gps控制網平差優化處理方法研究

gps控制網平差優化處理方法研究

目前，gps測量已經成為構建首次道路測量平面控制網絡的首選方法，但在應用過程中仍存在一些需要改進的地方。例如，如何根據公路測量gps控制網絡的具體特點，通過合理的選擇，優化進入網絡的最后一個差分的波束，獲得更精確的平面坐標。針對這個問題，作者提出了幾年的gps和工程實踐，并提出了一種更實際的處理方法。在觀測值不損失觀測值的前提下，可以大大提高點的精度，具有一定的工程應用價值。1優化內部行業差的方法1.1網平差ratio因子一般GPS工程控制網內業平差處理時,首先根據外業采集數據和基線解算條件按站際星際間的雙差數學模型進行基線解算,求得相鄰同步觀測點間的坐標差值(ΔXij,ΔYij,ΔZij);然后在此基礎上,通過對獨立基線邊、重復基線邊、同步觀測環和異步觀測環閉合差的檢驗來檢核外業觀測成果的質量.根據規范要求合格的基線解算結果應滿足以下4個條件:1)均方差在±10mm左右,方差比(RATIO因子)大于3;2)2個不同時段的重復基線邊求得的邊長之差小于,其中,σ為基線觀測的標準差;3)同步環點位閉合差小于5(mm);4)獨立異步環點位閉合差小于若通過檢驗,基線成果全部合乎規范要求,即可進行最后的網平差.網平差又可分成三維自由網平差和二維約束平差兩個過程.其平差觀測值為全部合格的基線坐標差值.在進行三維自由網平差時若測區內有WGS-84坐標系統下的高級點,則以其作為起算點;若測區內無WGS-84坐標系統下的高級點,則以GPS觀測網中觀測時間最長點的單點定位結果的平均值作為起算點坐標.其平差數學模型為式中,ΔXij為ij基線解算的X坐標差值;ΔX為X坐標差值的初始值;Vxij為X坐標差值的改正數;δXi,δXj為待求定的I,J兩點的坐標改正參數.二維約束平差的目的就是將三維GPS基線網變換投影至國家參心大地坐標或地方獨立坐標中,即利用3個以上的地面重合點使GPS基線向量網與常規地面測量控制網原點重合,且尺度和方向一致.通過平差解算即可求得各待定點在原有坐標系統下的平面坐標.1.2gps在道路上的測量與控制以及網絡中的差異優化處理方法1.2.1雙差數據處理方法在公路勘測中GPS主要用于布設首級平面控制網,根據文獻的要求,其點位一般布設成如圖1所示的圖形,即每隔5km左右布設一對相互通視、邊長為300m左右并埋設標石的GPS點.這樣的布設雖然有利于后續用全站儀來加密布設附合導線,但是,由于控制點間的邊長過于懸殊,導致內業數據處理過程中存在一些較為明顯的不合理成份.如為了有效檢驗外業基線成果的質量,必須在網中形成一定數量的異步閉合環,由于異步環中邊長較為懸殊(有幾百米的,也有十幾公里的),雖然其滿足上述基線檢核的各項限差條件,但若不加區別地將全部基線納入網中進行平差計算,由于長邊的系統誤差比短邊系統誤差明顯要大(這是由雙差數據處理模型所決定的,特別是單頻接收機觀測的結果),因而長邊絕對精度要比短邊低很多,若將它們一同平差,勢必將長邊誤差傳遞到短邊中,大大削弱短邊的精度,影響整個控制網的點位精度.1.2.2內業平差處理為了較為合理地處理上述問題,根據公路勘測GPS控制網點位布設特點,筆者通過幾次公路勘測首級GPS控制網建立的實踐,提出了一種行之有效的優化處理方法,較好地解決了這一問題.此法的實質就是在內業平差處理時將形成異步環的較長邊(10km以上,如圖1中的AE,EJ和AJ邊)僅用于基線成果的檢核,不納入網平差計算的范疇,以提高整個GPS網的點位精度.具體運用時應在常規內業平差處理的基礎上按以下兩方面進行優化處理:首先,按常規進行基線解算和觀測成果的檢驗.在經過4項檢驗特別是經過異步環閉合差檢驗合格后,進入下一步的網平差計算.其次,在保證所有待定點均能坐標解算的前提下,將GPS控制網中用于形成異步環的較長基線邊刪除,再進行三維自由網平差和二維約束平差.雖然此時GPS控制網的網形類似支導線的形式,但由于已經經過基線檢核,因而其解算成果也是可靠的.2外業觀測基平差處理圖2是高郵市某公路勘測GPS首級平面控制網示意圖.為了獲得準確的首級平面控制點坐標,在導線測量之前先利用GPS靜態測量模式測定了10個首級平面控制點.這10個點沿線路布設,且每個點至少有一個通視方向,并埋設水泥樁,以便長期保存.GPS靜態測量時,用3臺標稱精度為5mm+2×10-6D(距離)的南方NGS200接收機測定了5個時段,每個時段同步觀測的時間均超過50min,外業觀測時其PDOP均小于4.外業觀測結束后用南方GPS內業處理軟件進行了基線平差處理,按照4項基線檢核條件進行了檢核,其獨立基線及重復基線均滿足要求,其同步環最大坐標閉合差為20mm,最小為0mm,相對精度最高為0.34×10-6,最低為1.93×10-6;其異步環最大坐標閉合差為64mm,最小為0mm,相對精度最高為0.86×10-6,最低為1.87×10-6,均滿足檢核條件.分別按2種方法進行三維自由網平差并以54北京坐標系統的參考橢球參數進行二維約束平差,得出了各待定點的平面坐標.平差時,以119°18′為中央子午線、GD01的WGS-84坐標為起始點坐標、WGS-84坐標系的方向和尺度為基本條件,進行二維約束(相當于獨立坐標系).第1種方法為常規平差計算方法,即按圖2所示的網形將所有合格基線一同參與平差計算;第2種方法為本文所推薦的優化處理方法,即將用于組成異步環的較長邊刪除,形成圖3所示的網形進行平差計算.2種方法的主要處理結果分別見表1～表4.從以上數據處理結果可以明顯看出:優化處理法與常規法相比其結果精度得到了大幅度的提高.筆者還在宜興市徐舍公路勘測和104國道江寧段勘測首級GPS控制測量中進一步驗證了這一方法,其數據處理結果也充分證明了這種方法的有效性和合理性.3網平差處理效果1)按照GPS測量的規范規定,公路勘測首級