其他一些参数，如基准转换参数等。 1.3 数学模型 在GPS 网三维无约束平差中所采用的观测值为基线向量，即GPS 基线的起点到终点的坐标差，设l ij ＝[?X ij ，?Y ij ，?Z ij ]为GPS 网任一基线向量。因此，对于每一条基线向量，都可以列出如下的一组观测方程： ???? ??? ???+-?+-?+-?-????????????????????+????????????????????---=?????????????0 0000 010 010001 10 010001 j i ij j i ij j i ij j j j i i i Z Y X Z Z Z Y Y Y X X X dZ dY dX dZ dY dX v v v (1) 与此相对应的方差-协方差阵为：

gps基线解算及网平差 第七章GPS基线向量网平差

gps基线解算及网平差第七章GPS基线向量网平差 导读：就爱阅读网友为您分享以下“第七章GPS基线向量网平差”的资讯，希望对您有所帮助，感谢您对https://www.docsj.com/doc/569731853.html, 的支持! 第七章GPS基线向量网平差 GPS基线解算就是利用GPS观测值，通过数据处理，得到测站的坐标或测站间的基线向量值。 在布设GPS网时，首先需对构成GPS网的基线进行观测，并利用所采集到的GPS数据进行数据处理，通过基线解算，获得具有同步观测数据的测站间的基线向量。为了确定GPS 网中各个点在某一特定坐标系统下的绝对坐标，需要提供位置基准、方位基准和尺度基准，而一条GPS基线向量只含有在WGS-84下的水平方位、垂直方位和尺度信息，通过多条GPS基线向量可以提供网的方位基准和尺度基准，由于

GPS基线向量中不含有确定网中各点绝对坐标的位置基准信息，因此，仅凭GPS基线向量所提供的基准信息，是无法确定出网中各点的绝对坐标的。而我们布设GPS网的主要目的是确定网中各个点在某一特定局部坐标系下的坐标，这就需要从外部引入位置基准，这个外部基准通常是通过一个以上的起算点来提供的。网平差时可利用所引入的起算数据来计算出网中各点的坐标。当然，GPS基线向量网的平差，除了可以解求出待定点的坐标以外，还可以发现和剔除GPS 基线向量观测值和地面观测中的粗差，消除由于各种类型的误差而引起的矛盾，并评定观测成果的精度。 第1节GPS网平差的分类 GPS网平差的类型有多种，根据平差所进行的坐标空间，可将GPS网平差分为三维平差和二维平差，根据平差时所采用的观测值和起算数据的数量和类型，可将平差分为无约束平差、约束平差和联合平差等。 一、三维平差和二维平差 1. 三维平差

9.2 GPS基线向量的解算

《GPS 定位原理及应用》授课教案 第9章 GPS 测量数据处理 9.2 GPS 基线向量的解算 在第五章中我们着重讨论了由双差观测值列出误差方程式，然后利用最小二乘平差原理求解基线向量的方法。由于未知数个数和误差方程个数很多，平差解算的工作量很大。 本节重点将讨论9.2.2节法方程的组成及解算，双差观测值模型直接从第五章（5-51）式引用，不作为必修内容。有兴趣的同学可自学，自学方式为：课后在网上通过与教师讨论的形式进行。 9.2.1 法方程的组成及解算 1、方程式的组成 在第五章中我们着重讨论了由双差观测值列出误差方程式，然后利用最小二乘平差原理求解基线向量的方法。由于未知数个数和误差方程个数很多，平差解算的工作量很大。本节将重点讨论9.2.2节法方程的组成及解算，双差观测值模型直接从第五章（5-51）式引用即： ()()()()()1221212/() () ()[(()()()()] 2 2 222012012kj j j k k DD t t t t t i i i i i x j j k k k k k k k f c l t m t n t y N f c t t t t z φφφφδδρρρρδ=--+?? ?? ????=-???-??+--+???? ?? ???? 令： ()j k k N t N N ??=?-?（9-5） ()/(()()()())() 20120112 j j jk k k k L t f c t t t t DD t ρρρρ???=--+-（9-6） 误差方程式的形式为： 2()/()()()() 22222x k k k k k k V t f c l t m t n t y N L t z δδδ?? ?? ????=-???-??+???????? ???? （9-7） 式中： 121()()()()T j n V t V t V t V t ?? -= ? ??? 当两站同步观测的卫星数为j n 时，误差方程式如下： 2()()()() V t A t X B t N L t δ=+??+??（9-8） 式中：

第八章GPS基线向量网平差 GPS基线解算就是利用GPS观测值

第八章 GPS基线向量网平差 GPS基线解算就是利用GPS观测值，通过数据处理，得到测站的坐标或测站间的基线向量值。 我们在采用GPS观测完整个GPS网后，经过基线解算可以获得具有同步观测数据的测站间的基线向量，为了确定GPS网中各个点在某一坐标系统下的绝对坐标，需要提供位置基准、方位基准和尺度基准，而GPS基线向量只含有在WGS-84下的方位基准和尺度基准，而我们布设GPS网的主要目的是确定网中各个点在某一特定局部坐标系下的坐标，这就需要通过在平差时引入该坐标系下的起算数据来实现。当然，GPS基线向量网的平差，还可以消除GPS 基线向量观测值和地面观测中由于各种类型的误差而引起的矛盾。 根据平差所进行的坐标空间，可将GPS网平差分为三维平差和二维平差，根据平差时所采用的观测值和起算数据的数量和类型，可将平差分为无约束平差、约束平差和联合平差等。 第1节GPS网平差的分类 一、三维平差和二维平差 1.三维平差 所谓三维平差是指平差在空间三维坐标系中进行，观测值为三维空间中的观测值，解算出的结果为点的三维空间坐标。GPS网的三维平差，一般在三维空间直角坐标系或三维空间大地坐标系下进行。 2.二维平差 所谓二维平差是指平差在二维平面坐标系下进行，观测值为二维观测值，解算出的结果为点的二维平面坐标。 二、无约束平差、约束平差和联合平差 1.无约束平差 GPS网的无约束平差指的是在平差时不引入会造成GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。常见的GPS网的无约束平差，一般是在平差时没有起算数据或没有多余的起算数据。 2.约束平差 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。 3.联合平差

GNSS基线向量网平差研究

GNSS基线向量网平差研究 1 GNSS测量的特点 （1）各个系统内可提供全球统一的三维地心坐标 经典大地测量将平面和高程采用不同方法分别施测。GPS测量中，可提供统一WGS-84下的坐标，可以精确测量观测站的大地高程。GLONASS 提供统一的PE-90坐标系下坐标，GNSS测量的这一特点，不仅为研究大地水准面的形状和确定地面点的高程开辟了新途径，同时也为其在航空物探、航空摄影测量及精密导航中的应用，提供了重要的高程数据。 GPS定位是在全球统一的WGS-84坐标系统中计算的，因此全球不同点的测量成果是相互关联的。我国使用CGCS2000坐标系统后，也便于WGS-84到CGCS2000坐标系统的转换，都是地心坐标系，转换精度更高。 （2）实时定位 利用全球定位系统进行导航，即可实时确定运动目标的三维位置和速度，可实时保障运动载体沿预定航线运行，亦可选择最佳路线，特别是对军事上动态目标的导航，具有十分重要的意义。 （3）观测时间短 目前，利用经典的静态相对定位模式，观测20Km以内的基线所需观测时间，对于单频接收机在1h左右，对于双

频接收机仅需15～20min。采用实时动态定位模式，流动站初始化后，可随时定位，每站观测仅需几秒钟。利用GNSS 技术建立控制网，可缩短观测时间，提高作业效益。 2 GPS基线向量网平差 由于GNSS系统中得到基线向量以后，再进行GNSS基线向量网平差，网平差解算原理是相似的，本文以GPS基线向量网平差处理的分析为例。 2.1GPS基线向量网三维平差 因为GPS基线向量观测值是WGS-84坐标系中的三维坐标的空间直角坐标，本文讨论不含地面观测数据和地面起算数据的GPS网在WGS-84坐标系中的三维平差。 对不含地面数据的GPS网在WGS-84坐标系中进行三位平差有如下作用： 1）检验GPS基线数据有没有粗差或明显的系统误差，并考察GPS网的内部精度和GPS基线向量的观测值精度。 2）为了利用某些点的正常高和GPS大地高差，确定GPS 网中其它点的正常高，提供大地高差数据。 3）在WGS-84坐标系中进行三维平差之后，可以再用地面数据将其平差结果转换到地面坐标系统。 其中： 需要注意的是，无论是取那一点的单点定位值作为位置基准，还是秩亏平差法，因GPS单点定位值的精度不高，所

GPS网平差精度分析

GPS平面控制网精度分析 来源：高小宁的日志 [摘要]本文全面介绍了深圳地铁三号线GPS平面控制网的布设方案,包括GPS控制网技术设计、外业观测、基线向量解算、控制网平差及精度分析和可靠性检验等。同时对地铁GP S平面控制网建立的有关问题提出一些建议。 [关键词]基线向量解算;网平差;精度分析;可靠性检验 1 工程与测区概况 深圳地铁三号线工程初期建设线路起自红岭中路站,止于龙兴街站,沿线所经区域有罗 湖区的东门、水贝、布心片区,龙岗区布吉镇、横岗镇、龙岗中心城及龙岗镇。正线全长32. 91km,其中地下线长692km,高架线长25.71km。全线共设21个车站和1个车辆段,其中红岭中路站至布心站6个车站为地下站,布吉联检站至龙兴街站14个车站为高架站,塘坑站为半地下站。该项目全线位于特区内,特别是地下线部分红岭中路—老街—东门中路三站两区从东门老街商业繁华地带穿过,高楼林立、街道狭窄、交通繁忙、城市无线电干扰严重,给G PS测量带来困难。 2 GPS控制网设计 2.1 布网原则 本项目GPS控制网根据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》、《城市测量规范》以及《全球定位系统城市测量技术规程》中相关技术要求布网。GPS网沿地铁线路呈带状分布,采用边连接形式构网,由多个同步大地四边形或三角网组成,网内重合了4个城市二等控制点,并对包括重合点在内的控制网进行长边大地四边形观测,以便对整网进行长度基准控制。GP S控制网由非同步独立观测边构成闭合环或附合路线,每个闭合环或附合路线中的边数不大于6条。 2.2 选点与埋石 根据布网原则和现场实际情况,沿线路每隔2km左右布设一对相互通视的GPS点,为保证精密导线联测需要每个GPS点至少与两个相邻GPS点通视,每对GPS点边长800~2000m。GPS点均选在利于保存、便于施测的建筑物顶面,点位视野开阔,远离高压输电线和无线电发射装置。 2.3 主要技术指标 依据《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》的技术要求,本项目GPS控制网按GPSC级网施测。最弱点位中误差不大于12mm,相邻点相对点位中误差不大于10mm,最弱边相对中误差不大于1/9万,与原有控制点的坐标较差不大于50mm。 3 外业观测 GPS控制网采用6台Trimble5700双频(标称精度为±5mm+1ppm)接收机作业。GPS 测量作业前,接收机在一般检视和通电检验后,还进行了GPS接收机内部噪声水平测试和接 收机天线平均相位中心稳定性检验,并对基座光学对中器和卷尺进行检校。根据编制的GPS 卫星可见性预报表及卫星的几何图形强度(其PDOP值不应大于6),选择最佳观测时段。 观测时按相对静态定位模式进行观测,每条边观测时段≥2,每个观测时段长度≥90min, 卫星高度角≥15°,天线整平对中误差≤1mm。每时段观测前后各量取天线高一次,两次量测值互差≤3mm,并取平均值作为最后天线高。 全网共联测4个原有城市二等控制点(Ⅱ27望海岭、Ⅱ32红花顶、Ⅱ37求水坳、Ⅱ82深勘大厦)、1个城市三等控制点(Ⅲ526植物园)共5个重合点以及新布设的32个GPS点。

GPS网解算与平差

一、前言 随着科技的发展，我们的日常生活也逐步的在发生着变化。由美国自20世纪70年代开始研制的全球定位系统（GPS）就是其中一项伟大的发明。GPS已在世界各国的各行各业中得到了广泛的应用。它的发展带领我们进入了定位与导航的新纪元。GPS网布设的出发点是保证工程质量的前提下，尽可能的提高工作效率，降低费用成本。同时工程GPS网还能为在工程区域内所进行的下一项工程布设导线使用。在已知GPS采集数据的前提下，GPS解算与网平差变成为了GPS 数据处理的两个重要环节。Trimble Geomatics Office（TGO）是美国Trimble （天宝）公司设计的对GPS数据进行管理和处理的综合系统，它能对GPS解算与网平差这两个环节给与重要的支持。 二、主题 2.1、GPS定位系统简介 卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的技术。GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，具有全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航、定位和定时功能。能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。GPS（全球定位系统）是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System 的字头缩写词NAVSTAR/GPS 的简称。它的含义是，利用导航卫星进行测时和测距，构成全球定位系统。GPS 全球卫星定位系统从提出到建成，经历了20年，到1994年24颗工作卫星进入预定轨道，系统全面投入运行。GPS系统因其应用价值极高，所以得到美国政府和军队的重视，不惜投资300 亿美元来建立这一工程，成为继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三大空间计划。它也成为目前最先进、应用最广的卫星导航定位系统。 GPS由三部分组成：空间部分，地面控制部分和用户设备部分。空间部分，GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗) ,轨道倾角为55°。此外,还有3 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能在卫星中预存的导航信息。GPS的卫星因为大气摩擦等问题，随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。地面控制系统，地面控制系统由监测站(Monitor Station)、主控制站(Master Monitor Station)、地面天线(Ground Antenna)所组成,主控制站位于美国科罗拉多州春田市(Colorado Spring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息,并计算卫星星历、相对距离,大气校正等数据。用户设备部分，用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的去运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,

布设GPS基线向量网的工作步骤

布设GPS基线向量网的工作步骤 布设GPS基线向量网主要分测前、测中和测后三个阶段进行。 一、测前工作 ?项目的提出 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，是否有对点位分布有特殊要求的区域。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。 ?技术设计 负责GPS测量的单位在获得了测量任务后，需要根据项目要求和相关技术规范进行测量工程的技术设计。关于技术设计的具体内容将在错误！未找到引用源。中作详细介绍。 ?测绘资料的搜集与整理 在开始进行外业测量之前，现有测绘资料的搜集与整理也是一项极其重要的工作。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。 ?仪器的检验 对将用于测量的各种仪器包括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。 ?踏勘、选点埋石 在完成技术设计和测绘资料的搜集与整理后，需要根据技术设计的要求对测区进行踏勘，并进行选点埋石工作。 二、测量实施 ?实地了解测区情况