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一、GPS 網(wǎng)平差的目的

在 GPS 網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理過程中, 基線解算所得到的基線向量僅能確定 GPS 網(wǎng)的幾何形狀,但卻無法提供最終確定網(wǎng)中點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)所必需的絕對(duì)位置基準(zhǔn)。在 GPS 網(wǎng)平差中, 通過起算點(diǎn)坐標(biāo)可以達(dá)到引入絕對(duì)基準(zhǔn)的目的。不過, 這不是 GPS 網(wǎng)平差的惟一目的?？偨Y(jié)起來,進(jìn)行 GPS 網(wǎng)平差的目的主要有三個(gè):

1、消除由觀測量和已知條件中所存在的誤差而引起的 GPS 網(wǎng)在幾何上的不一致

由于觀測值中存在誤差以及數(shù)據(jù)處理過程中存在模型誤差等因素, 通過基線解算得到的基線向量中必然存在誤差。另外, 起算數(shù)據(jù)也可能存在誤差。這些誤差將使得 GPS 網(wǎng)存在幾何上的不一致, 它們包括: 閉合環(huán)閉合差不為 0; 復(fù)測基線較差不為 0; 通過由基線向量所形成的導(dǎo)線, 將坐標(biāo)由一個(gè)已知點(diǎn)傳算到另一個(gè)已知點(diǎn)的符合差不為 0 等。通過網(wǎng)平差, 可以消除這些不一致。

2、改善 GPS 網(wǎng)的質(zhì)量評(píng)定 GPS 網(wǎng)精度

通過網(wǎng)平差, 可得出一系列可用于評(píng)估 GPS網(wǎng)精度的指標(biāo), 如觀測值改正數(shù)、觀測值驗(yàn)后方差、觀測值單位權(quán)方差、相鄰點(diǎn)距離中誤差、點(diǎn)位中誤差等。結(jié)合這些精度指標(biāo), 還可以設(shè)法確定出可能存在粗差或質(zhì)量不佳的觀測值, 并對(duì)它們進(jìn)行相應(yīng)的處理, 從而達(dá)到改善網(wǎng)的質(zhì)量的目的。

3、確定 GPS 網(wǎng)中點(diǎn)在指定參照系下的坐標(biāo)以及其他所需參數(shù)的估值

在網(wǎng)平差過程中, 通過引入起算數(shù)據(jù), 如已知點(diǎn)、已知邊長、已知方向等, 可最終確定出點(diǎn)在指定參照系下的坐標(biāo)及其他一些參數(shù), 如基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)等。

二、 GPS 網(wǎng)平差的類型

通常, 無法通過某個(gè)單一類型的網(wǎng)平差過程來達(dá)到上述三個(gè)目的, 而必須分階段采用不同類型的網(wǎng)平差方法。根據(jù)進(jìn)行網(wǎng)平差時(shí)所采用觀測量和已知條件的類型和數(shù)量, 可將網(wǎng)平差分為最小約束平差 /自由網(wǎng)平差、約束平差和聯(lián)合平差三種類型。

無約束平差能夠被用來評(píng)定網(wǎng)的內(nèi)符合精度和探測處理粗差, 而約束平差和聯(lián)合平差則能夠確定點(diǎn)在指定參照系下的坐標(biāo)。

GPS 網(wǎng)平差的分類還可以根據(jù)進(jìn)行平差時(shí)所采用坐標(biāo)系的類型, 分為三維平差和二維平差。在 GPS 網(wǎng)的三維平差中, 所采用的 GPS 基線向量觀測值和所確定出的點(diǎn)的位置都是在一個(gè)三維坐標(biāo)系下。而在 GPS 網(wǎng)的二維平差中, 所采用的 GPS 基線向量觀測值和所確定出的點(diǎn)的位置都是在一個(gè)二維坐標(biāo)系下。

1 . 無約束平差 /最小約束平差

GPS 網(wǎng)的最小約束平差/自由網(wǎng)平差中所采用的觀測量完全為 GPS 基線向量, 平差通常在與基線向量相同的地心地固系下進(jìn)行。在平差進(jìn)行過程中, 最小約束平差除了引入一個(gè)提供位置基準(zhǔn)信息的起算點(diǎn)坐標(biāo)外, 不再引入其他的外部起算數(shù)據(jù), 而自由網(wǎng)平差則不引入任何外部起算數(shù)據(jù)。它們之間的一個(gè)共性就是都不引入會(huì)使 GPS 網(wǎng)的尺度和方位發(fā)生變化的起算數(shù)據(jù), 而這些往往決定了網(wǎng)的幾何

形狀, 因而有時(shí)又將這兩種類型的平差統(tǒng)稱為無約束平差。

GPS 網(wǎng)可以通過引入一個(gè)起算點(diǎn)的坐標(biāo)來獲取位置基準(zhǔn)。但是, 除了一個(gè)起算點(diǎn)的坐標(biāo)外, 在GPS 網(wǎng)的無約束平差中就不能再引入其他的起算數(shù)據(jù)了。首先, 邊長、方位和角度等是不能夠作為起算數(shù)據(jù)的, 因?yàn)樗鼈儗⒖赡芤?GPS 網(wǎng)在尺度和方位方面的變化。另外, 也不能再引入其他的起算點(diǎn)坐標(biāo)了, 因?yàn)閮蓚€(gè)以上的點(diǎn)坐標(biāo)除了含有位置基準(zhǔn)信息外, 還含有尺度和方位基準(zhǔn)信息, 因而兩個(gè)起算點(diǎn)的坐標(biāo)也可能引起 GPS 網(wǎng)在尺度和方位方面的變化。這種通過一個(gè)起算點(diǎn)坐標(biāo)來提供 GPS 網(wǎng)位置基準(zhǔn)的無約束平差, 常常又被稱為最小約束平差。對(duì)于 GPS網(wǎng)的無約束平差, 其位置基準(zhǔn)除了由一個(gè)起算點(diǎn)坐標(biāo)來提供外, 還可以采用其他方法提供。

2 . 約束平差

GPS 網(wǎng)的約束平差中所采用的觀測量也完全為 GPS 基線向量, 但與無約束平差所不同的是, 在平差過程中引入了會(huì)使 GPS 網(wǎng)的

尺度和方位發(fā)生變化的外部起算數(shù)據(jù)。根據(jù)前面所介紹的內(nèi)容可知, 只要在網(wǎng)平差中引入了邊長、方向或兩個(gè)以上( 含兩個(gè)) 的起算點(diǎn)坐標(biāo), 就可能會(huì)使 GPS 網(wǎng)的尺度和方位發(fā)生變化。GPS 網(wǎng)的約束平差常被用于實(shí)現(xiàn) GPS 網(wǎng)成果由基線解算時(shí)所用 GPS 衛(wèi)星星歷所采用的參照系到特定參照系的轉(zhuǎn)換。

3 . 聯(lián)合平差

在進(jìn)行 GPS 網(wǎng)平差時(shí), 所采用的觀測值不僅包括 GPS 基線向量, 而且還包含邊長、角度、方向和高差等地面常規(guī)觀測量, 這種平差被稱為聯(lián)合平差。聯(lián)合平差的作用大體上與約束平差相同, 也是用于實(shí)現(xiàn) GPS 網(wǎng)成果由基線解算時(shí)所用 GPS 衛(wèi)星星歷所采用的參照系到特定參照系的轉(zhuǎn)換, 不過在大地測量應(yīng)用中通常采用約束平差, 而聯(lián)合平差則通常用于工程應(yīng)用中。