GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法探究

1、GPS 控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法探究【摘要】全球定位系統(tǒng) ( Global Positioning System)是一種連續(xù)定位系統(tǒng)，該系統(tǒng) 定位準(zhǔn)、延時小、可操作性強(qiáng)，誤差影響小，在許多學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛并日 益發(fā)展，簡稱 GPS系統(tǒng)。隨著幾十年來 GPS技術(shù)的不斷提高，為高效利用 GPS 數(shù)據(jù) ,GPS數(shù)據(jù)處理方法也有了長足的進(jìn)步。 相關(guān)的數(shù)據(jù)處理軟件有 Bernese軟件、 GAMITGLOBK軟件、 EPOSPV3和 GIPSY等。因我國地域地理環(huán)境變異率很 大，實(shí)際的傳統(tǒng)控制網(wǎng)各不相同，與其相應(yīng)的， GPS的控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法的選 擇，因?qū)嶋H情況的不同而多有不同。選擇合適的數(shù)據(jù)處理方法十

2、分重要。因此， 研究 GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的方法意義非凡。本文簡要探討了 GPS數(shù)據(jù)處理方法、 流程，誤差控制及國內(nèi)現(xiàn)狀與應(yīng)用，對數(shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提出了展望。【關(guān)鍵詞】： GPS；控制網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理；平差隨著時代的進(jìn)步， GPS定位技術(shù)經(jīng)過幾十年的不斷完善，其在理論和實(shí)際應(yīng)用方 面發(fā)展飛速，尤其在大地控制、 精密測量等基本測繪工作中發(fā)揮了十分重要的作 用， GPS技術(shù)是測量領(lǐng)域銘記史冊的技術(shù)革新。與以往的傳統(tǒng)測繪方式相比較， 應(yīng)用 GPS控制網(wǎng)的高精度、 高效益優(yōu)勢明顯， 有 著無可比擬的優(yōu)越性能，已經(jīng)基本取代傳統(tǒng)測繪方式。 GPS控制網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)： 1.測繪 精度高： GPS測量平面坐標(biāo)毫米

3、級精度，地面兩點(diǎn)相對位置測量準(zhǔn)。 2。實(shí)用性 強(qiáng)：天氣、時間、視距約束少。 3.操作合理，效益高數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)化、規(guī)范化。一、控制網(wǎng)功能和現(xiàn)狀GPS控制網(wǎng)主要作用通過是求定不同坐標(biāo)系之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理模式， 為多 門學(xué)科的技術(shù)研究奠定基礎(chǔ)，例如在地理測繪上可用于研究大陸板塊運(yùn)動等情 況，并為這些問題提供具體的實(shí)際數(shù)據(jù)支持， 局部性小范圍的 GPS控制網(wǎng)的點(diǎn)間 距密集， 是城市工程不可缺少的一部分， 控制網(wǎng)也可與傳統(tǒng)模式互惠補(bǔ)充， 以求 得更高精度下的地面網(wǎng)定位， 進(jìn)而加密改善維持坐標(biāo)框架水準(zhǔn)， 以滿足城市管理、 測繪等多方面需求。 1GPS測量可獲取精密的 WGS84 地心坐標(biāo)，聯(lián)合附近的基本觀

4、測數(shù)據(jù)，借助對應(yīng)的坐標(biāo)模型，利用控制點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)而輸出得到當(dāng)?shù)貐⒖枷悼蚣芟碌膮⑿钠矫孀?標(biāo)，二、GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理方法 為保障定位精度和數(shù)據(jù)可靠性，在單點(diǎn)定位中進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理是十分必要 的。其關(guān)鍵在于要準(zhǔn)確可靠的相位觀測值， 針對周跳添加相應(yīng)的模糊度參數(shù)， 然 后采用參數(shù)估計(jì)的方法進(jìn)行， 得到不含或偏差較小的觀測值。 數(shù)據(jù)處理的內(nèi)容有： 傳送、解碼、篩查、編輯、系統(tǒng)化、估算、形成觀測值、分析殘差、基線向量估 算、周跳探測、修復(fù)、標(biāo)記等 2。第一步是基線的處理，處理數(shù)據(jù)要求無明顯 粗差、限差可控、 可網(wǎng)內(nèi)高效結(jié)算， 良好可靠的基線向量處理是下一步平差的前 提。 3分析觀測值殘差，若再偶然誤差存在的情況

5、下，觀察值殘差較小，殘差 在平差后仍大于 0.05 周，則說明觀測值數(shù)據(jù)可能有問題。短基線利用差分處理 減少電離層折射誤差， 長基線利用雙頻機(jī)技術(shù)手段就可以很好地避免電離層折射 系統(tǒng)誤差， 這也是雙頻機(jī)的數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢所在， 尤其是深受電離層影響的測量數(shù) 據(jù)處理，雙頻機(jī)優(yōu)勢顯著。向量解算時，求得整周未知數(shù) N 的估計(jì)值及中誤差。 再多種誤差影響下，數(shù)據(jù)平差后得到的 N 也可能不是整數(shù)，誤差小的時候，即 為臨近整數(shù)。若誤差影響大，且 N 與臨近整數(shù)距離較遠(yuǎn)，則通過假設(shè)檢驗(yàn)的優(yōu) 化實(shí)數(shù) N，再重新進(jìn)行平差計(jì)算。短基線精度高，假設(shè)檢驗(yàn)得到的雙差固定解比 起取臨近整數(shù)的實(shí)數(shù)解更有優(yōu)勢。 長基線， 電離層

6、折射誤差難以消除， 衛(wèi)星軌道 也有較大影響等的影響， 實(shí)數(shù)解在數(shù)據(jù)分析上更有價值。 載波相位測量可用于相 對定位，即為利用基線向量由已知求未知。 采取誤差方程式中待定系數(shù)陣， 即可 較好的反應(yīng)觀測時間分布和衛(wèi)星的空間分布情況對精度的影響。三、誤差及數(shù)據(jù)平差處理方法減小 GPS控制網(wǎng)數(shù)據(jù)誤差精度的方法是一個值得深入探討的研究課題， 由于不可 能僅在理想穩(wěn)定的觀察條件下得到數(shù)據(jù)， 在復(fù)雜的觀測條件下折射、 軌道、鐘差 等系統(tǒng)誤差；多路徑效應(yīng)等隨機(jī)誤差常常存在， 起算點(diǎn)和周跳的存在也不容忽視， 這些最終對數(shù)據(jù)影響也可以借有數(shù)學(xué)模型測算得出。 高精度的基線處理正確的坐 標(biāo)轉(zhuǎn)換模型以及平差計(jì)算的反復(fù)評測

7、，是盡可能減少誤差影響的主要方法。進(jìn)行平差計(jì)算后， 地面觀測長度與實(shí)際長度仍會有變形， 選擇合理的中央子 午線位置，借助參考橢球面，抵償長度變形，再約束平差，是控制誤差的一種可靠方式。GPS數(shù)據(jù)平差處理通常采用兩種以上不同的網(wǎng)平差法。 根據(jù)觀測量和已知條 件的不同個，網(wǎng)平差分為三種類型：無約束平差、約束平差和聯(lián)合平差，都可做 到消除幾何異常， 也在不同方向的數(shù)據(jù)處理中有著各異優(yōu)勢和功能。 自由平差科 評定內(nèi)精度和粗差，其他兩種可以確定坐標(biāo)。如依據(jù)坐標(biāo)系類型， GPS網(wǎng)平差還 可分為三維平差和二維平差。 數(shù)據(jù)包各為 TGPPSW和 TGPPSm、GPSAdj和 PowerAdj 等。平差過程一般

8、遵循以下模式： 在基線向量網(wǎng)的構(gòu)建的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行包括無約束平 差在內(nèi)的兩種及兩種以上的平差計(jì)算， 最終在對數(shù)據(jù)整體進(jìn)行質(zhì)量分析和嚴(yán)格控 制。其中自由平差流程為取的基線向量的估值， 形成平差的函數(shù)模型， 利用基線 解算，輸出方差陣，最終得到平差完整的數(shù)學(xué)模型，觀察粗差是否存在，改進(jìn)數(shù) 學(xué)模型，調(diào)整后求解，輸出最終結(jié)果。利用該結(jié)果進(jìn)行無約束平差，調(diào)整觀測權(quán) 陣，形成限制條件方程，求解，得估值和平差值。值得一提的是，兼容性檢驗(yàn)是 約束平差的關(guān)鍵步驟， 已知控制點(diǎn)間兼容對于約束平差十分重要， 否則難以通過 兼容性檢驗(yàn)，甚至結(jié)果扭曲， GPS提供的數(shù)據(jù)起算數(shù)據(jù)精度高，在數(shù)據(jù)分析方面 也有著較大的優(yōu)勢。

9、 聯(lián)合平差利用最終基線向量和觀測值權(quán)陣， 加以常規(guī)值提供 的基礎(chǔ)權(quán)陣， 形成限制條件方程； 利用得到的數(shù)學(xué)模型求得平差值、 改正數(shù)和精 度統(tǒng)計(jì)調(diào)整 GPS與常規(guī)方法的比重，得到最終結(jié)果。四、國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展前景我國的 GPS 技術(shù)應(yīng)用始于上個世紀(jì)八十年代，隨著近幾十年的日益完善，GPS技術(shù)也得到了多學(xué)科的全方面的廣泛的應(yīng)用。 近日，在大數(shù)據(jù)時代的背景下， 信 息化系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)處理是一項(xiàng)十分必要的工作。全球定位系統(tǒng)定位準(zhǔn)、延時小、可操作性強(qiáng)，誤差影響小，在許多學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)用 廣泛的技術(shù)系統(tǒng)。 隨著幾十年來 GPS技術(shù)的不斷提高， GPS數(shù)據(jù)處理方法也有了 長足的進(jìn)步。相關(guān)的有 Bernese軟件、G

10、AMITGLOBK軟件、EPOSPV3和 GIPSY 等數(shù)據(jù)處理軟件。 我國地域廣博， 實(shí)際的傳統(tǒng)控制網(wǎng)各不相同， 因地制宜的選擇 合適的 GPS的控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法。 高精度高效率的處理數(shù)據(jù)， 減小誤差， 是多 學(xué)科研究的基本需求。我國的相關(guān)研究在基線處理部分十分突出， 網(wǎng)平差研究也日新月異。 三維約束平 差主要用于在地面網(wǎng)中進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換， 以方便工程建設(shè)需求。 其要求獲取滿足重 力異常和水平差， 在如今不適應(yīng)高精度工程的需求。 二維平差精度較高即固定基 準(zhǔn)點(diǎn)不動，只取經(jīng)緯值進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)用較廣。 現(xiàn)存問題有：三角點(diǎn)尋找網(wǎng)難，有些已廢棄，有些精度不滿足要求，三維網(wǎng)約束 平差大地高和高程差難以獲

11、得。 高斯正形投影對于大面積、 復(fù)雜、 精密控制網(wǎng)的 勘探設(shè)計(jì)和施工都增加了難度。 平差后仍存在投影變形， 故選取測區(qū)的中心經(jīng)線 （為中央子午線）、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項(xiàng)目中得到應(yīng)用，效果較好。 4五、總結(jié) 總之，在多項(xiàng)工作實(shí)踐中，通過數(shù)形結(jié)合分析評估處理數(shù)據(jù)，根據(jù)相應(yīng)需要，采 取對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理方法， 可以達(dá)到事半功倍的良好效果。 科學(xué)管理數(shù)據(jù)， 提升數(shù) 據(jù)處理方法是必要的也是必然的， 以精益求精的態(tài)度， 推動測繪向自動化信息化 系統(tǒng)化的高精尖方向迅猛發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 . 馬耀昌與辛國 , GPS 測量誤差與數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量控制 . 地理空間信息 , 20