GPS网平差起算点个数选择
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。
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。
实验五 GPS网平差(COMPASS Solution)分解
网平差——网平差设置；
选择Free Adjustment—3D
四 实验方法与步骤 3.无约束平差
(3) 网平差
执行[Adjustment]→[Run Adjustment]，
软件会按照前面的设置运行网平差。
(4) 成果输出
• 执行[Report]→[Report]，可把平差结果中的全部内容告可以在任务所在路径的“Report”文件夹下 找 到。
四 实验方法与步骤 4.约束平差
(1) 坐标系统设定
—执行[Tools]→[Datum Manager]，会弹出无坐标系提示； —单击[Add]添加坐标系，在对话框中选择椭球类型——BJ54； —单击[确定]，保存设置好的坐标系。
四 实验方法与步骤 4.约束平差
(2) 设置已知点坐标 点击屏幕左测的观测站点项——选择已知点点名— —高亮处点鼠标右键——属性——已知点坐标——固 定方式、固定坐标——约束打钩——确定；（有多个 已知点重复上步）
A7
51593.740
65218.912
92.249
实验五
一 目的
GPS网平差
1.进一步熟悉GPS数据后处理软件的使用 2.学习GPS网平差的方法。
二 要求
1.掌握GPS网无约束平差方法； 2.掌握GPS网约束平差方法。
三 仪器及工具
每人提供计算机机位一个。
四 实验方法与步骤 （COMPASS Solution软件）
1.基线解算
•静态基线处理设置
—数据采样间隔 —截止角度 —参考卫星 —观测值
四 实验方法与步骤 （COMPASS Solution软件）
1.基线解算
•基线处理
—处理当前基线 ������ —处理选定基 线 ������ —处理全部基 线 ������ —基线属性查 看
GPS网形布设和解算基本要求
GPS网形布设和解算基本要求GPS网形布设和基线解算基本技术规定1 级别划分GPS测量按精度和用途分为A、B、C、D、E级。
2 测量精度2.1 A级GPS网由卫星定位连续运行基准站构成，其精度应不低于表1的要求。
表12.2 B、C、D和E级的精度应不低于表2的要求。
表22.3 各级GPS网最简异步观测环或附合路线的边数应不大于表3的规定。
表32.3.1 各级GPS网点位应均匀分布，相邻点间距离最大不宜超过该网平均间距的2倍。
2.3.2 新布设的GPS网应与附近已有的国家高等级GPS点进行联测，联测点数不应少于3点。
2.3.3 为求定GPS点在某一参考坐标系中坐标，应与该参考坐标系中的原有控制点联测，联测的总点数不应少于3点。
在需用常规测量方法加密控制网的地区，D、E级网点应有1-2方向通视。
3 接收机选用A级网测量采用的GPS接收机的选用按CH/T 2008的有关规定执行，B、C、D、E级GPS 网按表4规定执行。
表44 观测4.1 基本技术规定4.1.1 A级GPS网观测的技术要求按CH/T 2008的有关规定执行。
4.1.2 B、C、D、E级GPS网观测的基本技术规定应符合表5的要求。
表55 观测区的划分5.1 B、C、D、E级GPS网的布测视测区范围的大小，可实行分区观测。
当实行分区观测时，相邻分区见至少应有4个公共点。
6 基线向量的解算6.1 解算方案要求：6.1.1 根据外业施测的精度要求和实际情况、软件的功能和精度，可采用多基线解或单基线解；6.1.2 起算点的选取应根据测量已知点的情况确定坐标起算点，每个同步观测图形应至少选定一个起算点。
6.2 基线向量解算基本要求：6.2.1 A、B级GPS网基线精处理应采用精密星历。
C级及以下各级网基线处理时，可采用广播星历。
6.2.2 B、C、D、E级网GPS观测值均应加入对流层延迟修正，对流层延迟修正模型中的气象元素可采用标准气象元素。
6.2.3 基线解算，按同步观测时段为单位进行。
D级GPS要求
D级GPS要求D级GPS控制测量技术要求1、D级GPS控制⽹的⽹型设计GPS控制⽹的⽹型设计，是保证控制⽹精度的基础。
⾸先考虑起算点的位置和图形强度，遵循从整体到局部、分级布⽹的原则进⾏布设。
D级GPS控制⽹中不要求每点之间通视，整个控制⽹中应联测不少于3个⾼等级已知点，并根据需要联测⼀定数量的⾼程点。
D级GPS控制⽹最简独⽴闭合环或附合路线边数及相邻点之间的平均距离如下表：相邻点最⼩距离可为平均距离的1/3-1/2；最⼤距离可为平均距离的2-3倍。
2、D级GPS控制⽹选点埋⽯D级GPS控制⽹选点埋⽯必须遵守下列原则，并按下列规定进⾏。
1). 选点⼈员应收集测区地质资料，实地勘察选定点位。
同时考察卫星通视环境与电磁⼲扰环境，确定可⽤标⽯类型、记录点之记有关内容，实地树⽴标志牌等。
选点（埋⽯）所占⽤的⼟地，应得到⼟地使⽤者或管理者的同意。
2)．点位应选择在稳定坚实的基岩、岩⽯、⼟层、建筑物顶部等能长期保存、满⾜观测条件的地点，并做好选点标记。
点位尽可能位于地⾯，城区内应尽量选在楼顶上，以便于保存和通视。
点位应尽量选在交通便利，⽅便观测的位置。
3)．选点时应避开环境变化⼤，测量标志难以永久保存的地点，如易受⽔淹的河床、低地、靠近铁路、公路、已规划的易受施⼯影响有剧烈震动的地点。
点位离开铁路的距离应不⼩于100m。
4). 选点时应避开地质环境不稳定的地区，如断裂破碎带边缘、易发⽣洪⽔、滑坡、岩崩区、局部沉降区，有⼤量物质搬移的矿区、采⽯场、⼤量取⼟、地下⽔剧烈变化的地点。
5)．选点时应远离发射功率强⼤的⽆线发射源、微波信道、⾼压线等，距离不⼩于200⽶，应远离⾼压输电线和微波⽆线电传送通道，其距离不得⼩于50⽶。
并应实地了解发射源和电磁波影响状况，标注在点之记环视图上。
6)．选点时应避开多路径环境影响，避免靠近⽔⾯、树冠、⾼⼤建筑物、低洼潮湿等地点，应保证15°以上⽆遮挡。
50⽶以内的各种固定与变化反射体应标注在点之记环视图上。
第七章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围GPS网的平差。
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。
GPS控制测量各种要求规范限差
《卫星定位城市测量规范》CJJ/T 73—2010注：边长小于200米时，边长中误差≤2cm。
二、三、四等网相邻点最小边长不宜小于平均边长的1/2，最长边长不宜超过平均边长的2倍。
一、二级网最大边长可在平均边长的基础上放宽1倍。
各项限差规定 σ（))((22bd a +=σ采用表1-1加乘常数） 同步环闭合差限差σω53x ≤， σω53y ≤， σω53z ≤， σω53≤ 同步环只计算三边同步环，))((22bd a +=σ，d 按照该等级平均边长计算，ω—环闭合差，222z y x ωωωω++=异步环闭合差限差σωn 2x ≤， σωn 2y ≤， σωn 2z ≤， σωn 32≤n —独立环的边数，d 按照该等级平均边长计算，))((22bd a +=σ，ω—环闭合差，222z y x ωωωω++=重复基线限差复测基线的长度较差ds ，同一基线不同时段较差应满足 σ23ds ≤（σ按照实际边长计算）三维无约束平差中，基线分量的改正数（X V ∆，Y V ∆，Z V ∆）绝对值应满足下列要求σ∆3V X ≤，σ∆3V Y ≤，σ∆3V Z ≤))((22bd a +=σd 按照基线边长计算约束平差中，基线分量的改正数与经过剔除粗差后的无约束平差结果的同一基线相应改正数较差应满足下列要求（或者进行已知点检查，已知点点位变化相对于约束点的边长相对中误差不应低于表1-1规定的上一等级控制网中最弱边相对中误差）σ∆2dV X ≤，σ∆2dV Y ≤，σ∆2dV Z ≤))((22bd a +=σd 按照基线边长计算《工程测量规范》GB50026-2007控制网测量中误差m ≤σ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=n WW N 31m ，N 为控制网中异步环的个数，n 为异步环边数，W 为异步环全长闭合差。
各项限差规定σ （))((22bd a +=σ采用表2-1加乘常数） 同步环闭合差限差σω5n x ≤， σω5n y ≤， σω5n z ≤， σω5n 3≤ n —同步环的边数，))((22bd a +=σ，d 按照该等级平均边长计算，ω—环闭合差，222z y x ωωωω++=异步环闭合差限差σωn 2x ≤， σωn 2y ≤， σωn 2z ≤， σωn 32≤n —独立环的边数，d 按照该等级平均边长计算，))((22bd a +=σ，ω—环闭合差，222z y x ωωωω++=重复基线限差复测基线的长度较差ds ，同一基线不同时段较差应满足 σ23ds ≤（σ按照实际边长计算）三维无约束平差中，基线分量的改正数（X V ∆，Y V ∆，Z V ∆）绝对值应满足下列要求σ∆3V X ≤，σ∆3V Y ≤，σ∆3V Z ≤))((22bd a +=σd 按照基线边长计算约束平差中，控制网的最弱边边长相对中误差，应满足表2-1中相应等级的规定。
D级GPS控制网的布设与精度分析
D级GPS控制网的布设与精度分析摘要：本文全面介绍了永年-肥乡测区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、数据处理、控制网平差及精度分析和可靠性检验等，同时对永年-肥乡测区GPS平面控制网建立的有关问题提出一些建议。
关键词：基线解算网平差精度分析可靠性检验全球定位系统（Global Positioning System，缩写GPS）是美国第二代卫星导航定位系统。
该系统以其全能性（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功能，已被广泛地应用于各种等级精度的城市控制测量中。
本文以永年-肥乡测区为例，进行GPS控制网布设与精度分析。
1.测区概况永年-肥乡测区位于河北省南部，中心坐标为东经114°15′18″，北纬36°52′25″。
京珠和京广高速公路横贯测区，测区交通较为方便。
测区位于冀南平原地区，地势平坦。
海拔标高一般在30～50m，地形条件较好，居民地较多。
2.控制网的布设（1）已有资料及利用1）平面控制资料：测区附近有张西堡镇M1（B级GPS点）、M2（C级GPS点），两点坐标系统为北京54坐标系，中央子午线为117，属6度带。
该两点标石保存完好，经检验精度能够满足要求，作为本测区平面控制的起算点。
2）高程控制资料：测区附近有水准点N1（Ⅱ等）、N2（Ⅱ等），其高程属1985年高程基准，该测区水准点标石保存完好，能够作为本测区高程控制网的起算点。
（2）控制网的布设以张西堡镇M1（B级GPS点）、M2（C级GPS点）为平面起算点，N1（Ⅱ等）、N2（Ⅱ等）为高程起算点，布设D级GPS控制网点15个，其编号采用流水编号GPS01、GPS02…，所布设的GPS点其高程是由高程起算点进行高程拟合所得，经检测满足精度要求。
3.GPS控制网的观测本次测量使用六台套中海达V8接收机测，标称精度为m基=±5mm+1ppm×D（式中D为水平距离，以km为单位），仪器经鉴定中心进行鉴定，鉴定结果合格。
测量平差问题中必要观测数的确定
n=15 t=3p-3=9
n=33 t=3p-3-3=15
1 3
2
P3
S0 为已知边, P1 , P2 ,P3 , P4 , P5 , P6 为待定点, ∠1～ ∠16 为观测角。 n=16 t = 2 p - 4 = 2 ×6 - 4 = 8
（2）当存在多余起算数据时
t=2p-4-q
A , B , C 为已知点, P1 ,P2 , P3 为 待定点, ∠1～ ∠12 为观测角。
n=12; t=2p-4-2=6。
~ 为已知方位角,P1 , P2 , P3 , P4 , P5 为待定点, ~ 2 1 ∠1～ ∠13 为观测角。
n=13; t=2p-4-1=5。
~ 为已知方位角, P1 , P2 , P3 , P4 , A , B 为已知点, 0 P5 , P6 为待定点, ∠1～∠21 为观测角。
n=5 t=2p-3-q=2×4-5=3
P1 , P2 , P3 , P4 , P5 , P6为待定点, S1～ S3 为观测边。
t = 2 p - 3= 2 ×6 - 3 = 9。
GPS网
a=3,b=3。
（1）当起算数据<=必要起算数据，且无多余起算 数据时 t=3p-3 （2）当存在多余起算数据时 t=3p-3-q
必要观测
为了确定观测对象的位置或形状、大小所必须的 最少观测数，称为必要观测。在测量中必要观测 是指为确定模型中所有待定点值（高程值或坐标 值）所需要的最少观测数。 必要观测数对参数个数的选择、多余观测数的确 定具有重要的意义。
必要观测数的确定
观测值个数：n； 必要观测数：t； 多余观测数：r； 所有点个数：p； 多余的起算数据：q； 确定每一个待定点值所需观测数：a； 必要起算数据个数（必要的起算基准）：b。
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GPS网平差参数说明
1.概述
工测通GSP中的GPS网平差，按向量网分为三维向量网平差和二维向量网平差两种模式，按约束条件分为无约束平差和约束平差两种方法。
这些平差方法在不同的数据处理阶段和条件下使用。
向量网约束条件坐标起算点主要用途
三维向量网无约束平差
0（可以不要起算点）GPS网自身精度评定
1
GPS网自身精度评定，
独立坐标系的控制网约束平差
2加密测量，
复测中采用相同基准
≥3
二维向量网无约束平差≥1
GPS网自身精度评定，
独立坐标系的控制网约束平差≥2
加密测量，
复测中采用相同基准
工测通GSP软件中，一般采用默认设置的选项即可。
有时也需要进行调整各选项参数，具体使用方法如下。
2.三维向量网平差
三维无约束平差，仅对GPS网进行自身内部精度检查时，可以不要起算点，直接对向量网进行平差，也可以选择一个三维地心坐标（WGS－84）起算点。
平差后GSP将报告是否存在粗差（粗差标准可以自行设定，粗差为弦长中误差的倍数，一般设为3倍中误差）。
没有起算点的话，不能进行坐标转换。
如果有一个三维地心坐标起算点（W GS-84），选择选项“转换到高斯平面”，在已知参数表格中设定高斯坐标系的中央子午线经度、投影面大地高程，GSP将地心坐标转换为对应工程椭球的大地坐标和高斯坐标。
三维约束平差，是在有更高级或已知的三维坐标（地心坐标或大地坐标）时采用。
如果有2个以上的三维固定坐标，可以选择“计算缩放与旋转参数”选项，以便消除向量网与起算点间的尺度、方向差异；也可以不选择该选项，但两种方法平差后结果有差异，要视不同情况采用。
如果少于3个固定点平差，无法计算尺度与旋转参数，该选项无效。
同时选择了“转换到高斯平面”选项，同样会将平差后的地心坐标转换到高斯平面上。
三维平差后的二维坐标在高斯坐标表格中。
二维平差后的坐标在独立坐标表格中。
3.二维向量网平差
二维平差前，GSP根据三维和二维固定点，将WGS84坐标系的三维基线向
量转换到高斯平面上的二维基线向量，再进行平差。
二维无约束平差需要至少一个三维坐标起算点和一个二维坐标起算点。
当有至少2个固定点时，可以选择“计算缩放与旋转参数”选项，也可以不选择该选项，但两种方法平差后结果有差异，要视不同情况采用。
GSP的二维平差还有一个选项为“H模型”。
不选择该选项时，GSP将三维基线向量转换到标准椭球面对应的高斯平面上的二维基线向量，再进行二维向量网的平差，此时一般要同时选择“计算缩放与旋转参数”选项，以便消除向量网与起算点间的尺度、方向差异，这也是科傻软件COSA GPS采用的平差模型，GSP平差结果也与COSA软件相同。
如果选择了“H模型”选项，GSP将三维基线向量转换到对应的工程椭球高斯平面上的二维基线向量，再进行二维向量网的平差，此时一般不选择“计算缩放与旋转参数”选项，但如果选择了“计算缩放与旋转参数”选项，平差计算结果与不选“H模型”选项、选择“计算缩放与旋转参数”选项时的平差结果相同。