本发明属于控制网平差，具体涉及一种三维控制网平差方法。
背景技术：
1、目前建立的大型水电站施工控制网，多采用全站仪常规布网或gnss布网方法，高程控制则采用精密水准测量方法，即平面网和高程网分开平差计算方式。抽水蓄能电站具有上、下水库间平距小、高差大，控制网点间通视困难、难以形成理想图形等特点，常规方法通常以增加过渡点的办法来解决通视问题和图形强度问题，因此在蓄能电站控制网建设中存在以下问题：1)高差大，网型条件差，水准线路单一，造成控制网高程可靠性低；2)为组成理想网型，部分控制网点被迫选在交通困难位置，带来野外作业难度大、外业工作量成倍增加的问题。3)对现有测绘仪器及技术水平下可较便捷获取的天顶距、gnss基线向量等观测量，在平差计算时未能做到有效综合利用。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种三维控制网平差方法，可有效解决上述问题。
2、本发明采用的技术方案如下：
3、本发明提供一种三维控制网平差方法，包括以下步骤：
4、步骤s1，建立三维独立坐标系统：
5、在控制网中选定中心点作为控制网起算点，以与控制网起算点的垂线方向相反的方向作z轴的正方向，即为高程方向；以选定的某正常高水准面作为平面坐标的投影面，从而建立三维独立坐标系统；
6、步骤s2，确定五种观测量，分别为：水平角观测量、斜距观测量、天顶距观测量、水准高差观测量和gnss基线观测量；
7、对于控制网中的控制点i,相对于照准点k，测量得到以下五种观测量的观测值中的一种或多种：水平角观测值uik、斜距观测值sik、天顶距观测值bik、水准高差观测值hik和gnss基线观测值gik；
8、步骤s3，对每个观测值进行归算改正处理，得到每个观测值的改正数：
9、分别对水平角观测值uik、斜距观测值sik、天顶距观测值bik、水准高差观测值hik和gnss基线观测值gik进行归算改正处理，得到水平角改正数vuik、斜距改正数vsik、天顶距改正数vbik、水准高差改正数vhik和gnss基线改正数vgik；
10、步骤s4，确定每个观测值的近似值:
11、分别确定每个水平角观测值uik、斜距观测值sik、天顶距观测值bik、水准高差观测值hik和gnss基线观测值gik的近似值，得到水平角近似值斜距近似值天顶距近似值水准高差近似值和gnss基线近似值
12、步骤s5，确定每个观测值的平差值：
13、采用公式(1)到公式(5)，分别确定每个水平角观测值uik、斜距观测值sik、天顶距观测值bik、水准高差观测值hik和gnss基线观测值gik的平差值，得到水平角平差值斜距平差值天顶距平差值水准高差平差值和gnss基线平差值
14、
15、其中:θi为控制点i的方位角，和分别为水平角近似值斜距近似值天顶距近似值水准高差近似值和gnss基线近似值的改正数；
16、步骤s6，建立误差方程：
17、采用公式(6)到公式(10)，分别建立得到每个水平角观测值uik、斜距观测值sik、天顶距观测值bik、水准高差观测值hik和gnss基线观测值gik的误差方程：
18、
19、vhik＝dzi+dzk-lhik (9)
20、
21、其中：ρ为大气密度；和分别为控制点i和照准点k在x方向偏差、y向偏差和z向偏差；
22、为平距近似值；luik为水平角常数项；lsik为斜距常数项；lbik为天顶距常数项；lhik为水准高差常数项；lgik为gnss基线常数项；
23、xi,yi和zi，为控制点i的待求解的三维坐标；
24、xk,yk和zk，为照准点k的三维坐标，为已知值；
25、步骤s7，控制网中布设多个控制点，待求解三维坐标的控制点数量为m1，因此，待求的未知参数数量m＝3m1；
26、统计所有控制点的每类观测值的数量，设共得到n1个水平角观测值uik，n2个斜距观测值sik，n3个天顶距观测值bik，n4个水准高差观测值hik，以及n5个gnss基线观测值gik；因此，一共得到总观测值数量为n＝n1+n2+……+n5；
27、由此得到步骤s6建立的误差方程组的矩阵表示为：
28、
29、其中：v为n行1列的改正数矩阵；a为n行m列的系数矩阵；e为m行1列的三维坐标(x,y,z)矩阵；l为n行1列的常数项矩阵；
30、步骤s8，求解各个控制点的三维坐标：
31、步骤s8.1，水平角观测量、斜距观测量、天顶距观测量、水准高差观测量和gnss基线观测量的观测量权分别表示为：p1,p2,p3,p4,p5；给定观测量权p1,p2,p3,p4,p5的初始值；
32、步骤s8.2，根据公式(11)示出的误差方程组的矩阵表示，得到公式(12)所示的法方程系数阵n和公式(13)所示的法方程常数阵w：
33、方程系数阵n为：
34、
35、其中，上标t代表矩阵的转秩；a1,a2,a3,a4,a5，分别代表系数矩阵a中，关于水平角观测量、斜距观测量、天顶距观测量、水准高差观测量和gnss基线观测量的系数矩阵分量；
36、n1,n2,n3,n4,n5，分别代表水平角观测量、斜距观测量、天顶距观测量、水准高差观测量和gnss基线观测量的系数阵；
37、方程常数阵w为：
38、
39、其中：l1,l2,l3,l4,l5分别代表常数项矩阵l中，关于水平角观测量、斜距观测量、天顶距观测量、水准高差观测量和gnss基线观测量的常数项分量；
40、w1,w2,w3,w4,w5，分别代表水平角观测量、斜距观测量、天顶距观测量、水准高差观测量和gnss基线观测量的常数阵；
41、步骤s8.3，因此得到未知参数e＝(x,y,z)的解向量为：其中：qxx为协因素矩阵；
42、由此得到每个控制点的三维坐标；
43、步骤s8.4，采用公式(14)，得到平差值单位权方差
44、
45、其中，p＝[p1,p2,p3,p4,p5]，为观测量权矩阵；v＝[vuik,vsik,vbik,vhik,vgik]，为观测值改正数矩阵；r为总的多余观测数；
46、步骤s8.5，采用公式(15)，计算得到每种观测量j的验后方差其中，j＝1,2,3,4,5，分别代表水平角观测量、斜距观测量、天顶距观测量、水准高差观测量和gnss基线观测量；
47、
48、其中：pj代表观测量j的观测量权；vj代表观测量j的改正数；rj为观测量j的多余观测数；
49、步骤s8.6，判断每种观测量j的验后方差是否与每种观测量j的先验方差的偏差在设定范围内，如果是，则结束流程，输出步骤s8.3解算到的每个控制点的三维坐标；否则，调节各个观测量的观测量权p1,p2,p3,p4,p5，返回步骤s8.2进行循环。
50、优选的，步骤s3中，水平角改正数vuik为0；gnss基线改正数vgik为0；
51、对于斜距观测值sik，分别进行尺长改正、气象改正、波道弯曲改正，从而归算到标志中心；
52、对于天顶距观测值bik，分别进行将天顶距观测值bik化归到标志中心的改正和球气差改正；
53、对于水准高差观测值hik，如果hik大于500m，进行标尺的长度改正、水准面不平行改正和重力异常改正。
54、优选的，步骤s4中，采用以下方法，获得每个观测值的近似值:
55、将需要获得近似值的控制网点，与已知点的平面坐标和高程进行联测，每个已知点作为一个联测位置，因此，联测位置不少于三点，且均匀分布在整个测区，然后进行相似变换，使各点坐标分量残差的平方和极小，从而得到控制网点的各种近似值。
56、本发明提供的一种三维控制网平差方法具有以下优点：
57、1)以几何水准控制整个网的高程精度，而用三角高程的多余观测量增强高程控制的可靠性；2)控制网点点位选择更自由，不必单纯因为网型及通视要求选择在交通困难且不便使用位置，从而减少外业工作量，降低劳动强度；3)可以利用水平角观测量、斜距观测量、天顶距观测量、水准高差观测量和gnss基线观测量，这5种观测量进行控制网平差，提高控制网精度，增强可靠性。
1.一种三维控制网平差方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三维控制网平差方法，其特征在于，步骤s3中，水平角改正数vuik为0；gnss基线改正数vgik为0；
3.根据权利要求1所述的一种三维控制网平差方法，其特征在于，步骤s3中，步骤s4中，采用以下方法，获得每个观测值的近似值:
