GPS數(shù)據(jù)處理技術(shù)相關(guān)研究

王盛

摘要：主要對(duì)GPS數(shù)據(jù)處理相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。在進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)處理時(shí)，闡述GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理，GPS數(shù)據(jù)處理的具體流程，在此基礎(chǔ)上對(duì)GPS作業(yè)的技術(shù)要求進(jìn)行了明確與規(guī)范。

關(guān)鍵詞： GPS數(shù)據(jù)處理，處理流程，技術(shù)要求

Abstract: The main issues related to GPS data processing are discussed. During processing GPS data, the GPS data preprocessing described, GPS data processing specific process, on the basis of operation of the GPS for a clear technical requirements and specifications.Keywords: GPS data processing, processes, technical requirements

中圖分類(lèi)號(hào)：C37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編碼：

一、引言

全球定位系統(tǒng)(GPS)已在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)的高度自動(dòng)化和所達(dá)到的定位精度及其潛力，使廣大測(cè)量工作者產(chǎn)生了極大的興趣。本文就GPS數(shù)據(jù)的傳輸和處理及其原理等方面對(duì)作簡(jiǎn)要分析。

二、GPS數(shù)據(jù)處理概述

（一）GPS數(shù)據(jù)處理特點(diǎn)

1.數(shù)據(jù)量大：GPS設(shè)備數(shù)據(jù)之大，信息量之大是常規(guī)測(cè)量方法無(wú)法相比的，即使按連續(xù)同步觀測(cè)，15s自動(dòng)記錄一直數(shù)據(jù)的普通模式也是如此，若是按每15s采集一組數(shù)據(jù)，一臺(tái)GPS車(chē)載終端1h將會(huì)有240組數(shù)據(jù)，每一組數(shù)據(jù)都很大，這就對(duì)GPS的監(jiān)控平臺(tái)處理的平臺(tái)非常有考驗(yàn)了。

2.數(shù)據(jù)處理復(fù)雜：采用數(shù)學(xué)模型，算法等形式多樣，從采集到的原始數(shù)據(jù)到GPS定位成果，整個(gè)處理過(guò)程十分復(fù)雜，每一過(guò)程的數(shù)據(jù)模型和就算方法各不相同，每一過(guò)程都需要對(duì)不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行有序的組織，檢驗(yàn)和分析。

3數(shù)據(jù)處理處：GPS車(chē)載終端設(shè)備的數(shù)據(jù)處理相對(duì)于其他設(shè)備的要求更加高一些，因?yàn)橛脩?hù)在車(chē)輛行駛的時(shí)候需要用到行駛路面和車(chē)輛的車(chē)速的信息這就對(duì)GPS終端的數(shù)據(jù)處理要求非?？炝?，但數(shù)據(jù)量又大，所有一般GPS監(jiān)控平臺(tái)會(huì)根據(jù)用戶(hù)的需要剔除不需要處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，計(jì)算出用戶(hù)需要的數(shù)據(jù)傳輸給用戶(hù)。

（二）GPS數(shù)據(jù)處理流程

GPS精密數(shù)據(jù)處理從原始衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)始到最終定位成果，可分為GPS基線向量解算和GPS基線向量網(wǎng)平差計(jì)算兩個(gè)階段。GPS數(shù)據(jù)處理的基本流程如圖1所示。

圖1 GPS數(shù)據(jù)處理基本流程

三、GPS數(shù)據(jù)處理

（一）GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)傳輸是用專(zhuān)門(mén)的傳輸電纜連接接收機(jī)與計(jì)算機(jī)，并選擇后處理軟件中的數(shù)據(jù)下載功能將接收機(jī)內(nèi)的觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。

數(shù)據(jù)分流：數(shù)據(jù)分流是在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分流，將各類(lèi)觀測(cè)數(shù)據(jù)歸入不同的文件，通過(guò)解碼將各項(xiàng)數(shù)據(jù)分類(lèi)整理，并剔除無(wú)效的觀測(cè)數(shù)據(jù)和冗余數(shù)據(jù)，建立不同的數(shù)據(jù)文件，為下一步的處理做準(zhǔn)備。

數(shù)據(jù)文件格式標(biāo)準(zhǔn)化：將不同類(lèi)型接收機(jī)的數(shù)據(jù)記錄格式，項(xiàng)目和采樣間隔，統(tǒng)一為標(biāo)準(zhǔn)化得文件格式，以便進(jìn)行統(tǒng)一的處理。

整周跳變的探測(cè)和修復(fù)：確定整周未知數(shù)的初始值大多數(shù)采用偽距觀測(cè)值來(lái)估算。

觀測(cè)值的各種模型改正：預(yù)處理所采用的模型和方法的優(yōu)劣，將直接影響最終成果的質(zhì)量，是關(guān)系GPS作業(yè)效率和精度的重要環(huán)節(jié)。

（二）GPS數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理流程

（1）在數(shù)據(jù)的采集工作完成之后首先要建立系統(tǒng)的坐標(biāo)系，通過(guò)使用TOG的系統(tǒng)編輯功能模塊增加橢圓圖像并且輸入定義的系統(tǒng)坐標(biāo)的輔助名稱(chēng)、長(zhǎng)半軸以及偏心率，而短半軸的數(shù)據(jù)可以通過(guò)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)生成。之后是進(jìn)行三項(xiàng)參數(shù)轉(zhuǎn)換，將坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換后定義到橢圓形的模型之中，增加一個(gè)坐標(biāo)的系統(tǒng)組，將其命名為分析的模型名稱(chēng)。最后的工作過(guò)程是在坐標(biāo)系中添加橫軸的摩卡托投影，同時(shí)要根據(jù)已經(jīng)定義好的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的修改并確定正確的名稱(chēng)，這時(shí)要將自定義下的坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行保存退出，需要注意的是在做這個(gè)工作步驟中不是每次的數(shù)據(jù)都要做保存退出，在第一次修改過(guò)程之后只要不改變圖像中的子午線就可以一直沿用原有的坐標(biāo)圖形系統(tǒng)。

（2）在TGO的新建項(xiàng)目中需要對(duì)一個(gè)新的項(xiàng)目進(jìn)行命名，同時(shí)選擇一個(gè)路徑和模塊，選取模塊的單位以米為準(zhǔn)，將路徑修改為自定義路徑，制定符合條件的項(xiàng)目屬性，修改坐標(biāo)系中的坐標(biāo)系系統(tǒng)設(shè)置，使其符合系統(tǒng)要求。具體過(guò)程是通過(guò)選定新的坐標(biāo)系之后選定改變，再在建立好的坐標(biāo)系統(tǒng)之后運(yùn)行就可以了，這樣就完成了新項(xiàng)目的獎(jiǎng)勵(lì)。

（3）導(dǎo)入靜態(tài)的觀測(cè)類(lèi)數(shù)據(jù)，一般導(dǎo)入的數(shù)據(jù)格式都是data類(lèi)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)導(dǎo)入的過(guò)程中要做一定的合理性修改，比如點(diǎn)的具體位置和名稱(chēng)以及天線高度和類(lèi)型以及其他各類(lèi)參數(shù)的測(cè)定方法，這些參數(shù)的改變都需要根據(jù)實(shí)際的測(cè)量的量進(jìn)行修改，在點(diǎn)擊確定之后，圖形就會(huì)直接顯示出來(lái)，此時(shí)就表現(xiàn)為觀測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)正確地載入TGO的軟件當(dāng)中。

（4）在處理視圖中的時(shí)間線中，對(duì)于一些跳躍十分明顯的觀測(cè)數(shù)據(jù)要及時(shí)地予以禁止其參與數(shù)據(jù)的平均參數(shù)預(yù)算，這樣可以在一定程度上提高數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確值。在刪除STAR觀測(cè)數(shù)據(jù)的同時(shí)要注意將每一時(shí)段控制在良好級(jí)別的數(shù)據(jù)級(jí)別，否則就會(huì)在處理基礎(chǔ)線的過(guò)程中出現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。

（5）在時(shí)間線的處理工作結(jié)束之后就可以進(jìn)行對(duì)全球定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)線處理工作，首先要根據(jù)需要修改GPS模型的處理形勢(shì)，選出合理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)線，點(diǎn)擊基礎(chǔ)線后等待數(shù)據(jù)基礎(chǔ)線 的處理。如果數(shù)據(jù)線的擬合優(yōu)度良好就需要保存處理結(jié)果同時(shí)也可以獲得基礎(chǔ)線的結(jié)果報(bào)告。如果基礎(chǔ)線的擬合優(yōu)度數(shù)據(jù)情況不佳，就需要對(duì)視圖中的時(shí)間線進(jìn)行重新處理，直到基礎(chǔ)線的要求符合精度要求為止，在基礎(chǔ)線處理完成之后通過(guò)查看與之相關(guān)的結(jié)果獲得數(shù)據(jù)處理結(jié)果，設(shè)計(jì)出殘差分布圖形。

（6）在基礎(chǔ)線處理工作完成之后，要對(duì)GPS生成的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)約束性的平方差計(jì)算，首先應(yīng)選擇平方差，選擇基準(zhǔn)中的WGS進(jìn)行無(wú)約束平差，點(diǎn)擊后系統(tǒng)軟件會(huì)自動(dòng)進(jìn)行處理，平差結(jié)束后可以查看平差報(bào)告，查看迭代平差時(shí)通過(guò)，如果不通過(guò)則再次進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，知道平差通過(guò)要求為止。

（7）最后是GPS的最終數(shù)據(jù)處理階段，如果想取得一個(gè)比較完整的結(jié)果就需要對(duì)計(jì)算成果進(jìn)行輸出，輸出的結(jié)果一般有兩套坐標(biāo)體系和兩個(gè)報(bào)告，一般是網(wǎng)型平差約束報(bào)告和環(huán)比平差報(bào)告以及當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)系和WGS坐標(biāo)，輸出的坐標(biāo)在進(jìn)行導(dǎo)出自定義之后可以以data文件的形式進(jìn)行各個(gè)點(diǎn)的信息進(jìn)行坐標(biāo)輸出。

四、GPS的作業(yè)技術(shù)要求

（1）觀測(cè)組進(jìn)行的工作應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行作業(yè)。

（2）在金叉接收器電纜和電源以及各類(lèi)移動(dòng)硬件連接設(shè)備無(wú)誤后才可以開(kāi)機(jī)。

（3）開(kāi)機(jī)之后通過(guò)對(duì)指示燈和儀表進(jìn)行檢查，顯示正常后才能進(jìn)行調(diào)試和控制各個(gè)單元和時(shí)段的信息。

（4）接收機(jī)在參與作業(yè)的過(guò)程中，應(yīng)該隨著整個(gè)作業(yè)過(guò)程的各個(gè)步驟填寫(xiě)工作簿中的記錄。

（5）在每次觀測(cè)之后應(yīng)當(dāng)量取一次天線高度，每?jī)纱蔚臏y(cè)量誤差不應(yīng)該大于三毫米，并取得平均值作為最后的天線高度，如果極差距離超限，則需要查明原因，并及時(shí)提出處理方案對(duì)作業(yè)過(guò)程實(shí)施修正。

（6）在同一個(gè)觀測(cè)的時(shí)段中不能進(jìn)行接收器的重新啟動(dòng)、改變衛(wèi)星的最大高度截角、自行調(diào)試和改變文件的采取時(shí)間間隔等功能。

（7）觀察員在觀測(cè)作業(yè)期間要防止接受設(shè)備的震動(dòng)，同時(shí)也要防止其他工作人員或物體阻擋信號(hào)或者碰觸天線。

（8）在整個(gè)觀測(cè)作業(yè)期間，不能夠在作業(yè)中心五十米范圍內(nèi)使用電臺(tái)和對(duì)講機(jī)，以免對(duì)觀測(cè)結(jié)果造成干擾。

（9）因?yàn)橛^測(cè)期間的天氣可能存在惡劣天氣，因此要保證接收器的陽(yáng)光直曬和降雨的影響，保證接收器的正常工作。

（10）在最后作業(yè)過(guò)程結(jié)束后，要對(duì)所有的規(guī)定作業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行檢查，當(dāng)所有的數(shù)據(jù)顯示符合要求且記錄與資料完整沒(méi)有疏漏才能遷移站點(diǎn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

與常規(guī)測(cè)量任務(wù)一樣，由GPS測(cè)量獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)，也需要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理才能得到實(shí)用的成果。而GPS接收機(jī)采集的是地面接收天線至衛(wèi)星的距離和衛(wèi)星星歷等數(shù)據(jù)，這與常規(guī)測(cè)量技術(shù)測(cè)量所得到的地面點(diǎn)間的相對(duì)關(guān)系量（如角度，距離，高差等）不同，而GPS測(cè)得的成果是基于WGS-84世界大地坐標(biāo)系的，而使用者需要的卻是本國(guó)或某一地區(qū)的點(diǎn)位坐標(biāo)，所以要得到有使用意義的測(cè)量定位成果，其測(cè)后數(shù)據(jù)的處理會(huì)較常規(guī)測(cè)量方法復(fù)雜。下一步工作將針對(duì)數(shù)據(jù)的處理，如何進(jìn)一步的簡(jiǎn)化其處理流程，得到更加精確的結(jié)果。

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