周興來(lái) 吳國(guó)強(qiáng)

（1、河南省時(shí)代測(cè)繪技術(shù)有限公司，河南 鄭州 450000 2、義煤集團(tuán)公司新義煤礦，河南 洛陽(yáng) 471000）

引言

在GPS 定位數(shù)據(jù)處理工作中，占用處理時(shí)間最長(zhǎng)，工作量最大的是GPS 基線(xiàn)解算?；€(xiàn)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(píng)價(jià)基線(xiàn)解算的質(zhì)量，及時(shí)對(duì)不理想基線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化處理就顯得很重要。本文以Gpsadj 軟件為例，對(duì)GPS 靜態(tài)基線(xiàn)解算的質(zhì)量評(píng)價(jià)及優(yōu)化處理方法進(jìn)行了探討，以供同行參考。

1 基線(xiàn)解算質(zhì)量評(píng)價(jià)要素

Gpsadj 軟件中，基線(xiàn)解算結(jié)果有4 項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，即基線(xiàn)解的類(lèi)型，基線(xiàn)解的方差比值，同步環(huán)、異步環(huán)閉合差和重復(fù)基線(xiàn)長(zhǎng)度檢核。我們根據(jù)這些質(zhì)量要素對(duì)基線(xiàn)解算進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.1 基線(xiàn)解的類(lèi)型

基線(xiàn)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(jì)算中的待定參數(shù)來(lái)加以估計(jì)和確定的。解算整周模糊度的能力與基線(xiàn)的長(zhǎng)度有關(guān)，獲得全部模糊度參數(shù)整數(shù)解的結(jié)果稱(chēng)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(chēng)為雙差浮點(diǎn)解，對(duì)于較長(zhǎng)的基線(xiàn)（30km 以上的基線(xiàn)），固定解和浮點(diǎn)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(shí)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(shuō)明整周未知數(shù)可靠性越高；方差比值越小，說(shuō)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(xiàng)最重要的指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)組成環(huán)路的所有基線(xiàn)是否含有粗差的重要依據(jù)。

1.4 重復(fù)基線(xiàn)長(zhǎng)度檢核

重復(fù)基線(xiàn)是指同一條基線(xiàn)邊觀(guān)測(cè)了多個(gè)時(shí)段得到的多個(gè)基線(xiàn)邊。對(duì)重復(fù)基線(xiàn)邊的長(zhǎng)度檢核也是評(píng)價(jià)某條基線(xiàn)是否含有粗差的重要依據(jù)。

2 基線(xiàn)解算的質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 利用解類(lèi)型評(píng)價(jià)

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

2.2 根據(jù)方差比值（Ratio）評(píng)價(jià)

方差比值是評(píng)價(jià)基線(xiàn)解算質(zhì)量的重要指標(biāo)，比值越高，說(shuō)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(píng)價(jià)

在Gpsadj 軟件中，每個(gè)同步環(huán)和異步環(huán)都有三個(gè)方向的閉合差及邊長(zhǎng)閉合差和相對(duì)誤差。GPS 測(cè)量技術(shù)規(guī)程對(duì)同步環(huán)坐標(biāo)分量及環(huán)線(xiàn)全長(zhǎng)相對(duì)閉合差進(jìn)行了規(guī)定，如果達(dá)不到規(guī)范要求，應(yīng)對(duì)基線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化處理。

2.4 依據(jù)重復(fù)基線(xiàn)長(zhǎng)度檢核評(píng)價(jià)

在Gpsadj 軟件中，可以查看控制網(wǎng)中所有的重復(fù)基線(xiàn)。GPS 測(cè)量技術(shù)規(guī)程對(duì)不同觀(guān)測(cè)時(shí)段的基線(xiàn)邊的互差進(jìn)行規(guī)定，差值不應(yīng)小于相應(yīng)級(jí)別規(guī)定精度。如果超限應(yīng)對(duì)含有粗差的基線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化處理。

3 基線(xiàn)解算優(yōu)化處理方法

在基線(xiàn)解算之前，設(shè)置好該項(xiàng)目采用的坐標(biāo)系、控制網(wǎng)等級(jí)等屬性參數(shù)。首先按照Gpsadj軟件中的缺省參數(shù)對(duì)基線(xiàn)進(jìn)行自動(dòng)處理，然后打開(kāi)基線(xiàn)解算結(jié)果，查看基線(xiàn)解算情況，對(duì)基線(xiàn)質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。當(dāng)有不理想基線(xiàn)時(shí)，應(yīng)做優(yōu)化處理，處理方法如下。

圖1 基線(xiàn)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(zhǎng)值為5 °。如果解算基線(xiàn)失敗，先核實(shí)連續(xù)觀(guān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短、觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)多少和圖形強(qiáng)度因子PDOP 值大小。如果同步觀(guān)測(cè)衛(wèi)星數(shù)較多（6 顆以上）、同步觀(guān)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)（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(duì)基線(xiàn)同步觀(guān)測(cè)時(shí)間較短，采集的數(shù)據(jù)量較少時(shí)，可縮短歷元間隔，讓更多的歷元數(shù)據(jù)參與解算。同步觀(guān)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，采集的數(shù)據(jù)量大，要增加歷元間隔 ，能有效的跳過(guò)因?yàn)橥饨绺蓴_而失鎖的區(qū)域。

3.3 剔除無(wú)效歷元

通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)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(hào)在圖左端顯示。連續(xù)線(xiàn)中斷處表示當(dāng)時(shí)衛(wèi)星信號(hào)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(wú)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(wú)效歷元后的基線(xiàn)。

圖2 數(shù)據(jù)編輯窗口中單個(gè)測(cè)站衛(wèi)星數(shù)據(jù)圖

圖3 編輯窗口中剔除無(wú)效歷元后單個(gè)測(cè)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(jiàn)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(duì)于短基線(xiàn)，觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)量較小時(shí)，采用LAMBDA 法解算效果會(huì)比較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

4.1 對(duì)基線(xiàn)解算質(zhì)量的評(píng)價(jià)應(yīng)全面綜合考慮。

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

4.3 基線(xiàn)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(guān)測(cè)時(shí)間和觀(guān)測(cè)質(zhì)量。

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

[2]徐紹銓等.GPS 測(cè)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(cè)繪科學(xué)第30 卷第3 期，2005.6