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1、武汉大学测绘学院毕业设计说明书学生姓名：王桐 学 号：200858103213 学 院： 武汉大学测绘学院 专业年级： 工程测量技术 题 目： GPS数据处理与坐标转换 指导教师： 曾文宪 摘 要GPS卫星定位技术在测绘领域得到了广泛应用，GPS技术的发展导致了测绘行业一场深刻的技术革命。GPS测量在大范围高精度控制网、城市控制网、工程控制网的建立中起到了越来越重要的作用，已逐渐取代了传统的三角测量和导线测量建立控制网的方法，GPS在工程测量、地形图测绘等方面也得到了充分的应用。为了实际应用，GPS测量成果需转换为工程坐标系(或国家坐标系)、正常高系统成果。GPS测量成果是WGS-84空间直角
2、坐标或大地坐标，而我国在工程实际中使用的是工程坐标(地方坐标)或北京54坐标、西安80坐标和正常高，因而GPS测量成果需经转换才能在工程实际中使用。本次设计讨论了GPS联合解算的方法，GPS数据转换的标准格式是RINX格式。通过数据格式的转换，可以方便的进行GPS联合作业。在设计中讲述了坐标转换和高程拟合的常用模型和方法，推导出了其详细的求解方法，用Matlab编写了几种常用模型的坐标转换和高程拟合程序，利用程序进行转换，得到的结果符合精度要求。此外，论文还对不同GPS数据处理与坐标转换方法进行了结果比较。对实际生产有一定的指导意义。关键词：GPS，坐标转换，高程拟合，坐标系统，格式转换目 录
3、摘 要IABSTRACT3第一章 绪 论- 1 -1.1课题的目的和意义- 1 -1.2 GPS的发展及其在测绘中的应用- 1 -1.3 GPS数据处理的研究现状- 2 -1.4 课题预期的目标- 3 -第二章 GPS测量常用坐标系统及其坐标转换- 4 -2.1 GPS测量常用坐标系统- 4 -2.1.1我国常用的参心坐标系- 4 -2.1.2 常用的地球质心坐标系- 5 -2.1.3 地方独立坐标系- 5 -2.2 坐标系统转换的理论基础- 5 -2.2.1 大地坐标与三维直角坐标之间的换算- 5 -2.2.2 不同空间直角坐标系统之间的转换(七参数法)- 7 -2.2.3 不同高斯平面坐标
4、的转换(四参数法)- 8 -2.3 WGS84坐标系和深圳独立坐标系转换- 9 -2.4 GPS高程拟合方法- 10 -2.4.1平面拟合法- 10 -2.4.2 二次曲面拟合- 11 -2.4.3 多项式曲面拟合法- 11 -2.5 菏泽龙固测区高程拟合- 12 -第三章 GPS数据处理- 15 -3.1 GPS测量数据处理- 15 -3.1.1 基线解算的类型- 15 -3.1.2 基线解算结果的质量评定指标- 15 -3.1.3 影响基线解算结果质量的几个主要因素及应对方法- 17 -3.1.4 网平差的类型及作用- 18 -3.2 学校测区GPS基线解算- 19 -第四章GPS观测数据
5、联合处理- 21 -4.1数据格式转换的原理- 21 -4.1.1 数据格式转换的原理- 21 -4.1.2 标准数据格式转换- 22 -4.1.3 GPS数据标准格式- 22 -4.2 GPS数据转换与解算- 23 -4.2.1 数据转换- 23 -4.2.2 数据解算- 24 -4.3 菏泽同三铁矿GPS数据联合处理- 25 -第五章 GPS数据处理程序开发- 28 -5.1平面坐标转换程序开发- 28 -5.2高程转换程序开发- 30 -5.3 高斯邻带换算程序开发- 33 -结 论- 36 -参考文献- 37 -致 谢- 39 -第一章 绪 论1.1课题的目的和意义GPS技术的全方位发
6、展，改变了传统的测量方法。由于GPS测量的种种优点，GPS 定位技术现已基本上取代了常规测量手段成为了主要的技术手段。为了实际应用，GPS卫星定位系统采集到的数据成果应转换成本地坐标系，这种转换愈来愈得到广大工程技术人员的关注。为此，本次设计将对GPS坐标转换理论、方法、转换程序开发等进行设计，满足GPS测量中的坐标转换需求。此外市面上出现了很多品牌的GPS测量仪器，这时由于各GPS接收机的观测数据格式不统一 ,引起GPS数据处理软件的不通用 ,为用户的使用带来了困难 ,同时也为GPS观测数据的共享和GPS、GIS的集成设置了障碍。因此 ,研究GPS观测数据的格式转换日趋必要。本文的研究内容和
7、研究成果对保证工程GPS基线成果质量、提高工程GPS测量效率等方面有较强的实用意义和一定的指导参考意义。1.2 GPS的发展及其在测绘中的应用全球定位系统（Global Positioning System）是从20世纪70年代由美国陆海空三军开始联合研制的卫星导航系统:NAVSTAR/GPS，即Navigation Satellite Timing And Ranging/GlobalPositioning System，意思为导航卫星测时测距/全球定位系统，简称GPS系统。GPS系统的发展经历了方案论证、系统研制和生产作业三个阶段。1978年2月22日，第一颗GPS试验卫星发射成功;198
8、9年2月14日，第一颗GPS工作卫星发射成功，GPS系统进入了生产作业阶段;1994年3月10日，24颗工作卫星全部进入预定轨道，系统全面投入正常运行。经过20余年的研究实验，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位的能力。GPS系统是以卫星为基础的无线电导航定位系统，GPS以其全球连续覆盖、全天候工作、观测简便、定位精度高、观测点之间无须通视、测量结果统一在WGS84坐标下，信息自动接收、存储，减少繁琐的中间处理环节等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖。GPS广泛地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监
9、测、资源勘察、海洋测量和地理信息系统中地理数据的采集等诸多领域。GPS系统的发展导致了导航和测绘行业一场深刻的技术革命。GPS定位技术以其精度高、速度快、费用低、操作简便等优良特性被广泛应用于控制测量。我国利用GPS技术建立起了高精度的国家A, B级GPS网，平差后A级网的点位精度达厘米级，边长相对精度达310-9; B级网的点位地心坐标精度达土0. IM，基线边长相对中误差达2x10-8,高程分量中误差为3x10-8; A, B级GPS网己成为我国现代大地测量和基础测绘的基本框架，在国民经济建设中发挥了重要的作用。1.3 GPS数据处理的研究现状GPS测量以其固有的优良特性在测量领域得到了广
10、泛应用，使测量外业工作变得简单和轻松，免除了常规测量工作中为满足通视要求而选点造标的麻烦，观测更是只需安置仪器、量天线高和开关机即可，其余工作则由仪器自动完成， 实现了智能化观测。在测量中，为了保证测量精度，获取最适合应用的测量数据，就对数据处理过程有了更高的要求。在工程应用中使用GPS卫星定位系统采集到的数据是WGS-84坐标系数据，GPS定位成果属于WGS-84地心大地坐标系,致使将GPS地心坐标转换成本地坐标的方法愈来愈得到广大工程技术人员的关注。工程应用中经常需要在不同坐标系之间进行坐标转换以获取不同坐标系下的坐标，特别是西安80-WGS84-北京54三种坐标系之间的转换更是经常被生产
11、需求。为了实际应用，GPS测量成果需转换为工程坐标系(或国家坐标系)、正常高系统成果。传统的坐标转换模型有布尔沙一沃尔夫、高斯投影正算、平面相似变换等模型。张项铎等提出利用全球大地水准面推算平移参数，将WGS-84坐标转换为国家坐标的方法;姜晨光等提出了三向尺度参数和二向尺度参数的坐标转换模型和三维分离回归的坐标转换方法;余学祥等对GPS网平面坐标转换的精度评定问题进行了研究;沈云中等提出了固定转换参数的基线向量与地面己知数据进行联合平差与转换模型;吴兆福等应用BP神经网络进行GPS坐标转换;陈强对PE-90, WGS-84及BEJ54之间坐标转换的算法进行了研究。在高程拟合方面，熊永良等研究
12、了顾及地形起伏影响的GPS正常高求解方法;沈学标研究了己知点数量、精度和位置对拟合精度的影响；尹献德等提出用系统转换方法推求高程异常;沙月进研究了用最小二乘配置法拟合GPS高程;胡伍生等研究了用神经网络转换GPS高程,沈云中等研究了利用水准高程和高差拟合GPS点高程模型;张兴福等研究了GPS高程异常拟合精度的估算方法；邱斌等研究了加权平均拟合最佳权函数选取。在高程拟合系统方面，聂桂根、刘红新等进行了开发和研究。此外，由于GPS测量的种种优点，GPS 定位技术现已基本上取代了常规测量手段成为了主要的技术手段，市面上出现了很多品牌的GPS测量仪器，这时由于各GPS接收机的观测数据格式不统一 ,引起
13、GPS数据处理软件的不通用 ,为用户的使用带来了困难 ,同时也为GPS观测数据的共享和GPS、GIS的集成设置了障碍。因此 ,研究GPS观测数据的格式转换日趋必要。1.4 课题预期的目标本次设计利用南方GPS接收机，拓普康GPS接收机，天宝的GPS接收机，及各个接收机所对应的GPS数据处理软件。GPS接收机的功能及软件的功能都差不多，数据处理的流程都相似。学校现有国家三四等控制点，坐标已知，便于设计方案实施后的检核。数据处理也可以用不同的软件进行处理，比较结果。预期目标：1、通过对不同的GPS坐标转换方法进行比较，得到不同GPS坐标转换的精度。2、不同GPS数据处理与坐标转换方法的获得的结果进
14、行精度比较3、不同格式、不同时间GPS观测数据联合处理。4、GPS数据处理软件开发，软件开发是基于matlab平台。第二章 GPS测量常用坐标系统及其坐标转换2.1 GPS测量常用坐标系统2.1.1我国常用的参心坐标系我国常用的参心坐标系有1954北京坐标系和1980国家大地坐标系。1） 1954北京坐标系1954北京坐标系是由前苏联1942年普尔科沃坐标系传递而来的。当时总参测绘局在有关方面的建议与支持下，先将我国的一等锁与前苏联远东一等锁相联，然后以联接处呼玛、吉拉林、东宁基线网扩大边端的苏联1942年普尔科沃坐标系的坐标为起算数据，平差我国东北及东部地区一等锁，这样将传来的坐标系定名为1
15、954北京坐标系。1954北京坐标系采用克拉索夫斯基椭球参数：长半轴：a=6 378 245m 、扁率f=1：2983。可进一步求出：短半轴：b=6 356 863018 77m。严格来说，有1954北京坐标系和新1954北京坐标系两种。这两种坐标系有两个明显的区别：其一是坐标系统坐标轴的定向明确；其二是整体平差转换值结果。对高斯平面坐标来说，两者坐标差值在全国约80地区在5m以内，超过5m的主要集中在东北地区，其中大于10m又仅在少数边沿地区，最大达129m。这个差值一般并没有超过以往资用坐标与平差坐标之差的范围。因此，反映在1：5万及更小比例尺的地形图上，绝大部分不超过01mm。2） 19
16、80国家大地坐标系为了适应大地测量发展的需要，我国于1978年决定建立我国新的坐标系，即1980年西安大地坐标系。该坐标系采用的地球椭球基本参数包括几何参数和物理参数，共计四个，并选用1975年国际大地测量学会推荐的数值： 地球椭球长半径 a=6378140m , 地心引力常数 GM=3.986005*/ , 地球重力场二阶带球协系数 =1.08263* , 地球自转角速度 w=7.292115*rad/s ，根据物理大地测量学中的有关公式，可由上述四个参数算得：地球椭球扁率 =1/298.257 赤道的正常重力值 =9.78032m/ 。该椭球在定位时满足下列三个条件：1、椭球短轴平行于地球
17、地心指向地极原点GYD1968.0的方向；2、大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面；3、椭球面同似大地水准面在我国境内最为密合。2.1.2 常用的地球质心坐标系WGS 84坐标系是一个协议地球坐标系，它的原点是地球的质心，z轴指向国际时间局1984年定义的协议地球极点方向， 轴指向国际时间局1984年定义的零度子午面和协议地球极赤道的交点，y轴和z轴、 轴构成右手坐标系。WGS 84坐标系是地心地面坐标系，它是修正美国海军导航星系统参考系NSWC9Z一2的原点和尺度变化，并旋转其零度子午面与国际时间局定义的零度子午面相一致而得到的。2.1.3 地方独立坐标系在城市测量和工程测量中，若
18、直接在国家坐标系中建立控制网，有时会使地面长度的投影变形较大，难以满足实际或工程上的需要。为此，往往需要建立地方独立坐标系。在常规测量中，这种地方独立坐标系一般只是一种高斯平面坐标系，也可以说是一种不同于国家坐标系的参心坐标系。2.2 坐标系统转换的理论基础2.2.1 大地坐标与三维直角坐标之间的换算大地坐标系用大地纬度B、大地经度L 和大地高H来表示点的位置。根据地图投影的理论,大地坐标系可以通过一定的投影转化为投影平面上的直角坐标系。空间大地直角坐标系是一种以地球质心为原点的右手直角坐标系,一般用X、Y、Z 表示点的位置。由于人造地球卫星及其他宇宙飞行器围绕地球运转时,其轨道平面随时通过地
19、球质心。对它们的跟踪观测也以地球质心为坐标原点,所以空间大地直角坐标系是卫星大地测量中一种常用的基本坐标系。现今,利用卫星大地测量的手段,可以迅速地测定点的空间大地直角坐标,同时经过数学变换,还可以求出点的大地坐标,用以加强和扩展地面大地网,进行岛屿和洲际联测。如图1 所示,P 点的位置用空间大地直角坐标(X ,Y,Z) 表示,其相应的大地坐标为(B ,L ,H) 。(1) 由大地坐标求空间大地直角坐标: P 点位于大地高为H 的P点处,此时由大地坐标求空间大地直角坐标的公式则为:X = (N + H)cosBcosLY= (N + H)cosBsinLZ = N (1 - e2 ) + H
20、sinB (2-1)若位于椭球上则H 取值为0 。(2) 由空间大地直角坐标求大地坐标: 当已知X、Y、Z 反求B、L 、H 时,可采用直接解法或迭代解法。下面采用直接解法。由公式(1) 得:L = arctan(Y/X) (2-2)H = (2-3)B = arctan(1 -) (2-4)图2-1 P 在大地直角坐标系的位置2.2.2 不同空间直角坐标系统之间的转换(七参数法)进行两个不同空间直角坐标系统之间的坐标转换,需要求出坐标系统之间的转换参数。转换参数一般是利用重合点的两套坐标值通过一定的数学模型进行计算。当重合点数为三个以上时,可以采用七参数法进行转换。如图2 所示,按以下步骤进
21、行转换坐标轴。图2-2 空间直角坐标系的转换第一OZ旧轴不动,绕其将OX旧,O Y旧轴旋转微小角度z ,旋转后的坐标轴设为OX、O Y、OZ;第二,保持O Y轴不动,绕其将OZ、OX轴旋转微小角度y ,旋转后的坐标轴设为OX、O Y、OZ;第三,保持OX轴不动,绕其旋将O Y、OZ轴旋转微小角度x ,旋转后的坐标轴设为OX新,O Y新,OZ新,则有这样,将O - X旧Y旧Z 旧分别绕3 个坐标轴旋转了3 个微小角度z 、y 、x ,使其与O - X新Y新Z新重合。x 、y 、z 称为欧勒角。以上三步转换,由于x 、y 、z 是秒级微小量,略去其正弦、余弦函数展开式中2 次以上各项,得:X新=
22、X旧+zY旧-yZ旧Y新= Y旧-zX旧+xZ旧Z新= Z旧+yX旧-xY旧 (2-5)当新、旧2 个坐标系的原点不相一致,还需根据坐标轴的平移原理,将旧系原点移至新系原点,其变化公式为X新= X0 + X旧+zY旧-yZ旧Y新= Y0 + Y旧-zX旧+xZ旧Z新= Z0 + Z旧+yX旧-xY旧 (2-6)式中:X0 、Y0 、Z0 3 个平移参数,是旧坐标系原点在新坐标系中的3 个坐标分量。若再考虑两个坐标系的尺度比,即存在有尺度变化的参数,设为k ,则有:X新= X0 + (1 + k) X旧+zY旧-yZ旧Y新= Y0 + (1 + k) Y旧-zX旧+xZ旧Z新= Z0 + (1
23、+ k) Z旧+yX旧-xY旧 (2-7)上式即为布尔莎公式。公式中存在7 个参数:3 个平移参数X0 ,Y0 ,Z0 ,3 个旋转参数x ,y ,z 和1 个尺度变化参数k 。习惯上称这种换算法为七参数法。对于来说,转换后的坐标值与已知值有一差值。其差值的大小反映转换后坐标的精度。其精度与被转换的坐标精度有关,也与转换参数的精度有关。2.2.3 不同高斯平面坐标的转换(四参数法)实现不同高斯平面直角坐标系的转换一般有四种方法:一是严密转换法;二是间接转换法;三是直接转换法;四是近似转换法,即采用坐标变换公式来转换。采用不同方法视具体情况而定。本文采用最后一种,利用四参数法,两个平移参数:X0
24、 、Y0 ,一个尺度比:m ,一个旋转参数:。通用公式如下:Xi = X0 + mxicos- myisinYi = Y0 + myicos+ msinx1 (2-8)2.3 WGS84坐标系和深圳独立坐标系转换在工程测量中，平面坐标转换经常被生产所需求，现在以WGS84坐标系与深圳独立坐标系转换为例。将本文所提到的不同高斯平面坐标转换(四参数法)的简便算法应用于MATLAB编程中（程序见附录），对一个WGS84系与深圳独立坐标系的相互转换进行实算检验，取得了非常好的效果。该相互转换的坐标系有5个公共点，其坐标见表2.1。表2.1 WGS84系与深圳独立坐标系公共点信息点号WGS84系坐标深圳
25、独立坐标系坐标xyxy12494020.783523283.00619101.941132538.05822494273.222523212.61919355.545132471.98932494483.820523341.16419563.920132604.10842494501.351523339.70919581.474132.602.95252495441.462521263.75020556.866130543.328为检核的方便，取三个点求转换参数，另两个点做检验，所求的转换参数信息是：尺度平移参数尺度平移参数旋转平移参数旋转平移参数平移因子m平移因子m旋转因子尺度因子用所求的参
26、数对另外两个点进行转换，再与已知坐标比较，其结果见表2.2。表2.2 坐标转换结果较核信息点号WGS84系坐标深圳独立坐标系已知坐标深圳独立坐标系转换坐标xyxyxy42494501.351523339.70919581.474132.602.95219581.472132602.95552495441.462521263.75020556.866130543.32820566.865130543.332由表2.2可以看出，利用所求的参数进行坐标转换，转换的结果与已知坐标只有微小的差异，四参数转换是切实可行的。同时也说明所编程序的正确性。2.4 GPS高程拟合方法GPS技术已得到广泛应用，对于
27、GPS水准，尽管已在不少省市及局部区域得到了实践，但无论是重力法还是几何法，都要涉及曲面拟合技术。可供选择的曲面拟合技术多种多样，如多项式曲面拟合法、多面函数法、移动插值法等，它们各有特点，理论上，如果这些方法使用得当，均可达到相同的效果。本节重点介绍这几种拟合方法。2.4.1平面拟合法在小区域且较为平坦的范围内，可以考虑用平面逼近局部似大地水准面。设某公共点的高程异常与该点的平面坐标有关系式 (2-9)其中，为模型参数。如果公共点的数目大于3个，则可列出相应的误差方程为 ， (2-10)写成矩阵形有 (2-11)其中 (2-12)根据最小二乘原理可求得 根据文献记载，该方法在120的平原地区
28、，拟合精度可达34cm。2.4.2 二次曲面拟合似大地水准面的拟合也可采用二次曲面拟合法，即对公共点上的高度异常与平面坐标之间，存在如下数学模型： (2-13)式中，为模型待定参数，因此，区域里至少有6个公共点。当公共点多于6个时，仍可形成形如(2-3)式的误差方程，此时： (2-14)仍按最小二乘原理求解(2-11)式，解出参数，。该拟合方法适合于平原与丘陵地区，在小区域范围内，拟合精度可优于3cm，二次曲面拟合还可进一步扩展为多项式曲面拟合法，这是数学模型为： (2-15)上式的误差方程矩阵式仍为： (2-16)2.4.3 多项式曲面拟合法多项式曲面拟合模型一般最高取至3次项，即 (2-1
29、7)其中，(,)为已知点平面坐标，=(j=0,9)为可选待求参数，求解的误差方程为 (2-18)式中，t为所选的参数个数。2.5 菏泽龙固测区高程拟合（1）已知数据某测区共有32个GPS点，通过GPS数据处理得到了全部网点的平面坐标和大地高，其中的15个点通过水准观测得到了正常高，其余17个点为待定点，计划用数值拟合的方法由大地高计算其正常高。己知点的坐标和大地高、正常高、高程异常见表2.3，待定点的坐标和大地高见表2.4。（2）计算流程图参数设置录入已知公共点数据计算参数进行高程转换(3)计算结果依据前面所述的高程异常拟合计算理论和方法，用Matlab编写了平面拟合、二次曲面拟合程序，从15
30、个已知点中选取部分点作为高程拟合的己知数据，其余作为检核数据。己知点和检核点的拟合高程异常及拟合残差结果见表2.5，待定点的拟合高程异常和拟合正常高见表2.4(二次曲面拟合结果)。表2.3 已知点坐标和高程异常点号x（m）y（m）H（m）h（m）（m）14031634.0299552496.9060259.5715.109244.46124032951.4948547310.5698155.555-2.201157.75634026859.2891534300.0756105.235102.3982.83744027199.4615541678.802786.914-24.446111.365
31、4024509.3465540440.7837117.9057.242110.66364032440.5998537458.843892.62479.5213.10474034198.4783537827.905289.20782.2596.94884033220.6367535335.179697.883121.878-23.99594031178.2899536534.269996.77689.1577.619104029848.2588536109.388085.53375.43910.094114027805.9448535903.829686.46765.85920.60812402
32、8662.3061539295.537584.33918.50165.838134027364.2289538189.578162.7944.92557.869144026776.5073536847.369861.71520.08641.629154026051.1571539367.848678.683-5.61584.298表2.4待定点坐标及拟合结果点号X(m)Y(m)H(m)(m)h(m)164024193.9246535518.709865.15338.895726.2573174024197.7714538455.921378.75682.9537-4.1977184029187
33、.9843541646.186286.41697.6593-11.2433194030798.5020540415.241582.90668.457314.4487204033359.0555540384.6447106.58450.96655.618214034517.4778541861.6773122.77265.460657.3114224031969.0374541946.874377.6983.685-5.995234033882.7080544715.099584.977112.5693-27.5923244032337.5405544968.924977.711126.6498
34、-48.9388254030567.4626542668.489498.056103.8453-5.7893264030391.7826545823.7736161.885152.42139.4637274028875.2865544205.405077.326138.1815-60.8555284027537.5591544205.6092115.246147.0738-31.8278294030647.6233533670.5052270.839-31.8457302.6847304030448.6236538131.432291.90836.478655.4294314033604.16
35、36541463.9823103.1565.556237.5938324038951.9889547402.970095.037119.3204-24.2834表2.5 已知点和检核点的拟合高程异常与拟合残差点号（m）平面拟合二次曲面拟合（m）V（mm）（m）V（mm）1244.461244.44251.85244.473-1.22157.756157.74650.95157.7682-1.2232.8372.78095.612.849-1.24111.36111.3916-3.16111.3719-1.195110.663110.6866-2.36110.6749-1.19613.10413
36、.1119-0.7913.116-1.276.9486.9621-1.416.9602-1.228-23.995-23.9883-0.67-23.9828-1.2297.6197.61740.167.6308-1.181010.09410.0821.210.1058-1.181120.60820.5812.720.6199-1.191265.83865.8478-0.9865.8501-1.211357.86957.86580.3257.8806-1.161441.62941.60772.1341.6409-1.191584.29884.3067-0.8784.3097-1.17（注：1-8号
37、点为已知点，9-15号点为检核点）通过表2.5数据可以看出，平面拟合检核点最大残差为5.61mm，二次曲面拟合检核点最大残差为1.22mm，两种方法的拟合结果都能达到四等水准测量的精度要求，拟合结果可以用于工程实践，同时也表明了所编程序的正确性。第三章 GPS数据处理3.1 GPS测量数据处理3.1.1 基线解算的类型1、单基线解（1）定义：当有台GPS接收机进行了一个时段的同步观测后，每两台接收机之间就可以形成一条基线向量，共有条同步观测基线，其中最多可以选出相互独立的条同步观测基线，至于这条独立基线如何选取，只要保证所选的条独立基线不构成闭和环就可以了。这也是说，凡是构成了闭和环的同步基线
38、是函数相关的，同步观测所获得的独立基线虽然不具有函数相关的特性，但它们却是误差相关的，实际上所有的同步观测基线间都是误差相关的。所谓单基线解算，就是在基线解算时不顾及同步观测基线间误差相关性，对每条基线单独进行解算。（2）特点：单基线解算的算法简单，但由于其解算结果无法反映同步基线间的误差相关的特性，不利于后面的网平差处理，一般只用在普通等级GPS网的测设中。2、多基线解（1）定义：与单基线解算不同的是，多基线解算顾及了同步观测基线间的误差相关性，在基线解算时对所有同步观测的独立基线一并解算。（2）特点：多基线解由于在基线解算时顾及了同步观测基线间的误差相关特性，因此，在理论上是严密的。3.1
39、.2 基线解算结果的质量评定指标1、单位权方差因子（1）定义： （2）实质：反映观测值的质量，又称为参考方差因子。越小越好。2、RMS - 均方根误差 （1）定义：（2）实质：表明了观测值的质量，观测值质量越好，越小，反之，观测值质量越差，则越大，它不受观测条件（观测期间卫星分布图形）的好坏的影响。3、数据删除率（1）定义：在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，则需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总数的比值，就是所谓的数据删除率。（2）实质：数据删除率从某一方面反映出了GPS原始观测值的质量。数据删除率越高，说明观测值的质量越差。4、RDOP（1）定
40、义：所谓RDOP值指的是在基线解算时待定参数的协因数阵的迹的平方根，RDOP值的大小与基线位置和卫星在空间中的几何分布及运行轨迹（即观测条件）有关，当基线位置确定后，RDOP值就只与观测条件有关了，而观测条件又是时间的函数，因此，实际上对与某条基线向量来讲，其RDOP值的大小与观测时间段有关。（2）实质：表明了GPS卫星的状态对相对定位的影响，即取决于观测条件的好坏，它不受观测值质量好坏的影响。5、同步环闭合差（1）定义：同步环闭合差是由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差。（2）实质：由于同步观测基线间具有一定的内在联系，从而使得同步环闭合差在理论上应总是为0的，如果同步环闭合差超限，则说明组
41、成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的，但反过来，如果同步环闭合差没有超限，还不能说明组成同步环的所有基线在质量上均合格。（3）限值：6、异步环闭合差（1）定义：由独立基线所组成的闭合环称为异步闭合环，简称异步环异步环的闭合差称为异步环闭合差。（2）实质：当异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量的质量是合格的；当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格，要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多个相邻的异步环或重复基线来进行。（3）限值： 3.1.3 影响基线解算结果质量的几个主要因素及应对方法1、影响因素（1）基线解算时
42、所设定的起点坐标不准确（设定较准确的起点坐标，采用同一点或同一点的衍生点起算）（2）少数卫星的观测时间太短，导致这些卫星的整周未知数无法准确确定（剔除观测时间太短的卫星）（3）在整个观测时段里，有个别时间段或个别卫星周跳太多，致使周跳无法完全修复（剔除周跳多的卫星，截去周跳多的时间段）（4）在观测时段内，多路径效应比较严重，观测值的改正数普遍较大（剔除受多路径影响严重的观测值）2、判别及应对方法：（1）判别：通过卫星的可见性图和残差图来判别。（2）应对方法：提供较准确的起点坐标、删卫星和截取时间段。3、基线解算时常需修改的参数：（1）参与数据处理的特定时间段的观测值（2）截止高度角3.1.4 网平差的类型及作用1、无约束平差定义：GPS网的无约束平差指的是在平差时不引入会造成GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。常见的GPS网的无约束平差，一般是在平差时没有起算数据或没有多余的起算数据。作用: 评定GPS网的内部符合精度，发现和剔除GPS观测值中可能存在的粗差；得到GPS网中各个点在WGS-84系下经过了平差处理的三维空间直角坐标；为将来可能进行的高程拟合，提供经过了平差处理的大地高数据。2、约束平差定义：GPS网的约束平差指的是平差时所采用的观测值完全是GPS观测值（即GPS基线向量），而且，在平差时引入了使得GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起
