gps技术在城市控制网建立中的应用

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1、GPS技术在城市控制网建立中的应用摘要：本文阐述了卫星定位的基本原理和数据处理的基本流程，以某城市三等控制网为例，采用对起算点进行精度检测和保留三维无约束平差中精度较低的短基线的数据处理策略完成了数据的处理，得出一种最优的数据处理方案，对具体工程有指导价值。关键词：GPS;数据处理;起算点;三维无约束平差;基线1引言全球定位系统GPS是美国国防部在总结了NNSS的优劣之后，于上世纪70年代批准研制的新一代卫星导航系统[1]。至上世纪90年代，GPS技术已广泛用于大地测量、精密工程测量、地壳形变测量等高精度的精密测量领域。GPS技术具有定位精度高、速度快、布网灵

2、活、点间不必通视和可全天候采集数据等优势，不但大大降低了成本和作业人员的劳动强度，而且工作效率比传统方法可提高3～5倍[2]。GPS控制网按精度和规模分为全球性或全国性的高精度GPS控制网和区域性的GPS控制网两类，其中第二类包括各城市控制网、工程控制网和具有特定用途的独立GPS控制网等。第二类GPS网一般用商业软件来进行解算。目前，比较流行的商用软件当属美国天宝(Trimble)公司新推出的用于GPS静态和动态测量数据处理的TrimbleBusinessCenter(TBC)系列软件。TBC软件操作简单、解算精度高和可靠性强，深受我国广大测绘工作者青睐。2G

3、PS定位原理GPS的定位原理就是把卫星视为“飞行”的控制点，在已知其瞬间坐标（可根据卫星轨道参数计算）的条件下，以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离或距离差为观测量，进行空间距离后方交会，从而确定用户接收机天线所处的位置。设想在地面待定点上安置GPS接收机，同一时刻接收4颗以上GPS卫星发射的信号。通过一定的方法测定这4颗以上卫星在此瞬间的位置以及它们分别至该接收机的距离，据此可以解算出待定点的位置及接收机钟差[3]。图1GPS定位原理如图1，设时刻在测站点用GPS接收机同时测得点至四颗GPS卫星、、、的距离、、、4，通过GPS导航电文可以求出四颗GPS卫星

4、的三维坐标，为光速，则点的三维坐标的观测方程为：(1-1)3GPS数据处理GPS测量数据处理可以分为观测值的粗加工、预处理、基线向量解算（相对定位处理）和GPS基线向量与地面网数据的联合处理等基本步骤。31GPS数据粗加工和预处理粗加工包括将接收机采集的数据通过传输、分流，解译成相应的数据文件，并通过预处理将各类接收机的数据文件标准化，形成平差计算所需的文件。预处理目意在对数据进行平滑滤波，剔除粗差，删除无效无用数据；统一数据文件格式，将各类接收机的数据文件加工成彼此兼容的标准化文件；GPS卫星轨道方程的标准化，一般用一多项式拟合观测时段内的星历数据（广播星历

5、或精密星历）；诊断整周跳变点，发现并恢复整周跳变，使观测值复原；对观测值进行各种模型改正，最常见的是大气折射模型改正，净化观测值，提高观测值的“精度”。32基线向量解算利用预处理后的数据求解接收机所在测站之间的相对关系量（坐标差），提供GPS基线向量网平差的观测值。基线解算可分为单基线解和多基线解两种。单基线解，就是在基线解算时不顾及同步观测基线间误差相关性，对每条基线单独进行解算，一般只用在普通等级GPS网的测设中。而多基线解则顾及了同步观测基线间的误差相关性，在基线解算时对所有同步观测的独立基线一并解算，在理论上是严密的。其中单基线解算的过程见图2。图2单

6、基线解算的过程基线解算完成后还需作结果的质量评定，主要包括单位权方差因子、RMS（均方根误差）、数据删除率、RATIO、同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线较(互)差[4]。33基线向量网平差首先在WGS-84坐标系下进行三维无约束平差，以评定GPS网的内部符合精度，发现和剔除GPS观测值中可能存在的粗差，同时得到GPS网中各个点的三维空间直角坐标；然后再实用基准下进行三维或二维的约束平差，确定各个网点在所需坐标系下的坐标。有时也可作联合平差。平差后要作质量评定，包括相邻点距离中误差、单位权方差的检验、基线改正数的检验、已知坐标的检验。4实例分析4.1工程概况

7、某市属于山地和丘陵地，网点总数96个，新布设GPS控制点80个，其中包括31个保存完好的原有平面控制点，网中最长边7.632，最短边1.201，平均边长2.95，控制面积约620。起算数据为1980西安坐标系下的国家二等三角点GPS01、GPS02、GPS03和GPS04，中央子午线为120°。采用四台Trimble5700GPS接收机进行静态相对定位，时段长60min[5],PDOP6，GDOP8，平均重复设站数为2.5，2013年7月15-7月29日完成数据采集。采用TBC软件观测数据进行处理。4.2基线成果分析基线解算精度统计：(1)最小同步环闭合差为0

8、，环号为GPS96-94-93-96；