浅析GPS网基线平差设置及精度分析方法

张明 姜春勤

(中国平煤神马集团勘探工程处，河南 平顶山 467000)

一、引言

GPS控制网外业观测结束网平差前，应先对外业观测数据粗加工处理，经过数据传输和数据分流建立多种观测文件：观测数据文件、载波相位和伪距观测文件、星历数据文件、电离层参数和UTC参数文件、测站信息文件，通过对各种数据文件预处理，剔除粗差，删除无效数据，统一数据格式，探测并修复周跳，复原观测值，并对观测值进行对流层改正、电离层改正及其它改正，而后进行基线平差，网平差，最后再对观测结果进行精度分析。

二、GPS基线处理

（一）基线处理设置

1.基线处理参数选择：全局基线或独立基线。2.合格基线设置：全局合格基线设置或独立合格基线。3.起算坐标：全局起算坐标或独立起算坐标。

选全局对所有基线起作用，选独立对选定基线起作用。

（二）观测时段

观测时段内有效时段的设置,无效历元的剔除。选择同步卫星，选择几何强度因子较好的多颗同步卫星观测数据，对其处理，取出同步信号较好的区段参与计算。

（三）观测波段选择

信号载波的波段形式选择：有自动、L1、L2、LW、LN等多种形式。

（四）改正模型

对流层延迟改正， 电离层延迟改正，还有其它改正。

（五）起算坐标来源

起算数据来源于：观测文件记录或设置坐标；观测文件单点定位解算结果；观测站自由网平差结果；观测站初始坐标或设置坐标等。

（六）基线解算

基线解算结果有：合格固定解；固定解；浮点解；三差解。

（七）其它设置

基准卫星的选择；历元间隔的确定，一般为60″；卫星高度角的确定通常15°。

（八）基线处理

软件平差处理时，先对基线设置，再自动解算，并进行各种限差检核，限差附合要求，进行下部程序，若外业观测条件差，基线初步平差后，应先查看基线详解，分析解算结果，人工剔除处不合格基线，而后再平差。如果仍不能满足要求，就必须外业返工，重新观测，平差解算，直到基线解算合格。

三、GPS网平差设置

（一）起算数据的设置

1.一个己知点的约束平差：GPS网与国家大地网联合平差时，根据原点在两坐标系统坐标差确定平移参数，只是将GPS三维基线网作平移变换，平移后GPS网与国家大地网原点相同。

2.两个己知点的约束平差：通过平移变换后，两网在尺度和方向上还须改正，分别为GPS网和国家大地坐标系下的边长及方位角，ds是边长改正，da是方向改正。

3.三个以上己知点的约束平差：通过分组平差可对己知点进行精度及可靠性分析，选出平差精度最高，且己知点在网中分布较合理的最优组，避免低精度起算点或含有粗差的起算数据对整网约束平差的影响。

四、基准点的选择

（一）自动选择

利用平差软件自动功能，二维投影时选择网中任意点的单点定位坐标作为投影起算数据，由于任意点选择的随机性，可能选择低精度的点作为起算点，二维约束平差后整网精度降低。

（二）人工选择

人工确定高精度的三维基准点约束平差，提高整网精度。

基准点坐标引起系统误差的影响如下表

基准点坐标精度（m）最大影响值(mm)1km 10km 100km 20 1 10 100 2 0.1 1 10 0.2 0.01 0.1 1 0.02 0.001 0.01 0.1

（三）坐标系的选择

北京54坐标系；西安80坐标系；2000国家坐标系；WGS—84坐标系；自定义坐标系；

五、平差方法的选择

（一）自由网平差

自由网平差，就是控制网不引入外部基准，即使引入了外部基准，也不引起观测值的变形与改正。平差的目的：检验GPS网内符合精度及有无明显的系统误差和粗差，用网中公共点的GPS大地高与正常高，组网联合平差，确定网中其它各点正常高。GPS网中基线向量本身提供了尺度信息和定向信息，三维无约束平差只须引入基准信息。引入基准信息的方法有两种：一是网中有高等级GPS点，将其坐标作为位置基准；二是无高级GPS点，取网中任意一点的伪距定位置，作为固定点坐标的起算数据。

（二）三维约束平差

GPS网三维约束平差，约束条件有：国家大地坐标系下的地面网点的固定坐标、已知大地方位角和已知空间边长，对基线向量只考虑尺度参数据dm和旋转参数（εx、εy、εz），不考虑平移参数。当与地面网联合平差时，还应将常规测量的观测值（如距离、方向、高差等）一起进行平差。

（三）二维约束平差

1.直接二维约束平差：将三维基线向量转换成二维基线向量，以国家或地方坐标系下的一个己知点和一个己知方向作起算数据进行转换，避免因大地高不准而引起的尺度误差及变形。二维平差只考虑尺度差和定向差两种参数。2.联合约束平差：将地面网的观测边长、方向等条件作为约束条件，按有附合条件的间接平差方法平差。

六、精度分析方法

（一）GPS网内部精度分析

无约束平差成果进行分析：基线向量观测值改正数分布有无明显粗差，平差后各点坐标中误差、点位中误差、以及基线向量方位角中误差和边长相对中误差是否满足同等基线精度要求,若超出限差,明显有粗差，平差前剔除。

（二）联合约束平差的精度分析

检查平差结果，查看各类观测值的改正数分布有无明显粗差，检查坐标及点位精度，转换参数的大小及精度，单位权中误差是否通过统计检验，边长相对精度是否满足网设计等级精度要求。

（三）三维、二维平差结果比较分析

看三维及二维平差结果中，各种精度是否满足要求,若超限,分析原因，重新计算，直到附合精度要求。

（四）平差结果的外部检验

由精密测距仪测边,经过各项改正边长化平距，将改化后边长与二维平差基线边长相比较，检验精度是否满足精度要求。