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摘 要：GNSS測(cè)量是用接收機(jī)與天線組成的測(cè)量系統(tǒng)，接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)空間定位的高新測(cè)量技術(shù)，它為定位測(cè)量提供了一種嶄新的手段。一般而言，GNSS具有全天后作業(yè)，觀測(cè)簡(jiǎn)便，布網(wǎng)自由（無須站間通視），觀測(cè)與數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化程度高，同時(shí)提供三維坐標(biāo)，定位精度高等共性特點(diǎn)。該文從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)我院多年來使用GNSS測(cè)量技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)，探討GNSS測(cè)量技術(shù)在施工測(cè)量控制網(wǎng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GNSS測(cè)量 施工測(cè)量控制網(wǎng) 基線向量 可靠性

中圖分類號(hào)：P227 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）06（b）-0087-02

GNSS測(cè)量同樣存在各種誤差影響，除衛(wèi)星與接收機(jī)方面的時(shí)鐘誤差、軌道誤差外，衛(wèi)星信號(hào)在傳播過程中要受到電離層、對(duì)流層以及環(huán)境條件的影響。我國(guó)地域廣大，地區(qū)性環(huán)境條件差異也大。就云南高原山區(qū)而言，海拔高，地形起伏，相對(duì)高差大；立體型氣候、氣溫差異大，這對(duì)GNSS觀測(cè)有著不同程度的影響，因此，針對(duì)不同的環(huán)境條件作些研究和探討是有益的。

中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司引進(jìn)了1套（四臺(tái)）Trimble R7 GNSS測(cè)量系統(tǒng)，Trimble R7 GNSS系統(tǒng)把多通道、多頻帶的GNSS接收機(jī)與超高頻電臺(tái)集為一體，可實(shí)現(xiàn)最大靈活性、最佳精度和最高生產(chǎn)率。該單位分別在云南省祿勸縣甲巖水電站，昆明市牛欄江引水工程和云南省滇中引水工程布設(shè)了GNSS施工測(cè)量控制網(wǎng)。該文結(jié)合觀測(cè)情況，對(duì)GNSS基線成果的可靠性問題作些探討。

1 基線處理簡(jiǎn)述

GNSS測(cè)量為載波信號(hào)、測(cè)距碼與導(dǎo)航數(shù)據(jù)。將各接收機(jī)同步觀測(cè)的信號(hào)匯集到計(jì)算機(jī)后，經(jīng)基線處理軟件解算，提供每?jī)蓽y(cè)站之間的基線向量?；€向量在WGS-84坐標(biāo)下以dx，dy，dz三個(gè)分量表示，也可以轉(zhuǎn)換為基于橢球的斜距、方位角與大地高差三分量形式。

基線采用Trimble Business Center（TBC）軟件自動(dòng)方式處理。其解算過程是：首先作三差處理，求取未知參數(shù)初始值；接著進(jìn)行周跳修復(fù)；求雙差浮動(dòng)解；尋找整周未知數(shù)N并進(jìn)行探查解算。如果能找到可靠的整數(shù)N，便求出雙差固定解。

從理論上講，整周未知數(shù)N是一個(gè)整數(shù)，由于存在誤差影響，解得的整周未知數(shù)往往不是整數(shù)。以此直接求得的解稱作雙差實(shí)數(shù)解（浮動(dòng)解），一般對(duì)于小于20km的短基線以固定解最好，對(duì)于大于20km的基線宜取用浮動(dòng)解。此次布設(shè)的GNSS網(wǎng)是以工程應(yīng)用為目的，主要是滿足工程施工測(cè)量過程中的放樣工作，所以基線長(zhǎng)均在3km以下。

2 GNSS基線成果可靠性檢測(cè)指標(biāo)與方法

鑒別基線優(yōu)劣，可以從單條基線質(zhì)量、同步環(huán)和異步環(huán)閉和差以及網(wǎng)平差三個(gè)不同層次予以檢核。

用Trimvec-plus軟件解算的基線，同時(shí)提供rms，RDOP，ratio和rejected等質(zhì)量指標(biāo)。其中rms是基線平差計(jì)算后的驗(yàn)后中誤差，單位為載波波長(zhǎng)（周），主要用于衡量觀測(cè)質(zhì)量，能反映出質(zhì)量觀測(cè)噪音、周跳修復(fù)程度、觀測(cè)改正模型誤差等綜合因素的影響，同時(shí)與基線長(zhǎng)短也相關(guān)。其值越小越好。

RDOP稱作相對(duì)定位幾何精度因子，其定義式為：

RDOP=

分子為基線三個(gè)分量的方差之和，基線分母為方差。它類似于PDOP，主要表達(dá)在相對(duì)定位中，衛(wèi)星星座的幾何結(jié)構(gòu)與基線長(zhǎng)短無關(guān)，構(gòu)成星座的衛(wèi)星數(shù)多，圖形強(qiáng)度又好，那么RDOP就小，測(cè)量誤差對(duì)基線成果的影響就越小。

ratio是一個(gè)比值，在作整周未知數(shù)N的探查中，采取舍入取整與加減一、二周的方法進(jìn)行探查性試算，從中選取殘差平方和最小的一組作為分母，次好的一組作為分子，此值越大，N的推測(cè)結(jié)果越好，經(jīng)驗(yàn)證明當(dāng)ratio大于3.0時(shí)，固定雙差解的置信水平就高。就數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而言，這是類似于F檢驗(yàn)的方法。

至于rejected是時(shí)段中被剔除的劣質(zhì)觀測(cè)值數(shù)目，一般取它與觀測(cè)值總數(shù)的比值（%）形成觀測(cè)值剔除率。反映觀測(cè)值優(yōu)劣比，一般剔除率在10%以內(nèi)。比值太高，說明在有限的觀測(cè)值中，用于解算基線的多余觀測(cè)數(shù)目就越少，同樣也會(huì)影響基線解的質(zhì)量。此外，比較一下基線雙差固定解與雙差浮動(dòng)解之間的坐標(biāo)差亦可進(jìn)一步確認(rèn)固定解的質(zhì)量。當(dāng)二者相差在幾厘米之內(nèi)，固定解優(yōu)于浮動(dòng)解；若相差較大，則成果可能有疑，應(yīng)進(jìn)一步分析。

根據(jù)理論分析與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要質(zhì)量指數(shù)推算值如表1所示。

一般而言，浮動(dòng)雙差解的RDOP值比固定雙差解大，若RDOP小于0.4米/周，說明固定雙差解較好。以上是就單條基線質(zhì)量而言。當(dāng)GNSS網(wǎng)觀測(cè)到能構(gòu)成閉合環(huán)路線時(shí)，閉合環(huán)檢核是基線成果可靠性的最有效的方法。同步環(huán)閉合差可以檢測(cè)時(shí)段中基線的內(nèi)附和狀況，但其中可能存在誤差互補(bǔ)性掩蓋現(xiàn)象。不同時(shí)段之間組成的異步環(huán)對(duì)檢測(cè)基線可靠性最為有效。隨機(jī)軟件中的TCLOSE程序?qū)Ｓ糜谧鏖]合差計(jì)算，同時(shí)可提供分量閉合差值，閉合環(huán)全長(zhǎng)及全長(zhǎng)相對(duì)閉合差（PPM）供分析評(píng)價(jià)。當(dāng)GNSS網(wǎng)基線觀測(cè)到一定數(shù)量時(shí)，便可將基線成果掛在項(xiàng)目名下，用隨機(jī)平差軟件Trimnet進(jìn)行自動(dòng)構(gòu)網(wǎng)和平差試算，次工作可以逐日將基線成果加入，在構(gòu)網(wǎng)中能提供多路徑閉合環(huán)檢測(cè)，對(duì)基線作取舍編輯處理。逐日試算，可以從平差結(jié)果的點(diǎn)位指標(biāo)，點(diǎn)位誤差橢圓，觀測(cè)直方圖中進(jìn)行整體判斷，進(jìn)一步作出基線質(zhì)量評(píng)價(jià)。單條基線質(zhì)量檢核，閉合差檢測(cè)，網(wǎng)平差結(jié)果評(píng)價(jià)，三重關(guān)口檢測(cè)保證了構(gòu)網(wǎng)基線的質(zhì)量。

3 施工測(cè)量控制網(wǎng)環(huán)境條件及基線成果可靠性統(tǒng)計(jì)

所做的三個(gè)施工測(cè)量控制網(wǎng)分布在不同的海拔、地理環(huán)境、氣象條件下。其中K網(wǎng)位于滇中引水中段，平均海拔2300m，邊長(zhǎng)由幾百米到幾公里不等，一般均在2公里以下，分布在有森林、水域、稻田的郊野，主要用于不同季節(jié)多次重復(fù)觀測(cè)對(duì)比試驗(yàn)。X網(wǎng)較小，控制面積約四個(gè)平方公里，平均海拔800m，邊長(zhǎng)在500米至1200米左右，整網(wǎng)位于峽谷地區(qū)，落差較大，觀測(cè)時(shí)間為八月份，平均氣溫在30℃左右，主要用于與原有膨脹土地變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的對(duì)比試驗(yàn)。Y網(wǎng)位于牛欄江靠近曲靖地區(qū)，沿河邊右岸有一條公路通過測(cè)區(qū)，點(diǎn)位布在海拔1700～1800米左右，原有控制點(diǎn)分布在海拔2300米以上的高山上。分別于8月份（平均氣溫29℃）和12月份（平均氣溫8℃）觀測(cè)。邊長(zhǎng)最短的有300米，最長(zhǎng)的有4500米，一般1500米左右的居多。主要用于探察低海拔河谷區(qū)、高差大，氣象條件差異大的環(huán)境下GNSS觀測(cè)效果。

施工測(cè)量控制網(wǎng)多數(shù)采用四站同步時(shí)段觀測(cè)，少量為雙測(cè)站單基線，取截止高度角≥15°，時(shí)段平均為90分鐘，PDOP≤6。三個(gè)施工測(cè)量控制網(wǎng)共觀測(cè)了56個(gè)同步時(shí)段（包括重復(fù)設(shè)站，重復(fù)邊）共計(jì)166條基線，同步基線存在如下情況。

（1）同步時(shí)段中，基線均為固定雙差解，閉合差滿足設(shè)計(jì)要求的占基線總數(shù)的65%。（2）同步環(huán)中提供有固定解和浮動(dòng)解兩種基線，或三條基線均為浮動(dòng)解，且閉合差合格的采用基線占總數(shù)的14%。（3）在閉合差不合格的同步環(huán)中取用的合格基線占基線總數(shù)的10%。（4）廢棄基線占總數(shù)的11%。

由以上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：（1）三種環(huán)境條件綜合統(tǒng)計(jì)的平均水平，獲得固定雙差解的比率約為75%左右，可采用的浮動(dòng)解的比率為15%左右。（2）同樣的儀器，基線觀測(cè)成功率與環(huán)境條件關(guān)系較大。在環(huán)境條件較差的情況下，對(duì)多路徑現(xiàn)象，微波干擾，同步衛(wèi)星數(shù)，氣象條件等可采取計(jì)劃觀測(cè)時(shí)間，加測(cè)氣溫氣壓，加設(shè)多路徑屏蔽措施，適當(dāng)延長(zhǎng)同步觀測(cè)時(shí)間，可望得到改善。

4 施工測(cè)量控制網(wǎng)基線可靠性分析

施工測(cè)量控制網(wǎng)中凡是ratio值大于3.0者，rms又在上述推算指數(shù)以內(nèi)，經(jīng)閉合差、構(gòu)網(wǎng)檢測(cè)采用率達(dá)100%，這說明不管同步環(huán)是否閉合經(jīng)ratio檢驗(yàn)合格的固定雙差解單基線的置信水平很高，是檢驗(yàn)基線可靠性最簡(jiǎn)便、最有效的方法，在構(gòu)網(wǎng)中可以大膽取用。個(gè)別情況伴以rsm偏大，多數(shù)觀測(cè)噪音偏高或基線太長(zhǎng)所致，應(yīng)以閉合差進(jìn)一步檢核。如果得不出基線固定解，但rsm較小，RDOP值又適合，經(jīng)閉合差檢測(cè)也合格，這可能屬基線太長(zhǎng)，觀測(cè)數(shù)據(jù)不足或可測(cè)衛(wèi)星數(shù)目不多所致，此時(shí)取用浮動(dòng)解是可信的。當(dāng)rsm較大，說明數(shù)據(jù)噪音大或基線太長(zhǎng)，同時(shí)伴以RDOP值偏高，同步環(huán)閉合差檢核多數(shù)要失敗，偶有合格者，務(wù)必再作異步環(huán)閉合檢查，防止粗差互補(bǔ)性掩蓋現(xiàn)象。當(dāng)觀測(cè)時(shí)段較長(zhǎng)（一般在120分鐘以上），有時(shí)基線三差解優(yōu)于雙差浮動(dòng)解，三差解成果必須經(jīng)閉合差檢核方可采用。對(duì)閉合差檢核失敗的同步環(huán)，經(jīng)rsm、RDOP分析有可能存在單條基線的浮動(dòng)解可取情況，此時(shí)最有效的檢測(cè)方法仍然是異步環(huán)閉合差檢核。

5 結(jié)語(yǔ)

GNSS外業(yè)觀測(cè)經(jīng)解算后的成果是基線向量，它是構(gòu)成GNSS網(wǎng)的基礎(chǔ)。GNSS網(wǎng)的優(yōu)劣主要賴于基線質(zhì)量與提供多余基線的數(shù)量，它與網(wǎng)的幾何形狀無關(guān)。因此，GNSS網(wǎng)的質(zhì)量與基線質(zhì)量關(guān)系緊密相關(guān)。由于觀測(cè)要受到各種環(huán)境條件的影響，基線出現(xiàn)劣質(zhì)解是難免的，不能期望GNSS觀測(cè)完美無缺。觀測(cè)條件不同，基線成功率也有差異。構(gòu)成同步環(huán)的基線，凡是ratio值檢測(cè)成功的固定雙差解，置信度高，可大膽取用。經(jīng)異步環(huán)閉合差檢核合格的浮動(dòng)雙差解也是可信的。根據(jù)工作進(jìn)程，對(duì)當(dāng)天觀測(cè)的解算結(jié)果按單條基線的ratio、rms、RDOP分析、同步環(huán)閉合差檢核可基本判定基線的可靠度。異步環(huán)閉合差是基線可靠性檢測(cè)的最有效的方法。在整網(wǎng)GNSS構(gòu)網(wǎng)中還可以根據(jù)網(wǎng)平差的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)來剔除個(gè)別誤差較大的基線。單條基線判斷、閉合差檢核、平差網(wǎng)檢驗(yàn)構(gòu)成了基線可靠性的檢驗(yàn)體系。在環(huán)境條件較差的情況下，要特別注意多路徑現(xiàn)象、強(qiáng)電場(chǎng)干擾、同步衛(wèi)星數(shù)量。加測(cè)氣溫氣壓，適當(dāng)增加同步觀測(cè)時(shí)間，必要時(shí)對(duì)劣質(zhì)解實(shí)施手動(dòng)精化處理，有可能提高基線的成功率。

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