分析GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評估

李興

摘要：本文針對GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理要點，進行多角度分析，并簡要介紹了加強GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評估的重要性，提出GPS工程測量網(wǎng)質(zhì)量評估要素與方法，可以提升GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理效率，提高數(shù)據(jù)信息的利用率，希望能夠為相關(guān)工作人員提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：GPS工程測量網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理；質(zhì)量評估

GPS定位技術(shù)在工程測量中應(yīng)用廣泛，具備定位精度高、觀測效率高、操作簡單等優(yōu)勢。為了進一步提升GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理效率，強化質(zhì)量評估，本文重點探討GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評估。

1. GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理要點

第一，粗加工處理。在基線解算前，相關(guān)人員可從接收機中下載初步觀測數(shù)據(jù)，重點包括觀測值文件與星歷參數(shù)文件等，部分接收機能夠輸出測站基本信息文件與UTC參數(shù)文件。系統(tǒng)讀入GPS觀測數(shù)值之后，相關(guān)人員還要對各項觀測數(shù)據(jù)進行全面檢驗，主要檢驗各個測站的名稱與點號，包括測站具體坐標與天線高等一系列內(nèi)容。

第二，加強預(yù)處理。針對兩臺或者兩臺以上的接收機同步觀測數(shù)值，需要對各基線向量評價計算值進行預(yù)處理。通過加強預(yù)處理，能夠保證原始數(shù)據(jù)得到更好利用，要求相關(guān)人員重新編輯原始數(shù)據(jù)，經(jīng)過認真整理與分流后，生成各類專用的信息文件，為后續(xù)的平差計算做充足準備。

在預(yù)處理過程中，相關(guān)人員要加強數(shù)據(jù)傳輸，將GPS接收機所記錄的各項數(shù)據(jù)信息，快速傳遞到磁盤中。數(shù)據(jù)傳輸后，還要進行分流處理，在原始記錄數(shù)據(jù)當中利用解碼器，將不同類型的數(shù)據(jù)進行分類處理，對于無效數(shù)據(jù)與冗余數(shù)據(jù)，及時剔除，形成更加穩(wěn)定的信息文件。

對于不同類型接收機所記錄的各項數(shù)據(jù)，相關(guān)人員需要統(tǒng)一格式，更好地提高數(shù)據(jù)處理效率。為了提升衛(wèi)星軌道的穩(wěn)定性，可采取多項擬合方法，結(jié)合GPS衛(wèi)星所發(fā)出的軌道參數(shù)，加強衛(wèi)星軌道標準化處理，在數(shù)據(jù)預(yù)處理期間，如果發(fā)現(xiàn)明顯錯誤的觀測數(shù)值，要立即改正，保證數(shù)據(jù)更加精確[1]。

2. GPS工程測量網(wǎng)測量要點

2.1 GPS工程測量網(wǎng)組成

GPS技術(shù)系統(tǒng)根據(jù)空間部分、地面控制部分和用戶接收端間的實時差，準確分解出待測站點三維空間坐標，由于GPS技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用范圍不斷擴大。GPS基準站主要由三部分構(gòu)成，分別是基準站、流動站與無線電通信體系等。流動站主要包括GPS接收機、GPS天線與無線電通信接聽系統(tǒng)以及供GPS接收機與無線電使用的電源。在一些地質(zhì)和地形條件復(fù)雜區(qū)域，通過運用GPS工程測量網(wǎng)，能夠顯著提升工作效率。

2.2作業(yè)流程

第一，在作業(yè)之前，測量人員要科學設(shè)置基準站，將基準站設(shè)置在已知點之上，當然，也可設(shè)置在未知點上?；鶞收驹O(shè)置好后，連接GPS接收機與GPS天線，電臺主機和電臺天線保持穩(wěn)定連接后，將GPS接收機與電臺連接。GPS天線和無線電發(fā)射天線保持3m距離，最后將電瓶與電臺穩(wěn)定連接，將手薄和基準站主機連接好，設(shè)置基準線。

第二，設(shè)置完畢后，返回到主菜單，測量人員需要在主菜單中選擇“測量—測量形式—測量點”，選好后，準確輸入需要測量的測點名稱，包括其點號，在方法當中，結(jié)合具體情況，選取測量控制點、地形點與快速點，做好校正工作。針對觀測次數(shù)，可結(jié)合具體需求，在選項當中選擇最終的測量時間，等流動站初始化完成后，按下測量鍵進行測量，同時開展坐標采集。

第三，因為GPS測量的是WGS-84坐標，在真實的工程施工當中，需要使用平面坐標。因此，在正式測量之前，測量人員還要做好坐標轉(zhuǎn)換工作。在已知點上采集WGS-84坐標，然后校正，通常來講，測量人員需要在已知平面坐標三個以上控制點上測出WGS-84坐標，并詳細記錄在冊，在控制器測量子菜單中選取“點校正”，開始坐標轉(zhuǎn)換。

2.3 GPS工程測量注意事項

GPS工程網(wǎng)測量要求比較高，在實際測量過程中，為了更好地提升測量精度，要求測量人員注意測量細節(jié)問題，每次測量完畢后，均需要對儀器進行對中、整平，此項工作雖然簡單，但是對最終測量結(jié)果的準確性影響較大。因此，在GPS工程測量期間，測量人員要特別注意以下問題：

第一，全部的儀器設(shè)備在觀測之前，需要進行統(tǒng)一設(shè)置，數(shù)據(jù)的采樣間隔為15s，角度設(shè)置為15°，測量人員禁止隨意更改預(yù)置參數(shù)，如果參數(shù)出現(xiàn)變化，要及時調(diào)整，恢復(fù)到原來數(shù)值。

第二，在測量觀測之前，測量人員還要加強星歷預(yù)報，結(jié)合B級、C級網(wǎng)的技術(shù)要求，包括衛(wèi)星狀況，加強規(guī)劃，并合理確定觀測時段，對原有任務(wù)單進行有效調(diào)整。

第三，在測量觀測過程當中，測量人員要認真聽從項目的派遣，在規(guī)定時間內(nèi)，順利完成觀測，若具備通信條件，要保持電話聯(lián)系，如果無通信條件，則需要按照約定時間有序進行施測。GPS測量期間，若遇到異常情況，要及時向上級領(lǐng)導(dǎo)匯報。

第四，測量人員到達測站之后，按照相關(guān)規(guī)范流程，有序地架設(shè)各類儀器設(shè)備，并做好整平工作，對準GPS樁十字分劃，在安置天線的過程中，保證天線指北標志指北。

第五，在測量過程中，測量人員禁止擅自離開崗位，并密切觀察各類儀器設(shè)備的工作狀態(tài)，比如模糊度與電池電量等，可以根據(jù)電池電量，確定判斷出設(shè)備運行狀態(tài)，并及時調(diào)整，避免儀器設(shè)備在運行過程中無故關(guān)機。

第六，測量期間，禁止儀器出現(xiàn)震動，測量人員不能隨意移動儀器，做好場地清理工作，避免人員或者物品阻擋信號。

第七，測量結(jié)束后，測量人員要對各項儀器設(shè)備進行校驗，保證下次能夠正常使用，延長測量儀器設(shè)備的使用壽命。

3. GPS工程測量網(wǎng)質(zhì)量評估要素與方法

3.1基線運算方法評估要素

（1）準確校核重復(fù)基線的長度。針對同一基線邊多個時段進行綜合觀測，能夠準確獲得多個基線邊，又常被人們稱作重復(fù)基線，重復(fù)基線中存在粗差，通過對重復(fù)基線進行綜合評價，能夠提高GPS工程測量網(wǎng)質(zhì)量評估效率。

（2）進行方差比值。方差比值能夠準確反映出整個周末未知數(shù)的可靠度，比值大小和可靠度呈現(xiàn)正比例關(guān)系，若比值小，則表明可靠度差，比值大，說明可靠度好。

（3）計算同步環(huán)與異步環(huán)閉合差。GPS工程測量網(wǎng)精度評估的核心指標是計算同步環(huán)與異步環(huán)閉合差，進而準確判斷出組成環(huán)路基線內(nèi)部是否存有粗差。

3.2基線解算類型

所謂基線解算，主要指的是結(jié)合幾個測站GPS同步觀測數(shù)據(jù)信息，通過分析這些觀測信息，合理確定出各個測站間的坐標差，確定基線向量，找到誤差產(chǎn)生原因。利用數(shù)學模型分析基線解算，具體如下：

第一，單基線解。GPS接收機經(jīng)過一段時間的同步觀測之后，相鄰兩臺接收機間會形成基線向量，開展同步觀測，相關(guān)人員能夠精確選出同步觀測基線，在選擇獨立基線的過程中，每條基線不能形成閉合環(huán)即可。簡單來講，就是構(gòu)成閉合環(huán)同步基線之間存在函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過同步觀測后，獨立基線雖不具備函數(shù)特性，但是其誤差呈現(xiàn)一定關(guān)聯(lián)，采用同步觀測方式，每條基線的誤差均呈現(xiàn)一定關(guān)聯(lián)[2]。單基線解算法比較簡單，但是采用此種解算方法，最終所獲得的解算結(jié)果無法完全反映基線之間的誤差特性，對后續(xù)的網(wǎng)平差處理影響較大，在普通等級的GPS網(wǎng)測設(shè)當中應(yīng)用較多。

第二，多基線解。和上述單基線解不同，多基線解算能夠反映出同步觀測基線誤差的相關(guān)性，基線解算過程中，相關(guān)人員能夠?qū)ν接^測所獲得的獨立基線進行統(tǒng)一解算。采用多基線解方式，能夠幫助相關(guān)人員進一步了解各個觀測基線之間的誤差相關(guān)性，更為嚴謹。

第三，多站整體解。相關(guān)人員結(jié)合GPS工程測量網(wǎng)，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型，將獨立的基線組成整網(wǎng)，模型結(jié)構(gòu)更加嚴密，基線間互相約束，結(jié)構(gòu)性更強。

3.3質(zhì)量評價

對于相關(guān)工作人員來講，利用Gpsadj軟件能夠清晰地看到測量控制網(wǎng)內(nèi)部各條重復(fù)基線，當基線邊差值小于相同級別對應(yīng)精度時，可對存在粗差基線進行改進[3]。在評價基線解算質(zhì)量時，要重點比較其方差值，比值低，則表明整周未知數(shù)可靠性比較差，比值高，說明整周未知數(shù)可靠度高。利用Gpsadj軟件可以幫助相關(guān)人員更好地判斷基線相對誤差，以及三個不同方向的閉合差與邊長閉合差等，這些誤差能夠體現(xiàn)在同步環(huán)與異步環(huán)當中。針對不滿足規(guī)定標準要求的同步環(huán)坐標分量，要求相關(guān)人員進行妥善處理，若環(huán)線全長相對閉合差也不滿足規(guī)定要求，也需要對其進行優(yōu)化處理。

另外，相關(guān)人員也可以利用解類型評價方法進行評價，結(jié)合測量技術(shù)相關(guān)規(guī)范要求得知，針對雙差固定解與三差解，若不能滿足規(guī)定要求，可對基線進行優(yōu)化。若基線與基站距離比較短，可以采用雙差固定解。若誤差出現(xiàn)在基線范圍30km之內(nèi)，在可以采取固定解與浮點解方式，提高處理結(jié)果的精確度。若基線范圍超過30km，在解算的過程中，可采用三差解[4]。

在WGS-84或者CGCS2000坐標系統(tǒng)當中，可進行無約束平差或者約束平差，測量人員要固定一個點，針對短基線工程測量獨立GPS網(wǎng)，可以選擇一個點的單點定位解作為其固定坐標，形成無約束平差[4]。如果連測多個高等級國家GPS點，則可以將全部或者部分作為固定點，開展約束平差。

在分析起算點兼容性的過程當中，測量人員要結(jié)合參與平差的GPS基線向量，確定其是否存在粗差基線。GPS工程測量網(wǎng)的起算點兼容性分析方法主要分為以下幾種，分別是平差結(jié)果直接分析方法、實測基線比較方法、尺度比參數(shù)變化一致性判別方法與單位權(quán)方差假設(shè)檢驗方法等。上述方法存在不同的優(yōu)缺點，測量人員在實際工作中，要結(jié)合具體情況，科學選擇分析方法。若采用平差結(jié)果直接分析方法，在正式平差掐，要將起算點分成多組，然后進行約束平差處理，并結(jié)合各組平差方案的平差結(jié)果，準確計算出起算點平差值和已知數(shù)值之差，提升平差結(jié)果的精度，在平差結(jié)果當中，能夠準確判斷出起算點兼容性情況[6]。

3.4基線運算方法優(yōu)化措施

改進基線運算處理方法，在基線解算前，相關(guān)人員要合理設(shè)定項目相關(guān)參數(shù)，比如控制網(wǎng)的等級與坐標系等參數(shù)，然后利用軟件當中的缺陷參數(shù)，合理確定解算結(jié)果，根據(jù)結(jié)算數(shù)據(jù)，準確評價基線結(jié)果質(zhì)量，并改進基線運算處理方法，具體措施如下：

（1）科學確定衛(wèi)星高度截止角。根據(jù)軟件提供的截止角、選擇范圍以及觀測時間，進行有效核實，若同步觀測的衛(wèi)星數(shù)量超過6顆，同步觀測時間超出45min，則可增加高度截止角度，將低空歷元數(shù)據(jù)直接剔除，并采用抗干擾能力較強的高空歷元來解算。

（2）采用模糊度分解法。在解算整周模糊度的過程中，采用整數(shù)最小二乘法原理較多，模糊度分解方法主要包括四種，分別是模糊函數(shù)方法、模糊度求解方法、最小二乘原理去耦調(diào)節(jié)方法與快速模糊求解法等，在這些解算方法中，最小二乘原理指導(dǎo)去耦調(diào)節(jié)方法應(yīng)用較多，若基線較短，同時需觀測的數(shù)據(jù)量較小，采用此為種方法，能夠取得較好效果[7]。

（3）將無效歷元剔除。針對無效的衛(wèi)星信號，可直接剔除，相關(guān)人員需要點擊左側(cè)邊框“觀測數(shù)據(jù)前面”的“+”符號，此時全部觀測數(shù)據(jù)文件會完全展開，雙擊一個觀測文件，點擊鼠標左鍵，拉住歷元中斷部位，將無效歷元徹底剔除，然后進行基線解算，提高數(shù)據(jù)處理效果[8]。

4.結(jié)語

綜上所述，通過對GPS工程測量網(wǎng)質(zhì)量評估要素與方法進行全方位分析，例如明確基線運算方法評估要素、基線解算類型、質(zhì)量評價、基線運算方法優(yōu)化措施等，可以保證GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評估效果得到明顯提升，提高數(shù)據(jù)準確率。

參考文獻：

[1]祝會忠，李軍，蔚澤然，張凱，徐愛功.長距離GPS/BDS參考站網(wǎng)多頻載波相位整周模糊度解算方法[J].測繪學報， 2020， 49（03）： 300-311.

[2]李斐，馬超，張勝凱，雷錦韜，郝衛(wèi)峰，張卿川，李文浩.基于GPS測站垂向速度的南極地區(qū)冰川均衡調(diào)整（GIA）模型分析[J].中國科學：地球科學， 2020， 50（03）： 353-368.

[3]陳岷.波音787-9飛機GPS周期翻轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象及處理[J].航空維修與工程， 2020（01）： 80-82.

[4]費國俊，李向新.高原山區(qū)水庫邊坡GNSS靜態(tài)數(shù)據(jù)質(zhì)量評價與分析研究[J].軟件， 2020， 41（01）： 192-195+204.

[5]蒲亞坤，袁運斌，丁文武，陽仁貴. GPS/BDS-2/Galileo混合雙差相對定位模型應(yīng)用于短基線精密定位研究[J].大地測量與地球動力學， 2020， 40（01）： 56-61.

[6]劉國燕，喻國榮.多星座CORS基站接收機設(shè)計及數(shù)據(jù)質(zhì)量實時評價[J].測繪工程， 2020， 29（01）： 41-46.

[7]陳向陽，于金池，葛建，侯勇濤.融合GPS與強震儀數(shù)據(jù)實時監(jiān)測瞬時地殼形變[J].測繪通報， 2019（12）： 87-90+115.

[8]白海明，胡煥茜，雷鳴.已知點不足時GPS網(wǎng)高程擬合的高差補償[J].華北自然資源， 2019（06）： 70-72.

[9]宋中華，周命端，張玉生，宋士強，李琛. GPS工程測量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評估方法研究[J].測繪工程， 2011， 20（04）：22-25+30.