GPS 測量數(shù)據(jù)處理質(zhì)量評價與優(yōu)化方法

周興來 吳國強

（1、河南省時代測繪技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000 2、義煤集團公司新義煤礦，河南 洛陽 471000）

引言

在GPS 定位數(shù)據(jù)處理工作中，占用處理時間最長，工作量最大的是GPS 基線解算?；€解算質(zhì)量的好壞直接影響到GPS網(wǎng)的定位精度和工作效率。因此正確評價基線解算的質(zhì)量，及時對不理想基線進(jìn)行優(yōu)化處理就顯得很重要。本文以Gpsadj 軟件為例，對GPS 靜態(tài)基線解算的質(zhì)量評價及優(yōu)化處理方法進(jìn)行了探討，以供同行參考。

1 基線解算質(zhì)量評價要素

Gpsadj 軟件中，基線解算結(jié)果有4 項質(zhì)量指標(biāo)，即基線解的類型，基線解的方差比值，同步環(huán)、異步環(huán)閉合差和重復(fù)基線長度檢核。我們根據(jù)這些質(zhì)量要素對基線解算進(jìn)行評價。

1.1 基線解的類型

基線向量的解算質(zhì)量與整周未知數(shù)的確定有直接關(guān)系。在軟件數(shù)據(jù)處理中，整周未知數(shù)是被當(dāng)作平差計算中的待定參數(shù)來加以估計和確定的。解算整周模糊度的能力與基線的長度有關(guān)，獲得全部模糊度參數(shù)整數(shù)解的結(jié)果稱為雙差固定解，只獲得雙差模糊度參數(shù)整數(shù)解的結(jié)果稱為雙差浮點解，對于較長的基線（30km 以上的基線），固定解和浮點解都不能得到較好的結(jié)果，可以用三差解。

1.2 方差比值（Ratio）

方差比值是整周未知數(shù)固定時次最優(yōu)固定解的方差與最優(yōu)固定解的方差的比值；它反映了整周未知數(shù)可靠性的高低。方差比值越大，說明整周未知數(shù)可靠性越高；方差比值越小，說明整周未知數(shù)可靠性越差。

1.3 同步環(huán)、異步環(huán)閉合差

同步環(huán)、異步環(huán)閉合差是反映GPS網(wǎng)內(nèi)符合精度的一項最重要的指標(biāo)，也是評價組成環(huán)路的所有基線是否含有粗差的重要依據(jù)。

1.4 重復(fù)基線長度檢核

重復(fù)基線是指同一條基線邊觀測了多個時段得到的多個基線邊。對重復(fù)基線邊的長度檢核也是評價某條基線是否含有粗差的重要依據(jù)。

2 基線解算的質(zhì)量評價

2.1 利用解類型評價

根據(jù)相應(yīng)的《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：同一級別的GPS網(wǎng)，在8公里以內(nèi)的基線必須采用雙差固定解；30公里以內(nèi)的基線，可在雙差固定解和雙差浮點解中選擇最優(yōu)結(jié)果；30公里以上的基線，可以采用三差解作為基線解算的最終成果。如果達(dá)不到規(guī)范要求，應(yīng)對基線進(jìn)行優(yōu)化處理。

2.2 根據(jù)方差比值（Ratio）評價

方差比值是評價基線解算質(zhì)量的重要指標(biāo)，比值越高，說明整周未知數(shù)確定的可靠性越大。

2.3 根據(jù)同步環(huán)、異步環(huán)閉合差評價

在Gpsadj 軟件中，每個同步環(huán)和異步環(huán)都有三個方向的閉合差及邊長閉合差和相對誤差。GPS 測量技術(shù)規(guī)程對同步環(huán)坐標(biāo)分量及環(huán)線全長相對閉合差進(jìn)行了規(guī)定，如果達(dá)不到規(guī)范要求，應(yīng)對基線進(jìn)行優(yōu)化處理。

2.4 依據(jù)重復(fù)基線長度檢核評價

在Gpsadj 軟件中，可以查看控制網(wǎng)中所有的重復(fù)基線。GPS 測量技術(shù)規(guī)程對不同觀測時段的基線邊的互差進(jìn)行規(guī)定，差值不應(yīng)小于相應(yīng)級別規(guī)定精度。如果超限應(yīng)對含有粗差的基線進(jìn)行優(yōu)化處理。

3 基線解算優(yōu)化處理方法

在基線解算之前，設(shè)置好該項目采用的坐標(biāo)系、控制網(wǎng)等級等屬性參數(shù)。首先按照Gpsadj軟件中的缺省參數(shù)對基線進(jìn)行自動處理，然后打開基線解算結(jié)果，查看基線解算情況，對基線質(zhì)量進(jìn)行分析評價。當(dāng)有不理想基線時，應(yīng)做優(yōu)化處理，處理方法如下。

圖1 基線解算缺省參數(shù)設(shè)置

3.1 確定合適的衛(wèi)星高度截止角

Gpsadj 軟件中高度截止角的選擇范圍在5 °至35 °之間，步長值為5 °。如果解算基線失敗，先核實連續(xù)觀測時間長短、觀測衛(wèi)星數(shù)多少和圖形強度因子PDOP 值大小。如果同步觀測衛(wèi)星數(shù)較多（6 顆以上）、同步觀測時間較長（45 分鐘以上），可適當(dāng)增加高度截止角，剔除容易被外界干擾的低空歷元數(shù)據(jù)，采用不易被干擾的且接收穩(wěn)定的高空歷元數(shù)據(jù)重新進(jìn)行解算；反之亦然。

3.2 選擇合適的歷元間隔

歷元間隔的大小，決定參與解算的數(shù)據(jù)量的多少。合適的歷元間隔原則為：對基線同步觀測時間較短，采集的數(shù)據(jù)量較少時，可縮短歷元間隔，讓更多的歷元數(shù)據(jù)參與解算。同步觀測時間較長，采集的數(shù)據(jù)量大，要增加歷元間隔 ，能有效的跳過因為外界干擾而失鎖的區(qū)域。

3.3 剔除無效歷元

通過一個例子來說明這個問題，在相位跟蹤圖中右鍵單擊鼠標(biāo)，在彈出的快捷菜單中選擇"數(shù)據(jù)編輯G0013021"。彈出數(shù)據(jù)編輯框。跟蹤衛(wèi)星的序號在圖左端顯示。連續(xù)線中斷處表示當(dāng)時衛(wèi)星信號失鎖。在數(shù)據(jù)編輯圖中選擇工具按鈕，然后按住鼠標(biāo)左鍵拖拉框圈住圖中有數(shù)據(jù)中斷的地方即可剔除無效歷元，以灰顏色顯示（如圖3）。退出數(shù)據(jù)編輯框，重新解算剔除無效歷元后的基線。

圖2 數(shù)據(jù)編輯窗口中單個測站衛(wèi)星數(shù)據(jù)圖

圖3 編輯窗口中剔除無效歷元后單個測站衛(wèi)星數(shù)據(jù)圖

3.4 選擇合適的模糊度分解方法

整周模糊度的解算一般采用整數(shù)最小二乘法原理進(jìn)行解算。常見的方法有：模糊函數(shù)法、快速模糊求解方法、最小二乘模糊搜索法、最小二乘模糊去耦調(diào)節(jié)法（LAMBDA）、整型模糊度求解法等；LAMBDA 是其中快速且有效的方法。一般情況下，對于短基線，觀測數(shù)據(jù)量較小時，采用LAMBDA 法解算效果會比較好。

4 結(jié)束語

4.1 對基線解算質(zhì)量的評價應(yīng)全面綜合考慮。

4.2 通過基線解算的優(yōu)化處理，基線精度可進(jìn)一步提高，但要決定每條基線最終解算是否成功，還必須通過殘差分析和同步環(huán)、異步環(huán)環(huán)閉合差分析。

4.3 基線優(yōu)化處理的前提是要有足夠數(shù)量的野外健康數(shù)據(jù)，因此必須保證野外作業(yè)的觀測時間和觀測質(zhì)量。

[1]GPS 數(shù)據(jù)處理軟件操作手冊.廣州：南方測繪儀器有限公司，2006.2

[2]徐紹銓等.GPS 測量原理及應(yīng)用.武漢：武漢大學(xué)出版社，2002.10

[3]朱志宇等.差分GPS 載波相位整周模糊度快速解算方法，測繪科學(xué)第30 卷第3 期，2005.6