淺析GPS網基線平差設置及精度分析方法

張明 姜春勤

(中國平煤神馬集團勘探工程處，河南 平頂山 467000)

一、引言

GPS控制網外業觀測結束網平差前，應先對外業觀測數據粗加工處理，經過數據傳輸和數據分流建立多種觀測文件：觀測數據文件、載波相位和偽距觀測文件、星歷數據文件、電離層參數和UTC參數文件、測站信息文件，通過對各種數據文件預處理，剔除粗差，刪除無效數據，統一數據格式，探測并修復周跳，復原觀測值，并對觀測值進行對流層改正、電離層改正及其它改正，而后進行基線平差，網平差，最后再對觀測結果進行精度分析。

二、GPS基線處理

（一）基線處理設置

1.基線處理參數選擇：全局基線或獨立基線。2.合格基線設置：全局合格基線設置或獨立合格基線。3.起算坐標：全局起算坐標或獨立起算坐標。

選全局對所有基線起作用，選獨立對選定基線起作用。

（二）觀測時段

觀測時段內有效時段的設置,無效歷元的剔除。選擇同步衛星，選擇幾何強度因子較好的多顆同步衛星觀測數據，對其處理，取出同步信號較好的區段參與計算。

（三）觀測波段選擇

信號載波的波段形式選擇：有自動、L1、L2、LW、LN等多種形式。

（四）改正模型

對流層延遲改正， 電離層延遲改正，還有其它改正。

（五）起算坐標來源

起算數據來源于：觀測文件記錄或設置坐標；觀測文件單點定位解算結果；觀測站自由網平差結果；觀測站初始坐標或設置坐標等。

（六）基線解算

基線解算結果有：合格固定解；固定解；浮點解；三差解。

（七）其它設置

基準衛星的選擇；歷元間隔的確定，一般為60″；衛星高度角的確定通常15°。

（八）基線處理

軟件平差處理時，先對基線設置，再自動解算，并進行各種限差檢核，限差附合要求，進行下部程序，若外業觀測條件差，基線初步平差后，應先查看基線詳解，分析解算結果，人工剔除處不合格基線，而后再平差。如果仍不能滿足要求，就必須外業返工，重新觀測，平差解算，直到基線解算合格。

三、GPS網平差設置

（一）起算數據的設置

1.一個己知點的約束平差：GPS網與國家大地網聯合平差時，根據原點在兩坐標系統坐標差確定平移參數，只是將GPS三維基線網作平移變換，平移后GPS網與國家大地網原點相同。

2.兩個己知點的約束平差：通過平移變換后，兩網在尺度和方向上還須改正，分別為GPS網和國家大地坐標系下的邊長及方位角，ds是邊長改正，da是方向改正。

3.三個以上己知點的約束平差：通過分組平差可對己知點進行精度及可靠性分析，選出平差精度最高，且己知點在網中分布較合理的最優組，避免低精度起算點或含有粗差的起算數據對整網約束平差的影響。

四、基準點的選擇

（一）自動選擇

利用平差軟件自動功能，二維投影時選擇網中任意點的單點定位坐標作為投影起算數據，由于任意點選擇的隨機性，可能選擇低精度的點作為起算點，二維約束平差后整網精度降低。

（二）人工選擇

人工確定高精度的三維基準點約束平差，提高整網精度。

基準點坐標引起系統誤差的影響如下表

基準點坐標精度（m）最大影響值(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）坐標系的選擇

北京54坐標系；西安80坐標系；2000國家坐標系；WGS—84坐標系；自定義坐標系；

五、平差方法的選擇

（一）自由網平差

自由網平差，就是控制網不引入外部基準，即使引入了外部基準，也不引起觀測值的變形與改正。平差的目的：檢驗GPS網內符合精度及有無明顯的系統誤差和粗差，用網中公共點的GPS大地高與正常高，組網聯合平差，確定網中其它各點正常高。GPS網中基線向量本身提供了尺度信息和定向信息，三維無約束平差只須引入基準信息。引入基準信息的方法有兩種：一是網中有高等級GPS點，將其坐標作為位置基準；二是無高級GPS點，取網中任意一點的偽距定位置，作為固定點坐標的起算數據。

（二）三維約束平差

GPS網三維約束平差，約束條件有：國家大地坐標系下的地面網點的固定坐標、已知大地方位角和已知空間邊長，對基線向量只考慮尺度參數據dm和旋轉參數（εx、εy、εz），不考慮平移參數。當與地面網聯合平差時，還應將常規測量的觀測值（如距離、方向、高差等）一起進行平差。

（三）二維約束平差

1.直接二維約束平差：將三維基線向量轉換成二維基線向量，以國家或地方坐標系下的一個己知點和一個己知方向作起算數據進行轉換，避免因大地高不準而引起的尺度誤差及變形。二維平差只考慮尺度差和定向差兩種參數。2.聯合約束平差：將地面網的觀測邊長、方向等條件作為約束條件，按有附合條件的間接平差方法平差。

六、精度分析方法

（一）GPS網內部精度分析

無約束平差成果進行分析：基線向量觀測值改正數分布有無明顯粗差，平差后各點坐標中誤差、點位中誤差、以及基線向量方位角中誤差和邊長相對中誤差是否滿足同等基線精度要求,若超出限差,明顯有粗差，平差前剔除。

（二）聯合約束平差的精度分析

檢查平差結果，查看各類觀測值的改正數分布有無明顯粗差，檢查坐標及點位精度，轉換參數的大小及精度，單位權中誤差是否通過統計檢驗，邊長相對精度是否滿足網設計等級精度要求。

（三）三維、二維平差結果比較分析

看三維及二維平差結果中，各種精度是否滿足要求,若超限,分析原因，重新計算，直到附合精度要求。

（四）平差結果的外部檢驗

由精密測距儀測邊,經過各項改正邊長化平距，將改化后邊長與二維平差基線邊長相比較，檢驗精度是否滿足精度要求。