毕业设计（论文）-起算点与GPS控制网的兼容性分析.doc

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1、xxxx测绘工程xx班 I 起算点与GPS控制网的兼容性分析 【摘要】 GPS定位结果中，随着基准点坐标的不同，所求转换参数会有很大差异。地面网重合 点大地坐标中H值（大地高）往往不能精确的给定，中高程异常最高精度为米级，H=h 所以会给转换后的坐标带来一定误差。重合点的个数与几何图形结构也会影响转换精度。 在工程测量中通常采用双差模型求解GPS基线，解算时要求知道一个端点的坐标,该 坐标的精度对GPS基线的解算结果有影响。已知点的精度越低, 基线的解算精度也越低。 在GPS 基线测量中,进行基线解算时,根据已知基线一个端点的坐标,然后根据卫星位置和 观测值精确计算出基线向量, 但已知点坐标的

2、精度会影响基线解算结果的精度。所以,为 了保证相对定位的精度,起算点状况对精密GPS 基线解算的影响是不能忽略的。 【关键词】GPS；基线；控制点；精度 xxxx测绘工程xx班 II Abstract : GPS results, with the benchmark for different,coordinate transformation parameters have significant differences.The nets coincidence point geodetic coordinates of the high value (H) often cannot pr

3、ecisely given, H = H + abnormal height in the highest accuracy for m, so to bring the coordinate transformation after a certain error. The number of coincidence with geometry structure can also affect the accuracy of conversion. GPS technology is widely applied in engineering survey. Usually , the b

4、aselines are found with the doubledifference model . The coordinates of an end point are required to be known in solving the baselines. The precision ofthe known points has impact on the solutions of the baselines. It is found out in stimulation that the lower the precisionof the known points , the

5、lower the precision of the solved baselines. So to guarantee the necessary precision in solvingbaselines , the precise known point is used. Three methods for improving the known points precision are put forward.At baseline, using GPS measurement of GPS receiver random software range baseline, need t

6、o know the coordinates of an endpoint baseline, then according to the satellite observations and accurately calculate the baseline vector, but known coordinates calculation accuracy will affect the accuracy of the baseline. Therefore, in order to ensure the accuracy of localization, known for precis

7、ion GPS range baseline influence can not be ignored. Key words : GPS technology ; baseline ; precision of known point xxxx测绘工程xx班 - 1 - 目录 【摘要】I 第1章 引言.- 1 - 第2章 GPS的应用及其定位原理.- 2 - 2.1 GPS应用前景- 2 - 2.2 应用GPS建立控制网的优越性- 2 - 2.3 GPS定位原理- 2 - 2.3.1 伪距法定位.- 3 - 2.3.2 载波相位法定位.- 4 - 第3章 工程项目及施测.- 5 - 3.1 工

8、程项目的选取- 5 - 3.1.1 工程概况.- 5 - 3.1.2 作业任务.- 6 - 3.1.3 拟采用的坐标系统.- 6 - 3.1.4 已有测绘资料.- 6 - 3.2 工程项目的实施- 6 - 3.2.1 工程项目的外业实施.- 6 - 3.2.2 内业数据处理.- 7 - 3.2.3 成果的完善.- 9 - 第4章 数据计算分析.- 10 - 4.1 起算点精度对GPS定位的影响3.- 10 - 4.1.1 误差传播与影响模型.- 10 - 4.1.2 实验数据分析计算.- 11 - 4.1.3 分析与结论.- 12 - 4.2 起算点数量对GPS定位的影响- 13 - 4.2.

9、1 坐标转换.- 14 - 4.2.2 实验数据分析.- 14 - xxxx测绘工程xx班 - 2 - 4.2.3 分析与结论.- 18 - 4.3 起算点分布对GPS定位的影响- 19 - 4.3.1 GPS观测时的有关规定.- 19 - 4.3.2 实验数据分析.- 19 - 4.3.3 分析与结论.- 20 - 第5章 建议.- 21 - 第6章 设计总结.- 22 - 第7章 参考文献.- 23 - 第8章 附录.- 24 - xxxx测绘工程xx班 - 1 - 第1章 引言 GPS定位技术以其精度高，速度快，费用省，操作简便等优良特性被广泛应用于大地 控制测量中。时至今日，可以说GP

10、S定位技术已完全取代了用常规测角，测距手段建立大 地控制网。我们一般将应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。归纳起来可以将 GPS网大致分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类GPS网中相邻点的距 离在数千公里至上万公里，其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框 架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务，或用以研究地区性的板 块运动或地壳形变规律等问题。另一类是区域性的GPS网，包括城市或矿区GPS网，GPS 工程网等，这类网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为国民 经济建设服务。 大地测量的科研任务是研究地球的形状及其随时间的

11、变化，因此建立覆盖全球的坐 标系统之一的高精度大地控制网是大地测量工作者多年梦寐以求的，直到空间技术和无 线电天文技术高度发达，才得以建立跨洲际的全球大地网。但由于VLBI,SLR技术的设备 昂贵且非常笨重，因此在全球也只有少数高精度大地点，直到GPS技术逐步完善的今天才 使覆盖全球的高精度GPS控制网得以实现，从而建立起了高精度的（在1-2cm）全球统一 的动态坐标框架，为大地测量的科学研究及相关地学研究打下了坚实的基础。 精密工程测量和变形监测，是以毫米级乃至亚毫米级精度为目的的工程测量。随着 GPS系统的不断完善，软件性能的不断改进，目前GPS已可用于精密工程测量和工程变形 监测。 xx

12、xx测绘工程xx班 - 2 - 第2章 GPS的应用及其定位原理 2.1 GPS应用前景 目前，GPS系统的应用已经十分广泛，应用GPS信号我们可以进行海、空和陆地的导 航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间的传递和速度的测量等。在测 绘领域中，GPS卫星定位技术已经用于建立高精度的全国性的大地测量控制网，测定全球 性的地球动态参数；用于建立陆地、海洋大地测量基准，进行高精度的海岛、陆地联测 以及海洋测绘；用于监测地球板块运动状态和地壳形变；用于工程测量，成为建立城市 与工程控制网的主要手段。用于测定航空航天摄影瞬间的相机位置，实现仅有少量地面 控制或无地面控制的航测快速成图。 2

13、.2 应用GPS建立控制网的优越性 与常规方法相比，应用GPS卫星定位技术建立控制网的主要特点是1： （1）采用相对定位方法，即若干台GPS接收机同步观测，确定各点之间的相对位置， 并采用载波相位测量。从而得到高精度的测量结果。 （2）GPS测量不要求各点之间互相通视，使得控制点的点位选定灵活方便。 （3）GPS测量可以全天候进行，不论白天黑夜或晴天雨天，均能正常工作，使得测 量工作更具有计划性。 （4）观测时间短，当测站之间的距离小于30km时，同步观测12h便可得到较好的 观测成果；当测站之间的距离小于l0km时，还可采用快速定位方法，观测时间 可以缩短为1020min，甚至更短。 （5）

14、GPS测量的观测数据是自动记录的。GPS基线向量的计算和GPS网的平差计算的 自动化程度很高。 2.3 GPS定位原理 GPS卫星发射测距信号和导航电文，导航电文中含有卫星的位置信息。用户用GPS接 收机在某一时刻同时接收三颗以上的GPS卫星信号，测量出测站点P至三颗以上GPS卫星 的距离并解算出该时刻GPS卫星的空间坐标，据此利用距离交会法解算出测站P的位置。 如下图2-1所示，设在时刻 在测站点P用GPS接收机同时测得P点至三颗GPS卫星、 i t 1 S xxxx测绘工程xx班 - 3 - 、的距离、通过GPS电文解译出该时刻三颗GPS卫星的三维坐标分别为（ 2 S 3 S 1 2 3

15、,，） ，j=1、2、3。用距离交会的方法求解P点的三维坐标（，）的观 j X j Y j ZXYZ 测方程为4 （2-1） 2121212 1 =(X-X ) +(Y-Y ) +(Z-Z ) （2-2） 2121212 1 =(X-X ) +(Y-Y ) +(Z-Z ) （2-3） 2323232 1 =(X-X ) +(Y-Y ) +(Z-Z ) 图2-1 GPS卫星定位原理 2.3.1 伪距法定位 伪距定位的观测方程： （2-4） 1 222 2 jjjjjjj SSSk12 X -X+ Y -Y+ Z -Z-C t =c t 式中： 为卫星与接收机间的伪距； 、表示卫星号为j的卫星坐标

16、； j S X j S Y j S Z 、表示接收机的坐标；XYZ j为卫星号，j=1、2、3 、为接收机钟差与卫星钟差； k t j t 、为电离层与对流层的延迟； 1 j 2 j xxxx测绘工程xx班 - 4 - 2.3.2 载波相位法定位 载波相位定位的观测方程： （2-5） jj kab12k fff f tf tN ccc 式中： 为载波相位观测量； 为接收机本振产生的固定参考频率；f 为光速；c 为整周未知数。N 、为接收机与卫星延迟误差； a t b t 、为电离层与对流层延迟误差。 1 2 xxxx测绘工程xx班 - 5 - 第3章 工程项目及施测 3.1 工程项目的选取 3

17、.1.1 工程概况 本次设计主要是在河南省商丘一带航磁异常查证项目E级GPS控制网布设结果的 基础上，分析其正确性，同时参考了桂林工学院学报第三期的一篇文章。 为满足河南省商丘一带航磁异常查证工作的需要，在工作区范围内开展E级GPS控制 测量工作。 工作区在东经1153649“1160041“，北纬340142“ 342948“之间， 行政隶属于商丘、虞城、鹿邑和夏邑县。工作区呈南北长约52km，东西宽约36km的长方 形，总面积1815km2。 本区属平原，地势平坦，平均海拔44m左右。区内主要交通状况，如图3 -1所示，有 陇海铁路和京九铁路通过，又有连霍高速，105、310国道和几条省道

18、纵横成网，交通比 较便利。 图3-1 xxxx测绘工程xx班 - 6 - 3.1.2 作业任务 此次控制测量的任务依据工作区域内航磁异常物探查证需要，按每10平方公里一个E 级GPS控制点的密度布置控制网，总计为210个E级控制点。具体工作任务包括： （1）GPS控制网型设计； （2）E级控制点的现场选址、标石制作、埋石； （3）GPS控制网观测计划、准备、外业观测及记录； （4）内业数据整理，控制网平差计算，点之记的编制，成果整理； （5）编制项目技术总结报告，成果提交。 3.1.3 拟采用的坐标系统 平面直角坐标采用高斯正型投影，中央子午线117。 采用1954年北京坐标系还是1980年西

19、安坐标系，要根据所能收集到的等级控制点的 坐标系统而定。 同样，采用1956年黄海高程系还是1985年国家高程基准也要根据所能收集的等级控 制的高程系统而定。 3.1.4 已有测绘资料 本院收集有工作区15万、110万地形图，可供全区控制点布局设计、预选址及测 量工作布置之用。 据了解，商丘市国土资源局曾委托省测绘局，在整个商丘市区域进行了D级GPS测量。 我们需尽可能地通过商丘市国土资源局收集本区范围59个D级GPS点的测量成果，作为 本区E级GPS控制网的起算点。 3.2 工程项目的实施 3.2.1 工程项目的外业实施 （1） 控制网的布设：考虑到本次GPS控制网的实际用途，将控制点均匀的

20、布设在 测区当中。测区南北约52km，东西约36km，依据规定的布点密度，将控制网 设计为附图一所示的网状形式，平均边长34km，共计210个点。其中异步观 xxxx测绘工程xx班 - 7 - 测环边数不大于8条。点均匀分布，相邻点间距离最大不超过平均间距的2倍。 为了提高网型精度，首先布设了一级框架网对整个测区进行控制，在框架网下 又布设了二级网。 （2） 观测方案：在项目实施过程中投入了八台仪器进行观测，为了提高GPS成果 的精度，首先观测一级框架网，在一级框架网的基础上观测了二级网，整个观 测过程中采用了网连式与边连式的混合连法，提高了网的可靠性。 （3） 选点：首先我们在小比例尺地图上

21、找到能够控制测区的拐角点大地经纬度， 对整个测区进行了控制，将大地经纬度转化为三度带54坐标系的坐标，将四个 拐角点54坐标在cass软件中展出来，然后根据控制网的布设方案，定出其余点 的概略坐标，在实地应用手持GPS进行定点，定点的原则是，在遵守全球定 位系统（GPS）测量规范GBT18314-2009的有关规定的基础上，以实际点 位为中心，半径500m的范围内进行埋点。 （4） 埋点：预制沙、石、水泥混凝土标石。标石规格按规范中普通基本标石，上 面2020（cm）,底面4040（cm） ，高55（cm） 。用带有十字刻划的道钉作中 心标志。所有点埋设统一预制的标石。在实地开挖一个深1.2m

22、、口径为1m的 深坑，在坑中垫20cm厚的混泥土垫层，然后将标石放入，将其稳固，填土夯实。 个别点可在水泥固定构筑物面上刻石代替，刻石规格同标石上面规格，刻线要 清晰，中间十字线要精细。 （5） 观测：本次项目投入了五台南方仪器（四台S82，一台S86） ，三台华测 （X90）仪器，利用八台仪器进行同步观测，时段间利用网连式，边连式进行 连接。为了保证观测质量，观测时间均选择在早七点到十一点，下午三点到七 点，观测过程中，由指挥人统一通知开关机时间，保证了观测时的同步时间。 在现场绘制点之记，点到参考物距离的量取精确到0.01m。 3.2.2 内业数据处理 为了保证外业观测数据的可靠性，每天对

23、数据进行处理。利用南方接收机自带的数 据处理软件GPSPro100222进行数据的处理，在数据处理过程中，严格按照全球定 位系统（GPS）测量规范GBT18314-2009的有关规定对数据进行处理，处理时主要注 xxxx测绘工程xx班 - 8 - 意以下事项： （1）基线处理时的，RATIO3RMS0.04 （3-1）RATIO=RMS/ RMS 小小小小 值反映了确定出的整周未知数参数的可靠性，这一指标取决于多种因素，RATIO 既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关。 即均方根误差（Root Mean Square） （中误差）RMS （3-2） T V PV RMS= n1 式中：

24、 观测值的残差；V 观测值的权（当各观测值为独立观测时，是相同的） ；PP 观测值的总数；n 表明了观测值的质量，观测值质量越好，越小，反之，观测值质量越RMSRMS 差，则越大，它不受观测条件（观测期间卫星分布图形）的好坏的影响。RMS （2）重复基线 2 （3-3） 2 2ds （3-4） 22 a(bd ) GPS基线向量的弦长中误差（mm） ； GPS接收机标称精度中的固定误差（mm） ； a bGPS接收机标称精度中的比例误差系数（ppm） ； dGPS中相邻点间平均距离（Km） 。 （3）独立闭合环的坐标闭合差应该符合以下要求2 （3-5） 3 X Wn （3-6） 3 Y Wn

25、（3-7） 3 Z Wn xxxx测绘工程xx班 - 9 - （3-8） S 3Wn n闭合环的边数； （3-9） 222 SXYZ = WW+WW 在符合以上各条件的基础上，根据实际条件对不合格的基线进行剔除与修正（修改 采样间隔，高度截止角） 。也可对卫星残差图进行修改，剔除因为周跳或多路径效应影响， 产生较大误差的卫星观测信号。 3.2.3 成果的完善 内业数据处理后，个别基线依然无法满足要求，这时我们要根据全球定位系统 （GPS）测量规范GBT18314-2009的有关规定要进行外业补测，并且结合内业对观测 数据进行剔除与挑选，最终保证数据的完整性与可靠性2。 （1）未按施测方案要求，

26、外业缺测、漏测，或数据处理后，观测数据不满足相关规 定时，要及时进行外业的补测。 （2）允许舍弃在复测基线边长较差、同步环闭合差、独立环或附合路线闭合差检验 中超限的基线，而不必进行该基线或与该基线有关的同步图形的重测，但必须 保证舍弃基线后的独立环所含基线数，不得超过相应等级的规定，否则，应重 测与该基线有关的同步图形。 （3）由于点位不满足GPS测量要求，而造成一个测站多次重测仍不能满足各种限差 要求时，经主管部门批准，可以布设新点重测或者舍弃该点。 （4）对需补测或重测的观测时段或基线，要具体分析原因，在满足相应要求的前提 下，尽量安排一起进行同步观测。 xxxx测绘工程xx班 - 10

27、 - 第4章 数据计算分析 4.1 起算点精度对GPS定位的影响3 4.1.1 误差传播与影响模型 基线解算中的已知点误差将引起基线另一端点点位的平移和基线向量分量的变化.。 这种变化有时主要表现为尺度的变化，有时表现为空间方向的变化。假设P1和P2是基线的 两端点，在GPS-84 中的坐标向量分别为和，因此有关系式： 1 X 2 X （4-1） 2112 XXX 其中为、点间的坐标差向量。 12 X 1 P 2 P 作为起始点, 并假设其坐标向量有微小的变化 , 则由此引起点坐标向量的 1 P 1 X 2 P 变化为： （4-2） 2112 X = X +X 起始点坐标的变化对所求基线的影响

28、。 12 X 由于起始点对基线的影响有时主要表现为基线尺度的变化，有时主要表现为基线在 空间方向上的变化，若GPS 相对定位采用双差模型，则通过平差求基线向量的解。 （4-3） T- 1T P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2P1 P2 X = ( A PA) A PL （4 12P P2P P2P P2P P2P P2P P2 111111 ijijikikiuijT P P1n1n1n L = L( j ) , L( j ) , L( k ) , L( k ) , L( u ) , L( u ) -4） 式中: i , j , k u为卫星代号； 为平差后基线长。 P1P2 L 设起算

29、点误差在地心直角坐标系中为, 对基线另一端点的误差影响可表示为： 1P X xxxx测绘工程xx班 - 11 - （4-5） 121 212 T- 1TT 2112P PP PP P XP = XP + ( A P P PA) A P L 由（4-4）式有： 1212121 21212121 TijijikikiuinT P PP P1P PnP P1P PnP P1P PnP L = ( j ) , ,( j ) ,( k ) , ,( k ) ,( u ) , ,( u ) X . （4-6） 这里有： （4-7） ii jiii 111111 y P1y P1ijT x P1x P1z

30、P1z P1 11 jijjjj PPPPPP P( j ) =-, DDDDDD 综合以上三式可以得到： （4-8） 21121 PP P PP X = X + kX 因此可以得到起算点误差对基线分量的影响为： （4-9） 121 21 P PP PP X = kX 用站心坐标系来表示, 就可以表示为： （4-10） 1121121 - 1T PP PPP PP e = H QkX 式中: 112121 2 T PP PP PP P e = S , , H （4-11） 1 p1p1p1p1p1 T Pp1p1 p1p1p1p1p1 sinBcosLsinBsinLcosB Q =sinLc

31、osL0 cosBcosLcosBsinLsinB （4-12） 12 p1p2p1p2p1p2p1p2p1p2p1p2p1p2p1p2 P Pp1p2p1p2p1p2p1p2p1p2p1p2p1p2p1p2 p1p2 cossinZSsinsinZScoscot Z H = sinsinZScossinZSsinsinZ cosZ01 上式中, 反映了卫星几何分布与变化的作用；表明了基线起算点位置的作用； 1 2 P P k T Q 反映了基线本身空间取向和长度对传播起算点误差的效应。 P P 12 -1 H 4.1.2 实验数据分析计算 为了解起算点坐标精度对基线向量解算结果的影响，笔者选

32、取了某GPS 控制网中的2 条基线(D001 - D002 和D001 - D003) 作为研究对象，用随机软件TGO 进行基线解算，解 算时人为地将固定点坐标分量分别加入一定的误差，采用以下6 种方案作比较： xxxx测绘工程xx班 - 12 - 方案1 : 将起算点的经纬度和大地高分别加入误差+110”(N,E) ,15m(H) ； 方案2 : 将起算点的经纬度和大地高分别加入误差+310”(N,E) ,30m(H) ； 方案3 : 将起算点的经纬度和大地高分别加入误差+510”(N,E) ,60m(H) ； 方案4 : 将起算点的经纬度和大地高分别加入误差+1010”(N,E),90m(

33、H) ； 方案5 : 将起算点的经纬度和大地高分别加入误差+1510”(N,E),120m(H) ； 方案6 : 将起算点的经纬度和大地高分别加入误差+2010”(N,E),150m(H)。 其解算结果见表4-1和表4-2。表中RMS为表示基线向量解算精度的残差,RATIO为基线 固定解可靠程度因子。 表4-1 基线向量D001 - D002 解算结果 Table 1 Solution of the baseline vector D001 - D002 方案 XYZ 基线长 RMSRATIO/ % 原始值 2985.9003-2842.75746328.42567552.8700.01234

34、99.75 方案1 2985.9004-2842.75296328.42607552.8680.0123299.94 方案2 2985.9010-2842.74786328.43067552.8710.01481100 方案3 2985.9034-2842.74776328.43227552.8730.0204499.86 方案4 2985.6839-2842.79636328.41017552.7850.0571678.24 方案5 2985.5959-2842.82916328.39267552.7490.0888073.86 方案6 2985. 514 2 -2842.8633 6382

35、.374 0 7552.7140.1314660. 14 表4-2 基线向量D001 - D003 解算结果 Table 2 Solution of the baseline vector D001- D003 方案 XYZ 基线长RMSRATIO/ % 原始值1163.60093070.59223456.56694767.6370.00745100 方案11163.60203073.58553456.56984767.6350.00685100 方案21163.60363070.57323456.57894767.6340.00688100 方案31163.60223070.56573456

36、.58724767.6340.0085699.98 方案41163.60543070.54603456.61054767.6390.0197799.04 方案51163.77683070.59403456.57634767.6870.0486486.84 方案61163.86393070.60663456.57414767.7150.0604267.64 xxxx测绘工程xx班 - 13 - 4.1.3 分析与结论 4.1.3.1 分析 从表中数据可知,要精密控制测量,起始点坐标的影响是不容忽视的:方案1的偏差最小, 方案6的偏差最大。因此,起算点坐标误差越大,对基线向量解算结果影响也越大。由

37、于起 算点误差对基线解算结果的影响是一外在的误差影响因素,为保证基线向量的解算具有足 够的精度,必须适当控制起算点误差。 根据GPS测量规范:进行C级及以下测量时,起算点的WGS - 84坐标精度应不低于25m； 进行B级测量时,起算点的WGS - 84坐标精度应不低于3m。通常起算点的坐标可以通过以 下几种途径获取: （1）利用已知的WGS - 84 坐标。 我国已通过国家GPS 联测建立起国家高精度GPS A 级网, 这些网点的坐标均可以作为基线精化处理中的起算点。 （2）在精确获取转换参数的情况下, 根据国家或地方坐标系的大地坐标以及该坐标 系和WGS - 84坐标系之间的转换关系式进行

38、坐标转换后, 求得基线精化处理的起 算点。 （3）采用GPS单点定位的结果。由于目前C/A码伪距定位23h ,平差结果的精度为 20m左右, 采用这种结果作为基线解算的起始点坐标将会对基线解算的影响比 较大, 这对于高精度的GPS网，数据处理是不能满足需要的。 4.1.3.2 结论 因此，要提高起算点位置的精度，可以采取以下方法: （1）选择测区中心部位的某点独立观测3次以上, 每次观测时段大于2h，取多次伪 距定位单点解的平均值作为全网基线解算的起算点。 （2）将GPS网中各点的单点定位结果都通过基线向量传递到起算点来, 取加权平均 值, 用该平均值作为重新进行基线解算的起始点的坐标。 （3

39、）采用精密星历取代广播星历进行起算点的伪距定位, 通过提高卫星轨道精度来 改善起算点的GPS- 84坐标精度。 4.2 起算点数量对GPS定位的影响 当重合点较少时，如只有两个重合点，则只能求解部分转换参数，如3个平移参数， xxxx测绘工程xx班 - 14 - 3个旋转参数等。利用部分参数实现坐标转换，检核少，精度不高。所以实际布测GPS网 时，应尽量多的联测地面网点。 4.2.1 坐标转换 GPS定位测得的坐标为WGS-84坐标系中的坐标，工程中要求应用国家或地方坐标系 中的坐标，要将WGS-84坐标系中的坐标转换到国家或地方坐标系中，观测时要联测国家 或地方坐标系中的点，以便进行坐标转换

40、。 利用已知重合点的三维直角坐标进行坐标转换，用七参数法实现坐标转换。 当GPS网选定基准点的坐标后，便可由基准点的坐标值和基线向量的平差值计算GPS 点的WGS-84坐标值或三维大地坐标，重合点在地面网中的坐标由, , G X Y Z, , D B L H 换算为,最后将重合点的两套坐标值代入七参数公式（4-13）解算转, , D B L H, , D X Y Z 换参数（3个坐标平移参数，3个旋转参数，1个尺度比参数） 。重合点数多于3个时，一般 用平差的方法进行求解转换参数。转换参数求出后，任用公式（4-13）计算各GPS点在国 家坐标系中的坐标，便实现了GPS定位结果至国家坐标系的转换

41、。 （4-13） DiGiGizy DiGizxGi yxDiGiGi XXXx0 Y=y(1k ) Y0Y z0ZZZ 式中： ，为国家或是地方独立坐标系中的坐标。 Di X Di X Di X ，为WGS-84坐标系中的坐标。 Gi X Gi X Gi X ，称为坐标系见的转换参数。xyz x y z k 对于重合点来说，转换后的坐标值与已知值有一差值，其差值的大小反映转换后坐 标的精度。 4.2.2 实验数据分析 4.2.2.1 印证方案 （1）当重合点数少于3时，无法计算平差后点位精度（重合点太少，无法计算出参 数） ，将其平差后的坐标与210个点整体平差的坐标进行求差，利用差值的大小

42、 xxxx测绘工程xx班 - 15 - 来判定精度的高低，差值越小说明平差出的坐标越靠近真值，精度越高。然后 统计该差值的分布来说明控制点的数量对基线处理的影响。 （2）当重合点大于3时，统计平差后的点位精度分布。 4.2.2.2 数据分析 （1）利用坐标差评定平差结果的精度 当重合点小于3时，因为无法计算出转换参数，判定它们之间的精度利用平差 后的坐标与标准坐标间求一次差作为判定的标准。 当只用一个控制点进行无约束平差后，平差坐标与标准坐标间求一次差分布 见下图表4-3： 图表4-3 固定不同的控制点进行平差后，平差坐标与标准坐标之间求一次差之后的坐标分布 见下图表4-4与4-5： xxxx

43、测绘工程xx班 - 16 - 图表4-4 图表4-5 固定不同数量的控制点，平差后的高程与标准平差后的高程求一次差的分布见下图 表4-6： xxxx测绘工程xx班 - 17 - 图表4-6 （2）利用平差后的点位精度评定平差结果的精度 固定不同数量控制点平差后的点位精度比较见下图表4-7： 图表4-7 xxxx测绘工程xx班 - 18 - 固定不同数量控制点平差后的高程精度比较见下图表4-8： 图表4-8 4.2.3 分析与结论 4.2.3.1 分析 （1）利用坐标差评定平差结果的精度 只固定一个控制点时，无法计算出坐标转换参数，有图表4-3可知，平差后的坐标与 标准坐标间求一次差的差值较大。

44、 当固定点的数量增大时，可以陆续计算出转换参数，从而平差的精度也逐渐提高， 由图表4-4可以看出，当控制点的数量越多时，平差后的坐标与标准坐标间求一次差的差 值越来越小，当差值增大时，固定控制点多的方案在此区间分布的点数就逐渐减小。 （2）利用平差后的点位精度评定平差结果的精度 由图表4-5，图表4-6可以看出，当固定的控制点数量越多时，平差后的点位精度就越 高。 4.2.3.2 结论 通过以上两种方法的比较我们可以看出控制点的数量对平差后的结果的影响是不可 忽视的，因此在GPS测量中联测一定数量的控制点是很有必要的，联测时，一方面要保证 xxxx测绘工程xx班 - 19 - 数量，第二方面要

45、保证联测点属于同一个坐标系统，坐标间的精度要保持一致。 4.3 起算点分布对GPS定位的影响 4.3.1 GPS观测时的有关规定 根据全球定位系统（GPS）测量规范GBT18314-2009的有关规定： A级GPS网应以适当数量和分布均匀的IGS站的坐标和原始观测数据位起算数据；B级 GPS网以适当数量和分布均匀的A级GPS网点或IGS站的坐标和原始观测数据为起算数据； C，D，E级GPS网以适当数量和分布均匀的AB级GPS网网点的坐标和原始观测数据位起 算数据。 网形测区：最好有至少三个已知控制点分布在测区外围的四个象限，若已知三角点 （控制点）位于测区外面，则测区外缘与该已知点之距离最好不

46、超过20km。 线状测区：最好有至少三个已知控制点分布在测区的两端及中央，且每隔30km左右 最好有一个已知控制点。 4.3.2 实验数据分析 为了印证起算点分布状况对GPS定位的影响，在整个测区选择三个点作为已知控制点， 选择不同的分布，根据平差后的点位精度对两种情况进行统计性讨论。 控制点的分布不同对坐标精度的影响见下图表4-9： 图表4-9 控制点的分布不同对高程精度的影响见下图表4-10： xxxx测绘工程xx班 - 20 - 图表4-10 4.3.3 分析与结论 （1）分析 通过以上数据图表可以看出，当控制点分布均匀时，值较小；相反，当控制点RMS 分布不均匀时，值较大。从整体来看，

47、的分布与控制点的分布具有一定的规律RMSRMS 性。 （2）结论 从以上数据图表可以看出，控制点的分布对数据精度的影响是很大的，在外业联测 控制点时，控制点应该均匀的分布在测区的四个象限中。 xxxx测绘工程xx班 - 21 - 第5章 建议 通过以上数据统计比较，可以看出，要想得到高精度的数据，就必须保证起算点的 精度，控制点的数量，控制点均匀分布在测区当中。要想提高平差后数据的精度可以采 取以下办法： （1）选择测区中心部位的某点独立观测3次以上，每次观测时段大于2h，取多次伪 距定位单点解的平均值作为全网基线解算的起算点； （2）将GPS网中各点的单点定位结果都通过基线向量传递到起算点来

48、，取加权平均 值，用该平均值作为重新进行基线解算的起始点的坐标； （3）采用精密星历取代广播星历进行起算点的伪距定位，通过提高卫星轨道精度来 改善起算点的WGS- 84 坐标精度。 （4）在测区中联测一定数量的控制点，并且要保证控制点的精度一直。 （5）在测区中联测的控制点的精度要达到一定的要求，A级GPS网应以适当数量和 分布均匀的IGS站的坐标和原始观测数据位起算数据；B级GPS网以适当数量和 分布均匀的A级GPS网点或IGS站的坐标和原始观测数据为起算数据；C，D，E 级GPS网以适当数量和分布均匀的AB级GPS网网点的坐标和原始观测数据位起 算数据。 （6）控制点应该均匀分布在测区当中，保证在测区的每个象限中都有一定数量的控 制点。 （7）在GPS测量中，控制点的选择应该综合起算点的精度，控制点的数量，控制点 的分布各个因素，择优选取，以保证平差结果的精度。 xxxx测绘工程xx班 - 22 - 第6章 设计总结 在本次论文的编写过程中，首先我很感谢张冰老师，在她的精心指导下我完成