第7章GPS网平差.ppt

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1、1GPS测量与数据处理测量与数据处理2第七章第七章 GPS网平差网平差3本章内容本章内容 网平差的类型及作用网平差的类型及作用 网平差的流程网平差的流程 网平差原理及质量控制网平差原理及质量控制 采用采用GPS技术建立独立坐标系技术建立独立坐标系 GPS高程测量高程测量 41.网平差的类型及作用网平差的类型及作用5GPS网平差的目的网平差的目的 GPS网网6GPS网平差的目的网平差的目的 消除由观测量和已知条件中的误差所引起的几何消除由观测量和已知条件中的误差所引起的几何上的不一致上的不一致 闭合条件 重复条件 附合条件 改善网的质量，评定网的精度改善网的质量，评定网的精度 确定网点在指定参照

2、系下的坐标以及其他相关参确定网点在指定参照系下的坐标以及其他相关参数估值数估值 引入位置基准 引入其它的起算条件7GPS网平差的最少约束条件数网平差的最少约束条件数 GPS网的必要基准网的必要基准 1个位置基准（3个约束条件）8GPS网平差的类型网平差的类型 GPS网平差的类型网平差的类型 无约束平差/最小约束平差 约束平差 联合平差9GPS网平差的类型网平差的类型 无约束平差无约束平差/最小约束平差最小约束平差 观测值 GPS观测值（GPS基线向量）约束条件 无或最少约束条件数 目的 判别是否存在粗差基线 调整各基线向量观测值的权 确定各点在地心地固系下的相对位置关系10GPS网平差的类型网

3、平差的类型 约束平差约束平差 观测值 GPS观测值（GPS基线向量）约束条件 多于最少约束条件数 目的 确定各点在指定坐标参照系下的坐标11GPS网平差的类型网平差的类型 联合平差联合平差 观测值 GPS观测值（GPS基线向量）地面常规观测值 约束条件 多于最少约束条件数 目的 确定各点在指定坐标参照系下的坐标122.网平差的流程网平差的流程13网平差的整体流程网平差的整体流程14网平差的整体流程网平差的整体流程 提取基线向量，构建提取基线向量，构建GPS网网 三维无约束平差三维无约束平差 约束平差约束平差/联合平差联合平差 质量分析与控制质量分析与控制15提取基线向量的原则提取基线向量的原则

4、 选取相互独立的基线选取相互独立的基线 所选取的基线应构成闭合的几何图形所选取的基线应构成闭合的几何图形 选取质量好的基线向量选取质量好的基线向量 选取能构成边数较少的异步环的基线向量选取能构成边数较少的异步环的基线向量 选取边长较短的基线向量选取边长较短的基线向量16质量分析与控制质量分析与控制 基线向量的改正数 相邻点距离中误差 2-检验012|tiivq17无约束平差的流程无约束平差的流程18约束平差的流程约束平差的流程19联合平差的流程联合平差的流程203.网平差原理及质量控制网平差原理及质量控制21空间直角坐标与大地坐标间的微分关系空间直角坐标与大地坐标间的微分关系()22GPS基线

5、向量基线向量 观测值及其权阵观测值及其权阵 单基线解 一条单基线解23GPS基线向量基线向量 观测值及其权阵观测值及其权阵 单基线解 所有参与构网的基线解24GPS基线向量基线向量 观测值及其权阵观测值及其权阵 多基线解 一个时段的多基线解25GPS基线向量基线向量 观测值及其权阵观测值及其权阵 多基线解 参与构网的所有基线解26GPS基线向量基线向量 观测方程观测方程27GPS基线向量基线向量 误差方程误差方程 空间直角坐标系 大地坐标系或或28地面常规观测量地面常规观测量 空间距离空间距离 方位角方位角 方向方向 天顶距天顶距29地面常规观测量地面常规观测量()空间距离空间距离 观测方程

6、误差方程30地面常规观测量地面常规观测量()方位角方位角 观测方程 误差方程31地面常规观测量地面常规观测量()方向方向 观测方程 误差方程32地面常规观测量地面常规观测量()天顶距天顶距 观测方程 误差方程33起算数据起算数据 起算数据的类型起算数据的类型 起算点 起算边长 起算方位34起算数据起算数据 起算点起算点 条件方程35起算数据起算数据()起算边长起算边长 条件方程36起算数据起算数据()起算方位起算方位 条件方程37三维无约束平差三维无约束平差 一条基线向量的观测方程一条基线向量的观测方程38三维无约束平差三维无约束平差 总误差方程总误差方程39三维无约束平差三维无约束平差 总误

7、差方程总误差方程40三维无约束平差三维无约束平差 起算基准起算基准 方法一：引入一个起算点41三维无约束平差三维无约束平差 起算基准起算基准 方法二：采用秩亏自由网基准42三维无约束平差三维无约束平差 方程的解方程的解TGGNggWNNX1ggbbTbbNB PBTWB PL3330nmTPVV43三维无约束平差三维无约束平差 单位权方差的检验单位权方差的检验33320nmTPVV44三维无约束平差三维无约束平差 单位权方差的检验单位权方差的检验 作用 观测值的先验单位权方差是否合适；各观测值之间的权比关系是否合适。检验未通过所反映出的问题 给定了不适当的先验单位权方差；观测值之间的权比关系不

8、合适；观测值中可能存在粗差。45三维无约束平差三维无约束平差 残差检验残差检验 要求 检验未通过所反映出的问题 该基线或其附近的基线存在粗差 处理方法 平差中将粗差基线剔除，直至所有参与平差的基线满足要求333XYZVVV46三维约束平差三维约束平差基本方法基本方法方法一：1.利用已知参心坐标，计算参心系到地心系的转换关系，将已知的参心坐标转换到地心坐标系下；2.然后在地心系下进行约束平差；3.最后，将平差结果转换到参心坐标系方法二：1.建立包含地心系到参心系的转换参数和参心系下坐标参数在内的统一函数模型，2.指定参心系下已知点坐标作为约束条件，平差后可直接得出待定点在参心系下的坐标。（在这里

9、主要介绍第二种方法的数学模型。）47三维约束平差三维约束平差()一条基线向量的观测方程一条基线向量的观测方程 一条基线向量的误差方程一条基线向量的误差方程48三维约束平差三维约束平差()总误差方程总误差方程49三维约束平差三维约束平差()约束条件约束条件50三维约束平差三维约束平差()约束条件约束条件51三维约束平差三维约束平差()方程的解方程的解TGGNggWNNX1ggbbTbbNB PBTWB PLlnmT3330PVV52三维约束平差三维约束平差 单位权方差的检验单位权方差的检验 目的 确定起算数据是否与GPS观测成果相容 检验未通过所反映出的问题 起算数据的质量不高 GPS网的质量不

10、高53三维约束平差三维约束平差 残差检验残差检验 要求：基线分量改正数与经过粗差剔除后的无约束平差的同一基线相应改正数较差的绝对值 检验未通过所反映出的问题 作为约束的已知坐标、已知距离、已知方位中存在一些误差较大的值 处理方法 删除这些误差较大的约束值，直至满足要求222ZdYdXdVVVZdYdXdVVV,54推算推算2个点个点固定固定3个点个点三维约束平差三维约束平差 起算数据的检验起算数据的检验检查点法 方法：当有多个已知点时，可先仅固定其中部分点进行平差，然后将平差得到的点坐标与已知成果进行比较，以判定起算点成果的质量。特点：实用性强，可用现有网平差软件进行，但需要有三个以上的已知点

11、。55三维约束平差三维约束平差 起算数据的检验起算数据的检验符合路线法 方法：从某个已知点，经过由若干基线向量所组成的导线，推算出另一已知点的坐标，对推算值与已知值进行比较，以判定起算点成果的质量。特点：实用性强，但无法利用现有的网平差软件进行。56三维联合平差三维联合平差 误差方程误差方程VBXLT33434343433434GDAOZDAZGOGDAOZmmmmmnkmnkmnkmnkmnkmnk LLLLLLGPS基线向量距离观测量方位 观测量方向 观测量天顶距 观测量574.采用采用GPS技术建立独立坐标技术建立独立坐标系系58国家坐标系与独立坐标系国家坐标系与独立坐标系 国家坐标系国

12、家坐标系 按规定进行投影分带，通常是6带或3带；投影中央子午线根据投影区域所处分带得出，如果是6带，则投影的中央经线为6n3，如果是3带，则投影的中央经线为3n，其中n为投影带的带号；投影面为国家大地基准所确定的参考椭球面。在投影面上；投影带中央经线的投影为纵轴（X轴）、赤道投影为横轴（Y轴），它们的交点为原点。独立坐标系独立坐标系不按国家坐标系方法进行定义的坐标系为独立坐标系。59独立坐标系独立坐标系 产生原因产生原因限制投影变形方便工程施工60独立坐标系独立坐标系 分类分类地方坐标系 采用标准投影公式，投影中央经线根据具体要求人为指定，通常通过投影区域中央，而投影面为当地的平均高程面，通常

13、用于城市坐标系。工程坐标系 坐标原点和坐标轴的指向都根据具体要求人为指定，坐标归化到指定的高程面上。61独立坐标系独立坐标系 分类分类地方坐标系工程坐标系62独立坐标系独立坐标系 地方坐标系地方坐标系特点 采用标准投影公式，投影中央经线人为指定，通常通过投影区域中央，投影面为当地的平均高程面，通常用于城市坐标系。产生原因：建立坐标系时，由于技术条件的限制，定向、定位精度有限，导致最终所定义出来的坐标系与国家坐标系在坐标原点和坐标轴指向上有所差异。出于成果保密等原因，在按国家坐标系进行数据处理后，对所得坐标成果进行一定的平移和旋转，得出独立坐标系。63独立坐标系独立坐标系 工程坐标系工程坐标系特

14、点：坐标原点和坐标轴的指向人为指定，坐标归化到指定的高程面上。产生：为了满足工程要求以及工程计算或施工放样的方便，采用的一种极为特殊的参考系。其平面高度、坐标轴指向和/或坐标原点根据工程需要定义。实例：桥轴线坐标系：桥轴线为坐标系的纵轴；通过指定桥轴线上一点的坐标来确定坐标系的原点；将坐标平面置于桥墩顶平面处。坝轴坐标系：坝轴线方向为横轴；通过指定某一点的坐标来确定坐标系的原点；坐标系的纵轴与水流方向平行，指向下游；坐标平面为放样精确要求最高的平面（一般为厂房基础平面），也有可能是各安装平面的平均高程面。64GPS技术技术建立独立坐标系的基本方法建立独立坐标系的基本方法方法一方法一1)进行GP

15、S网的无约束平差，得到地心地固系下的坐标；2)将GPS测定的三维坐标投影到独立坐标系所在的平均高程面或指定高度的高程面上；3)进行平移和旋转变换得出最终的坐标。65GPS技术技术建立独立坐标系的基本方法建立独立坐标系的基本方法方法二方法二1)通过约束平差或基准转换，得出国家大地基准下的坐标；2)通过坐标投影，将三维坐标投影到参考椭球面上；3)进行坐标的相似变换，从而得出最终的坐标。(对于这种情况，要求事先在网中测定几条高精度的激光测距边，在处理时既可以将这些边当做约束值，也可以将它们当做观测值，与GPS基线向量观测值一起进行平差)66投影面转换投影面转换 直接法和间接法直接法和间接法 直接法

16、通过基准转换和投影变换实现 具体方法：椭球平移法和椭球膨胀法 间接法 通过投影变换和相似变换（实际上是进行比例缩放）实现67投影面转换投影面转换 直接法和间接法直接法和间接法 直接法 通过基准转换和投影变换实现 间接法 通过相似变换实现，实际上是进行比例缩放68投影面转换投影面转换 椭球平移法椭球平移法 基本思想69投影面转换投影面转换 椭球平移法椭球平移法 算法流程70投影面转换投影面转换 椭球膨胀法椭球膨胀法 基本思想71投影面转换投影面转换 椭球膨胀法椭球膨胀法 算法流程72投影面转换投影面转换椭球平移法与椭球膨胀法的比较椭球平移法与椭球膨胀法的比较1)都适合于在没有外部约束的条件下建立独立坐标系；2)采用椭球平移法时，所得到的指定高程面上的平面坐标与国家参考椭球的椭球面上的平面坐标在数值上有很大差异，不过点与点之间的几何关系并未改变；3)采用椭球膨胀法时，经过投影后所得到的平面坐标在数值上与国家参考椭球的椭球面上的平面坐标接近，只是进行了相应的比例缩放；4)两种方法所得出的指定高程面上的平面坐标，在坐标间的相对关系上是一致的。73坐标的相似变换坐标的相似变换 算法算法745.G