gps控制网平差优化处理方法研究

gps控制网平差优化处理方法研究

目前，gps测量已经成为构建首次道路测量平面控制网络的首选方法，但在应用过程中仍存在一些需要改进的地方。例如，如何根据公路测量gps控制网络的具体特点，通过合理的选择，优化进入网络的最后一个差分的波束，获得更精确的平面坐标。针对这个问题，作者提出了几年的gps和工程实践，并提出了一种更实际的处理方法。在观测值不损失观测值的前提下，可以大大提高点的精度，具有一定的工程应用价值。1优化内部行业差的方法1.1网平差ratio因子一般GPS工程控制网内业平差处理时,首先根据外业采集数据和基线解算条件按站际星际间的双差数学模型进行基线解算,求得相邻同步观测点间的坐标差值(ΔXij,ΔYij,ΔZij);然后在此基础上,通过对独立基线边、重复基线边、同步观测环和异步观测环闭合差的检验来检核外业观测成果的质量.根据规范要求合格的基线解算结果应满足以下4个条件:1)均方差在±10mm左右,方差比(RATIO因子)大于3;2)2个不同时段的重复基线边求得的边长之差小于,其中,σ为基线观测的标准差;3)同步环点位闭合差小于5(mm);4)独立异步环点位闭合差小于若通过检验,基线成果全部合乎规范要求,即可进行最后的网平差.网平差又可分成三维自由网平差和二维约束平差两个过程.其平差观测值为全部合格的基线坐标差值.在进行三维自由网平差时若测区内有WGS-84坐标系统下的高级点,则以其作为起算点;若测区内无WGS-84坐标系统下的高级点,则以GPS观测网中观测时间最长点的单点定位结果的平均值作为起算点坐标.其平差数学模型为式中,ΔXij为ij基线解算的X坐标差值;ΔX为X坐标差值的初始值;Vxij为X坐标差值的改正数;δXi,δXj为待求定的I,J两点的坐标改正参数.二维约束平差的目的就是将三维GPS基线网变换投影至国家参心大地坐标或地方独立坐标中,即利用3个以上的地面重合点使GPS基线向量网与常规地面测量控制网原点重合,且尺度和方向一致.通过平差解算即可求得各待定点在原有坐标系统下的平面坐标.1.2gps在道路上的测量与控制以及网络中的差异优化处理方法1.2.1双差数据处理方法在公路勘测中GPS主要用于布设首级平面控制网,根据文献的要求,其点位一般布设成如图1所示的图形,即每隔5km左右布设一对相互通视、边长为300m左右并埋设标石的GPS点.这样的布设虽然有利于后续用全站仪来加密布设附合导线,但是,由于控制点间的边长过于悬殊,导致内业数据处理过程中存在一些较为明显的不合理成份.如为了有效检验外业基线成果的质量,必须在网中形成一定数量的异步闭合环,由于异步环中边长较为悬殊(有几百米的,也有十几公里的),虽然其满足上述基线检核的各项限差条件,但若不加区别地将全部基线纳入网中进行平差计算,由于长边的系统误差比短边系统误差明显要大(这是由双差数据处理模型所决定的,特别是单频接收机观测的结果),因而长边绝对精度要比短边低很多,若将它们一同平差,势必将长边误差传递到短边中,大大削弱短边的精度,影响整个控制网的点位精度.1.2.2内业平差处理为了较为合理地处理上述问题,根据公路勘测GPS控制网点位布设特点,笔者通过几次公路勘测首级GPS控制网建立的实践,提出了一种行之有效的优化处理方法,较好地解决了这一问题.此法的实质就是在内业平差处理时将形成异步环的较长边(10km以上,如图1中的AE,EJ和AJ边)仅用于基线成果的检核,不纳入网平差计算的范畴,以提高整个GPS网的点位精度.具体运用时应在常规内业平差处理的基础上按以下两方面进行优化处理:首先,按常规进行基线解算和观测成果的检验.在经过4项检验特别是经过异步环闭合差检验合格后,进入下一步的网平差计算.其次,在保证所有待定点均能坐标解算的前提下,将GPS控制网中用于形成异步环的较长基线边删除,再进行三维自由网平差和二维约束平差.虽然此时GPS控制网的网形类似支导线的形式,但由于已经经过基线检核,因而其解算成果也是可靠的.2外业观测基平差处理图2是高邮市某公路勘测GPS首级平面控制网示意图.为了获得准确的首级平面控制点坐标,在导线测量之前先利用GPS静态测量模式测定了10个首级平面控制点.这10个点沿线路布设,且每个点至少有一个通视方向,并埋设水泥桩,以便长期保存.GPS静态测量时,用3台标称精度为5mm+2×10-6D(距离)的南方NGS200接收机测定了5个时段,每个时段同步观测的时间均超过50min,外业观测时其PDOP均小于4.外业观测结束后用南方GPS内业处理软件进行了基线平差处理,按照4项基线检核条件进行了检核,其独立基线及重复基线均满足要求,其同步环最大坐标闭合差为20mm,最小为0mm,相对精度最高为0.34×10-6,最低为1.93×10-6;其异步环最大坐标闭合差为64mm,最小为0mm,相对精度最高为0.86×10-6,最低为1.87×10-6,均满足检核条件.分别按2种方法进行三维自由网平差并以54北京坐标系统的参考椭球参数进行二维约束平差,得出了各待定点的平面坐标.平差时,以119°18′为中央子午线、GD01的WGS-84坐标为起始点坐标、WGS-84坐标系的方向和尺度为基本条件,进行二维约束(相当于独立坐标系).第1种方法为常规平差计算方法,即按图2所示的网形将所有合格基线一同参与平差计算;第2种方法为本文所推荐的优化处理方法,即将用于组成异步环的较长边删除,形成图3所示的网形进行平差计算.2种方法的主要处理结果分别见表1～表4.从以上数据处理结果可以明显看出:优化处理法与常规法相比其结果精度得到了大幅度的提高.笔者还在宜兴市徐舍公路勘测和104国道江宁段勘测首级GPS控制测量中进一步验证了这一方法,其数据处理结果也充分证明了这种方法的有效性和合理性.3网平差处理效果1)按照GPS测量的规范规定,公路勘测首级