1、科傻GPS平差软件说明书样本科傻系统(COSA)系列软件GPS工程测量网通用平差软件包（CosaGPS V5.1）使用阐明书11月 版权所有 不得翻录Tel： Email：.简介基于全球卫星定位系统(GPS)当代测量理论和技术变化了老式测量模式，使工程测量行业发生了革命性变化，测量外业工作自动化限度大大提高，测量内业软件作用更加重要。为了满足工程测量单位对GPS数据解决规定，在分析研究GPS数据解决理论基本上，咱们研制了自主版权CosaGPS软件系统，该软件具备如下特点：1.1 功能全面软件具备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
2、与地面网三维平差、在高斯平面坐标系进行二维联合平差、针对工程独立网固定一点一方向平差、高程拟合等功能，并带有惯用工程测量计算工具，可以实现各种坐标转换。1.2 整体性好所有软件集成在统一环境下，编辑器、文档、图形、数据解决模块均自主编写；采用多文档，可同步解决多项任务；采用工程管理模式，可以便进行各类数据操作。1.3 解算容量大，运算速度快软件设计采用节约内存迅速算法，在既有大某些微机上（Winows98,Windows,WindowsXP），可整体解算数千个控制点GPS控制网，内存不够时则采用外存作缓冲，因而还可解算更大规模GPS工程网。1.4 操作简要，使用以便在WIN95/98/XP系统
3、环境下运营，可采用表格方式或文本方式进行数据录入，大某些操作采用“傻瓜“式选项。对于输入量较少已知数据和参数，采用表格方式输入；对于大批量数据，则采用文献方式输入。表格方式输入时，屏幕上显示格式如图1.1。表格中各列宽度可以变化，将鼠标移到表格中各列标题结合处，按下左键拖动，调节到适当宽度即可。表格中行数是不受限制，输满后将向上滚动，底下弹出新空白行。表格式输入数据被保存到文本文献（文献名参见2.1），顾客也可直接对相应文本文献（例如：工程名. GPS3dKnownXYZ）进行修改，重新进入表格后，表格中数据将自动进行更新。表格中各列宽度可以变化，将鼠标移到表格中各列标题结合处，按下左键拖动，
4、调节到适当宽度即可。表格中行数是不受限制，输满后将向上滚动，底下弹出新空白行。表格式输入数据被保存到文本文献（文献名参见2.1），顾客也可直接对相应文本文献（例如：工程名. GPS3dKnownXYZ）进行修改，重新进入表格后，表格中数据将自动进行更新。文献方式输入数据时，可以使用本系统编辑器，也可以使用其他文本编辑器（例如记事本、书写器、Word等，应选取纯文本方式），其操作基本相似，可以使用快捷键（复制：Ctrl+C，粘贴：Ctrl+V），或者点击鼠标右键后，依照弹出快捷菜单进行操作，也可以运用屏幕顶部“编辑”菜单进行文本解决。对文献编辑完毕后，用屏幕顶部“文献”-“保存”菜单进行同名保存
5、（与鼠标点击相似）或用“另存为”保存为另一文献名。系统主菜单参见图1.2。 2.“文献”下拉菜单2.1 工程与文献工程是指某项拟定任务，它是所有与之有关文档集合，其中单个文档称为文献，有关文献通过工程而联系在一起。该系统是按工程进行管理和解决，大某些操作是对所选定工程进行，这样做长处是以便顾客使用，便于存档和调阅，同步，按工程进行管理也是大某些先进软件所采用办法，为软件使用人员所熟悉。观测数据文献和平差成果文献等都是与工程关于文档，一种工程会涉及到许多文档，依照一定命名规则，系统会调用相应文档进行解决。“文献”下拉菜单参见图2.1。工程名普通采用地区或测区名称，这样易于记忆，其构成形式为*.p
6、rj。*是顾客自己定义，可由中文、英文字母、数字、符号等构成，后缀prj是系统指定，系统把以prj为后缀文献看作是工程文献。此外，尚有许多数据文献和成果文献，其命名规则及含义为： 与工程关于GPS文献：*工程名.GPS1dKnownH 已知高程文献*工程名.GPS2dKnownXY 已知平面坐标文献 *工程名.GPS3dKnownXYZ 已知三维坐标文献*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
7、地坐标差向量工程名.GPS1dResult GPS高程拟合成果 工程名.GPS2dResult GPS二维联合平差成果工程名.GPS3dResult GPS三维向量网平差成果工程名.GPS3dBLHResult GPS三维网椭球面上联合平差成果工程名.GPS3dBLH GPS三维大地坐标文献工程名.GPS3dXYH GPS平面坐标和大地高文献工程名.GPS3dXYHEFT GPS平面坐标、大地高、误差椭圆元素文献工程名.GPS2dXYEFT GPS二维联合平差高斯平面坐标及误差椭圆元素文献工程名.dxf AutoCADDXF格式网图文献 *表格方式输入数据文献，也可以用文本编辑器进行编辑固定一
8、点一方向工程网关于文献工程名.OneFix 输入已知数据文献，与对话框相应工程名.GPS2dResult1 GPS二维平差成果工程名.GPS3dResult1 GPS三维向量网平差成果闭合差计算文献工程名.GPS3dLoop工程名.GPS3dMisclosure贯通误差影响值计算输入输出文献(参见5.4)工程名.gti 输入文献工程名.gto 输出文献转换参数文献：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献：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
9、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成果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成果顾客自定义文献demo.GPS2dRel 顾客自定义需要输出相对精度点对文献2.2 “文献”菜单项在主菜单下用鼠标单点“文献”，弹出如图2.2所示下拉菜单，其中各项含义是：2.2.1新建用该系统编辑器建立新文本文献2.2.2打开用该系统编辑器打开已有文本文献2.2.3关闭关闭当前活动窗口2.2.4保存保存当前活动窗口文献2.2.5另存为换名保存当前活动窗口文献2.2.6新建工程数据解决是按工程进行
10、，必要一方面建立工程。选取此项，弹出如图2.2所示窗口。在该窗口中输入关于工程参数，其中有：工程、控制网、接受机基线解类型、投影面大地高、坐标加常数五个组框和中央子午线、测区平均纬度两个编辑框。2.2.6.1工程组框在工程组框中，输入工程名，工程所在途径二项，工程名是工程标记，途径是工程所在文献夹或目录。对于工程所在途径也可点取按钮进行浏览选取，此时会浮现如图2.3浏览文献夹窗口，在此窗口中选取所需文献夹。在“新建工程”时，可及时进行参数设立，系统将记忆关于选项，后来可在“GPS数据解决”-“设立”项中查看和修改。2.2.6.2控制网组框在控制网组框中，选定或者新增坐标系统、设定控制网级别。坐
11、标系统是点位坐标参照系，国内惯用测量坐标系统有： BJ54(北京54坐标)，GDZ80(国家80坐标)，WGS84坐标，都市坐标系，工程坐标系，独立坐标系。国家坐标系统参照于某个参照椭球，在同一参照椭球下，又有空间直角坐标、大地坐标、平面直角坐标。进行坐标转换需选取相应椭球参数，椭球几何参数可由长半轴和扁率分母拟定。点压按钮浮现如图2.4窗口。在该窗口中输入坐标系统椭球长半轴和椭球扁率分母，然后可在右边相应下拉框中选定所需坐标系统，输入无误后按“确认”按钮。 其中，“国家80坐标”、“WGS-84坐标”、“北京54坐标”是固定，不能变化，“工程系1”是顾客自定义。在控制网组框右下角下拉框中选取
12、规定坐标系，如图2.5所示。控制网级别是按下述系列划分：国标A级国标B级国标C级国标D级国标E级都市二等都市三等都市四等都市一级都市二级铁道B级铁道C级铁道D级铁道E级公路一级(线路)公路一级(特殊)公路二级(线路)公路二级(特殊)公路三级(线路)公路三级(特殊)公路四级(线路)自定义(仪器固定误差,比例误差)在全球定位系统（GPS）测量规范(GB/T 18314)、全球定位系统都市测量技术规程（CJJ 7397）、无碴轨道铁路工程测量技术暂行规定、全球定位系统公路测量规范中规定了各个级别GPS控制网固定误差和比例误差，按照控制网实际级别进行选取。对于特殊网，如果没有包括在上述级别中，则可选取
13、自定义，即采用仪器框中输入仪器固定误差和比例误差，顾客可以进行编辑和修改。2.2.6.3接受机/基线解类型组框各个GPS接受机生产厂家提供了相应基线解算软件，例如TrimbleTGO、LeicaSKI、Topcon(Javad)Pinnacle、AshtechSolution等，不同基线解算软件求得基线向量输出格式是不同，CosaGPS支持软件格式有：Trimble(GPSurvey/TGO)Ashtech(GPPS/Solution)Leica(SKI/LGO)SokkiaRougeLipCosaGPSTopcon/Javad(Pinnacle)GamitNovatelZhonghaida（
14、中海达）当采用了两种以上软件解算得到网中基线向量时，一方面查看不同软件基线向量方差之比与否存在系统性偏差，若其比值为1：m1：m2，则进行匹配解决，对第1种软件基线输入1作为基线方差因子，生成CosaGPS基线输入文献（工程名.GPS3dVector），将其名称改为V1.GPS3dVector，对第2种软件基线输入m1作为基线方差因子，生成CosaGPS基线输入文献（工程名.GPS3dVector），将其名称改为V2.GPS3dVector，对第3种软件基线输入m2作为基线方差因子，生成CosaGPS基线输入文献（工程名.GPS3dVector），将其名称改为V3.GPS3dVector，最后
15、将V1、V2、V3三个文献合并在一起并命名为工程名.GPS3dVector，再进行后续平差解决。接受机框中固定误差(mm)、比例误差(ppm)、改造基线方差阵是依照GPS接受机精度指标对基线方差阵进行修正。普通状况下，不应在检查框中打勾（即不启用修正功能）；只有当验后单位权中误差很大时（阐明基线向量方差阵不精确），将该项选中，软件将只运用基线解方差阵有关性，同步运用仪器标称精度（接受机固定误差、比例误差）重新构造方差阵进行网平差。用验前单位权中误差检查框决定平差成果精度指标是基于验前值还是验后值，当网中多余观测量较少时，例如当闭合环个数少于4时，验后单位权中误差是不够精确，可以采用验前单位权中
16、误差(1cm)。独立基线条数：省缺值为-1，即以为选定基线所有为独立基线；若选取了所有基线进行平差（具有同步基线），则平差后精度指标比实际值偏高，但坐标、边长、方位角仅有微小变化，在此输入独立基线实际条数，软件将对平差后精度指标进行修正，从而与独立基线平差成果精度指标基本一致。2.2.6.4坐标加常数组框坐标加常数是指坐标系常数，例如国内60带高斯坐标在y坐标上加500公里常数，目是为了避免浮现负值。某些都市坐标系是以过都市中心或某特定点子午线为中央子午线，往往在高斯坐标上加减一种平移常数。此处坐标加常数起类似作用，对GPS三维向量网平差成果中转化高斯平面坐标起作用，对6.3（BL-XY）和6
17、.4(XY-BL)起作用，对二维联合平差不起作用。在该组框中输入平面坐标加常数，以公里为单位。2.2.6.5中央子午线、投影类型在该编辑框中输入中央子午线经度，格式为：DDD.MMSS，分和秒必要占满两位，该软件所有角度值（方位角、纬度、经度）输入均采用此格式。例如：114.300751表达114度30分7.51秒，详细阐明参见附录4；当前该软件提供投影类型为高斯投影、UTM投影两类，依照测量项目需要进行选取，国内测量工程普通采用高斯投影。2.2.6.6平均纬度、投影面大地高这两项参数用于“坐标转换”/“高程面坐标变换”，对网平差其他项目不起作用。计算控制点以不同高程面为参照面坐标时，在中输入
18、与当前坐标相应参照面大地高（正常高+高程异常），在中输入要转换到参照面相应大地高。平均纬度可采用近似值，也可从地图上查取。2.2.7 打开工程对于已建立工程，应选取“打开工程”项，此时弹出如图2.6选取工程窗口：图2.6 打开工程在该窗口中直接输入或选定工程名（以PRJ为后缀文献）后，用鼠标点按钮，工程名将显示在主菜单顶部标题栏中，后来操作都是面向该工程（坐标转换工具除外）。2.2.8 打印打印活动窗口文献2.2.9 打印预览原则Windows打印预览窗口2.2.10 打印设立打印格式及打印机设立2.2.11 退出退出系统3.“GPS数据解决”下拉菜单菜单形式参见图3.1。3.1 已知数据已知
19、数据又分为：三维已知坐标、二维已知坐标、一维高程点、地面边长、地面方位。该项数据有两种用途，一是用于控制网平差解决解算基准，二是用于解求平面转换参数和高程拟合系数。3.1.1 三维已知坐标作用是为三维平差输入固定点坐标。用鼠标单点该项，弹出如图3.1窗口，必要至少输入一种点三维坐标，可以是三维空间直角坐标（X，Y，Z），也可以是大地坐标（纬度B，经度L，大地高H），B、L格式为:DDD.MMSS，X、Y、Z、H单位是米。不能将（X，Y，Z）与（B， L， H）混合输入，并注意不要将三维空间直角坐标（X，Y，Z）中（X，Y）与平面坐标（x,y）弄混。删去点名，该点即被删除，双击格网中数据单元，其
20、底色变白后，可修改数据，当输至底行时，会自动弹出新空白行，所有数据向上翻动一行，列宽可用鼠标拖动来变宽或变窄。应特别注意点名必要与基线向量中点名（起点、终点）完全一致。图3.2 输入三维已知坐标 3.1.2 二维已知坐标操作与3.1.1相似，起作用是为二维联合平差输入地面公共点坐标，普通至少需要两个公共点，若仅有一种公共点，则应采用“固定一点一方位”平差模式。应特别注意点名必要与基线向量中点名（起点、终点）完全一致。 3.1.3 一维高程点操作与3.1.1相似，作用是为高程拟合输入地面公共点正常高。常数拟合模型至少需要一种公共高程点，平面拟合模型至少需要三个公共高程点，曲面拟合模型至少需要六个
21、公共高程点。应特别注意点名必要与基线向量中点名（起点、终点）完全一致。3.1.4 输入地面边长作用是为二维联合平差输入地面边长。鼠标单点该项，弹出图3.3窗口，在该窗口中输入地面边长起点、终点、边长值（m）、中误差(cm)，对于已知边长，中误差输入0来表达。应特别注意点名必要与基线向量中点名（起点、终点）完全一致。图3.3 输入地面边长 图3.33.1.5 输入地面方位作用是为二维联合平差输入地面方位角，操作与3.1.4相似。在该窗口中输入地面方位角起点、终点、方位角值（DDD.MMSS）、中误差(秒)，对于固定方位角，中误差输入0来表达。应特别注意点名必要与基线向量中点名（起点、终点）完全一
22、致。3.2 基线数据作用是选取所需基线解文献，用鼠标单点该项，弹出如图3.4窗口。在该窗口中选用所需基线解文献，一方面点压“浏览”按钮，弹出选取文献夹对话框，选取需要文献夹。然后在“类型”下拉组合框指定文献类型，再到“待选基线文献”窗单点鼠标，Shift键+鼠标左键顺序选取文献，Ctrl键+鼠标左键任意选取文献。找到所需基线文献并标记好之后，单击“选定-”按钮，所需基线文献将出当前已选基线文献窗中，点压“拟定”按钮后，形成基线向量文献（*.GPS3dVector）显示在屏幕上，这也就是三维向量网平差所需要基线向量输入文献。应特别注意设立对话框中“接受机基线解类型”与选取基线向量文献相相应。图3
23、.4 选取基线解算文献3.3 GPS三维向量网平差（无约束平差或约束平差）作用是在WGS84空间直角坐标系中进行三维向量网平差，一方面需要至少输入一种点三维坐标（参见3.1.1中三维已知坐标项）并生成基线向量文献（*.GPS3dVector，参见2）。对于独立GPS网，可取一种点单点定位解（从基线解文献查取）作为固定坐标，进行无约束平差；若网中联测了各种国家GPS点（例如A级点、B级点），可所有作为固定点输入，进行约束平差。可以用（X,Y,Z）或(B,L,H)格式输入。以表格形式显示在窗口中坐标数据与名称为*.GPS3dKnownXYZ文献内容互相相应，也可用文本编辑器编辑生成*.GPS3dK
24、nownXYZ文献，表格中数据随之变化，格式为：$ *.* *.* *.*(点名) （X / B） (Y / L) (Z / H)对于同一控制网，如果采用不同生产厂商各种类型接受机观测，并用各自配套软件进行解算，得到基线向量，有时存在方差阵不匹配问题，可采用不同方差因子（参见2.2.6.3）对基线方差阵进行解决。操作方式是先用不同工程名对每类基线给定相应方差因子（参见2.2.6.3）分别生成相应基线向量文献（*.GPS3dVector），然后用编辑器将其合并为一种作为最后输入文献。若想变化椭球参数，可到“设立”项选取。完毕坐标输入并生成基线向量文献后，单点该菜单项进行平差计算，成果文献（*.G
25、PS3dResult）将显示在屏幕上。3.4 二维网联合/约束平差3.4.1 联合/约束平差作用是进行二维联合平差，一方面需要完毕三维向量网平差并至少输入一种公共点二维平面坐标（参见3.1.2二维已知坐标项），若只有一种公共点，则还需要输入至少一条地面边长（归算到高斯平面上）和一种地面方位角，固然也可以输入任意各种地面边长和方位角。地面边长和方位角可作为观测值进行联合平差，也可作为固定值进行约束平差（参见3.1.4和3.1.5）。以表格形式显示在窗口中坐标数据与名称为*.GPS2dKnownXY文献内容互相相应，也可用文本编辑器编辑生成*.GPS2dKnownXY文献，表格中数据随之变化，格式
26、为：$ *.* *.* (点名) （x） (y) 若想变化椭球参数，可到“设立”项选取。完毕坐标输入并生成基线向量文献后，点击该菜单项进行平差计算，成果文献（*.GPS2dResult）将显示在屏幕上。3.4.2 输出顾客自定义任意两点相对精度CosaGPS提供了顾客自定义输出任意两点间相对精度功能。详细办法为，首选需要形成顾客规定“点对”文献，其文献名为：“工程名.GPS2dRel”，其格式为一文本文献，每一行即为一种“点对”（起点点名，终点点名），“点对”间用逗号或空格分隔，如：A01，A02A03，A08系统在平差时，自动判断该文献与否存在，若存在，则读取文献中点对，并计算其相对精度，输
27、出到二维平差成果文献中“平差后方位角、边长及精度”信息栏中，为和存在直接观测值“点对”相对精度有所区别，其序号为“*”。3.5 椭球面上三维平差在某一拟定椭球面上进行三维平差，把WGS84椭球到地方参照椭球转换参数作为附加参数，在平差时一并求得。解算是在椭球面上进行，不受投影变形限制，可以进行覆盖全国乃至全球大范畴GPS控制网数据解决。一方面需要完毕三维向量网平差并至少输入三个公共点三维坐标（参见3.1.1三维已知坐标项），可以输入(X,Y,Z)或（B,L,H）或（B,L）或H。即只懂得某点经纬度时，输入（B,L），H为空（不要输0）；只懂得某点大地高时，输入H，（B,L）为空（不要输0）。成
28、果文献名为*.GPS3dBLHResult.其他与3.3相似。3.6 工程网(一点一方向)平差对于某些工程项目，例如大桥、大坝等，如果采用固定一种点坐标、指定一种方向方位角，并且选取相应工程投影面，从而建立相对独立坐标系，则可选用该平差项。点击“GPS数据解决/工程网(一点一方向)平差”，屏幕显示图3.5对话框。图3.5工程网(一点一方向)平差输入信息在图3.5对话框中，固定点信息有点名、平面坐标和正常高、大地坐标和投影面正常高，平面坐标可以是工程坐标系独立坐标或高斯平面坐标；固定方位角普通是工程网中某一特定方向方位角，例如大桥控制网桥轴线方向、大坝控制网坝轴线方向等。在平差前，应在“数据解决
29、/设立”对话框中选取相应椭球参数和中央子午线，普通是选取工程网相应地方椭球参数。相应数据文献为：“工程名.OneFix”（输入已知数据文献，与对话框相应），“工程名.GPS2dResult1”（GPS二维平差成果），“工程名.GPS3dResult1”（GPS三维向量网平差成果）3.7 GPS高程拟合作用是进行高程拟合，一方面需要完毕三维向量网平差并至少输入一种公共点高程（参见1已知高程点项），点取该菜单项后，弹出如图3.5窗口，在该窗口中选取拟合模型，其中常数模型需要一种以上公共高程点，平面模型需要三个以上公共高程点，曲面模型需要六个以上公共高程点。高程成果文献名为*.GPS1dResult
30、. 图3.6 选取高程拟合模型3.8 GPS三维秩亏自由网平差采用秩亏自由网平差时，选取该菜单项。一方面进行“三维向量网无约束平差”（参见3.3），得到近似坐标文献“工程名.GPS3dApproximateXYZ”，该文献是进行秩亏自由网平差平差输入文献；然后进行“GPS三维秩亏自由网平差”，由程序自动生成用于秩亏自由网平差输入文献有：工程名.GPS3dApproximateXYZ工程名.GPS3dFreeXXInput工程名.GPS3dFreeGxxInput工程名.GPS3dFreeQxxInput其中，“工程名.GPS3dFreeXXInput”内容为：总点数 多余观测数 单位权中误差(
31、mm)点名 1.0 dX(mm) dY(mm) dZ(mm) X(m) Y(m) Z(m)点名之后“1.0”是一种标记数字，含义为该点属于稳定点组，可以依照实际稳定状况进行手工修改为“0.0”，则以为该点是一种不稳定点，不属于稳定点组。手工修改该文献之后，在屏幕提示“工程名.GPS3dFreeXXInput已存在，重新产生？”，应选取“否”。用于稳定性分析输入文献有：工程名.GPS3dFreeXXQxx工程名.GPS3dFreeENUQenu文献“工程名.GPS3dFreeXXQxx”内容为：总点数 多余观测数 单位权中误差(mm)点名 dX(mm) dY(mm) dZ(mm)协因数阵文献“工程名.GPS3dFreeENUQenu”内容为：总点数 多余观测数 单位权中误差(mm)点名 dE(mm) dN(mm) dU(mm)协因数阵
