科傻GPS平差软件说明书

GPS工程测量网通用平差软件包CosaGPS

科傻系统(COSA)系列软件

GPS工程测量网

通用平差软件包

（CosaGPS V5.1）

使用说明书

2007年11月

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目录

目录 ......................................................................................................1 １.简介 .................................................................................................3

1.1 功能全面 ...............................................................................3 1.2 整体性好 ...............................................................................3 1.3 解算容量大，运算速度快 ...................................................3 1.4 操作简明，使用方便 ...........................................................4 2.“文件”下拉菜单 .............................................................................6

2.1 工程与文件 ...........................................................................6 2.2 “文件”菜单项 ...................................................................8

2.2.1新建 .............................................................................8 2.2.2打开 .............................................................................9 2.2.3关闭 .............................................................................9 2.2.4保存 .............................................................................9 2.2.5另存为 .........................................................................9 2.2.6新建工程 .....................................................................9 2.2.7 打开工程 ..................................................................15 2.2.8 打印 ..........................................................................16 2.2.9 打印预览 ................................................................16 2.2.10 打印设置 ................................................................16 2.2.11 退出 ........................................................................16

3.“GPS数据处理”下拉菜单 .............................................................17

3.1 已知数据 .............................................................................17

3.1.1 三维已知坐标 ..........................................................18 3.1.2 二维已知坐标 ..........................................................19 3.1.3 一维高程点 ..............................................................19 3.1.4 输入地面边长 ..........................................................19 3.1.5 输入地面方位 ..........................................................20 3.2 基线数据 .............................................................................20 3.3 GPS三维向量网平差（无约束平差或约束平差） ..........21 3.4 二维网联合/约束平差 ........................................................22

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3.4.1 联合/约束平差 .........................................................22 3.4.2 输出用户自定义任意两点相对精度 .......................23 3.5 椭球面上三维平差 .............................................................23 3.6 工程网(一点一方向)平差 ...................................................24 3.7 GPS高程拟合 ......................................................................25 3.8 GPS三维秩亏自由网平差 ..................................................26 3.9 稳定性分析 .........................................................................27 3.10 设置 ...................................................................................28 4.“查看”下拉菜单 ...........................................................................28 5.“工具”下拉菜单 ...........................................................................29

5.1 闭合差计算 .........................................................................30 5.2 重复基线差 .........................................................................30 5.3 网图显绘 .............................................................................31 5.4 贯通误差影响值计算 .........................................................31 5.5 GPS网设计 ..........................................................................32 5.6 输出AutoCAD格式的GPS网图 ......................................33 6.“坐标转换”下拉菜单....................................................................34

6.1 XYZ-〉BLH .........................................................................34 6.2 BLH->XYZ ..........................................................................35 6.3 BL->XY ................................................................................36 6.4 XY->BL ................................................................................36 6.5 XY1->XY2 ...........................................................................37 6.6 XYZ1->XYZ2 ......................................................................39 6.7 高程面坐标变换 .................................................................41 7.“帮助”下拉菜单 .........................................................................42 附录1. 功能菜单框图 ......................................................................43 附录2. 算例及说明 ..........................................................................44 附录3. 基线解文件格式说明 ..........................................................46 附录4. 方向及经纬度的角度格式说明 ..........................................54 附录5. 简要操作步骤 ......................................................................55

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１.简介

基于全球卫星定位系统(GPS)的现代测量理论和技术改变了传统的测量模式，使工程测量行业发生了革命性变化，测量外业工作自动化程度大大提高，测量内业软件的作用更加重要。为了满足工程测量单位对GPS数据处理的要求，在分析研究GPS数据处理理论的基础上，我们研制了自主版权的CosaGPS软件系统，该软件具有如下特点：

1.1 功能全面

软件具有在世界空间直角坐标系(WGS-84)进行三维向量网平差（无约束平差和约束平差）、在椭球面上进行卫星网与地面网三维平差、在高斯平面坐标系进行二维联合平差、针对工程独立网的固定一点一方向的平差、高程拟合等功能，并带有常用的工程测量计算工具，可以实现各种坐标转换。

1.2 整体性好

全部软件集成在统一的环境下，编辑器、文档、图形、数据处理模块均自主编写；采用多文档，可同时处理多项任务；采用工程管理模式，可方便进行各类数据的操作。

1.3 解算容量大，运算速度快

软件设计采用节省内存的快速算法，在现有的大部分微机上（Winows98,Windows2000,WindowsXP），可整体解算数千个控制点的GPS控制网，内存不够时则采用外存作缓冲，因而还可解算更

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大规模的GPS工程网。

1.4 操作简明，使用方便

在WIN95/98/2000/XP系统环境下运行，可采用表格方式或文本方式进行数据录入，大部分操作采用“傻瓜“式选项。对于输入量较少的已知数据和参数，采用表格方式输入；对于大批量的数据，则采用文件方式输入。表格方式输入时，屏幕上显示格式如图1.1。

图1.1 输入数据表格

表格中各列的宽度可以改变，将鼠标移到表格中各列标题的结合处，按下左键拖动，调节到合适的宽度即可。表格中的行数是不受限制的，输满后将向上滚动，底下弹出新的空白行。表格式输入的数据被保存到文本文件（文件名参见2.1），用户也可直接对相应的文本文件（例如：工程名. GPS3dKnownXYZ）进行修改，重新进入表格后，表格中的数据将自动进行更新。

表格中各列的宽度可以改变，将鼠标移到表格中各列标题的结合处，按下左键拖动，调节到合适的宽度即可。表格中的行数是不受限制的，输满后将向上滚动，底下弹出新的空白行。表格

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式输入的数据被保存到文本文件（文件名参见2.1），用户也可直接对相应的文本文件（例如：工程名. GPS3dKnownXYZ）进行修改，重新进入表格后，表格中的数据将自动进行更新。

文件方式输入数据时，可以使用本系统的编辑器，也可以使用其它的文本编辑器（比如记事本、书写器、Word等，应选择纯文本方式），其操作基本相同，可以使用快捷键（复制：Ctrl+C，粘贴：Ctrl+V）, 或者点击鼠标右键后，根据弹出的快捷菜单进行操作，也可以利用屏幕顶部的“编辑”菜单进行文本处理。对文件编辑完毕后，用屏幕顶部的“文件”-〉“保存”菜单进行同名保存（与鼠标点击相同）或用“另存为”保存为另一文件名。 系统主菜单参见图1.2。

图1.2系统主菜单

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2.“文件”下拉菜单

2.1 工程与文件

工程是指某项确定的任务，它是所有与之相关文档的集合，其中单个的文档称为文件，相关的文件通过工程而联系在一起。该系统是按工程进行管理和处理的，大部分操作是对所选定的工程进行的，这样做的优点是方便用户使用，便于存档和调阅，同时，按工程进行管理也是大部分优秀软件所采用的方法，为软件

图2.1 文件菜单

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使用人员所熟悉。观测数据文件和平差结果文件等都是与工程有关的文档，一个工程会涉及到许多的文档，根据一定的命名规则，系统会调用相应的文档进行处理。“文件”下拉菜单参见图2.1。

工程名一般采用地区或测区名称，这样易于记忆，其构成形式为*.prj。*是用户自己定义的，可由汉字、英文字母、数字、符号等组成，后缀prj是系统指定的，

系统把以prj为后缀的文件看作是工程文件。另外，还有许多的数据文件和结果文件，其命名规则及含义为： ? 与工程有关的GPS文件： *

工程名.GPS1dKnownH 已知高程文件 *

工程名.GPS2dKnownXY 已知平面坐标文件 *

工程名.GPS3dKnownXYZ 已知三维坐标文件 *

工程名.GPS2dAzimuth 地面方位角 *

工程名.GPS2dDistance 地面边长

工程名.GPS3dVector GPS三维基线向量 工程名.GPS2dVector GPS二维坐标差向量 工程名.GPS3dBLHVector GPS三维大地坐标差向量 工程名.GPS1dResult GPS高程拟合结果 工程名.GPS2dResult GPS二维联合平差结果 工程名.GPS3dResult GPS三维向量网平差结果

工程名.GPS3dBLHResult GPS三维网椭球面上联合平差结果 工程名.GPS3dBLH GPS三维大地坐标文件

工程名.GPS3dXYH GPS平面坐标和大地高文件

工程名.GPS3dXYHEFT GPS平面坐标、大地高、误差椭圆元素文件

工程名.GPS2dXYEFT GPS二维联合平差高斯平面坐标及误差椭圆元素文件

工程名.dxf AutoCAD的DXF格式的网图文件 *

表格方式输入的数据文件，也可以用文本编辑器进行编辑 固定一点一方向的工程网有关文件

工程名.OneFix 输入的已知数据文件，与对话框对应

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工程名.GPS2dResult1 GPS二维平差结果

工程名.GPS3dResult1 GPS三维向量网平差结果 闭合差计算文件 工程名.GPS3dLoop

工程名.GPS3dMisclosure

贯通误差影响值计算输入输出文件(参见5.4) 工程名.gti 输入文件 工程名.gto 输出文件 ? 转换参数文件：

Parameter.1d 高程拟合模型系数

Parameter.2d 二维转换旋转角及尺度因子 ? 坐标转换算例文件：

demo.xy 高斯平面直角坐标 demo.BL 大地经纬度

demo.XYZ 三维空间直角坐标 demo.BLH 三维大地坐标

demo.XYXY 不同平面坐标系坐标转换

demo.XYXY_O 不同平面坐标系坐标转换结果 demo.XYZXYZ 不同空间直角坐标系坐标转换

demo.XYZXYZ_O 不同空间直角坐标系坐标转换结果 ? 用户自定义文件 demo.GPS2dRel 用户自定义需要输出相对精度的点对文件

2.2 “文件”菜单项

在主菜单下用鼠标单点“文件”，弹出如图2.2所示的下拉菜单，其中各项含义是：

2.2.1新建

用该系统的编辑器建立新文本文件

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5.“工具”下拉菜单

该工具菜单参见图5.1，包含：闭合差计算，重复基线差，网图显绘，贯通误差影响值计算

图5.1 工具菜单

图5.2 闭合环

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5.1 闭合差计算

闭合差计算是自动搜索和计算所有最小环路的闭合差。在执行3.2所述“选取基线”生成“工程名.GPS3dVector”后，利用该菜单项，将生成2个文件：“工程名.GPS3dLoop”和“工程名.GPS3dMisclosure”。“工程名.GPS3dLoop”是各个环路的端点点名，每个环路占一行，各点按连接顺序排列，如图5.2的环路可表示为：A01 A02 A03 A04。若需计算某一指定环路的闭合差，可以在“工程名.GPS3dLoop”中输入与该环路对应的点名构成的一行，保存文件后，再进行闭合差计算，屏幕弹出如图5.3所示的对话框，应选“否”（不重新生成闭合环路文件），计算完毕后，结果存到“工程名.GPS3dMisclosure”中。

图5.3 闭合环提示窗口

5.2 重复基线差

为了计算重复基线向量各分量的差值，可在选取基线时（参见3.2）,选取全部基线（不是为了平差目的，只是为了计算闭合差、重复基线差），在执行3.2所述“选取基线”生成“工程名.GPS3dVector”后，利用该菜单项，将生成文件“工程名.GPS3dRepeatBaseline”,其内容是重复基线有关的数据。

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5.3 网图显绘

网图显绘[WGS84]显示三维平差时的网图。由于二维联合平差时，增加了地面控制点，已知点将与三维平差时[WGS84]有所不同，因而应采用“网图显绘[地方坐标]”进行二维联合平差的网图绘制。

5.4 贯通误差影响值计算

该功能主要为隧道施工控制网而设计的，其实质是根据控制网的洞口点和定向点精度、贯通点的位置以及贯通面的方向，在完成网平差之后，直接估算隧道贯通误差影响值。为此首先人工建立一个贯通误差引导文件，该文件也是一个标准的ASCⅡ文件，命名规则为“工程名.gti”，其格式为：

进口点号，进口定向点号，出口点号，出口定向点号，贯通点号，X坐标，Y坐标，贯通面方位角.

如图5.4所示的贯通方案(贯通点为MMM)可建立如下贯通文件 A12，A02，A03，A14，MMM，X，Y，α 算例数据(demo.gti)如下所示：

A12，A02，A03，A14，MMM，3320821.76615，2337.9802，85.3045 为了选取最优的定向点方案，在一次计算中，可准备多种不同的进出口点与定向点的组合，每一种组合占一行。准备好引导文件“工程名.gti”后，用鼠标单击“贯通误差影响值计算”，将自动计算贯通误差影响值，并将结果存放在文件“工程名.gto”中（参见“demo.gto”）。

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图5.4 贯通误差影响值计算

注意：在计算贯通误差影响值之前，除准备好引导文件外，还须对该控制网进行平差计算，否则贯通误差计算失败。未建立贯通误差引导文件时，将弹出提示建立贯通误差引导文件的对话框。

5.5 GPS网设计

选择“工具/GPS网设计”（参见图5.5）进行方案设计。在进行GPS网设计时，需要准备两个文件： 1）各测站的设计坐标文件(*.xyz) 格式为：

基线固定误差(mm) 基线比例误差(ppm) 基线水平方位误差(“) 点名 X(m) Y(m) Z(m) ……

各项之间用空格分隔，(X Y Z)为地心为原点的空间直角坐标。如

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果只有各测站的高斯平面直角坐标的设计值，则可以利用“坐标转换”功能得到经纬度(XY->BL)，再把大地高加入形成BLH文件，进一步转换为XYZ文件（BLH->XYZ）。 2）GPS独立基线定义文件(*.line) 格式为： 起点 终点 ……

图5.5 GPS网设计

5.6 输出AutoCAD格式的GPS网图

选择“工具/输出ACAD_DXF网图”（参见图5.5）则输出AutoCAD的DXF格式的控制网网图。

输入文件为：

工程名.GPS3dXYHEFT 工程名.GPS3dVector

这两个文件是在“三维向量网平差”(参见3.3)时生成的。 结果文件为：*.dxf

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点名 X旧 Y旧

非公共点 ········

········

下面为某一“*. XYXY”的实例：

A001 2886585.7645 531481.3787 29459.2790 31382.6500 A002 2891839.8474 479813.8408 34711.8360 -20285.9390 A003 2861398.5526 509387.9347 4271.0320 9289.5760 A004 2819325.6136 524901.0211 -37801.9780 24804.2570 B001 2860046.5165 524597.2659 2919.4310 24499.2250 P001 2865890.2564 519087.7625

2) 选择转换方法（3参数、4参数、6参数）。 3) 屏幕出现打开文件窗口后，选择输入文件。 4) 结果保存到文件*.XYXY_0中。

6.6 XYZ1->XYZ2

功能：三维直角坐标变换 转换模型为：

?X??X0?????Y＝Y0（1＋k/1000000)??????Z?????新?Z0?

?1?????z???y?z1??x??y??X?????x??Y??Z?1????旧X0，Y0，Z0：平移参数

k：尺度参数（ppm）

?x,?y,?z: X,Y,Z的旋转角（弧度）

注意：CosaGPS输出的旋转角是以度分秒为单位（ddd.mmss） 输入文件 *. XYZXYZ 输出文件 *. XYZXYZ_0

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操作步骤：

1) 编辑生成输入文件（*.XYZXYZ），格式为（参见

“demo.XYZXYZ”）：

点名X旧 Y旧 Z旧 X新 Y新 Z新

公共点 ········

········ 点名 X旧 Y旧 Z旧

非公共点 ········

········

2) 选取“坐标转换”菜单的子项“XYZ->XYZ”，屏幕将出现“打

开文件”窗口，选择输入文件（*.XYZXYZ）。 3) 转换结果保存到文件*.XYZXYZ_0中。

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6.7 高程面坐标变换

对于工程控制网，例如桥梁、大坝等的施工控制网，为了减小投影变形，从而使用坐标反算的边长值与实测值之间的系统性差异较小，一般是以最重要的某一施工高程面作为坐标系的投影面，“高程面坐标变换”是将当前高程投影面对应的平面坐标变换到另一个高程面，须在工程的设置对话框中输入这两个高程面的大地高，并输入测区平均纬度，同时还应检查坐标系统对应的椭球参数是否正确。点击该项菜单后，屏幕提示输入数据文件，其格式为：点名 X Y。计算完毕之后，结果文件内容将显示在屏幕上，结构同输入文件，其名称是在输入文件名后加“1”。

图6.2 高程面坐标变换

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7.“帮助”下拉菜单

点击“关于CosaGPS2000”，屏幕显示程序标志，双击标志区或按Esc键返回程序状态, 参见图7.1。

图7.1 程序图标

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附录1. 功能菜单框图

文件(F) GPS数据处理(G) 查看(V) 工具(T) 坐标转换(C) 帮助(H) 新建(N) 打开(O) 关闭(C) 保存(S) 另存为(A) 新建工程( 打开工程 打印(P) 打印预览(V) 打印设置(R) 最近文档 退出(X) 已知数据 基线数据 三维向量网平差 二维联合平差 椭球面三维平差 工程网(一点一方向) GPS高程拟合 秩亏自由网平差 稳定性分析 设置 三维已知坐标 二维已知坐标 一维高程点 输入地面边长 输入地面方位 平差结果 观测值 闭合差计算 重复基线差 网图显绘 贯通误差 GPS网设计 输出CAD网图 三维基线向量 二维基线向量 XYZ->BLH BLH->XYZ BL->XY XY->BL XY1->XY2 XYZ->XYZ 二维转换参数 一维转换参数 帮助主题 关于CosaGPS 三维向量网 二维联合平差 一维高程拟合 三参数相似变换 四参数相似变换 六参数仿射变换 CosaGPS

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/d715.html