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.
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