CN109143266B - 一种gnss平面控制网已知点兼容性检验的方法 - Google Patents

一种gnss平面控制网已知点兼容性检验的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种GNSS平面控制网已知点兼容性检验的方法，包括：对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差；根据平差计算结果分析已知点的坐标精度及各点之间的兼容性，剔除有明显偏差的已知点或明显不兼容的已知点；利用剩下的已知点作为起算点，对GNSS平面控制网进行约束平差；根据平差结果精度情况判断是否满足相应等级的测量精度要求，如果满足，最终选定的起算点为符合相应等级兼容性要求的已知点；否则，重复对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差，剔除有明显偏差的已知点或不兼容的已知点，直至达到要求为止。本发明简化繁琐计算过程，减小计算工作量，显著提高GNSS平面控制网已知点兼容性检验的效率，易于推广应用。

Description

一种GNSS平面控制网已知点兼容性检验的方法
技术领域
本发明涉及GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)控制测量技术领域，具体涉及一种GNSS平面控制网已知点兼容性检验的方法。
背景技术
在GNSS控制网数据处理中，需要利用已知点将WGS-84或者CGCS2000坐标系的测量结果转换至国家、城市坐标系或工程独立坐标系的二维或三维坐标成果，通常的做法是利用已知点作为约束条件，在平差计算时强制附合到已知点所在的坐标系中。但由于已知点施测年代久远、标石损坏或点位移动，或属于不同时期或采用不同方法测量得到等原因，导致已知点可能存在较大的误差或彼此之间不兼容，进而造成GNSS平面控制网本身精度的损失，降低GNSS平面控制网测量成果的精度。因此，在GNSS平面控制网平差之前必须对已知点进行精度及兼容性检验，以便发现并剔除存在较大误差的已知点或明显不兼容的已知点。
对已知点进行精度及兼容性检验的常用方法有实测基线比较法、约束平差分析法和附合导线法等。这些方法的基本原理都是通过计算两个已知点之间边长、方位角或相对坐标差的GNSS观测值与已知值的差值，分析判断该两已知点之间的兼容性；当一个GNSS平面控制网中有两个以上已知点时，则需对全部已知点的不同组合分别计算和分析检验，存在计算繁琐、计算工作量大、不易推广应用等缺点，而且常常需要综合使用多种方法来最终检验已知点之间的兼容性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的GNSS平面控制网已知点兼容性检验方法存在计算繁琐、计算工作量大和不易推广应用的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种GNSS平面控制网已知点兼容性检验的方法，包括以下步骤：
对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差；
根据秩亏自由网平差计算结果中各已知点的残差大小，分析已知点的坐标精度及各点之间的兼容性，剔除有明显偏差的已知点或明显不兼容的已知点；
利用剩余的已知点作为起算点，对GNSS平面控制网进行约束平差；
根据平差结果精度情况判断是否满足相应等级GNSS平面控制网的测量精度要求，如果满足，最终选定的起算点为该GNSS平面控制网符合相应等级兼容性要求的已知点；否则，重复对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差，剔除有明显偏差的已知点或不兼容的已知点，直至达到规定的测量精度要求为止。
在上述方法中，在对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差前，先对包含已知点的GNSS平面控制网进行三维或二维无约束平差，检验GNSS平面控制网的观测质量及网的内部精度；
若检验GNSS平面控制网的观测质量及网的内部精度达不到规定等级的要求，则对数据处理结果进行检查分析，优化数据处理方法、重新进行数据处理或进行必要的补测，直至达到规定等级精度要求，再对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差。
在上述方法中，可采用Trimble TBC软件的工地校正功能或自由网平差功能进行秩亏自由网平差。
在上述方法中，采用工地校正功能进行秩亏自由网平差具体为：
将GNSS定位获得的三维空间直角坐标转换为大地坐标，再转换为本地坐标系的大地坐标；最后由本地坐标系的大地坐标转换为高斯投影网格坐标；
对高斯投影网格坐标运用最小二乘原理进行秩亏自由网平差，得到各已知点的平差坐标及残差值。
在上述方法中，所述本地坐标系是指本地局部坐标系，包括国家坐标系、城市坐标系或工程独立坐标系等项目所使用的坐标系。
在上述方法中，根据各已知点的残差大小，分析已知点的坐标精度及各点之间的兼容性，具体的分析判断方法为：
若各已知点残差绝对值大小接近，则表明已知点兼容性好，属于同一个坐标体系；否则，若各已知点残差大小不一，甚至相差悬殊，则剔除含有明显偏差的已知点。
在上述方法中，对明显偏差的已知点的判断：
当已知点的水平残差值大于所有已知点的水平残差值的平均值时，该已知点残差具有明显差异。
在上述方法中，在符合相应等级兼容性要求的已知点中，选择分布均匀且包含整个控制网的2个或2个以上已知点作为GNSS平面控制网的坐标起算点。
与现有技术相比，本发明以GNSS控制网的秩亏自由网平差结果为基础，通过已知点平差坐标与已知坐标较差(即坐标残差)的分析，检验各已知点坐标的精度及其兼容性，筛选出符合相应等级兼容性要求的已知点，避免对全部已知点的不同组合分别计算和分析检验，简化了繁琐的计算过程，减小了计算工作量，一次计算即可完成全部多个已知点兼容性的检验，显著提高了GNSS平面控制网已知点兼容性检验的效率和有效性，且简便易行，可在工程实践中推广应用。
附图说明
图1为本发明提供的一种GNSS平面控制网已知点兼容性检验的方法的流程图；
图2为本发明中具体实施例的GNSS平面控制网示意图。
具体实施方式
本发明针对现有的GNSS控制网已知点兼容性检验方法存在的计算繁琐、计算量大、不易推广应用等缺点，基于秩亏自由网平差(伪逆平差法)设计了一种适用于各等级GNSS平面控制网的2个以上已知点之间兼容性检验的分析方案，变多次计算为利用软件一次计算，实现GNSS平面控制网已知点兼容性的快速、简便、精准检验。
如图1所示，本发明提供了一种GNSS平面控制网已知点兼容性检验的方法，具体步骤如下：
步骤S10、对包含已知点的GNSS平面控制网进行三维或二维无约束平差，检验GNSS平面控制网的观测质量及网的内部精度；如图2所示的具体实施例，某GNSS平面控制网由10个已知点(KP01，KP02,…,KP10)和26个GNSS控制点组成，按《公路勘测规范》中四等GNSS平面控制网精度设计和观测。使用8台Trimble R10 GNSS接收机同步观测18个时段，每个时段长度为90min。采用Trimble TBC软件进行基线向量解算和三维无约束平差，表1为本实施例中三维无约束平差结果的精度统计表。从表1可知：平差结果精度指标达到公路四等平面控制测量的精度标准，说明该GNSS平面控制网的观测质量达到规定等级的要求；其中，规范限差为《公路勘测规范》中四等平面控制测量的精度标准。
表1：本实施例中三维无约束平差结果的精度统计表。
Figure GDA0002578260770000041
在本发明中，若检验GNSS平面控制网的观测质量及网的内部精度达不到规定等级的要求，则需对数据处理结果进行检查分析，优化数据处理方法或重新进行数据处理，以达到规定等级精度要求为止，再执行下一步骤；若通过内业数据检查和分析处理后，仍然无法达到规定等级精度要求，则说明控制网观测质量存在问题，必须对超限的观测数据进行重新观测和补测，再次进行内业处理，直至控制网精度达到规定要求为止，再执行下一步骤。可见，步骤S10是本发明的前提步骤，只有步骤S10通过了以后，才能使用本发明方法有效地开展后续检验工作；否则，观测误差会干扰影响后面的分析判断效果。
步骤S20、对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差，可利用Trimble TBC软件的工地校正功能或自由网平差功能完成本项计算，也可采用其它具有类似功能的软件进行计算；如采用Trimble TBC软件的工地校正功能或自由网平差功能进行秩亏自由网平差，得到10个已知点的平差计算坐标与已知的坐标残差及水平残差如表2所示。
表2：在本实施例中10个已知点的平差计算坐标与已知坐标的坐标残差值表。
Figure GDA0002578260770000051
其中，采用工地校正进行秩亏自由网平差为：
将GNSS定位获得的三维空间直角坐标(WGS-84或CGCS2000，GNSS全球导航卫星系统使用的坐标系统)转换为大地坐标，再转换为本地坐标系(所述本地坐标系是指本地局部坐标系，包括国家坐标系、城市坐标系或工程独立坐标系等项目所使用的坐标系)的大地坐标；最后由本地坐标系的大地坐标转换为高斯投影网格坐标；
对高斯投影网格坐标运用最小二乘原理进行秩亏自由网平差，得到各已知点的平差坐标及残差值。
步骤S30、根据秩亏自由网平差计算结果中各已知点的残差大小，分析已知点的坐标精度及各点之间的兼容性，剔除含有明显偏差的已知点或明显不兼容的已知点。具体的分析判断方法如下：
进行亏秩自由网平差或工地校正后，若各已知点残差绝对值大小接近，则表明已知点兼容性好，属于同一个坐标体系；否则，若各已知点残差大小不一，甚至相差悬殊，则说明兼容性不好，残差绝对值偏大者为不兼容者，所以最先剔除含有明显偏差的已知点，其中，明显偏差是指该当已知点的水平残差值大于所有已知点的水平残差值的平均值时，则认为该已知点存在明显偏差。
以上述具体实施例进行说明，从表2可以看出，已知点的水平残差由小到大的排列顺序为：
KP07<KP02<KP04<KP01<KP06<KP10<KP09<KP05<KP03<KP08；
经计算，10个已知点的水平残差的平均值为0.096m。在10个已知点中，有6个点的水平残差小于0.096m，其余4个已知点的水平残差大于0.096m，最大者为0.2739m(KP08)，将水平残差大于0.096m的四个已知点认定为具有明显偏差的已知点，据此，剔除含有明显偏差的4个已知点KP05、KP07、KP08和KP09。
在本发明中，所述明显偏差是指当其水平残差值大于平均残差值时，则认为该已知点存在明显偏差。本实施例中，将残差大于0.096m的已知点认定为具有明显偏差的已知点。
步骤S40、利用步骤S30中剩下的已知点作为起算点，对GNSS平面控制网进行约束平差；即对6个已知点KP01、KP02、KP04、KP06、KP07和KP10作为起算点，对GNSS平面控制网进行约束平差；这里可使用Trimble TBC、武汉大学CosaGPS等各种合格的GNSS数据处理软件进行平差计算。
步骤S50、根据平差结果精度情况判断是否满足相应等级GNSS平面控制网的测量精度要求，若得到的平差结果精度尚未满足规定等级GNSS平面控制网的测量精度指标，则可重复步骤S20、步骤S30和步骤S40，直至达到规定的测量精度要求为止。根据平差结果精度情况判断是否满足相应等级GNSS平面控制网的测量精度要求，具体而言，将平差结果精度与规范规定的相应等级精度指标比较来判断是否达到规定要求；这些精度指标包括单位权精度、坐标精度、边长精度(含边长相对中误差)等。
表3为利用图2所示实施例的6个已知点作为起算点对GNSS平面控制网约束平差后的主要精度情况统计表。由表3可见，最弱点点位中误差、最弱边边长相对中误差均小于规范规定的四等网精度指标，说明GNSS平面控制网平差精度达到公路四等平面控制网精度标准。
表3：利用图2所示实施例的6个已知点作为起算点对GNSS平面控制网约束平差后的主要精度情况统计表。
Figure GDA0002578260770000071
步骤S60、最终选定的起算点为该GNSS平面控制网符合相应等级兼容性要求的已知点；为了尽可能保持GNSS平面控制网测量精度少受损失，在符合相应等级兼容性要求的已知点中，选择分布均匀且包含整个控制网的2个或2个以上已知点作为GNSS平面控制网的坐标起算点。例如，在步骤S40中得到的6个已知点都为满足公路工程四等GNSS平面控制网精度要求的起算点，为了尽可能保持GNSS平面控制网测量精度少受损失，同时兼顾到已知点的分布和控制范围，最终在符合相应等级兼容性要求的6个已知点中，选择公路线路首尾两个已知点KP01和KP10作为GNSS平面控制网的坐标起算点，对GNSS平面控制网约束平差后的精度情况见表4。
表4：为以首尾已知点KP01和KP10作为G坐标起算点对GNSS平面控制网约束平差后的主要精度统计表。
Figure GDA0002578260770000081
本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种GNSS平面控制网已知点兼容性检验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差；
根据秩亏自由网平差计算结果中各已知点的残差大小，分析已知点的坐标精度及各点之间的兼容性，剔除有明显偏差的已知点或明显不兼容的已知点；
利用剩余的已知点作为起算点，对GNSS平面控制网进行约束平差；
根据平差结果精度情况判断是否满足相应等级GNSS平面控制网的测量精度要求，如果满足，最终选定的起算点为该GNSS平面控制网符合相应等级兼容性要求的已知点；否则，重复对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差，剔除有明显偏差的已知点或不兼容的已知点，直至达到规定的测量精度要求为止；
在对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差前，先对包含已知点的GNSS平面控制网进行三维或二维无约束平差，检验GNSS平面控制网的观测质量及网的内部精度；
若检验GNSS平面控制网的观测质量及网的内部精度达不到规定等级的要求，则对数据处理结果进行检查分析，优化数据处理方法、重新进行数据处理或进行必要的补测，直至达到规定等级精度要求，再对GNSS平面控制网进行秩亏自由网平差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对GNSS平面控制网采用Trimble TBC软件的工地校正功能或自由网平差功能进行秩亏自由网平差。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用工地校正功能进行秩亏自由网平差具体为：
将GNSS定位获得的三维空间直角坐标转换为大地坐标，再转换为本地坐标系的大地坐标；最后由本地坐标系的大地坐标转换为高斯投影网格坐标；
对高斯投影网格坐标运用最小二乘原理进行秩亏自由网平差，得到各已知点的平差坐标及残差值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述本地坐标系是指本地局部坐标系，包括国家坐标系、城市坐标系或工程独立坐标系所使用的坐标系。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在符合相应等级兼容性要求的已知点中，选择分布均匀且包含整个控制网的2个或2个以上已知点作为GNSS平面控制网的坐标起算点。
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