GPS基線解算的質(zhì)量控制和精化處理①

張亞東，白 薇

（中國冶金地質(zhì)總局 地球物理勘查院，河北 保定071051）

0 引 言

基線解算是GPS靜態(tài)數(shù)據(jù)處理中的重要環(huán)節(jié)，其解算質(zhì)量的好壞，直接影響到GPS定位測量的成果和精度。對于GPS短基線（＜5km），即使通過選擇合適的點位和觀測時間來保證觀測條件，在基線解算過程中，有時也得不到質(zhì)量合格的基線解［1]。在這種情況下，通過對基線進行精化處理，提高基線向量的解算質(zhì)量，減少野外返工重測。

1 基線解算流程

不同廠商的接收機所配備的數(shù)據(jù)處理軟件，在具體操作細節(jié)上存在一些不同之處，但總的操作步驟大體相同。以南方測繪儀器公司的GPS數(shù)據(jù)處理軟件GPSPro Ver4.0為例，其基線解算流程如圖1所示。

2 基線解算的質(zhì)量控制

質(zhì)量控制包括質(zhì)量評定和質(zhì)量控制兩方面?；€解算結(jié)果的質(zhì)量通過一系列質(zhì)量控制指標(biāo)來評定，而基線解算結(jié)果質(zhì)量的改善則是通過基線的精化處理來實現(xiàn)［2]?；€解算主要由以下指標(biāo)來進行質(zhì)量控制。

1）數(shù)據(jù)剔除率

在基線解算時，如果觀測值的改正數(shù)大于某一個閾值，就認為該觀測值含有粗差，需要剔除。它從某一方面反映了GPS原始觀測值的質(zhì)量。數(shù)據(jù)剔除率越高，說明觀測值的質(zhì)量越差。根據(jù)GB／T 18314－2009，同一時段觀測值的數(shù)據(jù)剔除率小于10%.

2）同步環(huán)閉合差

由于同步觀測基線間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，使得其值在理論上應(yīng)為0.但在實際的工程應(yīng)用中所采用的商業(yè)軟件的基線解算模式為單基線模式，同步環(huán)閉合差通常為一個微小量，并不一定為0.如果同步環(huán)閉合差超限，則說明組成同步環(huán)的基線中至少存在一條基線向量是錯誤的；反過來，如果同步環(huán)閉合差沒有超限，還不能說明組成同步環(huán)的所有基線其質(zhì)量是合格的。

3）異步環(huán)閉合差

當(dāng)異步環(huán)閉合差滿足限差要求時，則表明組成異步環(huán)的基線向量的質(zhì)量是合格的；當(dāng)異步環(huán)閉合差不滿足限差要求時，則表明組成異步環(huán)的基線向量中至少有一條基線向量的質(zhì)量不合格，要確定出哪些基線向量的質(zhì)量不合格，可以通過綜合分析多個相鄰的異步環(huán)或重復(fù)基線來進行。

4）重復(fù)基線長度較差

重復(fù)基線較差是評定基線結(jié)果質(zhì)量非常有效的指標(biāo)，當(dāng)其超限時，就表明重復(fù)基線中一定存在質(zhì)量不滿足要求的基線。通過一條基線三次以上的復(fù)測結(jié)果，通常能夠確定出存在質(zhì)量問題的基線，流程圖如圖1所示。

圖1 基線解算流程

5）單位權(quán)方差

當(dāng)觀測值的權(quán)陣確定時，單位權(quán)方差的數(shù)值就取決于觀測值的殘差，殘差越大，其數(shù)值也越大。

6）Ratio值

Ratio值反映了所確定出的整周模糊度參數(shù)的可靠性，該值始終≥1.這一指標(biāo)取決于多種因素，既與觀測值的質(zhì)量有關(guān)，也與觀測條件的好壞有關(guān)。通常要求Ratio≥3.

7）RDOP值

RDOP值的大小與觀測時段、基線位置和衛(wèi)星在空間中的幾何分布及運行軌跡有關(guān)。RDOP值反映了觀測期間GPS衛(wèi)星星座的狀態(tài)對相對定位的影響，不受觀測值質(zhì)量的影響。

8）觀測值殘差的RMS

RMS是一個內(nèi)符合精度指標(biāo)，RMS小，內(nèi)符合精度高，RMS大，內(nèi)符合精度差。RMS與結(jié)果質(zhì)量有一定的關(guān)系，結(jié)果質(zhì)量不好時，RMS會較大，但是RMS大并不代表結(jié)果質(zhì)量不好。

在實際工程應(yīng)用中，往往將異步環(huán)閉合差和重復(fù)基線長度較差作為絕對指標(biāo)［3－4]來評定基線解算結(jié)果的質(zhì)量，而其他指標(biāo)只是作為相對指標(biāo)來參考使用，并不能最終確定成果的質(zhì)量。

3 影響基線解算結(jié)果的因素及精化處理方法和應(yīng)用實例

通過對新疆某地GPS控制網(wǎng)的施測和解算，分析了影響基線解算結(jié)果的基本因素，并給出了相應(yīng)的精化處理方法。

1）少數(shù)衛(wèi)星觀測時間太短，導(dǎo)致這些衛(wèi)星的整周未知數(shù)無法準(zhǔn)確確定。精化處理方法：直接刪除該衛(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)，不讓它們參加基線解算，以保證基線解算結(jié)果的質(zhì)量。判斷這類問題最直接的方法是查看衛(wèi)星的可見性圖，如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星的可見性圖

2）存在未探測出或未正確修復(fù)的周跳。精化處理方法：刪除周跳嚴重的時間段。判斷這類問題可以通過衛(wèi)星的信噪比曲線查看，如圖3為R02號衛(wèi)星的信噪比，期間存在明顯的周跳。

3）多路徑效應(yīng)。多路徑效應(yīng)往往造成觀測值殘差較大，可以通過縮小編輯因子的方法剔除，一般設(shè)在2.5～3.5之間；也可以直接刪除多路徑效應(yīng)嚴重的時間段或衛(wèi)星。如圖4所示，將有多路徑效應(yīng)的時間段直接刪除。

4）對流層或電離層折射影響過大。通常采用提高衛(wèi)星截止高度角、和選擇不同的觀測組合方案來提高解算質(zhì)量。如圖5所示，基線XY24－XY12用L1的觀測組合方案解算時，雖然方差比達到了100，但基線解算不合格，手動設(shè)置為LC組合方案后基線解算合格，方差比仍然為100，如圖6所示。

5）參考衛(wèi)星選取不適當(dāng)。解算軟件一般會自動選取觀測數(shù)據(jù)最多、周跳最少且高度角較高的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星，但受觀測條件的影響，軟件的選擇未必合理。當(dāng)參考衛(wèi)星選擇不合理時，也會影響基線解算的質(zhì)量，必須根據(jù)衛(wèi)星預(yù)報、野外觀測記錄和衛(wèi)星的可見性圖，手動重設(shè)觀測時間長、殘差小的衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星。如圖7所示，基線XY17－0347解算時軟件自動選取20號衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星解算，雖然方差比為100，但基線結(jié)果不合格，手動選取32號衛(wèi)星作為參考衛(wèi)星后，基線解算結(jié)果合格，如圖8所示。

圖6 XY24－XY12基線解算方案2

4 結(jié) 論

基線解算的質(zhì)量直接影響著后續(xù)平差處理的結(jié)果和精度，依據(jù)基線解算的質(zhì)量控制指標(biāo)，及時發(fā)現(xiàn)問題，并根據(jù)實際情況采取措施，確保野外觀測質(zhì)量。

如果基線解算質(zhì)量不合格，通過精化處理方法重新解算可以得到質(zhì)量合格的基線解算結(jié)果，以減少野外返工。

基線解算時采用的刪除衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)、刪除周跳嚴重時間段、選擇參考衛(wèi)星等措施，一定要慎重，要多比較和試驗，選擇質(zhì)量最佳的解算結(jié)果。

［1]張 偉.GPS基線解算的優(yōu)化處理［J].山東煤炭科技，2010（3）：160－161.

［2]李征航，黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理［M].2版.武漢：武漢大學(xué)出版社，2010.

［3]杜拴寶.GPS基線解算質(zhì)量控制研究［J].科技情報開放與經(jīng)，2010，20（14）：199－201.

［4]王國祥.GPS基線解算與質(zhì)量控制［J].鐵道勘察，2005（6）：7－10.