静态GPS数据后处理的一些技巧Word文档格式.docx
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年
月日
小时分
秒
间隔符
卫星编号ID
注：
日期时间是美国时区。
各个GPS接收机厂家所采用的采样间隔不相同，但两条数据之间的时间间隔应该一致，否则说明原始记录数据有误。
采样间隔一般不会大于60秒，如果发现数据采样间隔过大，一是用户在设置参数时有误，二则是原始数据记录出错。
导入数据后开始基线解算，也就是数据预处理。
（1）一般情况下会有少数几条基线解算不成功。
基线信息如下图所示：
检验或是查看基线解算是否成功的重要标志有两个：
RATIO和RMS，如果RATIO>
2
RMS<
0.02
我们认为基线解算成功；
RATIO<
2且RMS>
我们认为基线解算失败，
基线解算是否成功依靠上面的标准不一定可靠，还要通过闭合差检核来确定基线解算是否成功。
无论成功状态还是失败状态的基线都参加网平差计算。
对于基线解算失败的基线可以重新进行基线解算；
解算不好的基线可以考虑把它删除，否则将影响定位精度
（2）对于解算不成功的基线可以修改解算时的一些系统参数，重新解算，如下图所示：
在外业测量时，测站点距离一般较大，测量人员在实施测量时会约定好每个测点的测量时间，但在实际操作的搬站中，每个时段的起始时间总会有些误差，有时积累到后来时间误差已经相当大，这样的话，同一时段的数据匹配度就较差，此时可以通过调整起始历元和结束历元来提高数据匹配度，在如上图所示的数据历元为0～85，可以将起始历元调高或是结束历元调低后重新解算基线，查看结果。
基线解算时屏幕右边同时显示出卫星残差周跳图及基线向量名（*.RES）、RATIO、RMS、距离等。
其中横坐标代表历元数；
不同颜色的线条代表不同的卫星。
代表某一颗卫星的线条越平稳表明数据越可靠，如果发现在起始或是结束的某段历元卫星数据普遍跳跃较大，可以通过调整起始历元和结束历元的值剔除某段时段的数据，不再参与解算以提高解算精度。
采样率如果取值为1，表示每个历元都作为有效数据参加解算；
如果取值为2，表示每隔一个历元的数据为有效数据。
取值数越大，读入有效数据数目越少，解算速度越快。
缺省值为3，可以改变解算时的数据采样率，上图中的解算数据间隔为3，可以调高为5或是调低为1后，重新解算基线，有时同一时段的卫星数据在不用的采样率下匹配程度不一，则会导致解算结果不同，提高或降低精度。
截止角缺省值一般为15度，低于卫星高度截止角的数据不参加解算。
如果基线解算达不到要求，可以适当调高截止角的值，但截止角并非越高越好，建议不要超过25度，截止角过高会引起电离层折射误差的加大。
上面说过在屏幕右边同时显示出卫星残差周跳图及基线向量名（*.RES）、RATIO、RMS、距离等。
代表某一颗卫星的线条越平稳表明卫星数据越可靠。
明显可以看出，品红颜色线条代表的12号卫星有两次较大的跳跃，如果此时基线解算精度不够，可以考虑通过卫星删除功能剔除12号卫星数据，不再参与解算。
取值为
3
，表示
号卫星所有数据被删除。
最多只能删除2颗卫星。
尽量不要删除卫星数据。
基线解算有几种不同的解算方式：
可进行L1单频解、L2单频解、Widelane双频宽项解、
Narrowlane双频窄项解及Ion-free双频去电离层解等。
缺省的解算方式是L1单频解，这个功能项在数据预处理中用的不多。
采取一些解算技巧并不能对本身存在质量问题的野外观测数据进行绝对的弥补，在对解算不成功的基线数据进行了充分的检核和分析后，仍不能满足工程要求的情况下应进行野外返工观测。
数据预处理只是对观测数据质量的一种检测，如果要作为可用的坐标成果输出，在基线解算成功和闭合差合格后，还要进行网平差。
（1）GPS数据文件是WGS-84坐标系下的观测结果，可以先进行自由网平差，以检核GPS网的部符合精度，也就是相对精度，相对精度用户可以根据GPS控制网设计的精度要求自行确定。
（2）实际应用中，往往要求得各GPS点在国家坐标系中的坐标值，为此还要进行坐标转换，将GPS点的坐标值转换为国家坐标系坐标值。
也可以将GPS网与地面网进行联合平差，包括固定地面网点已知坐标、边长、方位角、高程等的约束平差，坐标转换，或将GPS基线网与地面网的观测数据一并联合平差。
平面坐标有两选项：
平移、平移+旋转+尺度。
只求平移参数时一个已知点即可，而后一选项则需要两个或者两个以上的固定点坐标；
高程拟合有五选项：
平移、平面拟合、XY二次曲面拟合、XX+YY二次曲面拟合、XX+YY+XY二次曲面拟合。
平移只需要一个已知的海拔高，平面拟合需要三个已知的海拔高，而曲面拟合需要四个以上已知的海拔高。
还应注意，在进行约束网平差时，对于使用三个以上固定点的GPS网，应分别输入固定点进行平差计算，以检核约束条件的精度及可靠性，然后选择与GPS网相兼容的固定点进行最终平差计算。
约束网平差后的坐标结果可作为最终结果输出。
在实际应用中情况千变万化，上面所述只是个人的一些浅见，应根据实际的技术要求，具体问题具体解决。
在高速公路控制测量中，因特大桥梁或特长隧道设计施工的需要，必须在原一级导线控制网插入一个高等级的控制网。
因此在路基与桥隧构造物之间，由于等级不同而造成同一个控制点有两组不同的坐标。
另外在已建高速公路和在建高速公路的衔接处，由于测设时间不同，引用的控制点不同,也会在连接处产生系统误差，针对以上出现的两种坐标误差如何合理消除，笔者通过多年的实践和探索,认为通过外业联测、“一分为二，分段平差”，就能消除不同等级的坐标误差；
通过外业联测，坐标转换、“合二为一，整体平差”，就能消除不同系统的坐标误差。
关键词
高速公路一分为二分段平差合二为一整体平差测量方法确定
1概述
在高速公路的勘察设计过程，首先根据“工可”设计确定的路线方案，制定航飞的走廊带，进行1/2000的航测成图。
同时进行全路段的一级导线控制测量，根据《公路勘测规》，一般在每10公里布设一对四等控制点，然后再进行一级导线加密测量。
由于在“工可”设计阶段有许多重要构造物，如特长隧道，特大桥的具体位置暂时无法准确定位，或者虽然已确定，但随着设计工作的逐步深入，也可能存在局部设计变更。
因此在施工图设计阶段，为了满足施工放样精度的要求，必须在这些重要构造物围，再进行三、四等的高等级控制测量。
如何达到既确保桥隧围的控制点满足精度要求，又能使这些高等级的控制点与原一级导线点衔接顺畅。
这是在公路路线控制测量中经常遇到的困难。
众所周知，高速公路的施工建设是分期分批，因此在修建过程新旧路段连接处的控制点也会出现系统误差。
这些误差尽管不大，但给施工放样带来不便。
笔者根据多年的工作实践经验，就如何消除这两种误差，提出一些初步的意见和处理方法，供同行们参考。
2消除不同等级控制点之间的误差
2.1基本方法：
“一分为二，分段平差”
由于控制点等级的不同，必然会造成实地上一个控制点存在两组不同的坐标，尽管该坐标误差不会太大，但经常给设计和施工会带来不便，如何采取合理的方法去消除这种误差？
笔者认为仅靠业计算是无法解决，只有在外业中，对桥隧两端不同等级的控制点之间进行联测，然后以高等级点作为导线网的起算点，再利用原观测资料，分段重新进行平差，就能把因不同等级产生在一个点上的误差，合理地向一级导线网两端的导线点分配，从而消除这种误差。
2.2计算实例
2.2.1控制网概况
在某高速公路原设计中为减少工程造价，原路线方案避开高山，沿河边进行山体开挖。
为了保护环境，维持生态平衡，避免山体大开挖，初测验收时专家提出变更为特长隧道。
变更后隧道总长达3218m，根据《公路勘测规》应在隧道进出口布设四等平面控制网。
原一级导线控制网的起算边为D03~D04，闭合边为D21~D22，导线全长9.6km（详见图1）。
变更后的隧道约在导线点GI210——GI219之间，为满足施工要求，在隧
道进出口处分别增设了三个四等GPS点。
图1
一级导线控制点分布图
2.2.2布网选点与外业联测
为了使不同等级的控制网更合理衔接，在隧道进出口处，可利用原导线点GI210，另埋设四等GPS点A、B；
在出口处，利用原导线点GI219，另埋设四等GPS点C、D，组成四等GPS控制网。
按常规先进行GPS静态的外业观测，在规定的时间，采集必要的观测数据。
然后进行外业联测，在隧道进口处的控制点GI210用全站仪四个测回观测水平夹角（B1：
∠209--210--A），在隧道出口处的控制点GI219用全站仪四个测回观测水平角（B2：
∠D-219--220）（详见图2）。
图2隧道四等GPS控制点分布图
2.2.3四等GPS控制网平差计算
根据外业观测数据，业平差计算可先采用单点无约束的独立网平差，即以进口处的GI210为起算点，进行单点无约束平差计算。
在平差结果中可以发现GI219的坐标发生变化，这就是不同等级产生的误差。
一般情况下，与原一级导线点相比，纵横坐标的互差应小于±
5cm。
若其误差超过±
10cm，应检查GPS外业观测资料和平差计算是否正确。
2.2.4导线一分为二，分段平差，消除等级误差
由于在原导线网是插入一个四等GPS控制网。
这时为了消除误差，在隧道进口处可利用高等级点GI210与A点为闭合边，起算边D03—D04不变，然后根据实测的夹角B1和原导线观测的边长、水平角重新平差计算各导线点新坐标，即把因等级不同而在G210处产生的方位角误差，合理分配到各导线点，平差后导线网精度：
方位角闭合差42.5”小于限差45.1”，导线全长相对闭合差1/21883小于限差1/15000，在表一中坐标值改变最大的为GI208，点位误差小于±
5cm（详见表1）。
表1隧道进口段坐标比较表
另外在隧道出口处，利用D点与GI219的新坐标为起算边，原D21--D22为闭合边，采用实测的夹角B2和原导线网观测资料，重新平差计算各导线新坐标。
平差后导线网精度：
方位角闭合差19.9”小于限差49.8”，导线全长相对闭合差1/30619小于限差1/15000，在表二中坐标值改变最大的为GI208，点位误差均小于±
详见表2。
表2隧道出口段坐标比较表
通过以上两个导线网的平差计算，就可以消除在隧道进出口处因不同等级产生的误差。
3消除不同系统的误差
3.1基本方法：
“合二为一，整体平差”
在高速公路施工中,因引用的起算点资料不同，观测仪器不同、在不同时期布设的两个控制网之间必然会产生系统误差。
造成在联接处因采用不同系统的控制点，放样同一个路线中桩时出现实地上两个不同的位置。
尽管误差不大也会给施工造成不便，如何去消除这系统误差？
笔者认为，首先要验证两个系统的成果是否正确？
再通过必要外业联测或业坐标换算，把两个不同系统的控制点，转换为同一个平面坐标系，然后在连接处，必要时增设1~2个控制点，把两个导线网串接为一个导线网，再根据原外业观测资料，重新进行业平差，合理分配系统误差。
3.2坐标转换方法
坐标转换的方法一般有两种，其一：
在连接处，通过外业联测3个以上不同系统的控制点，根据观测坐标值计算出P、Q、α、K四个转换参数。
再通过以下公式：
X=P+k×
（xcosα-ysinα）Y=Q+k×
（xsinα+ycosα）进行坐标转换。
其二：
若两个系统均为坐标，只是中央子午线不同，则可以采用换带计算公式进行转换。
不管采用何种方法，坐标转换是不能消除系统误差，只有通过外业联测，把新旧导线点串连起来，再利用原来的观测数据进行平差计算，才能消除两个系统之间存在的误差。
3.3计算实例
3.3.1控制网概况
甲路段为在建的高速公路，控制网的中央子午线为117°
，高程抵偿面为250m，YGPS003，YGPS004为四等GPS控制点，其余以“Y”字开头均为一级导线点。
乙路段为已建高速公路，其控制网的中央子午线为118°
，QD01，QD03为四等GPS控制点，其余的以“Q”为开头均为已建的一级导线点（详见图3）。
在两高速公路连接处的XXX互通，因存在系统误差，在外业中桩放样时，用不同系统的导线点放样同一个路线中桩，出现10cm的点位误差，给施工带来麻烦。
图3不同系统控制点分布图
3.3.2外业联测合二为一，整体平差消除误差。
根据外业复测，两控制网精度均满足一级导线点要求，且控制点现场保存完好。
为消除系统误差，首先在QI04与Y011处进行联测，两测回实测两个水平夹角，对向观测QI04与Y011和距离，把两导线网串连起来。
然后根据换带计算公式把QD01，QD03两点坐标换算为另一坐标系，并作为导线闭合边，再根据两导线原外业的观测资料，以YGPS004，YGPS003为起始边。
重新进行平差计算，就可以消除两系统的误差，平差后导线网的方位角闭合差2.6”小于限差28.3”，导线全长相对闭合差1/85818小于限差1/15000，在表三中坐标值改变最大的为Y011，点位误差小于±
5cm，满足一级导线要求，详见整体平差后坐标比较表（详见表3）。
表3整体平差后坐标比较表
施工单位根据平差后的导线点再进行外业放样，在连结处放样各中桩，其误差均小于2cm，满足施工要求。
4注意事项
4.1采用消除不同等级误差方法应注意的问题
（1）利用原导线点作为四等点，若埋点不够牢固应进行适当的加固。
（2）若产生的不同等级误差较大时，应认真分析查找原因。
（3）特长隧道的施工放样应采用四等GPS点，不能用原一级导线点。
（4）外业联测的水平角应采用四个测回观测，以确保起算边的精度。
（5）“一分为二”的两导线网平差的各项精度应满足一级导线的要求。
（6）若高等级GPS控制网高程抵偿面不同时，首先应把高程面换算到与一级导线相同，然后再进行两导线网的平差计算。
4.2采用消除不同系统误差方法应注意的问题
（1）导线网串联前应确认各导线网的精度。
若出现的是粗差，应先查找原因。
（2）整体平差后导线网精度应满足一级导线要求。
（3）整体平差导线网的两端应为高等级点，以确保平差精度。
联测时对已建高速公路导线点可尽量占较少的比例。
（4）若需要进行外业联测才能进行坐标转换的控制网，应先联测三个以上控制点，其精度应达到一级导线点的要求。
5结束语
关于以上两种误差应如何消除，可能会有多个方法。
笔者认为，通过少量的外业联测，采用“一分为二，分段平差”消除不同等级之间误差和“合二为一，整体平差”消除不同系统之间误差的做法是一种较科学和较严谨的方法，值得推广应用。
近几年该方法在高速公路施工现场应用，对于消除以上两种误差都取得较好的效果。
另本文涉及到的误差，均为在规允许的围，若以上两种误差是粗差时，则不能采用本方法进行平差。
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