gps數據處理研究畢業(yè)論文

1、<p><b>　　本科學生畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　GPS數據處理研究</b></p><p>　　院系名稱： </p><p>　　專業(yè)班級： </p><p>　　學生姓名：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　職 稱： </p><p><b>　　二○一二年六月</b></p><p>　　The Graduation Thesis for Bachelor's D

3、egree</p><p>　　Study on Data Processing of GPS</p><p>　　Candidate：</p><p>　　Specialty：Surveying Engineering</p><p><b>　　Class：</b></p><p>　　Sup

4、ervisor：</p><p>　　2012-06·Harbin</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　GPS技術作為一種全新的測量手段，在國家大地網、城市控制網、工程控制網的建立與改造等方面已經得到普遍應用，其技術的先進性、優(yōu)越性已為眾多科技工作者所認同。</p><p>　

5、　高等級、高精度GPS 控制網一般指范圍較大、精度較高的一類控制網，它可以是局部網、國家基礎網、地震監(jiān)測網、甚至全球網。這類網一般點數較多、點間距較長(幾十、幾百公里或上千公里)，例如總參測繪局布設的GPS一、二級網，國家測繪局布設的A、B 級網，用于地震預報的地震監(jiān)測網，各省市的A、B 級網，連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的基準站網等。</p><p>　　結合在測量工程中應用ASHTECH和TRIMBLE GPS接收機的

6、實踐，本文主要說明了GPS數據處理過程中，對基線向量解算的人為干預處理、獨立邊的選取、閉合環(huán)檢查、限制GPS網的投影長度變形及其成果的檢驗問題。在針對相關工程項目中，對GPS數據處理的應用做了相應的分析對比。結合天寶TGO、徠卡LGO數據處理軟件，對其數據處理流程及結果的對比也做了相應分析。</p><p>　　本文結合理論基礎，從一定層面上，闡述了GPS數據處理的重要性和可靠性。在關注相應技術發(fā)展趨勢的同時，對

7、該項技術在今后的研究和應用中所面臨的趨勢做了展望。技術的革新和改進是決定其主導地位的重要因素。</p><p>　　關鍵詞：GPS；控制網：精度；數據處理</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　GPS technology as a new means of measurement,

8、60;has been in the national geodetic network,the city control,engineering control network establishment and transformation of the universal application of its advanced technology,the advantage have been recognized by num

9、bers scientisfic and technological workers. </p><p>　　High-grade, high-precision GPS control network generally refers to a large range and high-precision control network, it can be a local network, the natio

10、nal infrastructure network, the seismic network, or even global network. More general points of such networks, the point spacing is longer (tens, hundreds of kilometers or thousands of kilometers), for example, laid by t

11、he General Staff Headquarters Bureau of Surveying and Mapping GPS, one or two network laid by the State Bureau of Surveying and</p><p>　　Combined with the practice of ASHTECH and TRIMBLE GPS receiver measure

12、ment project, the paper illustrates the main GPS data processing, human intervention in solving the baseline vector processing, the selection of independent edges, closed loop checks, limiting the length of the projectio

13、n of the GPS network inspection of the deformation and its results.GPS data processing applications for relevant projects in the analysis and comparison. Combination of TGO Trimble, Leica LGO data processing so</p>

14、<p>　　In this paper, a theoretical basis, a certain level on the importance and reliability of the GPS data processing. Concerned about the corresponding technology trends at the same time, the trend of the techno

15、logy in future research and application are put forward. Technological innovation and the improvement is an important factor to determine its dominant position.</p><p>　　Keywords: GPS; Control Network; Preci

16、sion; Data Processing</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>

17、　　1.1 GPS數據處理概述1</p><p>　　1.1.1 課題研究目的1</p><p>　　1.1.2 課題研究意義1</p><p>　　1.2 GPS數據處理研究現狀2</p><p>　　1.2.1 GPS數據處理現狀2</p><p>　　1.2.2 GPS數據預處理的目的3</p&

18、gt;<p>　　1.2.3 GPS網平差目的3</p><p>　　1.2.4 現有條件3</p><p>　　1.3 研究的主要內容和論文的組織3</p><p>　　1.3.1 主要內容3</p><p>　　1.3.2 論文的組織4</p><p>　　第2章 GPS數據處理技術路線及應

19、用分析5</p><p>　　2.1 GPS數據處理的技術流程5</p><p>　　2.1.1 研究的技術路線5</p><p>　　2.1.2 研究方法6</p><p>　　2.2 基于特定工程項目的GPS數據處理研究分析6</p><p>　　2.2.1 GPS數據處理方法在變形監(jiān)測中的應用探討6&

20、lt;/p><p>　　2.2.2 施工控制測量中GPS數據的處理9</p><p>　　2.3 本章小結13</p><p>　　第3章 高精度靜態(tài)GPS數據處理15</p><p>　　3.1 GPS靜態(tài)數據預處理15</p><p>　　3.2 GPS基線解算的數據預處理15</p><

21、p>　　3.3 GPS基線向量解算結果分析16</p><p>　　3.4 GPS網平差的類型和流程17</p><p>　　3.5 本章小結21</p><p>　　第4章 基于TGO、LGO數據處理研究分析22</p><p>　　4.1 基于天寶TGO數據處理模式22</p><p>　　4.2

22、基于徠卡LGO數據處理模式35</p><p>　　4.3 本章小結43</p><p>　　第5章 GPS數據處理質量與精度分析44</p><p>　　5.1 GPS數據處理中粗差的探測與剔除44</p><p>　　5.1.1 網整體性檢驗44</p><p>　　5.1.2 單位權方差44</

23、p><p>　　5.1.3 X2檢驗44</p><p>　　5.1.4 觀測值殘差44</p><p>　　5.1.5 t檢驗45</p><p>　　5.1.6 環(huán)閉合差檢驗45</p><p>　　5.1.7 復測基線向量分析46</p><p>　　5.1.8 控制點連接分析46

24、</p><p>　　5.2 GPS測量數據處理質量評價與優(yōu)化方法46</p><p>　　5.2.1 基線解算質量評價要素46</p><p>　　5.2.2 基線解算的質量評價47</p><p>　　5.2.3 基線解算優(yōu)化處理方法48</p><p>　　5.3 提高GPS控制網質量及精度的方法49&

25、lt;/p><p>　　5.3.1 布網方案50</p><p>　　5.3.2 外業(yè)觀測50</p><p>　　5.3.3 數據處理50</p><p>　　5.4 本章小結53</p><p><b>　　結論55</b></p><p><b>　　

26、參考文獻57</b></p><p><b>　　致謝59</b></p><p><b>　　附錄60</b></p><p>　　第1章 緒 論</p><p>　　1.1 GPS數據處理概述</p><p>　　1.1.1 課題研究目的</

27、p><p>　　GPS技術作為一種全新的、實用的測量手段，在國家大地網、城市控制網、工程控制網的建立與改造等方面已經得到廣泛應用，其技術的先進性、優(yōu)越性已為眾多科技工作者所接受。</p><p>　　高等級、高精度GPS控制網一般是指范圍較大、精度較高的一類控制網，它可以是局部網、國家基礎網、地震監(jiān)測網、甚至全球網。這類網一般點數較多、點間距較長(幾十、幾百公里或上千公里)，例如總參測繪局布設

28、的GPS一、二級網，國家測繪局布設的A、B級網，用于地震預報的地震監(jiān)測網，各省市的A、B級網，連續(xù)運行參考站系統(tǒng)的基準站網等。</p><p>　　目前，高等級測量控制網都是采用GPS靜態(tài)測量技術，控制網要求嚴格設計與布設，嚴格按照規(guī)范進行觀測。顯然，觀測耗時長、工作量極大，為如實的反映觀測質量的優(yōu)劣，減少補測返測，后期的數據處理顯得尤為重要。如何研究和掌握一套高等級高精度GPS數據處理模型和方法，是測繪工作者共

29、同面臨的重要課題，對靜態(tài)數據處理的研究具有實用價值。</p><p>　　1.1.2 課題研究意義</p><p>　　隨著科學技術的進一步發(fā)展與完善，長期使用的以測角、測距、測水準為主體的常規(guī)地面測量技術、正在逐步被一次性確定三維坐標的高速度、高效率、高精度的GPS技術所代替。定位范圍從陸地和近海擴展到海洋和宇宙空間；定位方法從靜態(tài)擴展到動態(tài)；定位服務領域從導航和測繪領域擴展到國民經濟建

30、設的廣闊領域，如石油勘探、高速公路、通信線路、引水工程、地下鐵路、隧道貫通、電力勘測工程建設及建筑物變形、大壩監(jiān)測、身體滑坡、地震的形變觀測、海島或海域測量方面。DGPS差分定位技術和RTK實時差分定位系統(tǒng)的發(fā)展和美國AS技術的解除，GPS單點定位精度得到不斷提高，GPS技術在導航、運載工具實時監(jiān)控、精細農業(yè)、地質勘探、城市規(guī)劃、碎部點的測繪與放樣等領域將有廣泛的應用前景[4]。</p><p>　　GPS定位技

31、術的高度靈活性和顯著的優(yōu)越性以及常規(guī)測量技術無法比擬的高精度和高效益，傳統(tǒng)的測量方法正被先進的GPS技術所取代。與此同時，人們對GPS的應用不僅局限于定位方面，而是深入到高程的精確確定方面。就高精度GPS的定位模式而言，局域范圍內有位置差分、偽距差分和載波相位差分，廣域范圍內有廣域GPS差分。但就高精度高程測量而言，僅有載波相位差分測量能夠滿足其精度要求。因而，載波相位差分測量便成了高程定位的主要技術手段。</p><

32、;p>　　為了充分發(fā)揮GPS定位技術的顯著優(yōu)越性，更好地適應于各個領域的需要，必須在大量實踐的基礎上，不斷地總結經驗，并從理論上分析和解決GPS技術應用中出現的各種實際問題，從而取得最佳的經濟效益和精度要求。</p><p>　　1.2 GPS數據處理研究現狀</p><p>　　1.2.1 GPS數據處理現狀</p><p>　　GPS衛(wèi)星導航定位技術于上世

33、紀80年代末引入中國，目前主要在大地測量(測繪、勘探)、海上漁業(yè)和車輛定位監(jiān)控等領域得到了比較廣泛的應用。在全球 GPS應用領域中，車輛應用所占的比重最大，目前約占總數的40％以上。1996～1997年間是GPS車輛跟蹤系統(tǒng)市場的調整和充實時期。主要是公安、金融等部門利用其專用的常規(guī)無線電臺(異頻單工電臺)通信系統(tǒng)和模擬集群系統(tǒng)，在全國三四十個城市建成了金融運鈔車和公安交警車輛跟蹤系統(tǒng)。1998～2000年GPS車輛跟蹤系統(tǒng)市場出現了快

34、速增長的勢頭。隨著我國GSM數字移動通信系統(tǒng)的快速發(fā)展與全國普及，作為系統(tǒng)瓶頸問題的通信網絡通過采用GSM公眾網的短信息服務找到了新的出路，這對GPS車輛跟蹤系統(tǒng)的發(fā)展起著極大的促進作用[3]。</p><p>　　于此同時，伴隨GPS不斷的發(fā)展，GPS相應的后期結果處理技術也隨著不斷的改進和完善。主要體現在GPS數據處理技術方法等方面。</p><p>　　GPS測量定位的數據采集是用G

35、PS接收機對GPS衛(wèi)星信號進行跟蹤測量獲得，采集的數據包括：偽距測量觀測值、載波相位測量觀測值和衛(wèi)星星歷等大量數據。GPS測量定位采集的數據與常規(guī)測量（如地面點間邊長、角度和高差等）有著很大的不同。所以，利用外業(yè)采集的GPS定位數據來獲取點位的位置坐標，需要進行一系列的數據處理。與常規(guī)測量的數據處理相比，GPS定位數據處理具有以下一些特點：</p><p><b>　　1）數據量很大；</b>

36、;</p><p>　　2）處理過程較復雜；</p><p><b>　　3）自動化程度高。</b></p><p>　　GPS測量定位的數據采集是用GPS接收機對GPS衛(wèi)星信號進行測量定位，記錄原始數據，并在觀測記錄的同時采用有關軟件解算出測站點的基本信息。數據傳輸是將記錄在接收機內存模塊上或磁卡上的觀測數據傳輸到計算機，然后在計算機上進行數

37、據預處理和基線向量的解算。GPS網平差計算通常包括：GPS基線向量網平差以及GPS網與地面網進行聯合平差或約束平差等內容[8]。</p><p>　　武漢大學GPS工程技術研究中心，姜衛(wèi)平、劉經南、葉世榕[5]，對GPS形變監(jiān)測網基線處理中系統(tǒng)誤差的分析方法做出了研究。分析了高精度GPS形變監(jiān)測網基線處理中系統(tǒng)誤差產生的原因、分類及其對極限處理的影響，并在此基礎上提出了消除和消弱這些系統(tǒng)誤差影響的一些原則和算法。

38、</p><p>　　信息工程大學測繪學院博士隋立芬[7]，提出了全國GPS網與中國地殼運動觀測網絡聯測的實際思想。完成了全國GPS網一、二級網與中國地殼運動觀測網聯測的技術設計方案，并用于實際聯測。</p><p>　　1.2.2 GPS數據預處理的目的</p><p>　　1）對GPS測量數據進行平滑濾波檢驗，并剔除粗差，刪除無用的觀測數據。</p>

39、<p>　　2）統(tǒng)一數據文件格式，將各類接收機記錄的數據文件加工成標準化文件。</p><p>　　3）將GPS衛(wèi)星軌道方程、衛(wèi)星時鐘鐘差、觀測值文件標準化。</p><p>　　4）找出整周跳變點，并對相應的觀測值進行恢復。</p><p>　　5）對觀測值進行各種模型改正，主要是大氣折射模型改正等。</p><p>　　1.

40、2.3 GPS網平差目的</p><p>　　1）檢查GPS基線向量間有無粗差或明顯的系統(tǒng)誤差，并考察GPS網本身的內部符合精度以及GPS基線向量的觀測精度。</p><p>　　2）利用GPS點的大地高和公共點的正高（或正常高），聯合確定其他GPS點的正高（或正常高），提供平差處理后的大地高程數據。</p><p>　　3）對GPS網進行無約束平差后可以獲得各種G

41、PS點在WGS—84坐標系的三維坐標值，并利用公共點的雙重坐標將其轉換至地面網坐標系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.4 現有條件</p><p>　　1）控制測量、測量平差、測量學和GPS等科目的學習，為本課題提供了理論基礎。</p><p>　　2）國內眾多專家學者的研究成果對本題的研究具有參考價值。</p><p>　　3）TGO和LG

42、O數據處理說明書為本課題提供了參考[17]。</p><p>　　1.3 研究的主要內容和論文的組織</p><p>　　1.3.1 主要內容</p><p>　　1、GPS靜態(tài)數據預處理</p><p>　　對于精密單點定位，數據預處理的結果直接影響其定位精度及可靠性。而數據預處理的主旨就是要準確可靠地探測相位觀測值中含有的周跳。對于每個出

43、現周跳的地方添加一個新的模糊度參數，然后采用參數估計法進行處理。</p><p>　　2、GPS基線解算的數據預處理</p><p>　　在基線解算過程中，數據預處理是至關重要的一個環(huán)節(jié)，它的目的是獲得最終用于基線解算的觀測數據和信息，包含“干凈”的觀測值、基線各端點近似坐標、每個觀測歷元的接收機鐘差、標準化衛(wèi)星軌道數據等。其中所謂的“干凈”觀測值，是指（基本上）不含有周跳和較大偏差的相應

44、觀測值，它對基線解算至關重要。</p><p>　　數據處理階段的主要工作包括：數據傳輸和解碼、數據篩選和編輯、數據標準化、接收機鐘差估算、差分觀測值或線性組合觀測值形成、基線向量近似值估算和周跳探測、修復或標記等。</p><p>　　3、GPS基線向量解算結果分析</p><p>　　（1）觀測值殘差的分析</p><p>　?。?）基線

45、長度的精度</p><p>　?。?）雙差固定解和雙差實數解</p><p>　?。?）相對定位精度因子RDOP</p><p>　　4、GPS網平差的類型和流程</p><p>　　1.3.2 論文的組織</p><p>　　本文針對GPS數據處理技術與方法研究為主旨，從多方面著手，根據特定工程案例進行對比分析。同時

46、，在針對相應處理軟件（TGO、LGO）的處理模式及方法，進行對比，從而得出較優(yōu)化的GPS數據處理方法。本文大致分為六大部分：</p><p><b>　　第一部分為緒論；</b></p><p>　　第二部分為GPS數據處理技術路線；</p><p>　　第三部分為高精度靜態(tài)GPS數據處理；</p><p>　　第四部分

47、為基于TGO\LGO數據處理研究分析；</p><p>　　第五部分為GPS數據處理質量與精度分析；</p><p>　　第六部分為結論與展望。</p><p>　　在通過相應的理論與案例分析研究的前提下，對GPS數據處理方法與技術進行淺意的討論，并會在案例分析中提出不足與改進。</p><p>　　第2章 GPS數據處理技術路線及應用分析&

48、lt;/p><p>　　2.1 GPS數據處理的技術流程</p><p>　　2.1.1 研究的技術路線</p><p>　　布設GPS網時，數據處理工作是結合外業(yè)工作的展開分段進行的。從算法角度分析，可將GPS網數據處理流程劃分為：數據傳輸、格式轉換（可選）、基線解算和網平差四個階段，如圖2.1所示：</p><p>　　圖2.1 研究技術路線

49、</p><p>　　2.1.2 研究方法</p><p>　　1、GPS數據處理流程及方法；</p><p>　　2、對GPS靜態(tài)數據預處理、基線解算及GPS網平差進行分析研究；</p><p>　　3、針對GPS在控制測量、形變監(jiān)測等特定工程項目中的應用，對其后期數據處理的方法及問題解決方法，分析討論；</p><p&

50、gt;　　4、GPS數據處理軟件，天寶TGO軟件及徠卡LGO軟件的分析及應用。</p><p>　　2.2 基于特定工程項目的GPS數據處理研究分析</p><p>　　2.2.1 GPS數據處理方法在變形監(jiān)測中的應用探討</p><p>　　2.2.1.1 GPS技術在變形監(jiān)測中的應用</p><p>　　1、應用現狀及可行性分析</

51、p><p>　　基于GPS定位技術的高效率、高精度、不受距離限制和全天候作業(yè)模式及觀測和數據處理的高度自動化等眾多優(yōu)點，使GPS定位技術在橋體大壩、壩區(qū)高邊坡監(jiān)測、城市三維變形監(jiān)測等方面得到廣泛應用[30]。經過長期的應用及相關試驗研究表明：GPS靜態(tài)觀測精度可達到1-3mm，能夠滿足大壩（邊坡）變形監(jiān)測的要求。武漢大學的徐紹銓教授于2002年在這方面的可行性研究表明：用GPS完全可以代替常規(guī)方法用于大壩外觀及滑坡變

52、形監(jiān)測和高精度變形監(jiān)測[30]。</p><p>　　2、數據處理方法及存在的不足</p><p>　　GPS監(jiān)測網數據處理的大致步驟是先進行無約束平差，再進行約束平差，其中包括成果的轉換。但由于監(jiān)測網是多期重復性觀測，如果每次數據處理過程中都要進行成果的轉換，一定會引入多種誤差，而這些誤差在某些情況下甚至遮蓋了監(jiān)測網微小的變形量，無法反應出實際的變形情況。若要獲得高精度的變形數據，同時也

53、能夠反映實際的變化情況，文章采用了直接在WGS-84坐標系下的無約束條件網平差[31]，根據不同的工程情況采用不同的平差方法：假如基準點遠離變形體的影響，選用一個各期共同觀測的基準點進行三維自由網平差（也稱經典自由網平差）；若監(jiān)測點均位于變形體內，則采用秩虧自由網平差；若監(jiān)測網中有一部分點相對于另一部分點是穩(wěn)定的，則采用擬穩(wěn)平差[32]。</p><p>　　2.2.1.2 GPS變形監(jiān)測網平差模型</p&

54、gt;<p><b>　　1、經典自由網平差</b></p><p>　　通常，在建立GPS工程變形監(jiān)測網時會考慮選擇遠離變形體的點（一般為1-3個）作為穩(wěn)定的基準點。因此，我們在對各期觀測數據進行靜態(tài)平差時，可以選定一個共同的基準點作為位置基準進行GPS網空間三維無約束平差。該方法的平差模型可參見文獻[33]，具體不再贅述。</p><p><b

55、>　　2、秩虧自由網平差</b></p><p>　　當觀測網中不設起始數據或無必需的起始數據時，而且又定義網點坐標為待平差參數，并且誤差方程系數陣列虧，這樣的平差問題稱為秩虧自由網平差。此時，GPS網的位置基準為各網點近似坐標的平均值，即為網的重心基準，且重心基準在平差后是不發(fā)生變化的。由于誤差方程系數陣列虧，按照最小二乘方法得不到唯一的解，為了確定唯一的估計量，需要在該方法基礎上增加約束條件

56、，約束條件的確定應該以所求得的未知參數的估計量為最優(yōu)。這樣的最優(yōu)解是唯一的，它就是法方程的最小范數解。</p><p>　　設滿足法方程的一個解為，取其平方和的開方為：</p><p><b>　　（2.1）</b></p><p>　　稱為向量X的范數，幾何意義是向量的長度。</p><p>　　設是的型一個廣域逆，即

57、滿足：</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　設有相容性方程組：</b></p><p><b>　　（2.3）</b></p><p>　　其解存在，設為，則有：</p><p><b>　　（2.4）&

58、lt;/b></p><p>　　將（2.2）、（2.3）帶入（2.4）式得：</p><p><b>　　（2.5）</b></p><p><b>　　由此可知：</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　在自

59、由網平差中，最小范數逆常取為：</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　由于法方程系數陣對稱，，故有：</p><p><b>　　（2.8）</b></p><p>　　帶入法方程的系數可得法方程的最小范數解為： （2.9）</p><

60、p><b>　　3、自由網擬穩(wěn)平差</b></p><p>　　在自由監(jiān)測網中，若有一部分點對于另一部分是相對穩(wěn)定的，以網中點的高程或坐標作為未知數，則有穩(wěn)定未知數和不穩(wěn)定未知數兩類。此時，GPS網的位置基準為穩(wěn)定點的重心坐標，該基準平差前后是保持不變的，同時平差前所取的穩(wěn)定點的近似坐標平差值等于各穩(wěn)定點平差后坐標的平均值。列誤差方程，消去不穩(wěn)定的未知數，得到僅有穩(wěn)定未知數的約化法方程

61、，由于該方程秩虧，采用上面類似的方法，附加最小范數條件，即可求得各點的平差坐標。</p><p>　　2.2.1.3 三種處理方法的試驗及結論</p><p>　　GPS監(jiān)測網的數據處理軟件是基于VC++6.0平臺開發(fā)（可參考文獻[33] [34]），采用三維無約束平差法，以GPS基線向量為觀測值，以其方差陣的逆陣為權，進行平差計算。本試驗采用某一水庫的GPS監(jiān)測網數據，先進行自由網平差，

62、然后假設不同的監(jiān)測情況，根據文獻[35]中的方法，將自由網平差結果向其他兩種方法的成果轉換。首先以網中A點的坐標作為固定點坐標的起算數據，進行自由網平差。結果如表2.1，由于數據量大，表中只摘選部分點的改正數，單位為m。</p><p>　　表 2.1 自由網平差改正數</p><p>　　從表2.1中容易發(fā)現自由網平差后的單位權中誤差不到1cm，說明平差精度很高，結果可靠。因為S號點為已

63、知點，所以其坐標改正數全為0。若在實際工程中，所有的監(jiān)測點都位于變形體內，設網點坐標為待平差參數，誤差方程系數陣列虧，這樣的平差問題稱為秩虧自由網平差，仍以上面的已知數據為例，進行模擬秩虧自由網平差，最終結果如表2.2所示。</p><p>　　表 2.2 秩虧自由網平差結果</p><p>　　在自由監(jiān)測網中，若有一部分點對于另一部分是相對穩(wěn)定的，則需要采用自由網擬穩(wěn)平差的方法，假定前三

64、個點距變形體較遠是相對穩(wěn)定，進行模擬平差后，結果如表2.3所示。</p><p>　　表 2.3 擬穩(wěn)平差結果</p><p>　　從上面的兩個表中，容易發(fā)現：由于實際工程情況不同，采用不同的數據處理方法后，所以各點的坐標改正數也有所不同，同時更能反映實際的變化情況。</p><p>　　2.2.2 施工控制測量中GPS數據的處理</p><p&

65、gt;　　2.2.2.1 GPS數據邊長的概算</p><p><b>　　1、三維自由網平差</b></p><p>　　利用基線解算和WGS-84坐標系下的三維無約束平差，得到GPS網點WGS-84坐標和經緯度。對于評價所選基線的質量很重要，解算后得到各基線向量值及其方差陣后，進行同步環(huán)、重復觀測邊和異步環(huán)閉合差檢驗，對超限基線予以剔除或進行野外返工。在選擇平差基

66、準時應選擇測區(qū)國家坐標系的基準(即1954年北京坐標系或 1980年西安坐標系，而不是WGS-84基準)，GPS網按精度分為四個等級，見表2.4。</p><p>　　表2.4 GPS測量精度分級</p><p><b>　　2、二維無約束平差</b></p><p>　　采用單點無約束平差，起算數據只需輸入一個已知點，坐標系統(tǒng)為1954年北京

67、坐標系或1980年西安坐標系，投影模式采用高斯投影，得出GPS點的各基線長度。</p><p><b>　　3、邊長概算</b></p><p>　　對基線邊進行還算和投影：</p><p>　　把高斯投影面長度歸算到參考橢球面上邊長改正</p><p><b>　　（2.10）</b></p

68、><p>　　式中：－為高斯投影面長度歸算到參考橢球面上邊長改正，m；</p><p>　　D－高斯投影面上的測距邊長，m；</p><p>　?。瓬y距邊兩端點橫坐標之差，m；</p><p>　?。瓬y距邊兩兩端點橫坐標平均值，m；</p><p>　　－參考橢球面上測距邊中點的平均曲率半徑。</p><

69、;p>　　把參考橢球面上的邊長概算到測區(qū)平均高程面上邊長的改正數</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　式中：－參考橢球面上的邊長概算到測區(qū)平均高程面上邊長的改正數，m；</p><p>　　－測距邊高出大地水準面（黃海平均海水面）的平均高程，m；</p><p>　?。瓬y距邊所在法

70、截線的曲率半徑。</p><p>　　對基線邊進行概算投影后總的測距邊長</p><p><b>　　(2.12)</b></p><p>　　式中：－測區(qū)平均高程面的邊長，m。</p><p>　　4、采用嚴密平差程序平差，確定各項限差是否滿足工程需求</p><p><b>　　1）

71、計算起算坐標</b></p><p>　　通常采用“一點一方向”模式，方位角是以已知點反算得到的，利用概算后的已知邊的基線長度，以一點為原點，算出另一個坐標。</p><p><b>　　2）嚴密平差</b></p><p>　　以上面兩點為起算數據，采用平面控制網平差軟件進行嚴密平差，計算出控制網的施工坐標。</p>

72、<p>　　2.2.2.2 實例</p><p><b>　　1、工程概述</b></p><p>　　某工程是一項利國利民的工程，主要是把煤層氣開采出來，通過管道連接國家西氣東輸管線，輸送到東南沿海地區(qū)。煤層氣管道穿越河道需要做防洪評價，主要從事防洪評價河道斷面的測量工作。測區(qū)主要為山區(qū)，尤其是河流兩岸，峰巒重疊，山高谷深，盆地穿插，地形相當復雜，河道兩

73、岸房屋稠密，樹木茂盛，河灘地多為高秸桿作物，通視條件極差[1]。</p><p><b>　　2、數據采集</b></p><p>　　本次工程平面控制測量施測的D級GPS網共18個點，平面坐標系統(tǒng)采用北京54坐標系，使用六臺套9600南方北極星單頻接收機測量，標稱精度為：(D為水平距離，以km為單位)，同步觀測，圖形之間以邊連接方式實現GPS網的擴展與延伸，同步觀測

74、時間D級不小于90min進行數據采集。</p><p><b>　　3、基線解算</b></p><p>　　1）基線解算、網平差利用南方GPS數據處理軟件進行</p><p>　　建立工程，采用隨機軟件對GPS網進行數據處理，通過基線解算和WGS-84坐標系下的三維無約束平差，得到GPS網點WGS-84坐標和經緯度。本項目的同步環(huán)、異步環(huán)、重

75、復基線較差見表2.5，表2.6，表2.7。</p><p>　　表2.5 同步環(huán)精度統(tǒng)計表</p><p>　　表2.6 異步環(huán)精度統(tǒng)計表</p><p>　　表2.7 部分重復基線較差表</p><p>　　2）對GPS邊長進行投影和概算</p><p>　　利用公式（2.1）和公式（2.2）得出以及概算投影后總的測

76、距邊長見表2.8。</p><p>　　表2.8 GPS邊長與概算后邊長比較</p><p>　　3）采用嚴密平差，確定各項誤差是否滿足工程需求</p><p>　　在實地中以上坡底為原點，以上坡底到的方位角作為起算方位角，將邊長投影到900m，計算出坐標，把上坡底和作為已知數據，利用“平差易”軟件，進行嚴密平差，得出該控制網的工程坐標，也即施工坐標。各項精度見表2

77、.9，滿足《規(guī)范》要求。</p><p>　　表2.9 GPS網標準概算平面平差精度統(tǒng)計表</p><p>　　從表2.9可以看出概算后的GPS網，邊長相對精度遠小于允許值，能夠滿足施工測量的需要。</p><p><b>　　4、邊長檢測</b></p><p>　　由于水利樞紐地區(qū)的施工要求較高，要求控制點坐標反算的

78、邊長與實地量測邊長相符，所以本項目利用LEICA全站儀TC802在實地檢測了部分邊長，并換算到同一高程面后與概算后的邊長進行了比較，從而檢驗點的精度。表2.10即換算到同一高程面上(900m)的全站儀改正后邊長與GPS投影后邊長的比較。</p><p>　　表2.10 全站儀檢測邊長與控制網GPS邊長比較表</p><p>　　由表2.10充分說明經過投影改正后的邊長與全站儀檢測邊長的較差

79、在允許范圍內，說明數據概算方法合理，平差處理嚴密。</p><p><b>　　2.3 本章小結</b></p><p>　　通過此例，把GPS數據從采集到處理作了系統(tǒng)的分析，由于一般GPS數據平差用的均是隨機軟件，所以平差方面只需檢查同步環(huán)、異步環(huán)閉合差、復測基線較差等質量控制指標，在精度低的情況下也可以人為干預處理掉基線中的殘余粗差，剔除掉超限基線，以達到精度要求

80、。在基線的概算方面尤其要對邊長投影作進一步的認識，分清高斯投影面，參考橢球面以及平均測區(qū)平均高程面的關系，作到基線的正確概算。在施測GPS控制網時，常會聯測已知點不兼容的情況，應該對起算點數據進行兼容性分析，并采用“一點一方向”重新計算已知點的施工坐標。而且作為施工控制網，要求實測邊長與理論邊長相一致，或者達到最小，這樣就需要對GPS網的邊長根據測區(qū)情況具體確定投影方式和投影面。</p><p>　　在針對GPS

81、數據處理技術方面，本章通觀的按照一定的流程進行分析。并將GPS數據處理在特定工程中的應用作為研究依據，分析其優(yōu)越性和可靠性。</p><p>　　通過實際案例分析，充分體現GPS數據處理的重要性！</p><p>　　第3章 高精度靜態(tài)GPS數據處理</p><p>　　3.1 GPS靜態(tài)數據預處理</p><p>　　精密單點定位中，數據預

82、處理的結果直接關系到其定位精度及可靠性。而數據預處理的關鍵就是要準確可靠地探測相位觀測值中出現的周跳。對于每個出現周跳的地方增加一個新的模糊度參數，然后采用參數估計的方法進行[10]。</p><p>　　GPS定位測量的精度指標：</p><p>　　a、衛(wèi)星定位測量的精度指標GPS網的主要技術要求如下表：</p><p>　　b、獨立環(huán)坐標分量閉合差：ω≤，ω≤

83、2δ，ω≤2δ；</p><p>　　c、獨立環(huán)全長閉合差：ω≤2δ；</p><p>　　d、復測基線長度較差：ds≤2δ；</p><p>　　e、無約束平差中，基線向量的改正數V≤3δ，V≤3δ，V≤3δ；</p><p>　　f、約束平差中，基線向量的改正數與剔除粗差后的無約束平差結果的同名基線相應改正數的較差：dV≤2δ，dV≤2δ

84、，dV≤2δ。</p><p>　　表3.1GPS網的主要技術要求</p><p>　　3.2 GPS基線解算的數據預處理</p><p>　　在基線解算過程中，數據預處理是非常關鍵的一個階段，它的目的是得出最終用于基線解算的觀測數據和信息，包括“干凈”的觀測值、基線端點近似坐標、每個觀測歷元的接收機鐘差、標準化衛(wèi)星軌道數據等。其中所謂的“干凈”觀測值，指的是（基本

85、上）不含有周跳和較大偏差的觀測值，它對基線解算至關重要。</p><p>　　數據處理階段的主要工作包括：數據傳輸和解碼、數據篩選和編輯、數據標準化、接收機鐘差估算、差分觀測值或線性組合觀測值形成、基線向量近似值估算和周跳探測、修復或標記等[24]。</p><p>　　3.3 GPS基線向量解算結果分析</p><p>　　1、觀測值殘差的分析</p>

86、<p>　　因為在進行基線向量解算時是假定觀測值中存在偶然誤差，如果在觀測值中存在系統(tǒng)誤差或粗差，會有較大的殘差。從理論上講，對GPS衛(wèi)星信號進行載波相位測量的精度通常為0.01周。</p><p>　　平差處理后單位權中誤差應該比較小，一般情況下其值在0.05周以下。如果值過大，則認為觀測值存在某些問題。</p><p><b>　　2、基線長度的精度</b

87、></p><p>　　對于長度在20km以內的短基線，單頻接收機由于其觀測數據通常利用差分處理，可以有效的消除電離層折射誤差的影響，從而確保其相對定位的精度。但當基線長度再增長時，雙頻接收機可以利用雙頻技術很好地消除電離層折射誤差的影響，所以雙拼接收機將明顯優(yōu)于單頻接收機的數據處理結果，尤其是在電離層被電離程度影響較大的時間段內。</p><p>　　3、雙差固定解和雙差實數解&l

88、t;/p><p>　　在進行基線向量解算時，可以獲得整周未知數的估計值及中誤差。從理論上講，整周未知數應該是一個整數，但是由于各種誤差的影響，數據平差處理求得的整周未知數N往往不是一個整數，而是一個實數，稱為雙差實數解（亦稱雙差浮動解）。當該實數解十分接近鄰近的整數，而且整周未知數的中誤差又很小時，就直接確定其為鄰近的整數；反之，如果不存在周跳問題，則可以建立整周未知數N的整數區(qū)間，利用假設檢驗的方法對其整數解進行優(yōu)

89、化搜索，將該實數確定為整數，再將其作為已知量回代重新進行平差計算，這樣獲得的結果稱為雙差固定解（亦稱雙差整數解）。</p><p>　　對于長度在10km以內的短基線，由于能夠以較高的精度確定整周未知數，其雙差固定解將明顯優(yōu)于雙差實數解，所以一般取雙差固定解作為最終解的結果。而對于長基線，由于難以有效地消除電離層折射誤差和衛(wèi)星軌道誤差等的影響，整周未知數的求解精度明顯降低。在這種情況下，如果再將整周未知數固定為某

90、一整數，是沒有實際意義的，而且也有損相對定位的精度，所以，此時通常取雙差實數解作為最后的結果。</p><p>　　4、相對定位精度因子RDOP</p><p>　　在利用載波相位測量進行相對定位時，可以利用基線向量由固定站的已知坐標求得未知站的坐標。也就是說，基線向量的精度即為基線兩端點間的相對定位精度。類似于評價絕對定位精度而引出的幾何精度因子PDOP的概念，為了評價相對定位精度而采用

91、相對定位幾何精度因子（Relative Dilution Precision，RDOP）。RDOP的概念是由美國戈德（Goad）博士在1988年提出的。在實際應用中，相對定位精度因子可利用下式進行計算：</p><p><b>　　(3.1)</b></p><p>　　式中，為誤差方程式中待定點坐標未知數前面的系數陣，它與整個觀測時段中所觀測衛(wèi)星群的幾何分布及其變化

92、有著直接的關系。所以RDOP是從觀測衛(wèi)星的幾何分布圖形和觀測時間兩個方面來綜合表征相對定位精度的量，而且RDOP比較客觀地反應了整個觀測時段中衛(wèi)星幾何圖形強度對相對定位精度的影響。</p><p>　　3.4 GPS網平差的類型和流程</p><p>　　一、GPS網平差的類型：</p><p>　　通常，無法通過某個單一類型的網平差過程來達到網平差目的，而必須分段

93、采用不同類型的網平差方法。根據進行網平差時所采用觀測量和已知條件的類型和數量，可將網平差分為最小約束平差/自由平差、約束平差和聯合平差三種類型。這三種類型網平差除了都能消除由于觀測值和已知條件所引起的網在幾何上的不一致外，還具有各自不同的功能。無約束平差能夠被用來評定網的內符合精度和探測處理粗差，而約束平差和聯合平差則能夠確定點在指定參照系下的坐標。</p><p>　　GPS網平差還可以根據進行平差時所采用坐標

94、系的類型，分為三維平差和二維平差。在GPS網的三維平差中，所采用的GPS基線向量觀測值和所確定出的點的位置都是在一個三維坐標系下。而GPS網的二維平差中，所采用的GPS基線向量觀測值和所確定出的點的位置都是在一個二維坐標系下[6]。</p><p>　　二、GPS網平差的流程：</p><p><b>　　（一）整體流程：</b></p><p&g

95、t;　　使用數據處理軟件進行GPS網平差，需要以下幾步進行（見圖3.1）：</p><p>　　提取基線向量，構建GPS基線向量網；</p><p><b>　　三維無約束平差；</b></p><p>　　約束平差/聯合平差；</p><p><b>　　質量分析與控制。 </b></p&g

96、t;<p>　?。ǘ〨PS網無約束平差的流程（見圖3.2）：</p><p>　　選取作為網平差時的觀測值的基線向量；</p><p>　　利用所選取的基線向量的估值，形成平差的函數模型，其中，觀測值為基線向量，待定參數主要為GPS網中點的坐標；同時，利用基線解算時隨基線向量估值一同輸出的基線向量的方差陣，形成平差的隨機模型。最終形成平差完整的數學模型；</p>

97、<p>　　對所形成的數學模型進行求解，得出待定參數的估值和觀測值等的平差值、觀測值的改正數以及相應的精度統(tǒng)計信息；</p><p>　　根據平差結果來確定觀測值中是否存在粗差，數學模型是否含有需要改進的部分。若存在問題，則采用相應的方法進行處理（如對于粗差基線，既可以將其剔除，也可以調整觀測值權陣），并重新進行求解；</p><p>　　若在觀測值和數學模型中未發(fā)現問題，則

98、輸出最終結果。無約束平差結束。</p><p>　?。ㄈ〨PS網約束平差的流程（見圖3.3）：</p><p>　　利用最終參與無約束平差的基線向量形成觀測方程，觀測值的權陣采用在無約束平差中經過調整后（如果調整過）最終所確定觀測值權陣；</p><p>　　利用已知點、已知邊長和已知方位等信息，形成限制條件方程；</p><p>　　對所

99、形成的數學模型進行求解，得出待定參數的估值和觀測值等的平差值、觀測值的改正數及相應的精度統(tǒng)計信息；</p><p><b>　　約束平差結束。</b></p><p>　?。ㄋ模〨PS網聯合平差的流程（見圖3.4）：</p><p>　　a、利用最終參與無約束平差的基線向量形成與GPS觀測有關的觀測方程，觀測值的權陣采用在無約束平差中經過調整后

100、（如果調整過）最終所確定的觀測值權陣；</p><p>　　b、利用地面常規(guī)觀測值（如邊長、角度、方位等）形成與地面常規(guī)觀測值有關的觀測方程，同時給其初始的權陣；</p><p>　　c、利用已知點、已知邊長和已知方位等信息，形成限制條件方程；</p><p>　　d、對所形成的數學模型進行求解，得出待定參數的估值和觀測值等量的平差值、觀測值的改正數以及相應的精度統(tǒng)

101、計信息；</p><p>　　e、利用d步的結果，對GPS觀測值與地面常規(guī)觀測值之間的權比關系進行調整，再次進行d步，直到不再需要對上述權比關系進行調整為止；</p><p><b>　　f、約束平差結束。</b></p><p>　　圖3.1 GPS網平差整體流程</p><p>　　圖3.2 GPS網無約束平差流程&

102、lt;/p><p>　　圖3.3 GPS網約束平差流程</p><p>　　圖3.4 GPS網聯合平差流程</p><p><b>　　3.5 本章小結</b></p><p>　　本章針對高精度靜態(tài)GPS數據處理為技術前提，在GPS數據的預處理、基線的解算、基線向量的解算、網平差等方面進行分析討論。并在每一部分中，詳細的對

103、其所包含的內容進行了列舉。從初步對高精度靜態(tài)GPS數據處理的工作進行講解。</p><p>　　高精度靜態(tài)GPS數據處理，重點工作就在靜態(tài)數據的預處理、基線解算、基線向量的解算和網平差方面。本章中都做了陳述。</p><p>　　第4章 基于TGO、LGO數據處理研究分析</p><p>　　4.1 基于天寶TGO數據處理模式</p><p>

104、;　　本節(jié)將描述Trimble Geomatics Office軟件的主要特點及在1.50版本中（包括工作流程在內）的增強功能。同時還描述有關使用這個軟件的重要細節(jié)，并且列出了CD里的附加文件盒應用程序。</p><p><b>　　一、主要特點</b></p><p>　　Trimble Geomatics Office軟件是一個鏈接和測量壓縮包。它在野外工作和設計

105、軟件間提供無縫鏈接。軟件包括一套廣泛的功能，它可以幫助我們[16]：</p><p>　　1.快速檢驗野外工作</p><p>　　2.容易地執(zhí)行與測量相關的任務</p><p>　　3.把數據導出到第三方設計包</p><p>　　Trimble Geomatics Office軟件集成了Trimble Survery Office和GPS

106、urvey軟件的功能。主要特點是：</p><p>　　1.集成WAVE基線處理模塊</p><p>　　2.集成原始GPS數據編輯器，用來研究GPS數據</p><p>　　3.基于Windows的GPS和常規(guī)網平差模塊</p><p>　　4.兩個項目視圖（即測量和平面）用于顯示數據</p><p>　　5.主圖形

107、窗口里的項目條，提供執(zhí)行常用任務的捷徑</p><p>　　6.HTML報告，易于檢查和結算數據</p><p>　　7.增強了對GPS接收機和/或常規(guī)全站儀采集數據的無縫功能</p><p>　　8.屬性窗口，用來查看和編輯點和觀測值類型的信息</p><p>　　9.擴展的項目選擇、查看和編輯，允許用戶篩選用來分析的觀測值類型</p

108、><p>　　10.支持層面，幫助管理數據</p><p>　　11.擴展的導入和導出格式，用于傳輸各種來源的數據</p><p>　　12.GIS數據采集支持，用來擴展高精度GIS數據采集能力，并允許使用包括GPS Pathfinder @ Office軟件創(chuàng)建的文件在內的數據詞典文件</p><p>　　13.RoadLinkTM軟件，用于查

109、看、編輯第三方道路設計文件盒創(chuàng)建數字地形模型</p><p><b>　　新增特點有：</b></p><p>　　1.與Trimble Survey ControllerTM7.7版本軟件的兼容性</p><p>　　2.從Trimble5700接收機和Trimble5600系列/GDM儀傳輸數據</p><p>　　

110、3.改進了在野外放樣點的裁減工作報告</p><p>　　4.背景圖、地面坐標</p><p>　　5.支持第三方水準數據的導入和質量控制</p><p><b>　　6.顯示格網線</b></p><p>　　7.增強了對重復點的處理</p><p>　　8.改善了屬性窗口中查看和編輯的數據顯示

111、</p><p>　　9.HTML項目報告鏈接到項目</p><p>　　10.增強了便于查看的數據篩選</p><p>　　11.從其他項目導入觀測值</p><p>　　12.改進了限差檢查</p><p>　　13.支持1.0版本的項目</p><p>　　14.NGS藍本應用程序<

112、/p><p><b>　　15.人工環(huán)閉合差</b></p><p>　　WAVE基線處理模塊包括:</p><p><b>　　HTML報告</b></p><p><b>　　NGS天線模擬</b></p><p>　　改進的RINEX支持</p&

113、gt;<p><b>　　獨立的基線選擇</b></p><p><b>　　網平差模塊包括：</b></p><p>　　對包括水準在內的常規(guī)觀測值的網平差支持</p><p><b>　　自動縮放</b></p><p>　　RoadLink軟件包括：<

114、/p><p>　　1.導入第三方道路定義文件的新向導</p><p>　　2.導入橫斷面數據作為模板使用-支持的第三方軟件包包括：AutoDesk、Inroads和Teramodel</p><p>　　3.顯示連接模板元素的工作線，用于查看道路定義</p><p>　　4.用于確認道路定義的計算工具</p><p>　　

115、5.使用導入工作線或點來定義水平或垂直的定線</p><p><b>　　二、軟件操作</b></p><p>　　靜態(tài)數據后處理步驟：</p><p>　　1、項目建立—創(chuàng)建新項目的時候，在打開的TGO主界面點擊“新建項目”，彈出新建項目對話框：</p><p><b>　　圖4.1 新建項目</b&g

116、t;</p><p>　　在上面的對話框中，在名稱域給項目一個名字，模板選擇米制Metric，新建選擇項目。鼠標點擊確認按鈕，彈出項目屬性對話框：</p><p><b>　　圖4.2 屬性編輯</b></p><p>　　這個時候可以將當地的坐標系統(tǒng)添加到項目中，也可以先不添加到項目中。如果要將地方坐標系加載到新建的項目中，選中項目屬性對話框