测量原理与应用第九章.pptx

9-2 GPS数据预处理及观测成果的质量检查数据预处理及观测成果的质量检查一、数据传输一、数据传输 大多数的大多数的GPS接收机接收机(如如ASHTECH、TRIMBLE等型号等型号)，采集的数据记录在接收机的内存模块上。，采集的数据记录在接收机的内存模块上。数数据传输是用专用电缆将接收机与计算机连接，并在后据传输是用专用电缆将接收机与计算机连接，并在后处理软件的菜单中选择传输数据选项后，便将观测数处理软件的菜单中选择传输数据选项后，便将观测数据传输至计算机。据传输至计算机。数据传输的同时进行数据分流，生数据传输的同时进行数据分流，生成四个数据文件：成四个数据文件：载波相位和伪距观测值文件载波相位和伪距观测值文件、星历星历参数文件参数文件、电离层参数和电离层参数和UTC参数文件参数文件、测站信息文测站信息文件件。观测值文件是容量最大的文件。观测值文件是容量最大的文件。观测值记录中有观测值记录中有对应的卫星号，卫星高度角和方位角，对应的卫星号，卫星高度角和方位角，CA码伪距，码伪距，L1、L2的相位观测值，观测值对应的历元时间，积分的相位观测值，观测值对应的历元时间，积分多普勒记数，信噪比多普勒记数，信噪比等。等。星历参数文件包含星历参数文件包含所有被测卫星的轨道位置信息，所有被测卫星的轨道位置信息，根据这些信息可以计算出任一时刻卫星的位置。根据这些信息可以计算出任一时刻卫星的位置。电离层电离层参数和参数和UTC参数文件中，电离层参数用于改正观测值参数文件中，电离层参数用于改正观测值的电离层影响，的电离层影响，UTC参数用于将参数用于将GPS时间修正为时间修正为UTC时间。时间。测站信息文件包含测站信息文件包含测站名、测站号、测站的概略坐测站名、测站号、测站的概略坐标、接收机号、天线号、天线高、观测的起止时间、记标、接收机号、天线号、天线高、观测的起止时间、记录的数据量、初步定位成果等。录的数据量、初步定位成果等。经数据分流后生成的四个数据文件中，除测站信息经数据分流后生成的四个数据文件中，除测站信息文件外，其余均为文件外，其余均为二进制数据文件二进制数据文件。为下一步预处理的。为下一步预处理的方便，必须将它们解译成直接识别的文件，方便，必须将它们解译成直接识别的文件，将数据文件将数据文件标准化。标准化。二、数据预处理二、数据预处理 为了获得为了获得GPS观测基线向量并对观测成果进行质量观测基线向量并对观测成果进行质量检核，首先要进行检核，首先要进行GPS数据的预处理。根据预处理结果数据的预处理。根据预处理结果对观测数据的质量进行分析并作出评价，以确保观测成对观测数据的质量进行分析并作出评价，以确保观测成果和定位结果的预期精度。果和定位结果的预期精度。GPS数据预处理的目的数据预处理的目的是是：对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；对数据进行平滑滤波检验，剔除粗差；统一数据统一数据文件格式，并将各类数据文件加工成标准化文件文件格式，并将各类数据文件加工成标准化文件(如如GPS卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化，观卫星轨道方程的标准化，卫星时钟钟差标准化，观值文件标准化等值文件标准化等)，找出整周跳变点并修复观测值，找出整周跳变点并修复观测值；对对观测值进行各种模型改正。观测值进行各种模型改正。1GPS卫星轨道方程的标准化卫星轨道方程的标准化 数据处理中要多次进行卫星位置的计算，而数据处理中要多次进行卫星位置的计算，而GPS广广播星历每小时有一组独立的星历数，使得计算工作十分播星历每小时有一组独立的星历数，使得计算工作十分繁杂，需要将卫星轨道方程标准化，以便计算简便，节繁杂，需要将卫星轨道方程标准化，以便计算简便，节省内存空间。省内存空间。GPS卫星轨道方程标准化一般采用以时间卫星轨道方程标准化一般采用以时间为变量的多项式进行拟合处理。为变量的多项式进行拟合处理。将已知的多组不同历元的星历参数所对应的卫星位将已知的多组不同历元的星历参数所对应的卫星位置置Pi(t)表达为时间表达为时间t的多项式式：的多项式式：利用拟合法求解多项式系数。解出的系数利用拟合法求解多项式系数。解出的系数ain记入记入标准化星历文件，用它们来计算任一刻的卫星位置。标准化星历文件，用它们来计算任一刻的卫星位置。多多项式的阶数项式的阶数n一般取一般取810就足以保证米级轨道拟合精就足以保证米级轨道拟合精度。度。拟合计算时，时间拟合计算时，时间t的单位须规格化，规格化时间的单位须规格化，规格化时间T为：为：式中，式中，Ti为对应于为对应于ti的规格化时间；的规格化时间；t1和和tm分别为观测分别为观测时段开始和结束的时间。很显然，对应于时段开始和结束的时间。很显然，对应于t1和和tm，T1和和Tm分别为分别为-1和和+1。对任意时刻。对任意时刻ti其其 。需指出的是，拟合时引进了规格化的时间，则在需指出的是，拟合时引进了规格化的时间，则在实际轨道计算时也应使用规格化的时间。实际轨道计算时也应使用规格化的时间。2卫星钟差的标准化卫星钟差的标准化 来自广播星历的卫星钟差来自广播星历的卫星钟差(即卫星钟钟面时间与即卫星钟钟面时间与GPS系统标准时间之差系统标准时间之差ts)是多个值，是多个值，需要通过多项需要通过多项式拟合求得惟一的平滑的钟差改正多项式。式拟合求得惟一的平滑的钟差改正多项式。用于确定用于确定真正的信号发射时并计算该时刻的卫星轨道位置，同真正的信号发射时并计算该时刻的卫星轨道位置，同时也用于将各站对各卫星的时间基准统一起来以估算时也用于将各站对各卫星的时间基准统一起来以估算它之间的相对钟差。当多项式拟合的精度优于它之间的相对钟差。当多项式拟合的精度优于02ns时，可精确探测整周跳变，估算整周未知数。时，可精确探测整周跳变，估算整周未知数。钟差的多项式形式为钟差的多项式形式为ts=a0+a1(t-t0)+a2(t-t0)2 式中，式中，a0，a1，a2为星钟参数，为星钟参数，t0为星钟参数的参考为星钟参数的参考历元。历元。3观测值文件的标准化观测值文件的标准化 不同的接收机提供的数据记录有不同的格式。例如不同的接收机提供的数据记录有不同的格式。例如观测时刻这个记录，可能采用接收参考历元，也可能是观测时刻这个记录，可能采用接收参考历元，也可能是经过改正归算至经过改正归算至GPS标准时间。在进行平差标准时间。在进行平差(基线向量基线向量的解算的解算)之前，观测值文件必须规格化、标准化。具体之前，观测值文件必须规格化、标准化。具体项目包括：项目包括：记录格式标准化记录格式标准化。各种接收机输出的数据文件应在。各种接收机输出的数据文件应在记录类型、记录长度和存取方式方面采用同一记录格式。记录类型、记录长度和存取方式方面采用同一记录格式。记录项目标准化记录项目标准化。每一种记录应包含相同的数据项。每一种记录应包含相同的数据项。如果某些数据项缺项，则应以特定数据如如果某些数据项缺项，则应以特定数据如“0”或空格或空格填上。填上。采样密度标准化采样密度标准化。各接收机的数据记录采。各接收机的数据记录采样间隔可能不同，如有的接收机每样间隔可能不同，如有的接收机每15s钟记录一钟记录一次，有的则次，有的则20s钟记录一次。标准化后应将数据钟记录一次。标准化后应将数据采样间隔统一成一个标准长度。标准长度应大采样间隔统一成一个标准长度。标准长度应大于或等于外业采样间隔的最长的标准值。于或等于外业采样间隔的最长的标准值。采样采样密度标准化后，数据量将成倍地减少，所以这密度标准化后，数据量将成倍地减少，所以这种标准化过程也称为数据压缩。种标准化过程也称为数据压缩。数据压缩应在数据压缩应在周跳修复后进行。数据压缩常用多项式拟合法。周跳修复后进行。数据压缩常用多项式拟合法。压缩后的数据应等价于被压缩区间内的全部数压缩后的数据应等价于被压缩区间内的全部数据，且保持各压缩数据的误差独立。据，且保持各压缩数据的误差独立。数据单位的标准化数据单位的标准化。数据文件中，同一数。数据文件中，同一数据项的量纲和单位应是统一的，例如，载波相据项的量纲和单位应是统一的，例如，载波相位观测值统一以周为单位。位观测值统一以周为单位。4数据处理软件及选择数据处理软件及选择 GPS网数据处理分基线解算和网平差两个网数据处理分基线解算和网平差两个阶段。各阶段数据处理软件可采用随机软件或阶段。各阶段数据处理软件可采用随机软件或经正式鉴定的软件，对于高精度的经正式鉴定的软件，对于高精度的GPS网成果网成果处理也可选用国际著名的处理也可选用国际著名的GAMITGLOBK、BERNESE、GIPSY、GFZ等软件。等软件。5基线解算基线解算(数据预处理数据预处理)对于两台及以上接收机同步观测值进行独对于两台及以上接收机同步观测值进行独立基线向量立基线向量(坐标差坐标差)的平差计算叫的平差计算叫基线解算基线解算，有的也叫有的也叫观测数据预处理观测数据预处理。预处理的主要目的是对原始数据进行编辑、预处理的主要目的是对原始数据进行编辑、加工整理、分流并产生各种专用信息文件，为加工整理、分流并产生各种专用信息文件，为进一步的平差计算作准备。进一步的平差计算作准备。它的基本内容是：它的基本内容是：数据传输将数据传输将GPS接收机记录的观测数据接收机记录的观测数据传输到磁盘或其他介质上。传输到磁盘或其他介质上。数据分流从原始记录中，通过解码将各数据分流从原始记录中，通过解码将各种数据分类整理，剔除无效观测值和冗余信息，种数据分类整理，剔除无效观测值和冗余信息，形成各种数据文件，如星历文件、观测文件和形成各种数据文件，如星历文件、观测文件和测站信息文件等。测站信息文件等。统一数据文件格式将不同类型接收机的统一数据文件格式将不同类型接收机的数据记录格式、项目和采样间隔，统一为标准数据记录格式、项目和采样间隔，统一为标准化的文件格式，以便统一处理。化的文件格式，以便统一处理。卫星轨道的标准化采用多项式拟合法，平卫星轨道的标准化采用多项式拟合法，平滑滑GPS卫星每小时发送的轨道参数，使观测时段卫星每小时发送的轨道参数，使观测时段的卫星轨道标准化。的卫星轨道标准化。探测周跳、修复载波相位观测值。探测周跳、修复载波相位观测值。对观测值进行必要改正在对观测值进行必要改正在GPS观测值中加观测值中加入对流层改正，单频接收的观测值中加入电离层入对流层改正，单频接收的观测值中加入电离层改正。改正。基线向量的解算一般采用多站、多时段自动基线向量的解算一般采用多站、多时段自动处理的方法进行，处理的方法进行，具体处理中应注意以下几个问具体处理中应注意以下几个问题：题：基线解算一般采用双差相位观测值，对基线解算一般采用双差相位观测值，对于边长超过于边长超过30km的基线，解算时也可采用三差的基线，解算时也可采用三差相位观测值。相位观测值。卫星广播星历坐标值，可作基线解的起卫星广播星历坐标值，可作基线解的起算数据。对于特大城市的首级控制网，也可采算数据。对于特大城市的首级控制网，也可采用其他精密星历作为基线解算的起算值。用其他精密星历作为基线解算的起算值。基线解算中所需的起算点坐标，应按以基线解算中所需的起算点坐标，应按以下优先顺序采用：下优先顺序采用：国家国家GPS A、B级网控制点或其他高等级级网控制点或其他高等级GPS网控制点的已有网控制点的已有WGS84系坐标；系坐标；国家或城市较高等级控制点转换到国家或城市较高等级控制点转换到WGS84系后的坐标值；系后的坐标值；不少于观测不少于观测30mZn的单点定位结果的平差值的单点定位结果的平差值提供的提供的WGS。84系坐标。系坐标。在采用多台接收机同步观测的一个同步在采用多台接收机同步观测的一个同步时段中，可采用单基线模式解算，也可以只时段中，可采用单基线模式解算，也可以只选择独立基线按多基线处理模式统一解算。选择独立基线按多基线处理模式统一解算。同一级别的同一级别的GPS网，根据基线长度不同，网，根据基线长度不同，可采用不同的数据处理模型。但是可采用不同的数据处理模型。但是08km内内的基线须采用双差固定解。的基线须采用双差固定解。30km以内的基线，以内的基线，可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果。果。30km以上的基线，可采用三差解作为基以上的基线，可采用三差解作为基线解算的最终结果。线解算的最终结果。对于所有同步观测时间短于对于所有同步观测时间短于30min的快的快速定位基线，必须采用合格的双差固定解作速定位基线，必须采用合格的双差固定解作为基线解算的最终结果。为基线解算的最终结果。三、观测成果的外业检核三、观测成果的外业检核 对野外观测资料首先要进行复查，内容包对野外观测资料首先要进行复查，内容包括：括：成果是否符合调度命令和规范的要求；进成果是否符合调度命令和规范的要求；进行的观测数据质量分析是否符合实际行的观测数据质量分析是否符合实际。然后进。然后进行下列项目的检核：行下列项目的检核：1每个时段同步观测数据的检核每个时段同步观测数据的检核 数据剔除率，剔除的观测值个数与应获数据剔除率，剔除的观测值个数与应获取的观测值个数的比值称为数据剔除率。同一取的观测值个数的比值称为数据剔除率。同一时段观测值的数据剔除率，其值应小于时段观测值的数据剔除率，其值应小于10。采用单基线处理模式时，对于采用同一采用单基线处理模式时，对于采用同一种数学模型的基线解，其同步时段中任一的三种数学模型的基线解，其同步时段中任一的三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭边同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差不得超过表合差不得超过表812所列限差。所列限差。2重复观测边的检核重复观测边的检核 同一条基线边若观测了多个时段，则可得同一条基线边若观测了多个时段，则可得到多个边长结果。这种具有多个独立观测结果到多个边长结果。这种具有多个独立观测结果的边就是的边就是重复观测边重复观测边。对于重复观测边的任意。对于重复观测边的任意两个时段的成果互差，均应小于相应等级规定两个时段的成果互差，均应小于相应等级规定精度精度(按平均边长计算按平均边长计算)的的2根倍。根倍。3同步观测环检核同步观测环检核 当环中各边为多台接收机同步观测时，由当环中各边为多台接收机同步观测时，由于各边是不独立的，所以其闭合差应恒为零。于各边是不独立的，所以其闭合差应恒为零。例如三边同步环中只有两条同步边可以视为独例如三边同步环中只有两条同步边可以视为独立的成果，第三边成果应为其余两边的代数和。立的成果，第三边成果应为其余两边的代数和。但是由于模型误差和处理软件的内在缺陷，但是由于模型误差和处理软件的内在缺陷，使得这种同步环的闭合差实际上仍可能不为零。使得这种同步环的闭合差实际上仍可能不为零。这种闭合差一般数值很小，不至于对定位结果这种闭合差一般数值很小，不至于对定位结果产生明显影响，所以也可把它作为成果质量的产生明显影响，所以也可把它作为成果质量的一种检核标准。一种检核标准。一般规定，三边同步环中第三一般规定，三边同步环中第三边处理结果与前两边的代数和之差应小于下列边处理结果与前两边的代数和之差应小于下列数值：数值：4异步观测环检核异步观测环检核 无论采用单基线模式或多基线模式解算基无论采用单基线模式或多基线模式解算基线，都应在整个线，都应在整个GPS网中选取一组完全的独立网中选取一组完全的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差应符合下式：和全长闭合差应符合下式：当发现边闭合数据或环闭合数据超出规定时，当发现边闭合数据或环闭合数据超出规定时，应分析原因并对其中部分或全部成果重测。需应分析原因并对其中部分或全部成果重测。需要重测的边，应尽量安排在一起进行同步观测。要重测的边，应尽量安排在一起进行同步观测。四、野外返工四、野外返工 对经过检核超限的基线在充分分析基础上，对经过检核超限的基线在充分分析基础上，进行野外返工观测，基线返工应进行野外返工观测，基线返工应注意注意如下几个如下几个问题：问题：无论何种原因造成一个控制点不能与两无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格独立基线相联结，则在该点上应补测或条合格独立基线相联结，则在该点上应补测或重测不少于一条独立基线。重测不少于一条独立基线。可以舍弃在复测基线边长较差、同步环可以舍弃在复测基线边长较差、同步环闭合差、独立环闭合差检验中超限的基线，但闭合差、独立环闭合差检验中超限的基线，但必须保证舍弃基线后的独立环所含基线数，不必须保证舍弃基线后的独立环所含基线数，不得超过表得超过表8-5的规定；否则，应重测该基线或者的规定；否则，应重测该基线或者有关的同步图形。有关的同步图形。由于点位不符合由于点位不符合GPS测量要求而造成测量要求而造成个测站多次重测仍不能满足各项限差技术规个测站多次重测仍不能满足各项限差技术规定时，可按技术设计要求另增选新点进行重测。定时，可按技术设计要求另增选新点进行重测。9-3 GPS基线向量的解算基线向量的解算 基线向量的解算是一个复杂的平差计算过基线向量的解算是一个复杂的平差计算过程。程。解算时要顾及观测时段中信号间断引起的解算时要顾及观测时段中信号间断引起的数据剔除、观测数据粗差的发现及剔除、星座数据剔除、观测数据粗差的发现及剔除、星座变化引起的整周未知参数的增加等问题。变化引起的整周未知参数的增加等问题。基线处理完成后应对其结果作以下分析和基线处理完成后应对其结果作以下分析和检核：检核：观测值残差分析。观测值残差分析。平差处理时假定观测平差处理时假定观测值仅存在偶然误差。理论上，载波相位观测精值仅存在偶然误差。理论上，载波相位观测精度为度为1周，即对周，即对L1波段信号观测误差只有波段信号观测误差只有2mm。因而当偶然误差达。因而当偶然误差达1cm时，应认为观测时，应认为观测值质量存在系统误差或粗差。当残差分布中出值质量存在系统误差或粗差。当残差分布中出现突然的跳变时，表明周跳未处理成功。现突然的跳变时，表明周跳未处理成功。基线长度的精度。基线长度的精度。处理后基线长度中误处理后基线长度中误差应在标称精度值内。多数双频接收机的基线差应在标称精度值内。多数双频接收机的基线长度标称精度为长度标称精度为5lppmD(mm)，单频接收机，单频接收机的基线长度标称精度为的基线长度标称精度为102ppmD(mm)。对。对于于20km以内的短基线，单频数据通过差分处以内的短基线，单频数据通过差分处理可有效地消除电离层影响，从而确保相对定理可有效地消除电离层影响，从而确保相对定位结果的精度。位结果的精度。基线向量环闭合差的计算及检核。基线向量环闭合差的计算及检核。由同时由同时段的若干基线向量组成的同步环和不同时段的若段的若干基线向量组成的同步环和不同时段的若干基线向量组成的异步环，其闭合差应能满足相干基线向量组成的异步环，其闭合差应能满足相应等级的精度要求。其闭合差值应小于相应等级应等级的精度要求。其闭合差值应小于相应等级的限差值。基线向量检核合格后，便可进行基线的限差值。基线向量检核合格后，便可进行基线向量网的平差计算，平差后求得各向量网的平差计算，平差后求得各GPS之间的相之间的相对坐标差值，加上基准点的坐标值，求得各对坐标差值，加上基准点的坐标值，求得各GPS点的坐标。点的坐标。实际应用中，往往要求得各实际应用中，往往要求得各GPS点在国家坐点在国家坐标系中的坐标值。还需要进行坐标转换，将标系中的坐标值。还需要进行坐标转换，将GPS点的坐标值转换为国家坐标系坐标值。也可将点的坐标值转换为国家坐标系坐标值。也可将GPS网与地面网进行联合平差，或将网与地面网进行联合平差，或将GPS基线网基线网与地面网的观测数据一并联合平差。与地面网的观测数据一并联合平差。一、双差观测值模型一、双差观测值模型 由第五章由第五章GPS卫星定位基本原理可知，设卫星定位基本原理可知，设在在GPS标准时刻标准时刻ti在测站在测站1，2同时对卫星同时对卫星k、j进进行了载波相位测量，将载波相位观测值方程行了载波相位测量，将载波相位观测值方程(5-18)式代入双差观测值方程式代入双差观测值方程(541)式，整理后可式，整理后可以得到双差观测值模型以得到双差观测值模型在第五章中，首先将上式在第五章中，首先将上式化为线性方程形式，然后化为线性方程形式，然后列出双差观测值的误差方列出双差观测值的误差方程式组，组成法方程式后程式组，组成法方程式后再求解待定点的坐标。误再求解待定点的坐标。误差方程最终形式：差方程最终形式：二、法方程的组成及解算二、法方程的组成及解算 在在ti历元，在历元，在1、2测站上同时观测了测站上同时观测了k个卫个卫星，在连续观测的情况下，共有，星，在连续观测的情况下，共有，n=M(k-1)个个误差方程，其中误差方程，其中M为观测历元个数。将所有误为观测历元个数。将所有误差方程写成矩阵形式差方程写成矩阵形式V=AX+Lj为历元数，为历元数，j=n(k-1)=M。按各类双差观测值。按各类双差观测值等权且彼此独立，即权阵户为单位阵，组成法等权且彼此独立，即权阵户为单位阵，组成法方程：方程：NX+B=0 (9-17)式中，式中，N=ATA，B=ATL。可解得。可解得X为为X=-N-1B=ATA-(ATL)(9-18)若若1点坐标已知，可求得点坐标已知，可求得2点坐标：点坐标：基线向量坐标平差值为基线向量坐标平差值为整周模糊度平差值为整周模糊度平差值为三、精度评定三、精度评定 1单位权中误差估值单位权中误差估值 2平差值的精度估计平差值的精度估计 未知数向量未知数向量X中任一分量的精度估值为中任一分量的精度估值为 基线长度基线长度b中误差估值为中误差估值为 基线长度相对中误差估值为基线长度相对中误差估值为下面给出某一基线向量解算结果：下面给出某一基线向量解算结果：基线端点号：基线端点号：0105 基线向量值：基线向量值：X=-11675629 Y=-2505650 Z=-3 791074S=12 584391 向量标准差：向量标准差：MX：00010466 MY：00013094 MZ：00016443 MS=00009 相关系数阵：相关系数阵：dx dy dz dx 1000000 dy -0599817 1000000 dz -0221641 0545551 1000000 四、基线向量解算结果分析四、基线向量解算结果分析 基线向量的解算是一个复杂的平差计算过基线向量的解算是一个复杂的平差计算过程。实际处理时要顾及时段中信号间断引起的程。实际处理时要顾及时段中信号间断引起的数据剔除、劣质观测数据的发现及剔除、星座数据剔除、劣质观测数据的发现及剔除、星座变化引起的整周未知参数的增加，进一步消除变化引起的整周未知参数的增加，进一步消除传播延迟改正以及对接收机钟差重新评估等问传播延迟改正以及对接收机钟差重新评估等问题。题。基线处理完成后应对其结果作以下分析：基线处理完成后应对其结果作以下分析：1观测值残差分析观测值残差分析 平差处理时假定观测值仅存在偶然误差，平差处理时假定观测值仅存在偶然误差，当存在系统误差或粗差时，处理结果将有偏差。当存在系统误差或粗差时，处理结果将有偏差。理论上，载波相位观测精度为，理论上，载波相位观测精度为，1周，即对上周，即对上L1波段信号观测误差只有波段信号观测误差只有2mm。因而当。因而当偶然误差达偶然误差达1cm时，应认为观测值质量存在较严时，应认为观测值质量存在较严重问题。当系统误差达分米级时应认为处理软重问题。当系统误差达分米级时应认为处理软件中的模型不适用。当残差分布中出现突然的件中的模型不适用。当残差分布中出现突然的跳跃或尖峰时，表明周跳未处理成功。跳跃或尖峰时，表明周跳未处理成功。2基线长度的精度基线长度的精度 基线处理后基线长度中误差应在标称精度基线处理后基线长度中误差应在标称精度值内。多数接收机的基线长度标称精度为值内。多数接收机的基线长度标称精度为51012ppmD(mm)。3双差固定解与双差实数解双差固定解与双差实数解 理论上整周未知数理论上整周未知数N是一整数，但平差解算是一整数，但平差解算得的是一实数，称为双差实数解。将实数确定得的是一实数，称为双差实数解。将实数确定为整数在进一步平差时不作为未知数求解时，为整数在进一步平差时不作为未知数求解时，这样的结果称为这样的结果称为双差固定解双差固定解。短基线情况下可。短基线情况下可以精确确定整周未知数，因而其解算结果优于以精确确定整周未知数，因而其解算结果优于实数解，但两者之间的基线向量坐标应符合良实数解，但两者之间的基线向量坐标应符合良好好(通常要求其差小于通常要求其差小于5cm)。当双差固定解与实。当双差固定解与实数解的向量坐标差达分米级时，则处理结果可数解的向量坐标差达分米级时，则处理结果可能有疑，其原因多为观测值质量不佳。基线长能有疑，其原因多为观测值质量不佳。基线长度较长时，通常以双差实数解为佳。度较长时，通常以双差实数解为佳。94 GPS定位成果的坐标转换定位成果的坐标转换 GPS定位成果属于定位成果属于WGS-84大地坐标系大地坐标系(因为因为卫星星历是以卫星星历是以WGS-84坐标系为根据而建立的坐标系为根据而建立的)，而实用的测量成果往往是属于某一国家坐标，而实用的测量成果往往是属于某一国家坐标系或地方坐标系系或地方坐标系(或叫局部的、参考坐标系或叫局部的、参考坐标系)。参。参考坐标系与考坐标系与WGS 84坐标系之间一般存在着平移坐标系之间一般存在着平移和旋转的关系。实际应用中必须研究和旋转的关系。实际应用中必须研究GPS成果成果与地面参考坐标系统的转换关系。与地面参考坐标系统的转换关系。一、一、GPS定位结果的表示方法定位结果的表示方法 WGS-84大地坐标系是大地坐标系是GPS卫星定位系统采用的大卫星定位系统采用的大地坐标系，因而，所有利用地坐标系，因而，所有利用GPS接收机进行测量计算的接收机进行测量计算的成果均属于成果均属于WGS-84坐标系。坐标系。GPS定位有定位有单点绝对定位和点间相对定位单点绝对定位和点间相对定位两种方法，两种方法，定位结果的表示形式也随结果的性质不同而不同，但都定位结果的表示形式也随结果的性质不同而不同，但都以以WGS-84坐标系作为参考体。单点定位确定的是点在坐标系作为参考体。单点定位确定的是点在WGS-84坐标系中的位置。大地测量中点的位置常用大坐标系中的位置。大地测量中点的位置常用大地纬度地纬度B，大地经度，大地经度L和大地高和大地高H表示，也常用三维直表示，也常用三维直角坐标角坐标X、Y、Z表示。相对定位确定的是点之间的相表示。相对定位确定的是点之间的相对位置，因而可以用直角坐标差对位置，因而可以用直角坐标差X、Y、Z表示，也表示，也可以用大地坐标差可以用大地坐标差B、L和和H表示。相对定位时其中表示。相对定位时其中一个点是固定点，设为一个点是固定点，设为1号点，其坐标为号点，其坐标为X1、Y1、Z1或或B1、L1、H1，则另一点，则另一点(2号点号点)的三维直角坐标和大地的三维直角坐标和大地坐标可分别求得如下：坐标可分别求得如下：如果建立以固定点为原点的站心地平空间直角坐标系，如果建立以固定点为原点的站心地平空间直角坐标系，参照参照(26)式则式则2号点在该坐标系内的坐标号点在该坐标系内的坐标X、Y、Z与与基线向量基线向量X、Y、Z的关系为的关系为二、二、GPS定位成果的坐标转换定位成果的坐标转换 用单点定位方法或相对定位方法得到的用单点定位方法或相对定位方法得到的GPS定位定位成果是成果是WGS-84坐标系中的三维直角坐标坐标系中的三维直角坐标(X Y Z)或三或三维大地坐标维大地坐标(B L H)。一般。一般GPS接收机随机软件都能给接收机随机软件都能给出这两种坐标值。在同一坐标系统内，出这两种坐标值。在同一坐标系统内，(X Y Z)与与(B L H)之间的转换见第二章之间的转换见第二章21中的公式中的公式(2-3)和公式和公式(2-4)。本节讨论的问题是将本节讨论的问题是将GPS定位成果的定位成果的WGS-84坐标转坐标转换为国家或地方坐标系中的坐标。换为国家或地方坐标系中的坐标。比如将比如将GPS点的点的WGS-84坐标转换为实际应用中常用的坐标转换为实际应用中常用的1954年北京坐标年北京坐标系中的坐标。这种转换属于不同坐标系统之间的转换，系中的坐标。这种转换属于不同坐标系统之间的转换，一般有以下几种转换方法：一般有以下几种转换方法：利用已知重合点的三维直角坐标进行坐标转换；利用已知重合点的三维直角坐标进行坐标转换；利用已知重合点的三维大地坐标进行坐标转换；利用已知重合点的三维大地坐标进行坐标转换；利用已知重合点的二维高斯平面坐标进行坐标转换；利用已知重合点的二维高斯平面坐标进行坐标转换；利用已知重合点的二维大地坐标进行坐标转换。利用已知重合点的二维大地坐标进行坐标转换。1利用已知重合点的三维直角坐标将利用已知重合点的三维直角坐标将GPS点的点的WGS-84坐标转换为国家坐标系中的坐标坐标转换为国家坐标系中的坐标 (1)用七参数法实现坐标转换用七参数法实现坐标转换 (2)局部地区应用坐标差求解转换参数的方法局部地区应用坐标差求解转换参数的方法 因为因为GPS定位结果中，经基线向量网平差后获得高定位结果中，经基线向量网平差后获得高精度的基线向量精度的基线向量(X Y Z)G，在重合点中选定一点为，在重合点中选定一点为原点，分别求出各原点，分别求出各GPS点对原点的坐标差，同时也求出点对原点的坐标差，同时也求出地面网点对原点的坐标差，然后利用式地面网点对原点的坐标差，然后利用式(2-24)求出尺度求出尺度比与比与3个旋转角参数。求出个旋转角参数。求出4个转换参数后便可利用该式个转换参数后便可利用该式计算各计算各GPS点转换至国家坐标系中的三维坐标值。这种点转换至国家坐标系中的三维坐标值。这种转换方法实践证明精度较高。转换方法实践证明精度较高。(3)在在GPS网的约束平差中实现坐标转换网的约束平差中实现坐标转换 将地面网点的已知坐标、方位角和边长作为约束条将地面网点的已知坐标、方位角和边长作为约束条件，坐标转换参数也作为未知数，平差之后即得到各件，坐标转换参数也作为未知数，平差之后即得到各GPS点的地面网坐标系点的地面网坐标系(国家或地方坐标系国家或地方坐标系)的坐标，平的坐标，平差的同时解算出坐标转换参数。具体内容在下面几节中差的同时解算出坐标转换参数。具体内容在下面几节中专述。专述。2利用已知重合点的二维高斯平面坐标将利用已知重合点的二维高斯平面坐标将GPS点的点的WGS-84坐标转换为国家坐标系中的坐标坐标转换为国家坐标系中的坐标这种二维坐标转换的方法步骤为：这种二维坐标转换的方法步骤为：将将GPS点的大地坐标点的大地坐标(B L)按按WGS-84参考椭球参考椭球参数和高斯正形投影公式换算为高斯平面坐标参数和高斯正形投影公式换算为高斯平面坐标(X Y)；利用重合点利用重合点(至少两个至少两个)的两套平面坐标值按平面的两套平面坐标值按平面坐标系统之间的转换方法将坐标系统之间的转换方法将GPS点点的高斯平面坐标转换为国家坐标系高斯平面坐标。的高斯平面坐标转换为国家坐标系高斯平面坐标。利用重合点的两套坐标值求出转换参数利用重合点的两套坐标值求出转换参数(x0,y0,P,Q)，即可按上式计算所有即可按上式计算所有GPS点在国点在国家坐标系中的坐标。如果重合点多于家坐标系中的坐标。如果重合点多于2个，则应用最小个，则应用最小二乘法原理求解转换参数。二乘法原理求解转换参数。3、只有一个重合点时的坐标转换、只有一个重合点时的坐标转换 如果如果GPS网中只有一个点具有国家大地坐标系中网中只有一个点具有国家大地坐标系中的坐标值，则可利用的坐标值，则可利用GPS三维网的平移变换方法，先三维网的平移变换方法，先利用重合点的两套坐标值利用重合点的两套坐标值(XYZ)G和和(XYZ)D求出平移求出平移参数参数Xo、Yo、Zo，然后按下式将，然后按下式将GPS网各点坐标变换网各点坐标变换为国家大地坐标系中的三维直角坐标为国家大地坐标系中的三维直角坐标4、只有一个重合点和一个已知大地方位角时的坐标转、只有一个重合点和一个已知大地方位角时的坐标转换换5、只有一个重合点和一个已知大地方位角时的坐标转、只有一个重合点和一个已知大地方位角时的坐标转换换95 基线向量网平差基线向量网平差 两观测站对两观测站对GPS卫星的同步观测数据，经过平差后，卫星的同步观测数据，经过平差后，解算出两观测站间的基线向量及其方差与协方差。实际解算出两观测站间的基线向量及其方差与协方差。实际工作中，同时参加作业的接收机可能多于两台，这样，工作中，同时参加作业的接收机可能多于两台，这样，在同一观测时间段中，便可能在多个观测站上同步观测在同一观测时间段中，便可能在多个观测站上同步观测GPS卫星，同时解算多条基线向量。将不同时段观测的卫星，同时解算多条基线向量。将不同时段观测的基线向量互相联结成网，称为基线向量互相联结成网，称为GPS基线向量网基线向量网。CPS基基线向量网的平差是以线向量网的平差是以GPS基线向量为观测值，以其方差基线向量为观测值，以其方差阵之逆阵为权，进行平差计算，消除许多图形闭合条件阵之逆阵为权，进行平差计算，消除许多图形闭合条件不符值，求定各不符值，求定各GPS网点的坐标并进行精度评定。网点的坐标并进行精度评定。在以两观测站之间的基线向量为观测量进行网的平在以两观测站之间的基线向量为观测量进行网的平差时，一般认为任一基线向量的三个分量之间是相关的，差时，一般认为任一基线向量的三个分量之间是相关的，其相关性的大小由基线向量各自平差的结果确定；而不其相关性的大小由基线向量各自平差的结果确定；而不同的基线向量之间是相互独立的。同的基线向量之间是相互独立的。GPS基线向量网的平差分为基线向量网的平差分为三种类型三种类型：一是经典的一是经典的自由网平差，又叫无约束平差，平差时固定网中某一点自由网平差，又叫无约束平差，平差时固定网中某一点的坐标，平差的主要目的是检验网本身的内部符合精度的坐标，平差的主要目的是检验网本身的内部符合精度以及基线向量之间有无明显的系统误差和粗差，同时为以及基线向量之间有无明显的系统误差和粗差，同时为用用GPS大地高与公共点正高大地高与公共点正高(或正常高或正常高)联合确定联合确定GPS网网点的正高点的正高(或正常高或正常高)提供平差处理后的大地高程数据；提供平差处理后的大地高程数据；二是非自由网平差，又叫约束平差，平差时以国家大地二是非自由网平差，又叫约束平差，平差时以国家大地坐标系或地方坐标系的某些点的坐标，边长和方位角为坐标系或地方坐标系的某些点的坐标，边长和方位角为约束条件，顾及约束条件，顾及GPS网与地面网之间的转换参数进行平网与地面网之间的转换参数进行平差计算；差计算；三是三是GPS网与地面网联合平差，即除了网与地面网联合平差，即除了GPS基基线向量观测值和约束数据以外，还有地面常规测量值如线向量观测值和约束数据以外，还有地面常规测量值如边长、方向和高差等，将这些数据一并进行平差。边长、方向和高差等，将这些数据一并进行平差。非自非自由网平差与联合平差一般是在国家坐标系或地方坐标系由网平差与联合平差一般是在国家坐标系或地方坐标系内进行，平差完成后网点坐标已属于国家坐标系或地方内进行，平差完成后网点坐标已属于国家坐标系或地方坐标系，因而这两种平差方法是解决坐标系，因而这两种平差方法是解决GPS成果转换的有成果转换的有效手段。效手段。平差可以以三维模式进行，也可以以二维模式进行。当平差可以以三维模式进行，也可以以二维模式进行。当进行二维平差时，应首先将三维进行二维平差时，应首先将三维GPS基线向量坐标及其基线向量坐标及其方差阵转换至二维平差计算面方差阵转换至二维平差计算面(椭球面或高斯投影平面椭球面或高斯投影平面等等)。除对某些特殊除对某些特殊GPS网需要作一些特别考虑外，对上网需要作一些特别考虑外，对上述几种述几种GPS网进行平差计算所采用的方法有以下几种：网进