科傻GPS数据处理软件说明书.doc

科傻系统(COSA)系列软件之四GPS工程测量网通用平差软件包（CosaGPS） 使用说明书2000年12 月版权所有 不得翻录Tel: (027)87860090,878715091380713208213807132081 E-mail: 目录简介“文件”下拉菜单“GPS数据处理”下拉菜单“查看”下拉菜单“工具”下拉菜单“坐标转换”下拉菜单“帮助”下拉菜单附录功能菜单框图附录算例及说明 简介基于全球卫星定位系统(GPS)的现代测量理论和技术改变了传统的测量模式，使工程测量行业发生了革命性变化，测量外业工作自动化程度大大提高，测量内业软件的作用更加重要。为了满足工程测量单位对GPS数据处理的要求，在分析研究GPS数据处理理论的基础上，我们研制了自主版权的CosaGPS软件系统，该软件具有如下特点：1.1 功能全面软件具有在世界空间直角坐标系(WGS-84)进行三维向量网平差（无约束平差和约束平差）、在椭球面上进行卫星网与地面网三维平差、在高斯平面坐标系进行二维联合平差、高程拟合等功能，并带有常用的工程测量计算工具。1.2 整体性好全部软件采用VC+语言编写，编辑器、文档、图形、数据处理模块均自主编写；采用多文档，可同时处理多项任务；采用工程管理模式，可方便进行各类数据的操作。1.3 解算容量大，运算速度快软件设计采用节省内存的快速算法，在64M内存的微机上，可整体解算数千个未知点的三维网，内存不够时则采用外存作缓冲，因而还可解算更大规模的GPS工程网。1.4 操作简明，使用方便在WIN95/98/2000系统环境下运行，可采用表格方式或文本方式进行数据录入，大部分操作采用“傻瓜“式选项。系统主菜单参见图1.1。 图1.1 “文件”下拉菜单（图2.1）2.1 工程与文件工程是指某项确定的任务，它是所有与之相关文档的集合，其中单个的文档称为文件，相关的文件通过工程而联系在一起。该系统是按工程进行管理和处理的，大部分操作是对所选定的工程进行的，这样做的优点是方便用户使用，便于存档和调阅，同时，按工程进行管理也是大部分优秀软件所采用的方法，为软件使用人员所熟悉。观测数据文件和平差结果文件等都是与工程有关的文档，一个工程会涉及到许多的文档，根据一定的命名规则，系统会调用相应的文档进行处理。“文件”下拉菜单参见图2.1。工程名一般采用地区或测区名称，这样易于记忆，其构成形式为*.prj。*是用户自己定义的，可由汉字、英文字母、数字、符号等组成，后缀prj是系统指定的，系统把以prj为后缀的文件看作是工程文件。另外，还有许多的数据文件和结果文件，其命名规则及含义为： 与工程有关的GPS文件：工程名.GPS1dKnownH 已知高程文件工程名.GPS2dKnownXY 已知平面坐标文件 工程名.GPS3dKnownXYZ 已知三维坐标文件工程名.GPS2dAzimuth 地面方位角工程名.GPS2dDistance 地面边长工程名.GPS3dVector GPS三维基线向量工程名.GPS2dVector GPS二维坐标差向量工程名.GPS3dBLHVector GPS三维大地坐标差向量工程名.GPS1dResult GPS高程拟合结果 工程名.GPS2dResult GPS二维联合平差结果工程名.GPS3dResult GPS三维向量网平差结果图2.1工程名.GPS3dBLHResult GPS三维网椭球面上联合平差结果工程名.GPS3dBLH GPS三维大地坐标文件工程名.GPS3dXYH GPS平面坐标和大地高文件工程名.GPS3dXYHEFT GPS平面坐标、大地高、误差椭圆元素文件工程名.GPS2dXYEFT GPS二维联合平差高斯平面坐标及误差椭圆元素文件 闭合差计算文件工程名.GPS3dLoop工程名.GPS3dMisclosure 转换参数文件：Parameter.1d 高程拟合模型系数Parameter.2d 二维转换旋转角及尺度因子 坐标转换算例文件：demo.xy 高斯平面直角坐标demo.BL 大地经纬度demo.XYZ 三维空间直角坐标demo.BLH 三维大地坐标demo.XYXY 不同平面坐标系坐标转换demo.XYXY_O 不同平面坐标系坐标转换结果demo.XYZXYZ 不同空间直角坐标系坐标转换demo.XYZXYZ_O 不同空间直角坐标系坐标转换结果2.2 菜单操作在主菜单下用鼠标单点“文件”，弹出如图2.2所示的下拉菜单，其中各项含义是：2.2.1新建：用该系统的编辑器建立新文本文件2.2.2打开：用该系统的编辑器打开已有的文本文件2.2.3关闭：关闭当前活动窗口2.2.4保存：保存当前活动窗口的文件2.2.5另存为：换名保存当前活动窗口的文件2.2.6新建工程：数据处理是按工程进行的，必须首先建立工程。选择此项，弹出如图2.2所示窗口。在该窗口中输入有关的工程参数，其中有：工程、控制网、接收机、坐标加常数四个组框和一个中央子午线编辑框。图.1 工程组框在工程组框中，输入工程名，工程所在路径二项，工程名是工程的标识，路径是工程所在的文件夹或目录。对于工程所在路径也可点取按钮 进行浏览选择，此时会出现如图2.3的浏览文件夹窗口，在此窗口中选择所需文件夹。在“新建工程”时，可立即进行参数设置，系统将记忆有关选项，以后可在“工程设置”项中查看和修改。图.2 控制网组框在控制网组框中，选定或者新增坐标系统、控制网等级。坐标系统是点位坐标的参考系，我国常用的测量坐标系统有： BJ54(北京54坐标), GDZ80(国家80坐标)，WGS84坐标，城市坐标系，自定义坐标系。在同一参考椭球下，又有空间直角坐标、大地坐标、平面直角坐标，进行坐标转换需选择相应的椭球参数，椭球的几何参数可由长半轴和扁率分母确定。点压按钮出现如图2.4窗口。在该窗口中输入坐标系统的椭球长半轴和椭球扁率分母，然后可在右边对应的下拉框中选定所需的坐标系统，输入无误后按“确认”按钮。 图2.4其中，“国家80坐标”、“WGS-84坐标”、“北京54坐标”是固定的，不能改变。控制网等级是按国家规范的A、B、C、D、E来分类的，是用来判断异步环闭合差是否超限的。 接收机组框在该组框中，选择接收机类型（基线解格式），接收机的固定误差(mm)、比例误差(ppm)，基线方差因子，是否改造基线方差阵。有些情况下，基线解的方差阵不准确，验后单位权中误差过大，此时可选中改造基线方差阵检查框，软件将只利用基线解方差阵的相关性，同时利用仪器的标称精度（接收机的固定误差、比例误差）重新构造方差阵进行网平差。当一个控制网是由不同类型的GPS接收机进行观测，并用各自的基线解算软件进行处理，这样网中的独立基线属于不同的类型，其方差阵有时不匹配，往往会出现验后单位权中误差异常大的情况，为了解决这一问题，可在选取基线时分类进行，并根据实际情况为每类基线设定相应的基线方差因子，将生成的基线向量文件（*.GPS3dVector）分别存为不同的文件，最后将它们合并为一个文件（工程名.GPS3dVector），再进行后续平差处理。 坐标加常数组框坐标加常数是指坐标系常数，例如我国60带高斯坐标在y坐标上加500公里的常数，目的是为了避免出现负值。某些城市坐标系是以过城市中心或某特定点的子午线为中央子午线，往往在高斯坐标上加减一个平移常数。此处的坐标加常数起类似的作用，对GPS三维向量网平差结果中转化的高斯平面坐标起作用，对6.3（BL-XY）和6.4(XY-BL)起作用，对二维联合平差不起作用。在该组框中输入平面坐标的加常数，以公里为单位。 中央子午线在该编辑框中输入中央子午线的经度，格式为：DDD.MMSS，分和秒必须占满两位，例如：114.300751表示114度30分7.51秒。2.2.7 打开工程对于已建立的工程，应选择“打开工程”项，此时弹出如图2.5的选择工程窗口：图2.5在该窗口中直接输入或选定工程名（以PRJ为后缀的文件）后，用鼠标点按钮，工程名将显示在主菜单的顶部标题栏中，以后的操作都是面向该工程（坐标转换工具除外）。2.2.8 打印：打印活动窗口的文件2.2.9 打印预览：标准Windows打印预览窗口2.2.10 打印设置：打印格式及打印机设置2.2.11 退出：退出系统3.“GPS数据处理”下拉菜单菜单形式参见图3.1。 图3.13.1 基准数据基准数据又分为：三维已知坐标、二维已知坐标、一维高程点、地面边长、地面方位。该项数据有两种用途，一是用于控制网平差处理的解算基准，二是用于解求平面转换参数和高程拟合系数。3.1.1 三维已知坐标作用是为三维平差输入固定点坐标。用鼠标单点该项，弹出如图3.1的窗口，必须至少输入一个点的三维坐标，可以是三维空间直角坐标（X，Y，Z），也可以是大地坐标（纬度B，经度L，大地高H）, B、L的格式为:DDD.MMSS，X、Y、Z、H的单位是米。删去点名，该点即被删除，双击格网中的数据单元，其底色变白后，可修改数据，当输至底行时，会自动弹出新的空白行，所有数据向上翻动一行，列宽可用鼠标拖动来变宽或变窄。 图 二维已知坐标操作与3.1.1相似，起作用是为二维联合平差输入地面公共点坐标，一般至少需要两个公共点，若仅有一个公共点，则需输入至少一条地面边长和一个地面方位。 3.1.3 一维高程点操作与3.1.1相似，作用是为高程拟合输入地面公共点的正常高。常数拟合模型至少需要一个公共高程点，平面拟合模型至少需要三个公共高程点，曲面拟合模型至少需要六个公共高程点。 3.1.4 输入地面边长作用是为二维联合平差输入地面边长。鼠标单点该项，弹出图3.3的窗口，在该窗口中输入地面边长的起点、终点、边长值（m）、中误差(cm)，对于已知边长，中误差输入0来表示。 图 输入地面方位作用是为二维联合平差输入地面方位角，操作与3.1.4相似。在该窗口中输入地面方位角的起点、终点、方位角值（DDD.MMSS）、中误差(秒)，对于固定方位角，中误差输入0来表示。3.2 基线数据作用是选择所需的基线解文件，用鼠标单点该项，弹出如图3.4的窗口：图3.4在该窗口中选取所需基线解的文件，首先点压“浏览”按钮，弹出选择文件夹对话框，选择需要的文件夹。然后在“类型”下拉组合框指定文件类型，再到“待选基线文件”窗单点鼠标，Shift键+鼠标左键顺序选择文件，Ctrl键+鼠标左键任意选择文件。找到所需的基线文件并标记好之后，单击“选定-”按钮，所需的基线文件将出现在已选基线文件窗中，点压“确定”按钮后，形成的基线向量文件（*.GPS3dVector）显示在屏幕上，这也就是三维向量网平差所需要的基线向量输入文件。3.3 GPS三维向量网平差（无约束平差或约束平差）作用是在WGS84空间直角坐标系中进行三维向量网平差，首先需要至少输入一个点的三维坐标（参见3.1.1）三维已知坐标项）并生成基线向量文件（*.GPS3dVector，参见2）。对于独立的GPS网，可取一个点的单点定位解（从基线解文件查取）作为固定坐标，进行无约束平差；若网中联测了多个国家GPS点（比如A级点、B级点），可全部作为固定点输入，进行约束平差。可以用（X,Y,Z）或(B,L,H)的格式输入。以表格形式显示在窗口中的坐标数据与名称为*.GPS3dKnownXYH的文件内容互相对应，也可用文本编辑器编辑生成*.GPS3dKnownXYH文件，表格中的数据随之改变，格式为：$ *.* *.* *.*(点名) （X / B） (Y / L) (Z / H)对于多类接收机基线解算结果构成的向量网，有时存在方差阵不匹配问题，可采用不同的方差因子（参见）对基线的方差阵进行处理，并用不同的工程名对每类基线分别生成相应的基线向量文件（*.GPS3dVector），然后用编辑器将其合并为一个作为最终的输入文件。若想改变椭球参数，可到“设置”项选择。完成坐标输入并生成基线向量文件后，单点该菜单项进行平差计算，结果文件（*.GPS3dResult）将显示在屏幕上。3.4 二维联合平差作用是进行二维联合平差，首先需要完成三维向量网平差并至少输入一个公共点的二维平面坐标（参见3.1.2的二维已知坐标项），若只有一个公共点，则还需要输入至少一条地面边长和一个地面方位角，当然也可以输入任意多个地面边长和方位角。地面边长和方位角可作为观测值进行联合平差，也可作为固定值进行约束平差（参见3.1.4和3.1.5）。以表格形式显示在窗口中的坐标数据与名称为*.GPS2dKnownXY的文件内容互相对应，也可用文本编辑器编辑生成*.GPS2dKnownXY文件，表格中的数据随之改变，格式为：$ *.* *.* (点名) （x） (y) 若想改变椭球参数，可到“设置”项选择。完成坐标输入并生成基线向量文件后，单点该菜单项进行平差计算，结果文件（*.GPS2dResult）将显示在屏幕上。3.5 椭球面上三维平差在某一确定的椭球面上进行三维平差，把WGS84椭球到地方参考椭球的转换参数作为附加参数，在平差时一并求得。解算是在椭球面上进行的，不受投影变形的限制，可以进行覆盖全国乃至全球的大范围GPS控制网的数据处理。首先需要完成三维向量网平差并至少输入三个公共点的三维坐标（参见3.1.1的三维已知坐标项），可以输入(X,Y,Z)或（B,L,H）或（B,L）或H。即只知道某点的经纬度时，输入（B,L），H为空（不要输0）；只知道某点的大地高时，输入H，（B,L）为空（不要输0）。结果文件名为*.GPS3dBLHResult.其它与3.3相似。3.6 GPS高程拟合作用是进行高程拟合，首先需要完成三维向量网平差并至少输入一个公共点的高程（参见1的已知高程点项），点取该菜单项后，弹出如图3.5的窗口，在该窗口中选择拟合模型，其中常数模型需要一个以上的公共高程点，平面模型需要三个以上的公共高程点，曲面模型需要六个以上的公共高程点。高程结果文件名为*.GPS1dResult. 图3.53.7 设置作用是改变所需的参数设置，操作与第一部分的新建工程相同，参见图2.2。当工程已建好之后，若想再改变其中的参数，就必须选择该项。注意：应经常查看设置项，确信有关参数正确。 4.“查看”下拉菜单作用是查看主要的数据文件内容（平差结果、观测值）、设置屏幕显示项（工具栏、状态栏），参见图4.1。 图4.1 5.“工具”下拉菜单作用是闭合差计算和网图显绘，参见图5.1。 图5.16. “坐标转换”下拉菜单作用是进行各种坐标变换计算，在这里提供了多项非常有用的工具，参见图6.1。图6.16.1 XYZ-BLH功能：三维空间直角坐标转换为大地坐标。输入文件 *.XYZ输出文件 *.BLH上述两文件名称相同，后缀不同。操作步骤：1) 在进行转换前选择“文件”菜单的“新建”项，编辑生成输入文件 *.XYZ，其格式为：点名XYZ也可采用任何其它文本编辑器生产该文件。各项以空格分隔，X、Y、Z以米为单位。2) 设置坐标系参数：椭球长轴，椭球扁率分母(参见3.7)。3) 在“坐标转换”菜单下选“XYZ-BLH”子项进行转换，此时屏幕出现打开文件窗口，选取输入文件（*.XYZ）4) 转换结果将保存到*.BLH文件中，若已存在同名点文件，则在其尾部追加数据，同时屏幕显示输入文件（*.XYZ）和输出文件(*.BLH)的窗口，供用户查看。5) 结果文件格式为：点名BLH经纬度B、L以度分秒（DDD.MMSS）为单位，大地高H以米为单位。6) 若想查看其它文件，可选取“文件”菜单的“打开”子项，在屏幕出现“打开文件”窗口后点取打算查看的文件名，该文件的内容将出现在屏幕窗口上。6.2 BLH-XYZ功能：大地坐标转换为三维空间直角坐标。输入文件 *. BLH输出文件 *. XYZ 上述两文件名称相同，后缀不同。操作步骤：1) 在进行转换前需编辑生成输入文件 *.BLH，其格式为：点名BLH各项以空格分隔，经纬度B、L以度分秒为单位，大地高H以米为单位。2) 设置坐标系参数：椭球长轴，椭球扁率分母(参见3.7)。3) 执行程序进行转换，若已存在同名点文件，则在其尾部追加数据。4) 结果文件格式为：点名XYZ6.3 BL-XY将大地经纬度转换成高斯平面坐标，与6.4联合使用可进行换带计算。其操作与6.4相似。6.4 XY-BL功能：高斯平面坐标转换为大地经纬度。输入文件 *. XY输出文件 *. BL 上述两文件名称相同，后缀不同。操作步骤：1) 在进行转换前选择“文件”菜单的“新建”项，编辑生成输入文件 *.XY，其格式为：点名XY各项以空格分隔，X、Y以米为单位。若X、Y含有固定的加常数，则需在“参数设置”项输入X加常数和Y加常数(参见3.7)。2) 设置坐标系参数：椭球长轴，椭球扁率分母，中央子午线（以度分秒为单位DDD.MMSS）(参见3.7)。3) 在“坐标转换”菜单下选“XY-BL”子项进行转换，此时屏幕出现打开文件窗口，选取输入文件（*.XY）4) 转换结果将保存到*.BL文件中，若已存在同名点文件，则在其尾部追加数据，同时屏幕显示输入文件（*.XY）和输出文件(*.BL)的窗口，供用户查看。5) 结果文件*.BL格式为：点名BL各项以空格分隔，经纬度B、L以度分秒（DDD.MMSS）为单位。6) 同6.1.6）。6.5 XY1-XY2(参见图6.2)功能：二维直角坐标变换输入文件 *. XYXY输出文件 *. XYXY_0坐标变换方法： 三参数法（平移、旋转） 赫尔默特法（四参数法：平移、旋转、缩放） 仿射变换法（六参数法：平移、旋转、缩放）操作步骤：1) 编辑生成输入文件（*.XYXY），格式为（参见“demo.xyxy”）：点名X旧Y旧X新X新公共点 点名X旧Y旧非公共点 下面为某一“*. XYXY”的实例： A001 2886585.7645 531481.3787 29459.2790 31382.6500 A002 2891839.8474 479813.8408 34711.8360 -20285.9390 A003 2861398.5526 509387.9347 4271.0320 9289.5760 A004 2819325.6136 524901.0211 -37801.9780 24804.2570 B001 2860046.5165 524597.2659 2919.4310 24499.2250 P001 2865890.2564 519087.76252) 选择转换方法（3参数、4参数、6参数）。3) 屏幕出现打开文件窗口后，选择输入文件。4) 结果保存到文件*.XYXY_0中。6.6 XYZ1-XYZ2功能：三维直角坐标变换输入文件 *. XYZXYZ输出文件 *. XYZXYZ_0操作步骤：1) 编辑生成输入文件（*.XYZXYZ），格式为（参见“demo.XYZXYZ”）：点名X旧 Y旧 Z旧 X新 Y新 Z新公共点点名X旧 Y旧 Z旧非公共点2) 选取“坐标转换”菜单的子项“XYZ-XYZ”，屏幕将出现“打开文件”窗口，选择输入文件（*.XYZXYZ）。3) 转换结果保存到文件*.XYZXYZ_0中。7.“帮助”下拉菜单点击“关于CosaGPS2000”，屏幕显示程序标志，双击标志区或按Esc键返回程序状态, 参见图7.1。 图7.1附录1. 功能菜单框图文件(F) GP