【GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)9500字（論文）】

GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u18461摘要 1167591緒論 1249821.1研究背景與意義 1300461.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2213841.3研究?jī)?nèi)容 3191252相關(guān)理論概述 3219182.1GPS定位的方法與觀測(cè)量 3131232.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分類 4287092.3控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程 513393GPS控制測(cè)量中的數(shù)據(jù)處理 6151583.1GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理 7287333.2GPS起算基準(zhǔn)選取 8266773.3GPS網(wǎng)平差處理 10100682.網(wǎng)平差的實(shí)際進(jìn)行，這部分是軟件自動(dòng)完成的; 11287523.4GPS網(wǎng)比較分析 12204844GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的案例分析 13224934.1項(xiàng)目概括 1317014.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則 13137704.3GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案 1327064.4選擇最佳觀測(cè)時(shí)間段 16264995結(jié)論 1630980參考文獻(xiàn) 17摘要眾所周知，利用GPS系統(tǒng)實(shí)測(cè)各種用途的控制網(wǎng)可以達(dá)到降低外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，獲得較高的相對(duì)定位精度和低成本的目的。為此我們首先應(yīng)做好GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這也是達(dá)到此目的的關(guān)鍵。本文從GPS控制網(wǎng)的點(diǎn)位選擇，圖形設(shè)計(jì)及觀測(cè)方案等方面入手，探討了GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。關(guān)鍵詞：1緒論1.1研究背景與意義1.1.1研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，GPS(GlobalPositioningSystem)與人們的生活和社會(huì)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。GPS具有全時(shí)段、自動(dòng)化、高精度等顯著特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)海、陸、空三維導(dǎo)航與定位，廣泛應(yīng)用于軍事、交通導(dǎo)航、大地測(cè)量、攝影測(cè)量、野外考察探險(xiǎn)、土地利用調(diào)查和日常生活等不同方面和領(lǐng)域。GPS與現(xiàn)當(dāng)代通信技術(shù)相結(jié)合，測(cè)定地球表面點(diǎn)位三維坐標(biāo)的方法，由靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)，由數(shù)據(jù)后處理發(fā)展到實(shí)時(shí)的定位和導(dǎo)航，極大地拓展了應(yīng)用的廣度和深度。GPS技術(shù)中的載波相位差分法，可以極大提高相對(duì)定位精度，在小范圍內(nèi)可以達(dá)到厘米級(jí)精度。GPS技術(shù)的發(fā)展為大地測(cè)量提供了一種新的高精度的測(cè)量手段。GPS測(cè)量不需要兩點(diǎn)間通視、不受天氣影響、能直接獲得三維坐標(biāo)、精度高、速度快、費(fèi)用省、操作簡(jiǎn)便，GPS技術(shù)已成為大地測(cè)量的重要手段。1.1.2研究意義作為大地測(cè)量的起始工作，實(shí)地踏勘和選點(diǎn)是非常重要的，在對(duì)實(shí)地情況有了認(rèn)識(shí)和掌握之后，就可以根據(jù)相關(guān)規(guī)范，進(jìn)行測(cè)量工作的技術(shù)設(shè)計(jì)和外業(yè)工作;而技術(shù)設(shè)計(jì)階段，如何最合理的布設(shè)控制點(diǎn)和選擇最優(yōu)的觀測(cè)方案，這是測(cè)繪工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同樣，在GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，合理優(yōu)化配置GPS網(wǎng)觀測(cè)方案，對(duì)目前的實(shí)際工作具有十分重要的意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀對(duì)控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究己經(jīng)由來(lái)己久。1868年Helmert教授就發(fā)表了關(guān)于“測(cè)量的合理性研究”的論文;1882年Shreiber教授曾提出過(guò)著名的“基線網(wǎng)最適當(dāng)權(quán)分配”的方法，對(duì)基線擴(kuò)大網(wǎng)的測(cè)角觀測(cè)方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，這是對(duì)測(cè)量控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)所作的開(kāi)創(chuàng)性工作。但是受限于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)的落后和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力以及圖形顯示能力的低下，控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的深入研究陷入了停滯階段。直到20世紀(jì)60年代后期，控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題才又重新引起了科研人員的重視。此后，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行了一系列深入的研究。1976年，在第七屆精密工程測(cè)量國(guó)際會(huì)議中，荷蘭的Baarda教授提出了評(píng)價(jià)控制網(wǎng)質(zhì)量的三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，即精度、可靠性與經(jīng)濟(jì)性，并引入準(zhǔn)則矩陣的概念，為控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供了一種更為合理的精度標(biāo)準(zhǔn)。斯圖加特大學(xué)的Grafarend教授在對(duì)控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，將優(yōu)化問(wèn)題分為四類，并在1972年和Schafffn教授一起提出了著名的Taylor-Karman結(jié)構(gòu)，按照TK結(jié)構(gòu)構(gòu)造的準(zhǔn)則矩陣具有均勻和各向精度相同的特點(diǎn)。為了加強(qiáng)國(guó)際合作，IAG分別于1979年和1980年成立了重點(diǎn)研究控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體實(shí)施方案的“大地網(wǎng)計(jì)算輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)”專題研究小組和偏重于探討控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的“大地網(wǎng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)”專題研究小組。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代開(kāi)始，我國(guó)的眾多學(xué)者也開(kāi)始對(duì)測(cè)量控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究:顧孝烈等人首先探討了工程邊角網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題;李德仁研究了顧及精度與可靠性的測(cè)量控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論;1990年，陶本藻在分析了我國(guó)控制網(wǎng)二類優(yōu)化設(shè)計(jì)的進(jìn)展后，提出了今后進(jìn)一步的研究方向。1992年，周秋生根據(jù)控制網(wǎng)機(jī)助優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理，研制了一個(gè)機(jī)助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。隨著GPS技術(shù)廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量領(lǐng)域和工程測(cè)量領(lǐng)域，GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。于來(lái)法，鄭國(guó)寧研究了應(yīng)用點(diǎn)位精度矩陣相關(guān)性優(yōu)化GPS網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型;周擁軍，施民比較了GPS網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)的異同點(diǎn)，給出了GPS網(wǎng)平差及優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型;劉立龍，林文介分析了GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的指標(biāo)，運(yùn)用了蒙特卡洛法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);張松林，張正祿等學(xué)者基于全邊角網(wǎng)和全邊方位角網(wǎng)模擬法設(shè)計(jì)的計(jì)算思想，提出了一種GPS平面控制網(wǎng)的模擬設(shè)計(jì)方法。此外，還有眾多學(xué)者對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行了研究，也取得了一些優(yōu)秀的結(jié)果，就不再一一介紹。1.3研究?jī)?nèi)容2相關(guān)理論概述2.1GPS定位的方法與觀測(cè)量2.1.1定位方法的分類利用GPS進(jìn)行定位的方法有多種。若按參考點(diǎn)的不同位置，則可分為:(1)絕對(duì)定位(或單點(diǎn)定位):即在地球協(xié)議坐標(biāo)系統(tǒng)中，確定觀測(cè)站相對(duì)地球質(zhì)心的位置，這時(shí)可認(rèn)為參考點(diǎn)與地球質(zhì)心相重合。(2)相對(duì)定位:即在地球協(xié)議坐標(biāo)系統(tǒng)中，確定觀測(cè)站與某一地面參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。若按用戶接收機(jī)在作業(yè)中所處的狀態(tài)，則定位方法可分為:(1)靜態(tài)定位:即在定位過(guò)程中，接收機(jī)的位置是固定的，處于靜止?fàn)顟B(tài)。不過(guò)，嚴(yán)格說(shuō)，靜止?fàn)顟B(tài)只是相對(duì)的。在衛(wèi)星大地測(cè)量學(xué)中，所謂靜止?fàn)顟B(tài)，通常是指待定點(diǎn)的位置，對(duì)其周圍的點(diǎn)位沒(méi)有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測(cè)期內(nèi)(例如數(shù)天或數(shù)周)可以忽略。(2)動(dòng)態(tài)定位:即在定位過(guò)程中，接收機(jī)天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，又都包含靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種方式。為了縮短觀測(cè)時(shí)間，提高作業(yè)效率，除上述基本定位方式外，還有一些快速定位的方法，如準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位法和快速靜態(tài)相對(duì)定位法等。2.1.2GPS基本觀測(cè)量利用GPS定位，無(wú)論以何種方法，都是通過(guò)觀測(cè)GPS衛(wèi)星而獲得的某種觀測(cè)量采買(mǎi)現(xiàn)的。GPS衛(wèi)星信號(hào)含有多種定位信息，根據(jù)不同的要求，可以從中獲得不同的觀測(cè)量，其中主要包括:·根據(jù)碼相位觀測(cè)得出的偽距；·根據(jù)載波相位觀測(cè)得出的偽距；·由積分多普勒計(jì)數(shù)得出的偽距差；·由干涉法測(cè)量得出的時(shí)間延遲。不過(guò)，當(dāng)采用積分多普勒計(jì)數(shù)法進(jìn)行定位時(shí)，其所需的觀測(cè)時(shí)間一般較長(zhǎng)(例如數(shù)小時(shí))，同時(shí)在觀測(cè)過(guò)程中，接收機(jī)的振蕩器要求保持高度穩(wěn)定。而用干涉法測(cè)量時(shí)，所需的設(shè)備尚比較昂貴；數(shù)據(jù)處理也較為復(fù)雜。所以這兩種方法，目前在GPS定位中，尚難以獲得廣泛的應(yīng)用。目前廣泛采用的基本觀測(cè)量主要有兩種，即碼相位觀測(cè)量和載波相位觀測(cè)量。所謂碼相位觀測(cè)，即測(cè)量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測(cè)距碼信號(hào)(C/A碼或P碼)，到達(dá)用戶接收機(jī)天線(觀測(cè)站)的傳播時(shí)間，因此這種觀測(cè)方法，也稱為時(shí)間延遲測(cè)量。2.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分類控制網(wǎng)的解析優(yōu)化設(shè)計(jì)法即通過(guò)對(duì)實(shí)際問(wèn)題的具體分析，確定目標(biāo)函數(shù)，列出約束條件，從而建立優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，選擇合適的搜索尋優(yōu)算法，求出問(wèn)題的嚴(yán)格最優(yōu)解的過(guò)程。參照國(guó)際公認(rèn)的Grafarend提出的測(cè)量控制網(wǎng)優(yōu)化分類方法，GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)也可分為四類：第一，零類設(shè)計(jì)問(wèn)題，又稱基準(zhǔn)選擇問(wèn)題，即為一個(gè)己確定網(wǎng)型與觀測(cè)方案的自由網(wǎng)選擇一個(gè)最優(yōu)的參考系，包括投影而、投影帶、起算點(diǎn)等。己知設(shè)計(jì)矩陣A和權(quán)陣P，確定站點(diǎn)坐標(biāo)向量X及其協(xié)因數(shù)陣Qx，Y，使坐標(biāo)向量X的方差之和達(dá)到最小。第二，一類設(shè)計(jì)問(wèn)題，又稱圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，即為使坐標(biāo)向量X的協(xié)因數(shù)陣Q與事先設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則矩陣Qx，Y，最為接近或使網(wǎng)內(nèi)局部精度達(dá)到預(yù)期，在已知權(quán)陣P的情況下，確定網(wǎng)的設(shè)計(jì)矩陣A。第三，二類設(shè)計(jì)問(wèn)題，又稱觀測(cè)值權(quán)的分配問(wèn)題，即確定最優(yōu)的GPS控制網(wǎng)觀測(cè)方案。本階段已知控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)矩陣A，需要設(shè)計(jì)的是權(quán)陣P。第四，三類設(shè)計(jì)問(wèn)題，即己有GPS控制網(wǎng)的改造方案的設(shè)計(jì)問(wèn)題?？刂凭W(wǎng)的改造包括加密、擴(kuò)展、補(bǔ)測(cè)等。三類設(shè)計(jì)需要解決的是在改造質(zhì)量要求一定的前提下如何使工作量最小或是改造經(jīng)費(fèi)一定的情況下，如何使網(wǎng)的改造效果最佳。在實(shí)際的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題中，實(shí)際上很難將問(wèn)題簡(jiǎn)單的歸為哪一類設(shè)計(jì)問(wèn)題，通常是不同類設(shè)計(jì)的交叉綜合，比如三類設(shè)計(jì)問(wèn)題可以看成是一類和二類的混合，又如進(jìn)行一、二、三類設(shè)計(jì)之前必須解決零類設(shè)計(jì)問(wèn)題。因此，各類設(shè)計(jì)問(wèn)題通常是不能嚴(yán)格分開(kāi)的。2.3控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可分為四個(gè)部分的內(nèi)容，要制訂一個(gè)優(yōu)化方案須對(duì)由四部分內(nèi)容組成的迭代過(guò)程求解。這四部分內(nèi)容為：(1)提出優(yōu)化的任務(wù)(2)制定網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案(3)進(jìn)行方案評(píng)價(jià)(4)進(jìn)行方案優(yōu)化優(yōu)化流程如圖2-1所示：開(kāi)始開(kāi)始提出優(yōu)化任務(wù)提出設(shè)計(jì)方案實(shí)地勘察是否滿足一些要求在實(shí)地能否變動(dòng)網(wǎng)形改善優(yōu)化結(jié)束圖2-1控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程3GPS控制測(cè)量中的數(shù)據(jù)處理衛(wèi)星定位的數(shù)據(jù)處理，一般均可借助相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件自動(dòng)完成。隨著定位技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)處理軟件的功能和自動(dòng)化程度不斷增強(qiáng)和提高。數(shù)據(jù)處理的基本流程如圖3-1所示，包括數(shù)據(jù)的粗加工和預(yù)處理、基數(shù)向量計(jì)算和基線網(wǎng)平差計(jì)算，坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換或與地面網(wǎng)的聯(lián)合平差。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集粗加工預(yù)處理基線解算定時(shí)定位數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合處理，高程問(wèn)題的解決

數(shù)據(jù)庫(kù)圖3-1數(shù)據(jù)處理流程3.1GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理鐵路、公路等GPS地面控制網(wǎng)是工程施工建設(shè)的總控制網(wǎng)，其網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定、準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到工程施工的質(zhì)量。因此，必須結(jié)合施工的具體要求，對(duì)GPS地面控制網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，并分析控制網(wǎng)點(diǎn)的穩(wěn)定性，做到網(wǎng)點(diǎn)點(diǎn)位布設(shè)合理。3.1.1基線向量解算基線向量解算(baselinevectorsolution)是指在衛(wèi)星定位中，利用載波相位觀測(cè)值或其差分觀測(cè)值，求解兩個(gè)同步觀測(cè)的測(cè)站之間的基線向量坐標(biāo)差的過(guò)程。此前須進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除觀測(cè)值中的粗差，即進(jìn)行周跳的探測(cè)與修復(fù)。由于待定測(cè)站的近似坐標(biāo)相對(duì)于基站的精度較低而影響衛(wèi)地距離及傳播時(shí)間的計(jì)算，須逐次迭代不斷提高測(cè)站近似坐標(biāo)精度，以修正衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射時(shí)刻及相應(yīng)的星歷坐標(biāo)，使整周待定值趨近于整數(shù)以獲得良好的基線向量成果。有按單基線解算，和取用一測(cè)段內(nèi)所有非基星相對(duì)于基星的雙差觀測(cè)值聯(lián)合解算全部基線的兩種方法。GPS基線向量解算時(shí)要顧及觀測(cè)時(shí)段中信號(hào)間斷引起的數(shù)據(jù)剔除、觀測(cè)數(shù)據(jù)粗差的發(fā)現(xiàn)及剔除、星座變化引起的整周未知參數(shù)的增加，進(jìn)一步消除傳播延遲改正以及對(duì)接收機(jī)鐘差重新評(píng)估等問(wèn)題。GPS基線向量的解算采用LEICA接收機(jī)隨機(jī)提供的商用軟件LGO軟件，對(duì)每天的觀測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行處理。對(duì)解算結(jié)果不好的基線進(jìn)行了單獨(dú)解算，采用改選衛(wèi)星，去掉信一號(hào)接收條件較差、周跳出現(xiàn)較多的某顆衛(wèi)星，截去衛(wèi)星信號(hào)不好的時(shí)段和改變高度角等方法改善基線解算結(jié)果，對(duì)于單獨(dú)解算不滿意的基線作重測(cè)或刪除處理。鐵路GPS外業(yè)基線解算采用廣播星歷、相位觀測(cè)值雙差分技術(shù)，解算數(shù)據(jù)采用率達(dá)99%以上?；€結(jié)果采用雙差固定解，表示精度的殘差(Rms)均小于1cm，滿足規(guī)范規(guī)定要求，表示固定解可靠性因子(Ratio)達(dá)98%以上。3.1.2基線質(zhì)量評(píng)定除在計(jì)算GPS基線向量時(shí)，根據(jù)一定的指標(biāo)(Rms，Ratio)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢查外，為提高GPS測(cè)量的精度與可靠度，必須對(duì)基線解算質(zhì)量進(jìn)行檢核，一般包括以下幾項(xiàng)檢核：1)同步環(huán)坐標(biāo)分量及全長(zhǎng)相對(duì)閉合差的檢查坐標(biāo)分量閉合差限差:全長(zhǎng)相對(duì)閉合差限差：式中n為同步環(huán)的邊數(shù)，為相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的觀測(cè)精度(按平均邊長(zhǎng)計(jì)算)。2)非同步環(huán)坐標(biāo)分量及全長(zhǎng)相對(duì)閉合差的檢查坐標(biāo)分量閉合差限差:全長(zhǎng)相對(duì)閉合差限差:適中n為獨(dú)立環(huán)邊數(shù)：3.2GPS起算基準(zhǔn)選取GPS控制網(wǎng)的建設(shè)，要依托現(xiàn)有控制網(wǎng)。如果起算點(diǎn)與擬建的GPS網(wǎng)不兼容，將會(huì)引起GPS控制網(wǎng)的扭曲和變形，損害GPS網(wǎng)精度。因此，如何選取合適的高等級(jí)控制點(diǎn)作為GPS擴(kuò)展網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)會(huì)直接影響擴(kuò)展網(wǎng)的精度，或?qū)е翯PS控制網(wǎng)的失控和相對(duì)超控。根據(jù)控制網(wǎng)布設(shè)原則，選取地面起算點(diǎn)必須充分分析己有地面控制網(wǎng)的資料，綜合考慮控制網(wǎng)的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)，進(jìn)行優(yōu)化選取。在實(shí)際GPS控制網(wǎng)測(cè)量中，由于受測(cè)區(qū)范圍、測(cè)區(qū)控制點(diǎn)成果資料等影響，測(cè)區(qū)情況比較復(fù)雜。特別是鐵路工程控制網(wǎng)等控制范圍較大的GPS網(wǎng)，為了滿足設(shè)計(jì)精度要求，不得不選取不同的地面控制點(diǎn)作為起算點(diǎn)。這些情況容易引起地面起算點(diǎn)與GPS網(wǎng)的不兼容性，引起GPS網(wǎng)變形，不能滿足相應(yīng)的GPS觀測(cè)精度。數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，要得到可靠的測(cè)量成果，必須對(duì)地面起算點(diǎn)進(jìn)行效容分析。3.2.1地面起算控制點(diǎn)取舍根據(jù)規(guī)范規(guī)定，在約束平差中基線向量的改正數(shù)與無(wú)約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差必須滿足:dV△X、dV△Y、dV△Z(為相應(yīng)等級(jí)GPS網(wǎng)的邊長(zhǎng)精度)，當(dāng)超限時(shí)可以認(rèn)為約束的起算數(shù)據(jù)與GPS網(wǎng)不兼容，需要進(jìn)行地面起算控制點(diǎn)的取舍。根據(jù)GPS網(wǎng)兼容性分析要求(約束平差GPS叢線向量的改正數(shù)與無(wú)約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對(duì)值較大的基線分量應(yīng)與兼容性不好的起算點(diǎn)相關(guān))，采用模擬法進(jìn)行地面起算控制點(diǎn)的取舍，利用計(jì)算機(jī)快速而準(zhǔn)確的信息加工能力，并顧及相關(guān)性影響，通過(guò)人工分析、判斷和修正，不斷地調(diào)整選取方案，使得目標(biāo)值逼近極值，從而形成最優(yōu)化選取方案，具體取舍流程如圖3-2所示：…………..全網(wǎng)起算點(diǎn)等權(quán)約束平差GPS網(wǎng)精度失控或相對(duì)超控輸出平差結(jié)果剔除兼容性不好的起算控制點(diǎn)起算控制點(diǎn)補(bǔ)測(cè)圖3-2起算點(diǎn)兼容性模擬法分析流程分析滿足兼容性要求后的地面起算點(diǎn)情況及最后一次約束平差結(jié)果，如果能滿足設(shè)計(jì)精度要求，即可把該次成果作為約束平差成果。在分析選取過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到多種兼容方案，當(dāng)平差結(jié)果精度相差不大的情況下一般選取地面點(diǎn)分布較合理的方案。如果在選取中去掉不兼容點(diǎn)后，原網(wǎng)有大面積失控或精度超過(guò)限差，應(yīng)加測(cè)部分起算點(diǎn)后再進(jìn)行兼容性分析，直到滿足設(shè)計(jì)精度要求為止。3.2.2兼容性計(jì)算分析這里，以武廣客運(yùn)專線某段控制網(wǎng)為實(shí)例進(jìn)行分析。在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)可供選擇的高級(jí)聯(lián)測(cè)點(diǎn)有二等三角點(diǎn)(A031、A035、A038，A041、A050、A080)，起算點(diǎn)兼容性分析如下：1)先把全網(wǎng)6個(gè)二等三角點(diǎn)(A031，A035，A038，A041、A050、A080)作為已知點(diǎn)進(jìn)行GPS網(wǎng)約束平左，平差結(jié)果中發(fā)現(xiàn)與A041有關(guān)的4條墓線向量中有3條的改正數(shù)與無(wú)約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對(duì)值超過(guò)2，其中1條為全網(wǎng)較差絕對(duì)值最大值；與A031有關(guān)的6條基線向量中4條的改正數(shù)與無(wú)約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對(duì)值超過(guò)2，即確定A031，A041點(diǎn)為兼容性不好的起算點(diǎn)。2)把A031作為未知點(diǎn)，以其余5點(diǎn)作為己知點(diǎn)進(jìn)行約束平差，平差結(jié)果中發(fā)現(xiàn)與A080有關(guān)的6條基線向量中3條的改正數(shù)與無(wú)約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對(duì)值超過(guò)2，即確定A080點(diǎn)也為兼容性不好的起算點(diǎn)。3)把A031，A041作為未知點(diǎn)，以其余4點(diǎn)作為己知點(diǎn)再進(jìn)行約束平差，平差結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)基線向量的改正數(shù)與無(wú)約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對(duì)值超過(guò)2的GPS基線，但是與A050有關(guān)的3條基線向量的改正數(shù)與無(wú)約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對(duì)值相對(duì)較大，可能A050點(diǎn)的兼容性不是太好，但在兼容性要求范圍內(nèi)。4)分析滿足兼容性要求后的地面起算點(diǎn)情況及最后一次約束平差結(jié)果，平差后的各項(xiàng)精度指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，把該次成果作為約束平差成果。在分析選取過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到多種兼容方案，當(dāng)平差結(jié)果精度相差不大的情況下一般選取地面點(diǎn)分布較合理的方案。如果在選取中去掉不兼容點(diǎn)后，原網(wǎng)有大面積失控或精度超過(guò)限差，應(yīng)加測(cè)部分起算點(diǎn)后再進(jìn)行兼容性分析，直到滿足設(shè)計(jì)精度要求為止。3.3GPS網(wǎng)平差處理從圖3-3中可以看到，網(wǎng)平差實(shí)際上可以分為三個(gè)過(guò)程：1.前期的準(zhǔn)備工作，這部分是用戶進(jìn)行的。即在網(wǎng)平差之一前，需要進(jìn)行坐標(biāo)系的設(shè)置、并輸入己知點(diǎn)的經(jīng)緯度、平面坐標(biāo)、高程等;2.網(wǎng)平差的實(shí)際進(jìn)行，這部分是軟件自動(dòng)完成的;3.對(duì)處理結(jié)果的質(zhì)量分析與控制，這部分也是需要用戶分析處理的過(guò)程。坐標(biāo)系、網(wǎng)平差設(shè)置坐標(biāo)系、網(wǎng)平差設(shè)置已知坐標(biāo)輸入，如經(jīng)緯度、平面坐標(biāo)、高程等提取基線向量構(gòu)建GPS基線向量網(wǎng)網(wǎng)圖檢查三維無(wú)約束平差

三維

二維

水準(zhǔn)擬合

質(zhì)量分析和控制圖3-3網(wǎng)平差過(guò)程為了全面考察GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，探測(cè)可能存在的粗差，在WGS-84坐標(biāo)系下進(jìn)行三維無(wú)約束平差。在基線解算質(zhì)量檢核的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步評(píng)定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度與外業(yè)觀測(cè)的質(zhì)量，利用基線向量改正數(shù)進(jìn)行粗差的檢驗(yàn)。三維無(wú)約束平差對(duì)基線向量質(zhì)量的檢查一般可以通過(guò)分析基線向量三個(gè)分量的殘差、最弱點(diǎn)點(diǎn)位誤差、最弱邊相對(duì)中誤差以及驗(yàn)后單位權(quán)中誤差等來(lái)判斷。利用商用軟件LGO在WGS-84坐標(biāo)系下進(jìn)行三維無(wú)約束平差，三維無(wú)約束平差以A031的單點(diǎn)定位解為起算數(shù)據(jù)，精度統(tǒng)計(jì)如表3-1、表3-2所示。表3-1三維基線殘差基線殘差＜1.0（cm）1.0-2.0（cm）＞2.0（cm）最大誤差最小誤差總數(shù)X基數(shù)百分比7940-1.25-0.0183占總數(shù)百分比85.2%4.80%100%Y基數(shù)百分比73912.630.0383占總數(shù)百分比88.0%10.8%1.2%100%Z基數(shù)條數(shù)701212.00-0.0183占總數(shù)百分比84.3%14.5%1.2%100%表3-2維基線相對(duì)誤差、三維點(diǎn)位誤差相對(duì)誤差區(qū)間＜1/100萬(wàn)1-100-1/50萬(wàn)＞1-50萬(wàn)最佳值最差值總數(shù)區(qū)間個(gè)數(shù)3723231/5556萬(wàn)1/16萬(wàn)83占總數(shù)百分比44.627.727.7100%點(diǎn)位誤差＜1.0cm1.0-2.02.0最大值最小值總數(shù)區(qū)間個(gè)數(shù)131101.590.5024占總數(shù)百分比54.2%45.80100%3.4GPS網(wǎng)比較分析GPS網(wǎng)比較分析主要是分析兩期的GPS平面網(wǎng)的直角坐標(biāo)是否有明顯差異。根據(jù)規(guī)范中最弱點(diǎn)精度要求(小于士1.2cm)，GPS網(wǎng)兩期點(diǎn)位較差的允許值為：根據(jù)網(wǎng)的兩期二維平差坐標(biāo)，計(jì)算點(diǎn)位較差：故兩期網(wǎng)點(diǎn)較差應(yīng)滿足：分析GPS控制網(wǎng)的外符合精度，統(tǒng)計(jì)4個(gè)二等三角點(diǎn)與原測(cè)控制網(wǎng)坐標(biāo)較差值的情況，如表3-3所示。表3-3控制網(wǎng)的外符合精度點(diǎn)號(hào)A031A035A050A080dx(cm)-2.41-0.41-2.97-0.64dy(cm)1.061.630.01-2.49d△(cm)2.631.682.972.57從3-3中說(shuō)明，GPS控制網(wǎng)的內(nèi)、外符合精度均較高，整體網(wǎng)形結(jié)構(gòu)均較強(qiáng)，且精度都能充分滿足工程的精度要求，兩期點(diǎn)位較差值最大值為2.97cm，最小值1.68cm，控制點(diǎn)的點(diǎn)位較差值均滿足《客運(yùn)專線無(wú)碴軌道鐵路工程測(cè)量暫行規(guī)定》限差要求(與原有控制點(diǎn)的坐標(biāo)較差＝50mm)，從而說(shuō)明GPS網(wǎng)的點(diǎn)位誤差較小，證明GPS控制網(wǎng)的點(diǎn)位是可靠的。4GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的案例分析4.1項(xiàng)目概括煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)位于膠東半島東北部，面積約200。受開(kāi)發(fā)區(qū)委托，我院施測(cè)了三等GPS控制網(wǎng)作為首級(jí)平面控制網(wǎng):因面積大，且多為山地、丘陵地，為提高觀測(cè)遨變和可靠性，采用DL-102C電子水準(zhǔn)儀建立了三等水準(zhǔn)網(wǎng)作為首級(jí)高程控制網(wǎng)，用三等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)過(guò)的GPS控制點(diǎn)(CGPS水準(zhǔn)點(diǎn))作為GPS高程擬合的起算點(diǎn)。測(cè)區(qū)中央位于121°07’子午線附近，成圖范圍地勢(shì)有平地、丘陵地、山地和高山地，平均高程為150米左右，大地水準(zhǔn)面相對(duì)于1980西安坐標(biāo)系參考橢球面的高度約為9.6米。按常規(guī)的投影(中央子午線為1200)，邊長(zhǎng)投影到高斯平面的長(zhǎng)度變形值大于2.5cm/km的規(guī)定。4.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則GPS控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)視其目的，要求的精度，衛(wèi)星狀況，接收機(jī)類型和數(shù)量，測(cè)區(qū)已有的資料，測(cè)區(qū)地形和交通狀況綜合考慮，即網(wǎng)的設(shè)計(jì)應(yīng)在效率性、可靠性、精確性和經(jīng)濟(jì)性等方面力圖實(shí)現(xiàn)用戶的要求。4.3GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案4.3.1選擇有利的GPS點(diǎn)位選擇合理的GPS點(diǎn)位是進(jìn)行GPS控制網(wǎng)測(cè)量的一個(gè)必不可少的先決條件，GPS點(diǎn)位選擇得恰當(dāng)與否將直接影響到GPS測(cè)量的精度、費(fèi)用和下級(jí)測(cè)量工作。所以在實(shí)測(cè)GPS控制網(wǎng)之前，進(jìn)行踏勘選點(diǎn)時(shí)，除了遵循《全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):GPS點(diǎn)位應(yīng)該離公路稍遠(yuǎn)一些。因?yàn)樵诠飞闲旭偟能囕v很容易給路邊GPS觀測(cè)造成多路徑誤差，同時(shí)觀測(cè)人員及儀器設(shè)備也很危險(xiǎn)。GPS點(diǎn)位應(yīng)遠(yuǎn)離枝葉茂盛的大樹(shù)。因?yàn)槊⒌臉?shù)枝和樹(shù)葉容易遮擋信號(hào)，特別是在枝葉潮濕時(shí)極易引起信號(hào)失鎖，產(chǎn)生周跳，造觀測(cè)誤差。GPS點(diǎn)位應(yīng)盡量遠(yuǎn)離對(duì)無(wú)線電信號(hào)有反射作用的建筑物及具有發(fā)射無(wú)線電信號(hào)功能的電視臺(tái)、電臺(tái)等。無(wú)線電信號(hào)易使GPS測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生多路徑誤差，甚至使信號(hào)失鎖，產(chǎn)生屏蔽。單從GPS觀測(cè)的特點(diǎn)出發(fā)，沒(méi)必要保證相鄰點(diǎn)間的通視，但是GPS網(wǎng)往往作為各種用途的首級(jí)控制網(wǎng)，后續(xù)工作很有可能利用GPS點(diǎn)使用常規(guī)儀器進(jìn)行發(fā)展，此時(shí)應(yīng)保證有定向點(diǎn)和檢核點(diǎn)，所以在選擇GPS點(diǎn)位時(shí)應(yīng)該考慮某些點(diǎn)間的通視問(wèn)題。在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，有時(shí)可能會(huì)遇到基線長(zhǎng)度超過(guò)50km的情況。這時(shí)整周未知數(shù)的解算和周跳的探測(cè)與修復(fù)都十分困難，此時(shí)應(yīng)該在長(zhǎng)基線中間增加幾個(gè)GPS點(diǎn)。使被截開(kāi)的各基線長(zhǎng)度保持在10km與15km以內(nèi)，利用這些短基線來(lái)解算整周未知數(shù)，從而解決了長(zhǎng)基線所產(chǎn)生的困難。4.3.2三等GPS控制網(wǎng)對(duì)起算點(diǎn)的精度檢核對(duì)起算點(diǎn)的檢核聯(lián)測(cè)略圖詳見(jiàn)圖4-2的粗長(zhǎng)實(shí)線部分。首先用GPS對(duì)4個(gè)國(guó)家二等三角點(diǎn)II是顧家圍子山(點(diǎn)號(hào)為100)，II是九目山(點(diǎn)號(hào)為101)，II炮山(點(diǎn)號(hào)為102)，II是磁山(點(diǎn)號(hào)為104)，進(jìn)行內(nèi)部符合精度的檢測(cè)。固定100號(hào)點(diǎn)、101號(hào)點(diǎn)、102號(hào)點(diǎn)、104號(hào)點(diǎn)中任意一點(diǎn)平差后的精度統(tǒng)計(jì)情況詳見(jiàn)表4-1：表4-1對(duì)起算點(diǎn)的精度檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表基線邊號(hào)理論邊長(zhǎng)實(shí)測(cè)邊長(zhǎng)差值△S（m）相對(duì)精度△S/SI100-10415417.717615417.72310.00551/2803221100-10218688.274318688.06430.21131/88444100-1018186.67808166.71430.03541/230754101-1047636.26757636.54260.27511/27758從表4-1中可以看出號(hào)點(diǎn)與號(hào)點(diǎn)的點(diǎn)位精度較低，號(hào)點(diǎn)與號(hào)點(diǎn)的內(nèi)符精度最高，故選定號(hào)點(diǎn)與號(hào)點(diǎn)這兩點(diǎn)作為全網(wǎng)平差的起算點(diǎn)。4.3.3三維無(wú)約束平差該網(wǎng)的總基線數(shù)為條，基線向量改正數(shù)詳見(jiàn)表4-2，表4-3，點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)表詳見(jiàn)表4-4。表4-2基線向量改正數(shù)精度統(tǒng)計(jì)表基線向量改正數(shù)誤差區(qū)間0-11-22-33-4Vx百分比97.66%2.34%0%0%Vy個(gè)數(shù)、百分比98.44%1.56%0%0%Vz百分比98.44%1.56%0%0%表4-3基線相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)表誤誤差區(qū)間間1/10萬(wàn)-1/20萬(wàn)1/10萬(wàn)-1/50萬(wàn)1/150萬(wàn)百分比0%8.7%91.3%最弱邊為一，其相對(duì)精度為遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于完全滿足精度要求。表4-4三維無(wú)約束平差點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)表中誤差類別X中誤差MxY中誤差MyZ中誤差Mz點(diǎn)位中誤差Wp最大值（cm）0.821.141.151.82點(diǎn)號(hào)20202020在一坐標(biāo)系下的三維無(wú)約束平差的最弱點(diǎn)為20號(hào)點(diǎn)，其點(diǎn)位中誤差為1.82cm，最優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)號(hào)為38號(hào)點(diǎn)，其點(diǎn)位中誤差為0.50cm。下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)圖加以說(shuō)明，見(jiàn)圖4.1。設(shè)A，B，C為國(guó)家高級(jí)三角點(diǎn)，都有規(guī)標(biāo)，G01、G02、G03、G04、為新布設(shè)的GPS網(wǎng)點(diǎn)，新布設(shè)各點(diǎn)的周圍基本上沒(méi)有障礙物，則按3臺(tái)GPS接收機(jī)進(jìn)行觀測(cè)，都是6個(gè)測(cè)段，而1-a圖形方案要優(yōu)于1-b圖形方案。因?yàn)?-b方案中AB、BC、CA3段基線在同一時(shí)段觀測(cè)，A、B、C3點(diǎn)都有規(guī)標(biāo)，都對(duì)觀測(cè)時(shí)間有特殊要求，較難滿足。而1-a圖形方案除一個(gè)時(shí)段外，其他每一個(gè)時(shí)間段內(nèi)都只有一個(gè)點(diǎn)有障礙物，較容易取得滿足要求的時(shí)間段。圖4-1原圖圖4-2優(yōu)化后圖4.4選擇最佳觀測(cè)時(shí)間段在GPS正式投入運(yùn)行后，GPS衛(wèi)星能達(dá)到全球三維覆蓋，也不一定能有較好的分布圖形。因此，在測(cè)量之前，需計(jì)算出一天中可見(jiàn)衛(wèi)星的情況和可見(jiàn)衛(wèi)星分布情況及GDOP值，以便制定觀測(cè)計(jì)劃，也就是選擇最佳觀測(cè)時(shí)間段，使GDOP值達(dá)到最小。一般認(rèn)為觀測(cè)時(shí)間段越長(zhǎng)對(duì)于提高觀測(cè)精度是