静态GPS解算步骤

GPS静态测量，是利用测量型GPS接收机进行定位测量的一种。主要用于建立各种级别的控制网。进行GPS静态测量时，认为GPS接收机的天线在整个观测过程中的位臵是静止，在数据处理时，将接收机天线的位臵作为一个不随时间的改变而改变的量，通过接收到的卫星数据的变化来求得待定点的坐标。在测量中，GPS静态测量的具体观测模式是多台（3台以上）接收机在不同的测站上进行静止同步观测，时间由40分钟到十几小时不等。 使用GPS进行静态测量前，先要进行点位的选择，其基本要求有以下几点：

1、 周围应便于安臵接收设备和操作，视野开阔，市场内障碍物的高度角不宜超过15度；

2、 远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200米；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于50米；

3、 附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物、大面积水域等）；

4、 地面基础稳定，易于点的保存； 5、 充分利用符合要求的旧有控制点。

GPS点位选好后，就可以架站进行静态数据采集了。在采集静态数据时，一定要对中整平，在采集的过程中需要做好记录，包括每台GPS各自所对应的点位、不同时间段的静态数据对应的点位、采集静态数据时GPS的天线高（S86量测高片高，S82量斜

高）。

用GPS采集完静态数据后，就要对所采集的静态数据进行处理，得出各个点的坐标。下面以为临城建设局做的GPS静态测量为例，介绍静态数据处理的过程。

打开GPS数据处理软件，在文件里面要先新建一个项目，需要填写项目名称、施工单位、负责人，并设臵坐标系统和控制网等级，基线的剔除方式。在这里由于利用的旧有控制点所属的坐标系统是1954北京坐标系3度带，因此坐标系统设臵成1954北京坐标系3度带。控制网等级设臵为E级，基线剔除方式选着自动。 在数据录入里面增加观测数据文件，若有已解算好的基线文件，则可以选择导入基线解算数据。增加观测数据文件后，会在网图显示窗口中显示网图，还需要在观测数据文件中修改量取的天线高和量取方式（S86选择测高片，S82选择天线斜高）。 修改完观测数据文件里的量取的天线高和量取方式，就要进行基线解算了。在基线解算中点击全部解算，软件就会自动解算基线，若基线解算合格就会显示为红色，解算不合格就会显示为灰白色。在基线简表窗口中可以查看解算的结果。

解算不合格的基线需要进行调整，在网图中双击不合格的基线会弹出基线状况对话框，在该对话框中调整高度截止角和历元间隔后再解算，直至合格为止。原来的高度截止角为20，现在调整成15后，解算后基线已经合格了，由原来的灰白色变成了红色。 基线全部解算合格后，就需要看闭合环是否合格，直接点击左侧

的闭合环就可进行查看。若闭合环不合格，则还需要调整不合格闭合环中的基线，使得闭合环和基线全都合格；若闭合环合格，就要录入已知点的坐标数据，然后进行平差处理。要录入坐标数据可以在数据输入中点击坐标数据录入，在弹出的对话框中选择要录入坐标数据的点，录入坐标数据；或者在测站数据中选择对应的点直接录入坐标数据。

录入完坐标数据就可以进行平差处理了，在平差处理中依次点击自动处理、三维平差、二维平差、高程拟合，就能得到平差结果，这包括组网、三维自由（约束）网平差、二维网约束平差、高程拟合平差、平差成果表和7参数结果，这可以在成果输出窗口里查看。其中主要是需要平差成果表和7参数结果。平差报告可以打印或输出（文本文档格式）。

GPS静态解算说明书

2010-07-05 23:33:18| 分类： 默认分类 | 标签： |字号大中小 订阅

第一章 静态处理软件简介和安装 1.1 软件简介和计算机配臵要求

1.2 软件安装步骤

双击软件压缩包，弹出图示如图1-1所示，软件开始自解压，解压完毕进入软件安装的提示窗口如图1-2所示。

图1-1 解压窗口

图1-2 安装提示窗口

在“安装提示窗口”中用鼠标单击 “下一步”，弹出图示有关软件使用协议说明如图 1- 3所示：

图1-3 协议窗口

同意安装协议并用鼠标单击图1-3“是”，安装将继续，窗口提示软件安装到计算机中的安装路径如图1-4所示：

图1-4 安装路径提示窗口

点击图示1-4中的“浏览”，可选择自定义安装本软件的路径，当然也可使用图示默认路径“C:\\Program Files\\南方测绘仪器公司\\GPSSouth”安装，选择好路径后用鼠标单击“下一步”弹出图1-5：

图1-5 软件安装过程窗口

进度条达到100％后，弹出图 1-6所示界面，点击“完成”，软件安装完毕。 。

图 1-6结束窗口

软件安装完毕后，在计算机的桌面自动生成“南方GPS数据处理”和“南方GPS后处理差分”快捷方式。

1.3 软件启动和操作步骤

点击“南方GPS数据处理”桌面快捷方式进入基线处理软件，界面如图 1-7：

图 1-7 GPS处理软件界面主界面

软件主界面由菜单栏、工具栏、状态栏以及当前窗口组成，并采用了工程化的管理模式，因此，在使用之前必须按照要求创建工程项目。软件的基本操作步骤如下：

一、点击“文件”菜单下的“新建”项目，弹出界面如图1-8所示，

图1-8 新建工程项目

在对话框中按照要求填入“项目名称”、“施工单位”、“负责人”，选择相应的“坐标系统”、“分度带”、“控制网等级”、“基线剔除方式”，最后点击“确定”按钮，完成操作。 二、增加野外观测数据

将野外GPS采集数据调入软件，这些数据是南方公司的专用格式*.STH。

三、GPS基线处理

处理合格后要检查异步、同步环闭合差 四 、对整网进行约束平差 五 、检查和打印成果

上述各项操作将在下面文中分章节进行详述。 第二章 软件功能和菜单介绍 2.1 软件基本功能及界面

GPSADJ4.0基线处理平差软件是对GPS星历单、双频数据进行处理和平差的专业GPS内业解算软件。本软件用VC++编写，采用面向对象的编程方法和管理方案，功能强大，操作方便，可视化界面友好。

2.1.1 主要功能：

1、能对南方公司各种型号GPS接收机所采集静态测量和后差分的数据进行完全解算，如NGS200、NGS100、9800、9600等。 2、软件工具中自带坐标转换及四参数计算。

3、软件的星历预报功能，以便选择最佳星历情况进行野外作业。 4、软件基线处理结果更为严密，平差模型更加可靠。 5、能根据需要，方便地输出各种格式的平差成果。 6、既可全自动处理所有基线，也可进行手动单条处理。

2.1.2 主界面：

软件界面非常直观，由菜单栏，工具栏、状态栏以及当前窗口组成。点击相应的状态栏，当前窗口将显示程序的相应状态。在新建项目后，软件主窗口如图2-1所示：

图2-1 主界面

界面左边的快捷状态栏是按照软件的操作步骤按顺序排列的。 网图显示：用以显示网图和误差椭圆。

测站数据：显示每个原始数据文件的详细信息，包括所在路径，每个观测站数据的文件名、点名、天线高、采集日期、开始和结束时间、单点定位的经纬度大地高等。在该状态下，可以增加或者删除数据文件以及修改点名和天线高。

基线简表：显示基线解的信息，包括基线名、比值、方差、X增量、Y增量、Z增量。

基线详解：查看基线解算的详细报告。

闭合环：查看最小独立闭合环、最小独立同步闭合环、最小独立异步闭合环、重复基线、任意选定基线组成闭合环的闭合差。 成果输出：查看自由网平差、三维约束平差、二维约束平差、高程拟合等成果以及相应的精度分析。

菜单栏执行程序的各种功能，分别是 “文件”菜单、“编辑”菜单，“基线解算”菜单、“闭合环”菜单、“网平差”菜单、“工具”菜单、“查看”菜单、“帮助”菜单。具体功能下文将分节详细介绍。

工具栏执行菜单中的某一功能，从左至右分别是“新建文件”，“打开文件”，“保存文件”，“增加观测文件”，“剪切”，“复制”，“粘贴”，“处理全部基线”，“ 自动求闭合差”，“自由网平差”，“三维约束平差”，“二维约束平差”，“高程拟合”，“坐标转换”，

“打印”，“打印预览”，“关于”（显示软件版本信息），“帮助”等。 2.2 文件

从本节开始我们将依次叙述菜单栏中各菜单功能，文件菜单如下图2-2所示： 图2-2 文件菜单 新建：建立工程项目文件

打开：打开已经保存过的项目文件 保存：保存当前进度的项目文件

另存为：将当前进度的项目文件存储到另外的硬盘空间或是软盘、优盘等

关闭项目：关闭当前窗口的处理项目 项目属性：可更改项目属性信息

增加观测数据文件：在新建文件或者在当前项目文件中增加新的观测文件，可以选择读入南方测绘*.sth观测文件和标准的RINEX 2.0观测文件。可以在不同的路径中任意选择，如图2-3所示。

图2-2 增加新的观测文件窗口

注：南方GPS测量系统的数据处理软件除了处理南方的数据外，还可对其它厂商的接收机所采集的数据进行处理。处理的方法是

先把其它非南方GPS接收机采集的数据转换为标准的RINEX 2.0（兼容RINEX 1.0）格式，读入观测文件后进行向量解算以及网平差。

打印：打印当前窗口的网图或平差成果

打印预览：显示默认打印机以及默认设臵下的文件或者图形。 打印设臵：对Windows下的打印机进行设臵，可以选择打印机、设臵纸的大小、打印的方向等。 最近文件：调用上一次处理的项目文件 退出：退出程序 2.3 数据输入

数据输入菜单如图2-3所示： 图2-3 数据录入

坐标数据录入：在需要原始观测数据录入的情况下，点击“坐标数据录入”，界面如图2-4所示： 图2-4 录入已知坐标

在点击上图中“请选择”时，即可输入网图中已知控制点坐标。

2.4 基线解算

基线解算菜单如图2-5所示： 图2-5 基线解算

基线处理设臵：在基线处理前对基线的解算条件进行设臵，点击次按钮弹出基线设臵对话框如图2-6所示。

图2-6 基线处理设臵窗口

图2-6基线基本信息各项目的含义是： 设臵作用选择：

全部解算：对所有调入软件的观测数据文件进行解算。当一条基线解算结束并解算合格（一般情况下要求比值即方差比大于3.0）后，网图上表示的基线边将变红。不合格的基线将维持灰色。 新增基线：对新增加进来的基线单独解算 不合格基线：软件只处理上次解算后不合格的基线

高度截止角：即卫星高度角截止角，通常情况下取其值为20.0（度），用户也可以适当地调整使其增大或者减小，但应当注意，当增大卫星高度截止角时，参与处理的卫星数据将减少，因此要保证有足够多的卫星参与运算，且GDOP良好，在卫星较多时，取20.0较为适宜。默认的设臵为20.0。

历元间隔：指运算时的历元间隔，该值默认取5秒， 可以任意指定，但是必须是采集间隔的整数倍。例如，采集数据时设臵历元间隔为15秒，而采样历元间隔设定20秒，则实际处理的历元间隔将为30秒。

粗差容忍系数：默认值为3.5。

合格解选择：可以选择合格固定解、固定解、浮动解、三差解、由基线独立选择。当选择合格固定解、固定解、浮动解和三差解时，是对控制网的全部基线进行统一的设臵，要对任一基线进行独立设臵则必须选择“由基线独立选择”。

最小同步时间：同步观测时间小于设定值的同步基线将不参与计算。

2.5 平差处理

平差处理菜单如图2-7所示 图2-7 平差菜单 平差参数设臵： 图2-8 平差参数设臵

本项设臵为选择已知点坐标与坐标系匹配的检查和高程拟合方案。在图2-8中的“二维平差选择”中作了选择后，在进行平差计算时，若输入的已知点坐标和概略坐标差距过大，软件将不进行平差。反之，没有选择，软件对平差已知点不作任何限制。无论输入怎样的已知点坐标，都能计算平差结果。高程拟合方按选取适当的已知水准点来拟合GPS高程控制网，最大限度减少高程异常带来的误差或错误。

自动处理：基线处理完后点此菜单，软件将会自动选择合格基线组网。

重复基线：搜索重复基线长互差

闭合环闭合差：检查闭合环包括同步环和异步环闭合差 手工计算闭合差：根据用户需要在网图或基线简表中选定需要计算的基线组成闭合环后进行闭合差计算

三维平差：对空间三维坐标点进行平差。自由网平差提供各控制点在WGS-84系下的三维坐标（经度、纬度、大地高），各基线向量三个坐标差观测值的总改正数，基线边长以及点位边长的精度信息、误差椭圆。

二维平差：对平面位臵点进行二维约束平差，约束平差提供在北京54、全国80，WGS-84坐标系，或者城市独立坐标系的二维平面坐标、基线向量改正数、基线边长，以及坐标、基线边长的精度信息、转换参数、误差椭圆等。

高程拟合：测量工作是在地面进行的，而地球的自然表面是一个不规则的复杂曲面，不能用准确的数学模型来描述，也就不能作为基准面。在实际测量中采用与平静海平面相重合大地水准面来代替地球的实际表面，而在全球定位系统中采用的坐标系统是WGS－84坐标，这就存在一个转换问题如图2-9所示：

水准点

地面 H h

大地水准面 ΔN

WGS－84 椭球面

图2-9 高程适宜图 h——海拔高； H——WGS－84大地高；

ΔN——WGS－84椭球面与大地水准面的高程异常；

南方网平差软件采用二次曲面拟合求取各点的高程异常ΔN来对GPS高程进行改正。

注意：输入二个点可以进行平移；输入三个或三个点以上，六个点以下可进行平面拟合；输入六个以上点进行二次曲面拟合。 网平差计算：约束平差提供在北京54、全国80、WGS-84坐标系，或城市独立坐标系的三维坐标、基线向量改正数、基线边长以及坐标、基线边长的精度信息、转换参数、误差椭圆等。 2.6 成果

成果菜单如下图2-10所示： 图2-10 成果菜单

基线解输出:南方测绘Gps基线解算结果 Ver 1.00格式在此菜单项下文本输出，输出结果可用其它平差软件进行平差计算。 成果文本输出:将平差成果和基线详解成果文本输出，直接在记事本可以打开文件。

Rinex输出:将采集的GPS静态数据换成标准Renix格式文本输出。

成果输出设臵:执行本命令后，出现下图界面，用户可根据需要自行设定所需设臵。 图2-11 成果输出设臵 成果报告预览:打印前预览报告 成果报告打印:打印报告

成果报告(Word文档)：以Word文档形式输出成果报告。 以上四项均为了将软件处理后的基线结果和平差结果输出文本，输出后，文件自动保存在软件安装路径下，例如：软件安装在D盘program files目录下，则文本文件输出在D:\\program files\\南方测绘仪器公司\\Gpssouth\\example下。 2.7 工具

工具菜单如下图2-12所示： 2-12图工具菜单

本菜单集成了一些常用的小工具 工程文件合并：合并不同的工程文件。

北极星9600数据传输：参见《9600型GPS测量系统操作手册》。 傻瓜机通讯：参见《NGS100静态测量系统用户手册》。 与HP采集器通讯：用作GPS野外采集记录的采集器，可通过随机的数据通讯电缆和通讯软件与用作基线向量处理和网平差计算的微机进行数据和文件的传输。

观测卫星数的不足或卫星图形强度欠佳，因此同样不能解算出最佳基线。

在本系统中，采集卫星高度截止角默认为10度，而处理基线中默认设臵为20度。如果同步观测卫星数太少或者同步观测时间不足，对于短基线来说，可以适当降低高度角后重新试算。这样可能会获得满足要求的基线结果，此时应注意，要求测站的数据要稳定，且环视条件要好，解算后的基线应进行外部检核（如同步环和异步环检核）以保证其正确性。

如果用默认设臵值解算基线失败，且连续观测时间较长、观测的卫星数较多、图形强度因子GDOP值较小，则适当提高卫星的高度角重新进行解算可能会得到较好的结果。这主要是观测环境和低仰角的卫星信号产生了较严重的多路径和时间延迟所引起的。 2． 采样间隔

9600型接收机具有较高的内部采样率（指野外作业设臵的数据采集间隔，由1秒至255秒自由设臵，默认为15秒）。而处理基线中并不是所有的数据都参与处理，而是从中根据优化原则选取其中的一部分数据采样进行处理。采集高质量的载波相位观测值是解决周跳问题的根本途径，而适当增加其采集密度，又是诊断和修复周跳的重要措施，因此，在采用快速静态作业或者该基线观测时间较短的情况下，可以适当把采样间隔缩短。

由于软件处理周跳能力比较强大，默认的60秒采样间隔一般能满足要求。

4.2 外业成果质量检核标准

观测成果的外业检核是确保外业观测质量，达到预期平差精度要求的重要环节。因此，在观测任务结束后，必须在测区及时（最好是当天）对外业的观测数据质量进行检核和评价，以便及时发现不合格成果，并根据情况采取措施，删除重测或补测等。 检核一般采用以下几种方法： 一、同步观测边的检核

检核基线方差比（ratio）及均方差（rms）。

一般来说，基线在10公里以内，基线方差比大于3.0，可以认为是符合等级网的测量要求。随着基线长度的增加，其中误差也相对会有所增加。

如果仅作为加密控制，或者要求较低的情况下亦可以相对放宽条件，例如方差比大于2.0。 二、重复基线边的检核

同一基线边观测了多个时段得到的多个基线边称为重复基线边。对于不同观测时段的基线边的互差，其差值应小于相应级别规定精度的 倍。而其中任一时段的结果与各时段平均值之差不能超过相应级别的规定精度。

三、异步观测环和同步观测环闭合差的检核

根据国家《全球定位系统（GPS）测量规范》、《全球定位系统城

市测量技术规程》的要求，对于非同步以及同步观测边所构成的闭合图形（又称异步环，同步环）各点坐标闭合差必须符合一定的要求。 1． 异步环 ≤ ≤ ≤ ≤ ≤ 其中：

——闭合环中的边数；

——相应级别规定的基线向量的弦长精度（按平均边长计算，参见第二章确定基线精度） 2． 同步环

同步环坐标分量以及全长相对闭合差的规定如下表1 （ ）

等级限差类型 二等 三等 3.0 四等 一级 二级 6.0 9.0 9.0 坐标分量相对闭2.0 合差 环线全长相对闭3.0 5.0 10.0 15.0 15.0

合差 表1

注：软件中采用环线全长相对闭合差为指标。

4.3平差条件、基线向量的选择

基线经质量检核合格后进行GPS网平差，选择正确的平差条件包括坐标系统、约束条件、基线边的剔除等影响到整个平差成果，因此平差时必须遵循以下的原则。 一、选择适当的坐标系统 1． 标准坐标系统

采用标准的WGS-84、北京54以及国家80坐标系可以直接在网平差设臵里选择，但是必须按要求输入正确的原点经度（投影中央子午线）。

2． 自定义坐标系统（或者工程椭球） ① 已知参数

一般的自定义坐标系（或工程椭球）是从标准的国家坐标系转换而来，大多数情形下是对加常数或者中央子午线、投影椭球高重新进行定义，因此必须选择相应的参数，包括所用椭球的参数、加常数、投影中央子午线、投影椭球高等。 ② 未知参数

假如是完全独立自定义的工程坐标系，尤其是没有办法与国家点

联测、又或者投影变形超过规范要求的，可以选用标准椭球，例如北京54椭球参数，然后采用固定一点和一个方位角的办法来处理。具体方法如下：

采用基线某一端点的单点定位解作为起点，然后用高精度的红外激光测距仪测出到基线另一端点的边长，经过严格的改正后，投影到指定高度（一般是测区的平均高程面），然后假定一个方位角（一般是采用真北方向）算出基线终点的坐标，以此两点作为约束点，然后采用与前面一致的椭球参数，投影椭球高，此时注意原点经度（中央子午线）可以采用测区中央的子午线。这样，一方面使得其变形满足规范要求，另一方面在小比例尺的图上可以与国家标准坐标系联系起来。 二、给出符合精度要求的已知点 选取已知点必须符合下面的要求：

1． 尽量选取等级高，同一整体网、同一时期的控制点。 在实际作业中，由于大量的国家点遭到破坏，而且点位的资料通常比较难以搜集齐全，因此尽量选取等级高的已知点。在面积较大时，最好能联测一些二等点。而采用三等点以及四等点则必须经过仔细的检核分析，值得注意的是，不同时期、不同一个整体网所得的成果，通常会有所差异，因此最好选取同一时期、同一方法的已知点。高程已知点要求采用不低于四等水准测量的方法进行水准联测。

2． 已知点必须分布合理并且尽量联测更多的高程已知点

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