GPS控制网数据处理方法探究

1、GPS 控制网数据处理方法探究【摘要】全球定位系统 ( Global Positioning System)是一种连续定位系统，该系统 定位准、延时小、可操作性强，误差影响小，在许多学科领域应用十分广泛并日 益发展，简称 GPS系统。随着几十年来 GPS技术的不断提高，为高效利用 GPS 数据 ,GPS数据处理方法也有了长足的进步。 相关的数据处理软件有 Bernese软件、 GAMITGLOBK软件、 EPOSPV3和 GIPSY等。因我国地域地理环境变异率很 大，实际的传统控制网各不相同，与其相应的， GPS的控制网数据处理方法的选 择，因实际情况的不同而多有不同。选择合适的数据处理方法十

2、分重要。因此， 研究 GPS控制网数据处理的方法意义非凡。本文简要探讨了 GPS数据处理方法、 流程，误差控制及国内现状与应用，对数据处理技术的进一步发展提出了展望。【关键词】： GPS；控制网；数据处理；平差随着时代的进步， GPS定位技术经过几十年的不断完善，其在理论和实际应用方 面发展飞速，尤其在大地控制、 精密测量等基本测绘工作中发挥了十分重要的作 用， GPS技术是测量领域铭记史册的技术革新。与以往的传统测绘方式相比较， 应用 GPS控制网的高精度、 高效益优势明显， 有 着无可比拟的优越性能，已经基本取代传统测绘方式。 GPS控制网优点： 1.测绘 精度高： GPS测量平面坐标毫米

3、级精度，地面两点相对位置测量准。 2。实用性 强：天气、时间、视距约束少。 3.操作合理，效益高数据处理系统化、规范化。一、控制网功能和现状GPS控制网主要作用通过是求定不同坐标系之间的数据转换处理模式， 为多 门学科的技术研究奠定基础，例如在地理测绘上可用于研究大陆板块运动等情 况，并为这些问题提供具体的实际数据支持， 局部性小范围的 GPS控制网的点间 距密集， 是城市工程不可缺少的一部分， 控制网也可与传统模式互惠补充， 以求 得更高精度下的地面网定位， 进而加密改善维持坐标框架水准， 以满足城市管理、 测绘等多方面需求。 1GPS测量可获取精密的 WGS84 地心坐标，联合附近的基本观

4、测数据，借助对应的坐标模型，利用控制点数据进而输出得到当地参考系框架下的参心平面坐 标，二、GPS数据预处理方法 为保障定位精度和数据可靠性，在单点定位中进行数据预处理是十分必要 的。其关键在于要准确可靠的相位观测值， 针对周跳添加相应的模糊度参数， 然 后采用参数估计的方法进行， 得到不含或偏差较小的观测值。 数据处理的内容有： 传送、解码、筛查、编辑、系统化、估算、形成观测值、分析残差、基线向量估 算、周跳探测、修复、标记等 2。第一步是基线的处理，处理数据要求无明显 粗差、限差可控、 可网内高效结算， 良好可靠的基线向量处理是下一步平差的前 提。 3分析观测值残差，若再偶然误差存在的情况

5、下，观察值残差较小，残差 在平差后仍大于 0.05 周，则说明观测值数据可能有问题。短基线利用差分处理 减少电离层折射误差， 长基线利用双频机技术手段就可以很好地避免电离层折射 系统误差， 这也是双频机的数据处理优势所在， 尤其是深受电离层影响的测量数 据处理，双频机优势显著。向量解算时，求得整周未知数 N 的估计值及中误差。 再多种误差影响下，数据平差后得到的 N 也可能不是整数，误差小的时候，即 为临近整数。若误差影响大，且 N 与临近整数距离较远，则通过假设检验的优 化实数 N，再重新进行平差计算。短基线精度高，假设检验得到的双差固定解比 起取临近整数的实数解更有优势。 长基线， 电离层

6、折射误差难以消除， 卫星轨道 也有较大影响等的影响， 实数解在数据分析上更有价值。 载波相位测量可用于相 对定位，即为利用基线向量由已知求未知。 采取误差方程式中待定系数阵， 即可 较好的反应观测时间分布和卫星的空间分布情况对精度的影响。三、误差及数据平差处理方法减小 GPS控制网数据误差精度的方法是一个值得深入探讨的研究课题， 由于不可 能仅在理想稳定的观察条件下得到数据， 在复杂的观测条件下折射、 轨道、钟差 等系统误差；多路径效应等随机误差常常存在， 起算点和周跳的存在也不容忽视， 这些最终对数据影响也可以借有数学模型测算得出。 高精度的基线处理正确的坐 标转换模型以及平差计算的反复评测

7、，是尽可能减少误差影响的主要方法。进行平差计算后， 地面观测长度与实际长度仍会有变形， 选择合理的中央子 午线位置，借助参考椭球面，抵偿长度变形，再约束平差，是控制误差的一种可靠方式。GPS数据平差处理通常采用两种以上不同的网平差法。 根据观测量和已知条 件的不同个，网平差分为三种类型：无约束平差、约束平差和联合平差，都可做 到消除几何异常， 也在不同方向的数据处理中有着各异优势和功能。 自由平差科 评定内精度和粗差，其他两种可以确定坐标。如依据坐标系类型， GPS网平差还 可分为三维平差和二维平差。 数据包各为 TGPPSW和 TGPPSm、GPSAdj和 PowerAdj 等。平差过程一般

8、遵循以下模式： 在基线向量网的构建的基础上， 进行包括无约束平 差在内的两种及两种以上的平差计算， 最终在对数据整体进行质量分析和严格控 制。其中自由平差流程为取的基线向量的估值， 形成平差的函数模型， 利用基线 解算，输出方差阵，最终得到平差完整的数学模型，观察粗差是否存在，改进数 学模型，调整后求解，输出最终结果。利用该结果进行无约束平差，调整观测权 阵，形成限制条件方程，求解，得估值和平差值。值得一提的是，兼容性检验是 约束平差的关键步骤， 已知控制点间兼容对于约束平差十分重要， 否则难以通过 兼容性检验，甚至结果扭曲， GPS提供的数据起算数据精度高，在数据分析方面 也有着较大的优势。

9、 联合平差利用最终基线向量和观测值权阵， 加以常规值提供 的基础权阵， 形成限制条件方程； 利用得到的数学模型求得平差值、 改正数和精 度统计调整 GPS与常规方法的比重，得到最终结果。四、国内现状及发展前景我国的 GPS 技术应用始于上个世纪八十年代，随着近几十年的日益完善，GPS技术也得到了多学科的全方面的广泛的应用。 近日，在大数据时代的背景下， 信 息化系统化的数据处理是一项十分必要的工作。全球定位系统定位准、延时小、可操作性强，误差影响小，在许多学科领域应用 广泛的技术系统。 随着几十年来 GPS技术的不断提高， GPS数据处理方法也有了 长足的进步。相关的有 Bernese软件、G

10、AMITGLOBK软件、EPOSPV3和 GIPSY 等数据处理软件。 我国地域广博， 实际的传统控制网各不相同， 因地制宜的选择 合适的 GPS的控制网数据处理方法。 高精度高效率的处理数据， 减小误差， 是多 学科研究的基本需求。我国的相关研究在基线处理部分十分突出， 网平差研究也日新月异。 三维约束平 差主要用于在地面网中进行坐标转换， 以方便工程建设需求。 其要求获取满足重 力异常和水平差， 在如今不适应高精度工程的需求。 二维平差精度较高即固定基 准点不动，只取经纬值进行计算，应用较广。 现存问题有：三角点寻找网难，有些已废弃，有些精度不满足要求，三维网约束 平差大地高和高程差难以获

11、得。 高斯正形投影对于大面积、 复杂、 精密控制网的 勘探设计和施工都增加了难度。 平差后仍存在投影变形， 故选取测区的中心经线 （为中央子午线）、平均大地高（投影面）投影到高斯平面上。此外，墨卡托投 影等投影模型也在很多大型高精尖工程项目中得到应用，效果较好。 4五、总结 总之，在多项工作实践中，通过数形结合分析评估处理数据，根据相应需要，采 取对应的数据处理方法， 可以达到事半功倍的良好效果。 科学管理数据， 提升数 据处理方法是必要的也是必然的， 以精益求精的态度， 推动测绘向自动化信息化 系统化的高精尖方向迅猛发展。参考文献1 . 马耀昌与辛国 , GPS 测量误差与数据处理的质量控制 . 地理空间信息 , 20