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GPS控制网严密平差及精度评定研究

作者:电子商务
出处:www.lunrr.com
时间:2020-02-24

与传统测量技术相比,全球定位系统测量技术有许多优点。无论是在工程上还是在航海上,实用和高精度的特点已成为共识,并使这项技术得到广泛应用。本文主要阐述了全球定位系统控制网的严格平差和精度评估。

关键词:全球定位系统;控制网络;调整;计算;错误;精度

简介

由于测量仪器的精度不完善,以及人为因素和外部条件的影响,测量误差总是不可避免的。为了提高结果的质量并处理这些测量中存在的误差,观测值的数量通常多于确定未知量必须观测的数量,即需要冗余观测。有了多余的观察,观察结果之间必然会发生矛盾。测量平差的目的是消除这些矛盾,获得最可靠的观测结果,评估测量结果的准确性。测量平差的原则是“最小二乘法”。

1。全球定位系统控制网平差

1.1全球定位系统网平差的目的

在全球定位系统网数据处理过程中,从基线解算得到的基线向量只能确定全球定位系统网的几何形状,但不能提供最终确定网中点绝对坐标所需的绝对位置参考。在全球定位系统网络调整中,绝对基准可以通过起点坐标引入。然而,这并不是全球定位系统网络调整的唯一目的。总之,全球定位系统网络调整有三个主要目的:

(1)消除观测误差和已知条件造成的全球定位系统网络几何不一致性。由于观测值的误差和数据处理中的模型误差,误差必然存在于由基线解获得的基线向量中。此外,初始计算数据可能有错误。这些误差将导致全球定位系统网络中的几何不一致,包括:闭环闭合差不是0;复试基线范围不为0;通过由基线向量形成的导体,从一个已知点向另一个已知点传递坐标的重合差不是0,等等。这些不一致可以通过网络调整来消除。

(2)提高全球定位系统网络质量,评估全球定位系统网络精度。通过网络平差,可以得到一系列可用于评价全球定位系统网络精度的指标,如观测值修正数、观测值后验方差、观测值单位权重方差、相邻点距离中值误差、点中值误差等。结合这些精度指标,我们还可以尝试确定可能有粗差或质量差的观测值,并进行相应的处理,从而达到提高网络质量的目的。

(3)确定指定参照系下全球定位系统网络中点的坐标和其他所需参数的估计。在网络调整过程中,通过引入已知点、已知边长、已知方向等起始数据,最终可以确定指定参照系中的点坐标和其他参数,如基准变换参数。

1.2GPS网络调整计算

(1)全球定位系统网平差计算应采用严格可靠的全球定位系统测量基线平差计算软件(如同济大学测量系提供的TGPPSW软件包),以异步观测的全球定位系统基线向量为观测值,考虑地面初始坐标,采用三维严格平差方法进行平差计算。

(2)在全球定位系统高程网的平差中,以杭州市区的全球定位系统高程控制网为起点定点,采用三维严格约束平差方法进行平差计算,得到杭州坐标系结果。以浙江省全球定位系统基本控制网为起点,采用三维严格约束平差方法进行平差计算,得到1954年北京坐标系和1980年Xi坐标系的结果。

(3)分级控制网调整计算完成后,应进行控制网精度评估和统计计算。精度统计应包括以下内容:

①控制网络中同一级别相邻点之间的最小和最大距离。

②最弱边的相对中值误差。

③异步观测基线向量边的独立闭环或附加路径的最大边数。

④独立基线形成的独立回路坐标分量的闭合误差、全长闭合误差和公差。

⑤无约束调整中基线向量校正的绝对值和公差。

⑥约束调整和非约束调整同名基线校正差且有限。

1.3全球定位系统测量精度分析

(1)全球定位系统基线矢量网络结果的内部精度分析:根据对无约束平差结果的分析,主要研究基线矢量观测值的修正数、各点的坐标中值误差、点中值误差以及全球定位系统基线矢量边缘方向和边缘长度的相对精度。如果发现明显的粗差,应在组合调整前消除;

(2)基线向量网络的调整分为三种类型:无约束调整、约束调整和组合调整。

(3)目前,对于绝大多数地区来说,联合平差是解决全球定位系统网成果转换的有效手段,也是绝大多数地区唯一有效的方法。因此,全球定位系统网络一般需要联合测量3~5个已知点;

(4)组合平差或约束平差结果的精度分析:主要调查各观测值的改正数分布是否存在明显的粗差,平差坐标、点位误差、转换参数和单位重量中值误差是否通过统计检验,边长的相对精度是否满足设计精度要求。

2。调整精度

2.1高程控制网的严格调整和精度评价

高程精度主要与相邻两排高程控制点之间的跨度(平均基线长度为单位)有关。最大标准误差和平均高程误差与该跨度成正比。现有水准网的所有观测数据、网型和初始计算数据。要求用条件法和间接法对水准网进行严格调整,并检查调整模型的正确性。

2.1.1水准网条件平差

①列出条件平差值方程、校正条件方程和正态方程;

(2)找出待固定点的观测值和高程调整值的调整值;

③评估调整值和高程调整值的准确性;

④调整模型正确性的假设检验。

2.1.2水准网间接平差

①观测值平差值方程、误差方程和正态方程列表;

②用自编的计算程序求解基本方程,找出观测值的调整值和待固定点的高程调整值;

③评估调整值和高程调整值的准确性。

④调整模型正确性的假设检验。

2.1.3高程精度结论

对于20%横向重叠航拍形成的区域,在区域的第一端、最后一端和中心应分别设置至少三排高程控制点。

区域网高程精度主要取决于相邻两排高程控制点之间的跨度(以平均基线长度为单位)。随着跨度的增加,高程误差将按比例增加。

在短跨距(i≤5)条件下,区域网高程精度可保持在单位重量误差的数量级。大约相当于海拔的0.1%。

如果区域范围太大,应在区域内设置多行高程控制点。

使用60%并排重叠航拍可以提高调整区域的理论高程精度,可以采用网格状布局方案。

由于最大高程误差总是出现在上、下边缘导航带和相邻两行高程控制点的中间,在这些地方增加高程控制点可以有效提高区域网的高程精度,提高精度分布的均匀性。

2.2平面控制网(导线网)的严格平差和精度评定

现有水准导线网的所有观测数据、网型和起始数据。要求用条件法和间接法对导线网进行严格的平差,并检查平差模型的正确性。

2.2.1条件调整

①根据实际问题,确定条件方程的个数(等于冗余观测的个数),并列出条件方程的修正个数;

②组成方程(等于条件方程的数量);

③求解算法方程,找到连接数k;

④将K代入校正方程,求出校正值V,并计算校正值;

⑤计算单位重量的误差;

⑥将调整值代入调整值的条件方程,检查差值计算的正确性。

2.2.2角网的间接平差

①观测值平差值方程、误差方程和正态方程;

②用自编的计算程序求解基本方程,找出观测值的调整值和待固定点的坐标调整值;

③评估调整值和观测值的调整值的精度。

④调整模型正确性的假设检验。

(5)计算最弱点误差椭圆的参数,绘制点误差椭圆,图形化计算从点到已知点的边长差的中值误差和方位角调整值的中值误差。

⑥计算相对误差椭圆参数,画出相对误差椭圆,计算出最弱边长的相对中值误差和最弱边方位角的中值误差。

2.2.2平面精度的主要结论

对于平面区域网调整,外围控制就足够了。区域内的控制点可以局部提高精度,但不能代替外围控制。

在外围控制密集的情况下,区域网的平面精度几乎与面积大小无关,整个区域的精度分布非常均匀。

在外围控制密集的情况下,该区域的形状无关紧要。

在稀疏外围控制的情况下,最大标准误差总是出现在区域边缘两个相邻控制点的中心区域。区域网络的平面精度与控制点之间的距离呈线性关系。

使用60%的并排重叠航拍照片可以将准确率提高40%左右。

3。消除系统误差影响的措施

(1)区域网调整前,通过摄像机验证找出存在的系统误差,并在测量图像点坐标中进行校正。

(2)在调整过程中,使用扩展的数学模型和附加参数来补偿各种系统误差的综合影响。这些附加参数在整个调整过程中被确定为未确定的参数。我们称这种方法为自检。由于这种方法不需要知道任何系统误差的具体形式,也不需要增加任何额外的观察,因此被广泛采用。

(3)调整后,根据已知地面控制点的残差,采用插值方法对调整结果进行调整和修正。这种方法称为区域网络外部调整。

结论

在全球定位系统控制测量中,严格平差适用于各导线等级,近似平差适用于较低的导线等级。当采用近似调整时,方位角、角度、边长等。应逆向计算,以便方位角、边长、角度等。可以用作最终结果。通过以上对全球定位系统平差的分析,有必要在控制测量中加强平差精度的控制研究。

引用

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