GPS基线向量解算及平差处理技巧

基线向量解算及平差软件

特点与问题

一、基本方法：

1、基线清理

数据量大的时候，基线解算比较耗时。GPS观测接收机数量较多时，会因为自然同步产生许多长基线，即许多相距较远的点连接而成的基线。这些长基线往往同步观测时间不长，属于不必要的基线，对于控制网质量也无多大益处，所以为了节省计算时间，应在基线解算前将其清理删除。删除时可在图上选择，也可以在基线表中根据距离选择删除。

2、处理超限闭合环

基线解算完成后，首先要检查环闭合差（同步或异步环），对于闭合差大的环，应该进行处理。一般按相对精度≤1／20000估算，相对闭合差应小于50ppm。所以大于50 ppm的环应进行处理。闭合环超限处理是一项繁琐、耗时的工作，也是GPS控制网数据处理的主要内容，主要的技巧和方法可以归纳为：（1）、超限基线处理过程中一些基线要重新解算，解算后会影响到相关环闭合差，所以处理需要反复进行。作为一般的原则，首先处理相对闭合差较大的环，然后处理环闭合差较小的环。

（2）、整理归纳超限闭合环，分析是否涉及到一条共同基线，例如几组超限闭合环（J012，J015，J016）、（J013，J015，J102）、…,（J012，J020，J015）就涉及到共同基线J012→J015，这条基线有问题的可能性就较大。

（3）、处理时首先分析可能有问题的基线是否必要，如果是连接两个不相邻的点，并且涉及到环甚多，则可以直接将其删除。井研算例网形复杂回路众多，一般可直接删除不合格基线。

（4）、如果一个闭合差超限的环，相关基线均不能简单删除（删除后影响图形结构，减少了重要环路），应该改变基线解算参数，重新计算相关基线。方法是在网图上选中重解基线，重新设置高度角，历元间隔、参考星等设置，点击“基线解算”→“解算选择基线”。

（5）、基线解算的精度指标rms和ratio是基线解算质量的参考指标，前者是中误差，后者是方差比(ratio=rms max/rms min),rms越小，表明基线解算质量越高，ratio越大，表明整周未知数解算越可靠，所以重解基线，要关注这两项指标，但是这两项指标只作参考，最重要的指标还是闭合差。

（6）、如果反复修改设置重解基线后，仍不能减小环闭合差，则可将闭合差超限环中的基线，分别与周边的基线组成闭合环，检查其闭合差。如果仅涉及到其中一条基线的环闭合差超限，则可以将这条基线删除。

（7）、检查环闭合差时，可能会出现两个相同顶点的环，闭合差一个超限，一个不超限。这是因为某一条基线存在重复基线。这时可以删除超限环中的重复基线。

3、三维基线自由网平差

（1）、三维基线自由网平差目的是检查观测值质量，及获取高程拟合所需大地高平差值。GPS坐标是WGS84系统，GPS工程控制网需要转换到当地坐标系统，所以都是在高斯平面上进行平差。平差中未知参数除了坐标改正数外，还设

置了平面坐标转换参数。进行二维平差，要将GPS三维基线向量投影到高斯平面上，转换时要使用没有加平差改正数的原始三维基线向量。

（2）、三维平差不包含外部约束条件，平差合格就说明观测质量合格。规范对于点位中误差的要求没有明确规定，所以三维基线平差后精度检验，主要指标也是边长（基线）相对中误差，而一般基线计算后环闭合差合格，三维平差后基线相对中误差就会合格。

4、二维基线向量平差

由于经过三维平差检验，所以如果三维平差精度很好，而二维平差精度不合格，则应该是已知数据的问题。这时可以尝试以下处理方法：

（1）、如果只有1－2个已知点，属于自由网平差。2个点时因为平差设置尺度和旋转参数，所以仍然是自由网平差，平差精度不会受已知点数据误差影响（条件是问题是误差而不是错误，若出现错误，尺度比参数会较大，这些参数在平差报告二维平差参数中可以看到）。所以已知点较多，二维平差不合格时，可以输入一个已知点做自由网平差，然后根据已知点坐标计算两两间边长，和GPS网平差坐标计算的边长进行对比，如果和某一已知点相关的边，两种边长比值与其它边有明显差异时，这个点就可能是有问题的点。但是这种方法只能识别错误点，对于精度不高的点，难以识别出来。

（2）、输入全部已知点坐标自由网平差值和已知值，做最小二乘转换，如果转换后某一个点已知值和转换值坐标差较大，这个点就可能是精度较差的点，在已知点较多，精度差的点是孤立值的情况下，这种方法有可能能够确定问题点。

（3）、如果查不出孤立的错误或精度不高的已知点，可以放弃作强制约束平差。先做二维自由网平差，然后输入全部已知数据，对二维平差值做最小二乘平面坐标转换，平差后已知点采用转换值。这种方法既可以将GPS网纳入当地坐标系统，又能不受较低精度已知点影响，能够保持GPS网较高的相对精度。

5、高程拟合

高程拟合的质量可以通过分析已知点拟合值和已知值的差异（残差）来判断，差值小拟合质量高，反之则是拟合质量差。对于控制面积较小的控制网，拟合质量差一般是已知点高程有问题，查找有问题点的方法类似于二维平面控制网平差。

二、COMPASS软件

1、软件区分字母大小写，例如J00和j00，软件视为两个不同点。同点不同名，或者同名不同点，会导致难以预料的结果，所以导入数据前必须检查处理。

2、软件有时候会出现概略位置解算错误，情况分为两种：A、提示两个重复观测的点，距离多少米，可能不是同一点。B、网图上显示的位置明显不符（可能偏离明显）。

处理方法：对于第一种情况，经过查实确实是同一点，可以不理会。对于第二种情况，可以先将这个点删除，再重新单独导入，可能就会正常了。

3、COMPASS软件没有输出高程拟合已知点残差，并且从井研计算数据来看，和南方软件GNSSADJ4.0平面数据相差不大，而高程拟合数据相差较大，相当部分点相差几十公分。

4、基线解算不合格重新设置时效果明显，并且单独计算并显示指定环闭合差的功能，对于处理超限闭合环非常方便。操作方法是综合网图上选择相应的基线闭合环，重新解算后，点击“检查”→“搜索选定基线的闭合差”，系统即弹出对话框，显示闭合环极限解值、精度信息及相对闭合差等信息。