GPS控制网数据处理方法探究.docx

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GPS控制网数据处理方法探究

【摘要】全球定位系统（GlobalPositioningSystem）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、GAMIT／GLOBK软件、EPOS．P．V3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。

[1]

GPS测量可获取精密的WGS84地心坐标，联合附近的基本观测数据，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，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。

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、GAMIT／GLOBK软件、EPOS．P．V3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,2006（02）:

第22-25页.

[2]. 马少君,GPS控制网数据处理方法研究,2008,同济大学.第77页.

[3]. 周保兴,GPS数据预处理方法研究及其应用,2005,河海大学.第68页.

[4]. 马下平,大型精密工程GPS控制网数据处理及投影变形研究,2011,西南交通大学.第80页.