現(xiàn)代測量技術系列講座3GPS數(shù)據(jù)處理-GPS網(wǎng)平差計算

2.GPS網(wǎng)平差GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差第一頁，共五十二頁。GPS數(shù)據(jù)處理第二頁，共五十二頁。2.1

概述GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>概述第三頁，共五十二頁。GPS基線向量的基準缺失GPS基線向量中所含基準信息方位（水平方位、垂直方位）基準和長度基準均為相對基準GPS基線向量的基準缺失缺少位置基準（絕對基準）GPS基線向量為一相對量ABGPS基線向量GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>概述>GPS基線向量的基準缺失第四頁，共五十二頁。GPS網(wǎng)平差的內(nèi)涵觀測值基線向量及其精度和誤差相關信息（參見基線向量解）結果待定點的坐標其它待定參數(shù)：尺度、旋轉(zhuǎn)、運動速度各類精度指標：基線向量標準差，參數(shù)的精度及誤差相關性，點位誤差（橢圓）（絕對），基線誤差（橢圓）（相對）作用發(fā)現(xiàn)剔除粗差確定待定點坐標及其它參數(shù)（在指定基準下）精度評定GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>概述>GPS網(wǎng)平差的內(nèi)涵第五頁，共五十二頁。GPS網(wǎng)平差的類型①根據(jù)進行平差的空間三維平差在三維空間中進行數(shù)學模型是嚴密的適用于任何網(wǎng)，特別是大規(guī)模的網(wǎng)二維平差在二維平面上進行將平面坐標分量與高程分量分離，忽略了兩者之間的相關性，數(shù)學模型進行了一定的近似適用于小規(guī)模的網(wǎng)GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>概述>GPS網(wǎng)平差的類型①第六頁，共五十二頁。GPS網(wǎng)平差的類型②根據(jù)觀測值和已知條件的情況無約束平差觀測值全為GPS觀測值已知條件不使網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引其的變形約束平差觀測值全為GPS觀測值已知條件使網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引其的變形聯(lián)合平差觀測觀測值除了GPS觀測值已外，還包括其它常規(guī)幾何觀測值GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>概述>GPS網(wǎng)平差的類型②第七頁，共五十二頁。構網(wǎng)基線的選取基本原則獨立基線構網(wǎng)基線選取方法選取獨立基線選取基線應構成閉合圖形選取合格基線盡量選取短基線GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>概述>構網(wǎng)基線的選取第八頁，共五十二頁。2.2

GPS網(wǎng)平差的基本數(shù)學模型*GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的基本數(shù)學模型第九頁，共五十二頁。GPS網(wǎng)平差的觀測值①單基線解單條基線組網(wǎng)基線各基線向量間不存在誤差相關性GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的基本數(shù)學模型>觀測值①第十頁，共五十二頁。GPS網(wǎng)平差的觀測值②多基線解單時段基線組單時段基線組單時段基線組中的基線單時段基線組中基線間的誤差相關信息單時段基線組的方差陣單時段基線組中的基線是誤差相關的GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的基本數(shù)學模型>觀測值②第十一頁，共五十二頁。GPS網(wǎng)平差的觀測值③多基線解（續(xù)）組網(wǎng)基線不同時段的基線是誤差不相關的GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的基本數(shù)學模型>觀測值③第十二頁，共五十二頁。GPS網(wǎng)平差的基本觀測方程觀測方程（一條基線）基線向量觀測值基線向量觀測值的改正數(shù)基線向量終點的坐標基線向量起點的坐標GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的基本數(shù)學模型>基本觀測方程第十三頁，共五十二頁。GPS網(wǎng)平差的誤差方程誤差方程（一條基線）GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的基本數(shù)學模型>誤差方程第十四頁，共五十二頁。2.3

GPS網(wǎng)的三維無約束平差GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維無約束平差第十五頁，共五十二頁。三維無約束平差的內(nèi)涵定義平差在地心系下進行，平差時不引入使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部約束條件。作用：評定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和剔除GPS觀測值中可能存在的粗差得到GPS網(wǎng)中各個點在地心系（WGS-84/ITRF）系下經(jīng)過了平差處理的三維空間坐標為將來可能進行的高程擬合，提供經(jīng)過了平差處理的大地高（差）數(shù)據(jù)調(diào)整基線向量觀測值的權GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維無約束平差>內(nèi)涵第十六頁，共五十二頁。三維無約束平差的基準問題①*自由網(wǎng)平差（最小約束，指定一個起算點）GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維無約束平差>基準問題①第十七頁，共五十二頁。三維無約束平差的基準問題②*秩虧自由網(wǎng)（例：取重心基準）GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維無約束平差>基準問題②第十八頁，共五十二頁。三維無約束平差的質(zhì)量控制①統(tǒng)計假設檢驗t檢驗方法目的：確定基線向量中是否存在粗差2檢驗方法目的觀測值質(zhì)量模型質(zhì)量約束條件的相容性（在后續(xù)處理中使用）GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維無約束平差>質(zhì)量控制①第十九頁，共五十二頁。三維無約束平差的質(zhì)量控制②質(zhì)量控制質(zhì)量評估殘差距離中誤差質(zhì)量改進刪除含粗差基線方差調(diào)整GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維無約束平差>質(zhì)量控制②第二十頁，共五十二頁。2.4

GPS網(wǎng)的三維約束平差GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差第二十一頁，共五十二頁。GPS網(wǎng)三維約束平差的目的方法概述目的獲取GPS網(wǎng)點在指定坐標系（參心系）下的坐標評定GPS網(wǎng)的外符合精度方法方法一：利用已知參心坐標計算參心系到地心系的轉(zhuǎn)換關系，將已知的參心坐標轉(zhuǎn)換到地心坐標系下，在地心系下進行平差，然后將平差結果轉(zhuǎn)換到參心坐標系方法二：建立統(tǒng)一模型，直接在參心系下進行平差GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>目的方法概述第二十二頁，共五十二頁。空間坐標系間的轉(zhuǎn)換關系①*布爾沙模型－七參數(shù)法GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>空間坐標系間的轉(zhuǎn)換關系①第二十三頁，共五十二頁?？臻g坐標系間的轉(zhuǎn)換關系②*布爾沙模型－七參數(shù)法（續(xù)）GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>空間坐標系間的轉(zhuǎn)換關系②第二十四頁，共五十二頁?？臻g坐標系間的轉(zhuǎn)換關系③*轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定原理通過公共點–具有兩個不同坐標系坐標的點至少需要3個公共點將公共點的坐標差作為偽觀測值，確定轉(zhuǎn)換參數(shù)數(shù)學模型GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>空間坐標系間的轉(zhuǎn)換關系③第二十五頁，共五十二頁?？臻g坐標系間的轉(zhuǎn)換關系④*轉(zhuǎn)換參數(shù)的確定（續(xù)）數(shù)學模型（續(xù)）GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>空間坐標系間的轉(zhuǎn)換關系④第二十六頁，共五十二頁。三維約束平差的函數(shù)模型①*觀測方程A坐標系為地心系B坐標系為參心系GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>函數(shù)模型①第二十七頁，共五十二頁。三維約束平差的函數(shù)模型②*觀測方程（續(xù)）GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>函數(shù)模型②第二十八頁，共五十二頁。三維約束平差的函數(shù)模型③誤差方程及約束條件GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>函數(shù)模型③第二十九頁，共五十二頁。2.5

GPS網(wǎng)的三維聯(lián)合平差*GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>GPS網(wǎng)的三維聯(lián)合平差第三十頁，共五十二頁。空間直角坐標與大地坐標的關系①由大地坐標轉(zhuǎn)空間直角坐標GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維聯(lián)合平差>直角坐標與大地坐標間關系①第三十一頁，共五十二頁。空間直角坐標與大地坐標的關系②由空間直角坐標轉(zhuǎn)大地坐標GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>直角坐標與大地坐標的關系②第三十二頁，共五十二頁?？臻g直角坐標與大地坐標的關系③大地坐標與空間直角坐標間的微分關系GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>直角坐標與大地坐標的關系③第三十三頁，共五十二頁。大地坐標系下的誤差方程GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>大地坐標系下的誤差方程第三十四頁，共五十二頁。與地面觀測數(shù)據(jù)的融合①空間距離觀測值觀測值與坐標的關系觀測值與坐標的微分關系誤差方程GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>與地面觀測數(shù)據(jù)的融合①第三十五頁，共五十二頁。與地面觀測數(shù)據(jù)的融合②大地方位角觀測值與坐標的關系GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>與地面觀測數(shù)據(jù)的融合②第三十六頁，共五十二頁。與地面觀測數(shù)據(jù)的融合③大地方位角觀測值與坐標的微分關系GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>與地面觀測數(shù)據(jù)的融合③第三十七頁，共五十二頁。與地面觀測數(shù)據(jù)的融合④大地方位角誤差方程GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>與地面觀測數(shù)據(jù)的融合④第三十八頁，共五十二頁。與地面觀測數(shù)據(jù)的融合⑤橢球面上的方向觀測值觀測值與大地方位角的關系誤差方程ijNijGPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>與地面觀測數(shù)據(jù)的融合⑤第三十九頁，共五十二頁。聯(lián)合平差的難點GPS觀測值與地面常規(guī)觀測值間的精度關系GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)的三維約束平差>聯(lián)合平差的難點第四十頁，共五十二頁。2.6

利用GPS建立獨立坐標系*GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>利用GPS建立獨立坐標系第四十一頁，共五十二頁。獨立坐標系的特點中央子午線通常為通過當?shù)刂醒氲貛У慕?jīng)線投影面通常為平均高程面坐標軸的指向根據(jù)需要確定可能還存在一定的尺度變化GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>利用GPS建立獨立坐標系>獨立坐標系的特點第四十二頁，共五十二頁。參心坐標系到獨立坐標系的轉(zhuǎn)換①步驟將參心坐標按要求投影到指定的投影面上在平面上采用相似變換、拓撲變換等方法將坐標轉(zhuǎn)換到獨立坐標系上GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>利用GPS建立獨立坐標系>參心系到獨立系的轉(zhuǎn)換①第四十三頁，共五十二頁。參心坐標系到獨立坐標系的轉(zhuǎn)換②指定參考橢球和投影高程面的平面坐標計算方法橢球膨脹法在不改變扁率（偏心率）的前提下，改變橢球的長半軸，使改變后的橢球面與平均高程面重合，然后在改變參數(shù)后的橢球基礎上進行投影。橢球膨脹法dN=h+GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>利用GPS建立獨立坐標系>參心系到獨立系的轉(zhuǎn)換②第四十四頁，共五十二頁。參心坐標系到獨立坐標系的轉(zhuǎn)換③指定參考橢球和投影高程面的平面坐標計算方法橢球平移法不改變橢球形狀，將橢球沿局部中心所在法線進行平移，使橢球面與平均高程面重合，然后在改變參數(shù)后的橢球基礎上進行投影。橢球平移法橢球平移法GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>利用GPS建立獨立坐標系>參心系到獨立系的轉(zhuǎn)換③第四十五頁，共五十二頁。參心坐標系到獨立坐標系的轉(zhuǎn)換④指定參考橢球和投影高程面的平面坐標計算方法平面上的坐標變換方法相似變換拓撲變換GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>利用GPS建立獨立坐標系>參心系到獨立系的轉(zhuǎn)換④第四十六頁，共五十二頁。2.7

GPS網(wǎng)平差的質(zhì)量控制GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的質(zhì)量控制第四十七頁，共五十二頁。觀測值（基線向量）質(zhì)量的檢驗①方法殘差檢驗處理方法刪除劣質(zhì)基線基線對劣質(zhì)基線降權GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的質(zhì)量控制>觀測值質(zhì)量的檢驗①第四十八頁，共五十二頁。觀測值（基線向量）質(zhì)量的檢驗②規(guī)范要求GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的質(zhì)量控制>觀測值質(zhì)量的檢驗②第四十九頁，共五十二頁。相鄰點距離中誤差的檢驗規(guī)范要求GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的質(zhì)量控制>相鄰點距離中誤差的檢驗第五十頁，共五十二頁。起算點質(zhì)量的檢驗方法方差因子檢驗（2檢驗）檢驗約束平差的驗后方差因子與無約束平差的驗后方差因子是否一致。檢查點法符合路線法GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>GPS網(wǎng)平差的質(zhì)量控制>相鄰點距離中誤差的檢驗第五十一頁，共五十二頁。內(nèi)容梗概2.GPS網(wǎng)平差。GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差。GPS數(shù)據(jù)處理>GPS網(wǎng)平差>概述。方位（水平方位、垂直方位）基準和長度基準。缺少位置基準（絕對基準）。其它待定參數(shù)：尺度、旋轉(zhuǎn)、運動速度。適用于任何網(wǎng)，特別是大規(guī)模的網(wǎng)。觀測值全為GPS觀測值。觀測觀測值除了GPS觀測值已外，還包括其它常規(guī)幾何觀測值。不同時段的基線是誤差不相關的。平差在地心系下進行，平差時不引入使得GPS網(wǎng)產(chǎn)生由非觀測量所引起的變形的外部約束條件。評定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，發(fā)現(xiàn)和剔除GPS觀測值中可能存在的粗差。為將來可能進行的高程擬合，提供經(jīng)過了平差處理的大地高（差）數(shù)據(jù)。GPS數(shù)據(jù)處理