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一、GPS 网平差的目的

在 GPS 网的数据处理过程中, 基线解算所得到的基线向量仅能确定 GPS 网的几何形状,但却无法提供最终确定网中点的绝对坐标所必需的绝对位置基准。在 GPS 网平差中, 通过起算点坐标可以达到引入绝对基准的目的。不过, 这不是 GPS 网平差的惟一目的。总结起来,进行 GPS 网平差的目的主要有三个:

1、消除由观测量和已知条件中所存在的误差而引起的 GPS 网在几何上的不一致

由于观测值中存在误差以及数据处理过程中存在模型误差等因素, 通过基线解算得到的基线向量中必然存在误差。另外, 起算数据也可能存在误差。这些误差将使得 GPS 网存在几何上的不一致, 它们包括: 闭合环闭合差不为 0; 复测基线较差不为 0; 通过由基线向量所形成的导线, 将坐标由一个已知点传算到另一个已知点的符合差不为 0 等。通过网平差, 可以消除这些不一致。

2、改善 GPS 网的质量评定 GPS 网精度

通过网平差, 可得出一系列可用于评估 GPS网精度的指标, 如观测值改正数、观测值验后方差、观测值单位权方差、相邻点距离中误差、点位中误差等。结合这些精度指标, 还可以设法确定出可能存在粗差或质量不佳的观测值, 并对它们进行相应的处理, 从而达到改善网的质量的目的。

3、确定 GPS 网中点在指定参照系下的坐标以及其他所需参数的估值

在网平差过程中, 通过引入起算数据, 如已知点、已知边长、已知方向等, 可最终确定出点在指定参照系下的坐标及其他一些参数, 如基准转换参数等。

二、 GPS 网平差的类型

通常, 无法通过某个单一类型的网平差过程来达到上述三个目的, 而必须分阶段采用不同类型的网平差方法。根据进行网平差时所采用观测量和已知条件的类型和数量, 可将网平差分为最小约束平差 /自由网平差、约束平差和联合平差三种类型。

无约束平差能够被用来评定网的内符合精度和探测处理粗差, 而约束平差和联合平差则能够确定点在指定参照系下的坐标。

GPS 网平差的分类还可以根据进行平差时所采用坐标系的类型, 分为三维平差和二维平差。在 GPS 网的三维平差中, 所采用的 GPS 基线向量观测值和所确定出的点的位置都是在一个三维坐标系下。而在 GPS 网的二维平差中, 所采用的 GPS 基线向量观测值和所确定出的点的位置都是在一个二维坐标系下。

1 . 无约束平差 /最小约束平差

GPS 网的最小约束平差/自由网平差中所采用的观测量完全为 GPS 基线向量, 平差通常在与基线向量相同的地心地固系下进行。在平差进行过程中, 最小约束平差除了引入一个提供位置基准信息的起算点坐标外, 不再引入其他的外部起算数据, 而自由网平差则不引入任何外部起算数据。它们之间的一个共性就是都不引入会使 GPS 网的尺度和方位发生变化的起算数据, 而这些往往决定了网的几何

形状, 因而有时又将这两种类型的平差统称为无约束平差。

GPS 网可以通过引入一个起算点的坐标来获取位置基准。但是, 除了一个起算点的坐标外, 在GPS 网的无约束平差中就不能再引入其他的起算数据了。首先, 边长、方位和角度等是不能够作为起算数据的, 因为它们将可能引起 GPS 网在尺度和方位方面的变化。另外, 也不能再引入其他的起算点坐标了, 因为两个以上的点坐标除了含有位置基准信息外, 还含有尺度和方位基准信息, 因而两个起算点的坐标也可能引起 GPS 网在尺度和方位方面的变化。这种通过一个起算点坐标来提供 GPS 网位置基准的无约束平差, 常常又被称为最小约束平差。对于 GPS网的无约束平差, 其位置基准除了由一个起算点坐标来提供外, 还可以采用其他方法提供。

2 . 约束平差

GPS 网的约束平差中所采用的观测量也完全为 GPS 基线向量, 但与无约束平差所不同的是, 在平差过程中引入了会使 GPS 网的

尺度和方位发生变化的外部起算数据。根据前面所介绍的内容可知, 只要在网平差中引入了边长、方向或两个以上( 含两个) 的起算点坐标, 就可能会使 GPS 网的尺度和方位发生变化。GPS 网的约束平差常被用于实现 GPS 网成果由基线解算时所用 GPS 卫星星历所采用的参照系到特定参照系的转换。

3 . 联合平差

在进行 GPS 网平差时, 所采用的观测值不仅包括 GPS 基线向量, 而且还包含边长、角度、方向和高差等地面常规观测量, 这种平差被称为联合平差。联合平差的作用大体上与约束平差相同, 也是用于实现 GPS 网成果由基线解算时所用 GPS 卫星星历所采用的参照系到特定参照系的转换, 不过在大地测量应用中通常采用约束平差, 而联合平差则通常用于工程应用中。