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CosaGPS说明书

科傻系统（COSA）系列软件

GPS工程测量网

通用平差软件包

（CosaGPSV5.21）

使用说明书

2010年10月

１简介1

1.1功能全面，符合多种规范要求1

1.2整体性好，输出成果内容全2

1.3解算容量大，运算速度快2

1.4操作简明，使用方便2

2“文件”下拉菜单5

2.1工程与文件5

2.2“文件”菜单项7

2.2.1新建7

2.2.2打开7

2.2.3关闭8

2.2.4保存8

2.2.5另存为8

2.2.6新建工程8

2.2.7打开工程14

2.2.8打印15

2.2.9打印预览15

2.2.10打印设置15

2.2.11退出15

3“GPS数据处理”下拉菜单16

3.1已知数据16

3.1.1三维已知坐标16

3.1.2二维已知坐标17

3.1.3一维高程点17

3.1.4输入地面边长18

3.1.5输入地面方位18

3.2读取同步基线数据18

3.3形成独立基线文件21

3.3.1方法一21

3.3.2方法二23

3.4GPS三维向量网平差（无约束平差或约束平差）24

3.5二维网联合/约束平差25

3.5.1联合/约束平差25

3.5.2输出用户自定义任意两点相对精度25

3.6椭球面上三维平差26

3.7工程网（一点一方向）平差26

3.8GPS高程拟合27

3.9GPS三维秩亏自由网平差27

3.10稳定性分析29

3.11设置29

4“查看”下拉菜单30

5“工具”下拉菜单31

5.1同步环闭合差计算32

5.2异步环闭合差计算32

5.3重复基线差33

5.4网图显绘33

5.5贯通误差影响值计算33

5.6GPS网设计34

5.7输出AutoCAD格式的GPS网图35

6“坐标转换”下拉菜单35

6.1XYZ-〉BLH36

6.2BLH->XYZ37

6.3BL->XY37

6.4XY->BL37

6.5XY1->XY238

6.6XYZ1->XYZ240

6.7坐标换带与高程面转换计算42

7“帮助”下拉菜单45

附录1CosaGPS功能框图47

附录2算例及说明48

附2.1Example/Demo算例48

附2.2Example/CPI算例49

附录3基线文件格式说明51

附3.1CosaGPS基线文件格式51

附3.2TGO基线文件格式51

附3.3Gamit基线文件格式54

附3.4AshtechSolution输出自定义格式基线文件54

附3.5徕卡GPS基线格式（SKI/LGO）58

附录4方向及经纬度角度格式说明61

附录5简要操作步骤62

１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，符合多种规范要求

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、针对工程独立网的固定一点一方向的平差、高程拟合等功能，并带有常用的工程测量计算工具，可以实现各种坐标转换。

可以自动读取天宝TGO/TTC、徕卡LGO、拓扑康Pinnacle、泰雷兹Solution、Gamit、中海达GPS、南方测绘GPS、华测GPS等软件输出的基线向量文件，按同步观测时段进行文件管理和格式转换，自动计算同步环和异步环闭合差，进行重复基线比较。

设置了与各种测量规范对应的“控制网等级”选项，输出成果附合如下多种规范的要求：

全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314－2009）

全球定位系统城市测量技术规程（CJJ73－97）

城市轨道交通工程测量规范（GB50308－2008）

高速铁路工程测量规范（TB10601－2009）

公路全球定位系统（GPS）测量规范（JTJT066－1998）

工程测量规范（GB50026－2007）

水利水电工程测量规范（规划设计阶段，SL197－97）

水电水利工程施工测量规范（DL/T5173－2003）

对于测量单位自主设计的控制网指标要求，可以采用“自定义”的方式进行解决。

1.2整体性好，输出成果内容全

全部软件集成在统一的环境下，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。

同步环闭合差、异步环闭合差结果文件兼容Excel的CSV格式，可以直接用Excel打开，方便用户进行闭合差的统计分析。

换带计算与高程面变换可以同时进行，满足各种工程坐标变换的要求。

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，在安装Windows2000、WindowsXP、Windows7等操作系统的微机上运行，可整体解算数千个控制点的GPS控制网，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/XP/WIN7系统环境下运行（如果是装在WIN7的系统盘上，需要右键点击程序，选择管理员身份运行程序），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。

对于输入量较少的已知数据和参数，采用表格方式输入；对于大批量的数据，则采用文件方式输入。

表格方式输入时，屏幕上显示格式如图1.1。

表格中各列的宽度可以改变，将鼠标移到表格节到合适的宽度即可。

中各列标题的结合处，按下左键拖动，调表格中的行数是不受限制的，输满后将向上滚动，底下弹出新的空白行。

表格式输入的数据被保存到文本文件（文件名参见2.1），用户也可直接对相应的文本文件（例如：

工程名.GPS3dKnownXYZ）进行修改，重新进入表格后，表格中的数据将自动进行更新。

表格中各列的宽度可以改变，将鼠标移到表格中各列标题的结合处，按下左键拖动，调节到合适的宽度即可。

表格中的行数是不受限制的，输满后将向上滚动，底下弹出新的空白行。

表格式输入的数据被保存到文本文件（文件名参见2.1），用户也可直接对相应的文本文件（例如：

工程名.GPS3dKnownXYZ）进行修改，重新进入表格后，表格中的数据将自动进行更新。

文件方式输入数据时，可以使用本系统的编辑器，也可以使用其它的文本编辑器（比如记事本、书写器、Word等，应选择纯文本方式），其操作基本相同，可以使用快捷键（复制：

Ctrl+C，粘贴：

Ctrl+V）,或者点击鼠标右键后，根据弹出的快捷菜单进行操作，也可以利用屏幕顶部的“编辑”菜单进行文本处理。

对文件编辑完毕后，用屏幕顶部的“文件”-〉“保存”菜单进行同名保存（与鼠标点击

相同）或用“另存为”保存为另一文件名。

系统主菜单参见图1.2。

图1.2系统主菜单

2“文件”下拉菜单

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.GPS3dVectorGPS三维基线向量

工程名.GPS2dVectorGPS二维坐标差向量

工程名.GPS3dBLHVectorGPS三维大地坐标差向量

工程名.GPS1dResultGPS高程拟合结果

工程名.GPS2dResultGPS二维联合平差结果

图2.1文件菜单

工程名.GPS3dResultGPS三维向量网平差结果

工程名.GPS3dBLHResultGPS三维网椭球面上联合平差结果

工程名.GPS3dBLHGPS三维大地坐标文件

工程名.GPS3dXYHGPS平面坐标和大地高文件

工程名.GPS3dXYHEFTGPS平面坐标、大地高、误差椭圆元素文件

工程名.GPS2dXYEFTGPS二维联合平差高斯平面坐标及误差椭圆元素文件

工程名.dxfAutoCAD的DXF格式的网图文件

*表格方式输入的数据文件，也可以用文本编辑器进行编辑

固定一点一方向的工程网有关文件

工程名.OneFix输入的已知数据文件，与对话框对应

工程名.GPS2dResult1GPS二维平差结果

工程名.GPS3dResult1GPS三维向量网平差结果

闭合差计算文件

工程名.GPS3dSyncMisclosure同步环闭合差文件（Excel格式）

工程名.GPS3dSyncLoop同步环线路信息文件

工程名.GPS3dLoop异步环线路信息文件

工程名.GPS3dMisclosure异步环闭合差文件（Excel格式）

贯通误差影响值计算输入输出文件（参见5.4）

工程名.gti输入文件

工程名.gto输出文件

✧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

✧用户自定义文件

demo.GPS2dRel用户自定义需要输出相对精度的点对文件

2.2“文件”菜单项

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／基线解类型、投影面大地高、坐标加常数五个组框和中央子午线、测区平均纬度两个编辑框。

2.2.6.1工程组框

图2.2“设置”对话框

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“GPS数据处理”->“设置”项中查看和修改。

2.2.6.2控制网组框

在控制网组框中，选定或者新增坐标系统、设定控制网等级。

坐标系统是点位坐标的参考系，软件中已有的常用测量坐标系统为：

北京54、西安80、CGCS2000、WRS80、WGS84。

国家坐标系统参照于某个参考椭球，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定义坐标系统

其中，“西安80、WGS84、WRS80、CGCS2000、北京54”是固定的，不能改变，“工程系椭球1”是用户自定义的。

在控制网组框右下角的下拉框中选择要求的坐标系，如图2.5所示。

图2.5选择坐标系

控制网等级是按下述系列划分的：

国标A级

国标B级

国标C级

国标D级

国标E级

城市二等

城市三等

城市四等

城市一级

城市二级

高铁CP0

高铁一等

高铁CPI/二等

高铁CPII/三等

高铁四等

高铁五等

公路一级（路线）

公路一级（特殊）

公路二级（路线）

公路二级（特殊）

公路三级（路线）

公路三级（特殊）

公路四级（路线）

水利水电勘测二等

水利水电勘测三等

水利水电勘测四等

水利水电勘测五等

水电水利施工二等

水电水利施工三等

水电水利施工四等

工程测量二等

工程测量三等

工程测量四等

工程测量一级

工程测量二级

城市轨道交通

自定义

图2.6自定义控制网精度指标

全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T18314－20091）中对应的A、B、C、D、E控制网，同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线差等是根据输入的仪器固定误差和比例误差进行限差计算。

对于特殊网，如果没有包含在上述等级中，则可选择自定义，屏幕显示图2.6的对话框，用户输入相应的参数（-1表示该项参数不作要求）。

2.2.6.3接收机/基线解类型组框

各个GPS接收机生产厂家提供了相应的基线解算软件，比如Trimble的TGO、Leica的SKI、Topcon（Javad）的Pinnacle、Ashtech的Solution等，不同基线解算软件求得的基线向量的输出格式是不同的，CosaGPS支持的软件格式有：

Trimble（GPSurvey/TGO/TTC）

Ashtech（GPPS/Solution）

Leica（SKI/LGO）

Sokkia

Rouge

Lip

CosaGPS

Topcon/Javad（Pinnacle）

Gamit

Novatel

中海达

南方（asc）

华测

当采用了两种以上软件解算得到网中的基线向量时，首先查看不同软件的基线向量的方差之比是否存在系统性偏差，若其比值为1：

m1：

m2，则进行匹配处理，对第1种软件的基线输入1作为基线方差因子，生成CosaGPS的基线输入文件（工程名.GPS3dVector），将其名称改为V1.GPS3dVector，对第2种软件的基线输入m1作为基线方差因子，生成CosaGPS的基线输入文件（工程名.GPS3dVector），将其名称改为V2.GPS3dVector，对第3种软件的基线输入m2作为基线方差因子，生成CosaGPS的基线输入文件（工程名.GPS3dVector），将其名称改为V3.GPS3dVector，最后将V1、V2、V3三个文件合并在一起并命名为工程名.GPS3dVector，再进行后续平差处理。

接收机框中的固定误差（mm）、比例误差（ppm）、改造基线方差阵是根据GPS接收机的精度指标对基线的方差阵进行修正。

一般情况下，不应在检查框中打勾（即不启用修正功能）；只有当验后单位权中误差很大时（说明基线向量的方差阵不准确），将该项选中，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。

用验前单位权中误差检查框决定平差结果的精度指标是基于验前值还是验后值，当网中多余观测量较少时，例如当闭合环的个数少于4时，验后单位权中误差是不够准确的，可以采用验前单位权中误差（1cm）。

独立基线条数：

省缺值为-1，即认为选定的基线全部为独立基线；若选择了全部基线进行平差（含有同步基线），则平差后的精度指标比实际值偏高，但坐标、边长、方位角仅有微小变化，在此输入独立基线的实际条数，软件将对平差后的精度指标进行修正，从而与独立基线平差结果的精度指标基本一致。

2.2.6.4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。

2.2.6.5中央子午线、投影类型

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，该软件所有的角度值（方位角、纬度、经度）的输入均采用此格式。

例如：

114.300751表示114度30分7.51秒，详细说明参见附录4；目前该软件提供的投影类型为高斯投影、UTM投影两类，根据测量项目的需要进行选择，我国测量工程一般采用高斯投影。

2.2.6.6平均纬度

这项参数用于“坐标换带与高程面转换计算”，对网平差的其它项目不起作用。

平均纬度可采用近似值，也可从地图上查取，对于整个工程，应采用同一个值作为平均纬度，其作用是根据投影面大地高计算椭球长半轴的膨胀量。

2.2.7打开工程

图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2.7的选择工程窗口：

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3.1GPS数据处理菜单项

3.1已知数据

已知数据分为：

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。

已知数据有两种作用，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。

不能将（X，Y，Z）与（B，L，H）混合输入，并注意不要将三维空间直角坐标（X，Y，Z）中的（X，Y）与平面坐标（x,y）弄混。

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。