GPS工程控制网数据处理软件的研制

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具 体功 能 的子菜 单 。ＧＰ Ｓ网平差 软件 （ Ｓ ＡＳ ＧＰ Ｎ ）
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据进行 闭合环 闭合 差计算 、 复基线差 计算 ， 重 从而
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图１ ＧＳ Ｐ ＮＡＳ功 能模 块示意 图
检核外 业 ＧＰ Ｓ观 测质量 ； 网平差 处理模块 ， 括三 包
维无约 束平差 、 向量 网三 维约束 平差 、 椭球面三 维
５ 软件 的数据 处理流程设计
根据 ＧＰ Ｓ工 程控制 网数 据处理 的基本 原理 与 方法， 以及 ＧＰ ＮＡ Ｓ Ｓ的总 体功 能设计 ， ＧＰ Ｎ 对 Ｓ ＡＳ 的数据 处理 流程进 行设计 ， 软件 的数据 处理流程如
应 参 数 的求 解 。 （） Ｐ ２ Ｇ Ｓ工程 控制 网 的投 影 处理 Ｇ Ｓ 工程控 制 网通 常采用 高斯 投影 的数据 处 Ｐ 理 方法 ， 为控 制 高斯投 影长度 变形 ， 通行 做法 是选
２ Ｐ 工程控制网数据处理软件的模型 Ｓ Ｇ
（ ） Ｓ工程 控制 网 的平差 方法 １ＧＰ Ｇ Ｓ ： 控制 网平 差有 三维 平差 模型 和二 维 Ｐ Ｉ 程
差 需要 精 确知 道 地面 控制 点在 国家 坐标 系 中 的大
１引 言
Ｇ Ｓ工 程控 制 网数据 处理 是将属 于 ＷＧＳ８ Ｐ 一４
地高 ， 而实 际情况 ， 我们 很难精 确知 道该类 数据 ， 处 理方 法是 只 固定一个 点 的高程 ，即提 供高程 基准 ，
其 余控 制 点只 固定平 面坐标 或 者大地 经纬度 。 二 维平差 的主 要方 法是 将 Ｇ Ｓ三维 基线 向量观 测值 Ｐ 和 相 应 的协 方差 矩 阵转 换 为二 维观 测 值 以及相 应
发 工具 ， 制 了能 满足 不 同工程 需要 的 Ｇ Ｓ网平 差软 件（ Ｓ 研 Ｐ ＧＰ ＮＡＳ 。 ） 该软件 可 实现各种 Ｇ Ｓ控 制 网的平 Ｐ
差 计算和 数据 处理 ， 集成 了 Ｇ Ｓ网的各 种 平差处 理 方法 ， 用 性强 。 Ｐ 通
【 关键 词 】 Ｇ Ｓ 工程控 制 网 数 据处 理 Ｐ 软件研 制
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铁道勘测与设计
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际上 ， 于 高速铁 路 ＧＰ 对 Ｓ控制 网 ， 在保持 边长投 影
网图绘制， 并可利用图形操作按钮对其进行操作（ １。 图 ） ＧＰ ＮＡＳ Ｓ 是按 工程项 目进行管 理和 处理 的， 所 有 的操 作 是在 所选 定 的工程 项 目中进行 的 。这样 做 的优 点 是方便用 户使用 ， 便于存 档和调 阅 ， 同时，
平差 模型 三维平 差 的主要 方法 是 以 ＧＰ “， Ｓ基 线
向量 作为观测 值 ， 以Ｗ Ｇ 一４坐标系 或 国际地球 即 Ｓ８
参考框 架（Ｔ Ｆ 中的三维 坐标差 为观测值 ， ＩＲ ） 在平 差 的数 学模型 中 ， 考虑 它们 与地面 坐标 系统 的转换 关
系（ 四个转换 参数或 者两 个转换 参数 ） 通过 在地面 ，
在实 际生产 中都采 用任 意 中央子午 线 、 任意 高程面
的 高斯投 影 处 工程 比较适 合 导致 坐标 换带
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Ｅ 同 阴线路 走
坐标 系统 中进行 ＧＰ Ｓ控 制 网三维平 差 ，进而 求得 Ｇ Ｓ 点在 地面 系统 中 的坐标 值 。 由于 三维 约束平 Ｐ
与地面 网的边长 尺度一 致方面 ， 斜轴 墨卡托投 影 比 高斯投 影更 加适用 。
３ 件 的开 发 工 具 软
ＧＰ ＮＡＳ采用 Ｖ ｓａ Ｃ ． Ｔ作 为开发 工具 ， Ｓ ｉ ｌ 拌ＮＥ ｕ Ｖ ｓａ ＃ＮＥ ｉ ｌ ． Ｔ是美 国 Ｍｉｒｓ ｆ公 司面 向 Ｗｉｄ ｗｓ ｕＣ ｃｏｏｔ ｎｏ 程序 设计 的可视 化和 面 向对 象 的高效 快速 的开发 工 具 。它 以可 视化 技术 为基础 ， Ｃ ｝ 为蓝本 ， 以 ≠ 语言 以众 多的集 成工具 为骨架 ， 计算机 领域 的诸 多方 在
取 测 区 中心 经度 和平 均 大地 高作 为投影 的中央 子
午 线和 投 影 高程 面 。当测 区范 围较 大和 地 形起 伏 较大 时 ， 会产 生不 可忽视 的高斯投 影变 形 。对 于 将
高速 铁路 的 高速性 、 高平顺 性等特 点 ， ０ ９年铁道 ２０
部颁 布 了 《 高速 铁路 工程测 量规 范》 。该规 范要求 控制 网 的投影 长度 变形值 不 大于 １ｍｍ／ｍ “ ０ ｋ 。为 达到投影长 度变形不大 于 １ ｍｍ ｋ 各 铁路设计 院 ０ ／ｍ，
集 测量控 制 网数 据处理技 术 、 可视 化操 作及 图形 处 理技术 的 Ｇ Ｓ网平 差软件 ， Ｐ 该软件 能够可靠 、 准确 、
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网 ’ 箍 处 理 模 块
梭 核 模 块
转 换 模 块
杯 转 换 模 块
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６ Ｓ工 程 控 制 网数 据 处 理 软 件 的 研 制 Ｐ
王
鹏
ＧＰ Ｓ工程控制 网数据处理软 件 的研制
王 鹏
（ 中铁第 四勘察设计院集 团有限公司工勘院 武汉 ４０ ６ ） ３ ０ ３
【 摘
要 】 基 于 Ｇ Ｓ工程 控 制 网平差 与转换 、 影 变形 处理 方 法的理论 基础 ， Ｐ 投 采用 Ｖ ｓａ Ｃ ． Ｔ作 为 开 ｉ ｌ 撑ＮＥ ｕ
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高精度 地处 理 ＧＰ Ｓ工程 控制 网数据 。 ＧＰ ＮＡ Ｓ Ｓ由项 目管理 、 据质量 检核 、 数 网平差 处理 、 高程转换 、 坐标转 换 、 网图显绘 等功能模 块组 成 。项 目管理模 块 ， 对欲进 行处 理 的项 目数据 进 是 行统一 管理 ； 数据 质量检 核模 块 ， 对 ＧＰ 是 Ｓ基 线数
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观测 值 的二维 约束 平差 的坐 标 结 果与其它 三种 平 差 的坐 标结果 有所差 异 ， 最大 点位较 差 ２ ｍｍ， ． ２ 分 析其 原因 ， 在于 该平差方 法是在 高斯平面 直角坐标 系 中消除基线 向量 残差 的 ， 而其 它三种平 差方法是 在三 维空 间直角坐标 系 中消除基 线 向量残差 的。 通过对 同一套数据 ， 采用不 同的平差方法 ， 差 平 结果基本一致 ， 验证 了软件编 制的正确性和可靠性。
针对这些 问题 ， 吸收 国 内外 Ｇ Ｓ网平 差 软件 的经 在 Ｐ 验 基础 一 ， ｝ 本文 研制 了能满 足实 际工程 需要 的 ＧＰ ： Ｓ
网平差 软件—— ＧＰ Ｎ 。 Ｓ ＡＳ
推算精 度 问题 ， 考虑 地面 网和 ＧＰ Ｓ网转 换关 系 （ … 个 尺度 和一 个旋转 参数 ） 后列 立误差 方程式进 行相
换 到控制 点所在 的高 斯或者 独立坐 标系平 面上 ， 在 转 换过 程 中需 要 注意 的 是投 影 中央 子午 线和 投 影
面 高程 要 与 己知坐 标 系保 持 一致 以及 近 似坐 标 的
些软件 在 网平 差方 面往往 难 以满 足 工程需 要 ， 其质 量检 核 、成 果输 出等方 面 一般 不符 合 国 内制 定 的 ＧＰ 作业规范 的要求 ， Ｓ 在生产 实践中带来一些 困难 。
图 ２ 。
约束平差 、 高斯 面二维 约束平 差、 一点 一方 向平差 、
斜轴 墨卡托投 影处 理等功 能 ， 实现 将 ＷＧＳ８ ．４坐标 系下 的基 线 向量通 过 平差 与转 换得 到 工程 实用 的 测量成 果 ； 高程转 换模块 ， 是将 Ｇ Ｓ测量 的大地 高 Ｐ
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应 的文档 进行 处理 。
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的开发提供 了强有 力的支 持 ， 能够 方便快速 地开发 出一套界 面友好 、 执行 速度快 、 于维护 升级 的应 易
用程 序 。
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４软件 的总体功能设计
根据 Ｇ Ｓ工程 控制 网平差与转 换 、 Ｐ 投影 处理 以 及 实际工程 的需要 ， 并结合 国内外 ＧＰ 数据处理 软 Ｓ 件的使用 与发展情况 ， 本文研制 的 Ｇ Ｓ ＡＳ是一个 ＰＮ
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Hale Waihona Puke 图 ３ Ｇ Ｓ网平差 软件 （ Ｐ ＮＡ ） 能菜单 示意 图 Ｐ Ｇ Ｓ Ｓ功