李興

摘要：本文針對(duì)GPS工程測(cè)量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)，進(jìn)行多角度分析，并簡(jiǎn)要介紹了加強(qiáng)GPS工程測(cè)量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評(píng)估的重要性，提出GPS工程測(cè)量網(wǎng)質(zhì)量評(píng)估要素與方法，可以提升GPS工程測(cè)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?yàn)橄嚓P(guān)工作人員提供一定的參考與借鑒。

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

GPS定位技術(shù)在工程測(cè)量中應(yīng)用廣泛，具備定位精度高、觀測(cè)效率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。為了進(jìn)一步提升GPS工程測(cè)量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理效率，強(qiáng)化質(zhì)量評(píng)估，本文重點(diǎn)探討GPS工程測(cè)量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評(píng)估。

1. GPS工程測(cè)量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理要點(diǎn)

第一，粗加工處理。在基線解算前，相關(guān)人員可從接收機(jī)中下載初步觀測(cè)數(shù)據(jù)，重點(diǎn)包括觀測(cè)值文件與星歷參數(shù)文件等，部分接收機(jī)能夠輸出測(cè)站基本信息文件與UTC參數(shù)文件。系統(tǒng)讀入GPS觀測(cè)數(shù)值之后，相關(guān)人員還要對(duì)各項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢驗(yàn)，主要檢驗(yàn)各個(gè)測(cè)站的名稱與點(diǎn)號(hào)，包括測(cè)站具體坐標(biāo)與天線高等一系列內(nèi)容。

第二，加強(qiáng)預(yù)處理。針對(duì)兩臺(tái)或者兩臺(tái)以上的接收機(jī)同步觀測(cè)數(shù)值，需要對(duì)各基線向量評(píng)價(jià)計(jì)算值進(jìn)行預(yù)處理。通過(guò)加強(qiáng)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(guò)認(rèn)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(jì)算做充足準(zhǔn)備。

在預(yù)處理過(guò)程中，相關(guān)人員要加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸，將GPS接收機(jī)所記錄的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，快速傳遞到磁盤中。數(shù)據(jù)傳輸后，還要進(jìn)行分流處理，在原始記錄數(shù)據(jù)當(dāng)中利用解碼器，將不同類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，對(duì)于無(wú)效數(shù)據(jù)與冗余數(shù)據(jù)，及時(shí)剔除，形成更加穩(wěn)定的信息文件。

對(duì)于不同類型接收機(jī)所記錄的各項(xiàng)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(xiàng)擬合方法，結(jié)合GPS衛(wèi)星所發(fā)出的軌道參數(shù)，加強(qiáng)衛(wèi)星軌道標(biāo)準(zhǔn)化處理，在數(shù)據(jù)預(yù)處理期間，如果發(fā)現(xiàn)明顯錯(cuò)誤的觀測(cè)數(shù)值，要立即改正，保證數(shù)據(jù)更加精確[1]。

2. GPS工程測(cè)量網(wǎng)測(cè)量要點(diǎn)

2.1 GPS工程測(cè)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(shí)時(shí)差，準(zhǔn)確分解出待測(cè)站點(diǎn)三維空間坐標(biāo)，由于GPS技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。GPS基準(zhǔn)站主要由三部分構(gòu)成，分別是基準(zhǔn)站、流動(dòng)站與無(wú)線電通信體系等。流動(dòng)站主要包括GPS接收機(jī)、GPS天線與無(wú)線電通信接聽系統(tǒng)以及供GPS接收機(jī)與無(wú)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(guò)運(yùn)用GPS工程測(cè)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(cè)量人員要科學(xué)設(shè)置基準(zhǔn)站，將基準(zhǔn)站設(shè)置在已知點(diǎn)之上，當(dāng)然，也可設(shè)置在未知點(diǎn)上?；鶞?zhǔn)站設(shè)置好后，連接GPS接收機(jī)與GPS天線，電臺(tái)主機(jī)和電臺(tái)天線保持穩(wěn)定連接后，將GPS接收機(jī)與電臺(tái)連接。GPS天線和無(wú)線電發(fā)射天線保持3m距離，最后將電瓶與電臺(tái)穩(wěn)定連接，將手薄和基準(zhǔn)站主機(jī)連接好，設(shè)置基準(zhǔn)線。

第二，設(shè)置完畢后，返回到主菜單，測(cè)量人員需要在主菜單中選擇“測(cè)量—測(cè)量形式—測(cè)量點(diǎn)”，選好后，準(zhǔn)確輸入需要測(cè)量的測(cè)點(diǎn)名稱，包括其點(diǎn)號(hào)，在方法當(dāng)中，結(jié)合具體情況，選取測(cè)量控制點(diǎn)、地形點(diǎn)與快速點(diǎn)，做好校正工作。針對(duì)觀測(cè)次數(shù)，可結(jié)合具體需求，在選項(xiàng)當(dāng)中選擇最終的測(cè)量時(shí)間，等流動(dòng)站初始化完成后，按下測(cè)量鍵進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)開展坐標(biāo)采集。

第三，因?yàn)镚PS測(cè)量的是WGS-84坐標(biāo)，在真實(shí)的工程施工當(dāng)中，需要使用平面坐標(biāo)。因此，在正式測(cè)量之前，測(cè)量人員還要做好坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工作。在已知點(diǎn)上采集WGS-84坐標(biāo)，然后校正，通常來(lái)講，測(cè)量人員需要在已知平面坐標(biāo)三個(gè)以上控制點(diǎn)上測(cè)出WGS-84坐標(biāo)，并詳細(xì)記錄在冊(cè)，在控制器測(cè)量子菜單中選取“點(diǎn)校正”，開始坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

2.3 GPS工程測(cè)量注意事項(xiàng)

GPS工程網(wǎng)測(cè)量要求比較高，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，為了更好地提升測(cè)量精度，要求測(cè)量人員注意測(cè)量細(xì)節(jié)問題，每次測(cè)量完畢后，均需要對(duì)儀器進(jìn)行對(duì)中、整平，此項(xiàng)工作雖然簡(jiǎn)單，但是對(duì)最終測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大。因此，在GPS工程測(cè)量期間，測(cè)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(cè)之前，需要進(jìn)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(cè)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(shí)調(diào)整，恢復(fù)到原來(lái)數(shù)值。

第二，在測(cè)量觀測(cè)之前，測(cè)量人員還要加強(qiáng)星歷預(yù)報(bào)，結(jié)合B級(jí)、C級(jí)網(wǎng)的技術(shù)要求，包括衛(wèi)星狀況，加強(qiáng)規(guī)劃，并合理確定觀測(cè)時(shí)段，對(duì)原有任務(wù)單進(jìn)行有效調(diào)整。

第三，在測(cè)量觀測(cè)過(guò)程當(dāng)中，測(cè)量人員要認(rèn)真聽從項(xiàng)目的派遣，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，順利完成觀測(cè)，若具備通信條件，要保持電話聯(lián)系，如果無(wú)通信條件，則需要按照約定時(shí)間有序進(jìn)行施測(cè)。GPS測(cè)量期間，若遇到異常情況，要及時(shí)向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。

第四，測(cè)量人員到達(dá)測(cè)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(duì)準(zhǔn)GPS樁十字分劃，在安置天線的過(guò)程中，保證天線指北標(biāo)志指北。

第五，在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)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(yùn)行狀態(tài)，并及時(shí)調(diào)整，避免儀器設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中無(wú)故關(guān)機(jī)。

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

第七，測(cè)量結(jié)束后，測(cè)量人員要對(duì)各項(xiàng)儀器設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，保證下次能夠正常使用，延長(zhǎng)測(cè)量?jī)x器設(shè)備的使用壽命。

3. GPS工程測(cè)量網(wǎng)質(zhì)量評(píng)估要素與方法

3.1基線運(yùn)算方法評(píng)估要素

（1）準(zhǔn)確校核重復(fù)基線的長(zhǎng)度。針對(duì)同一基線邊多個(gè)時(shí)段進(jìn)行綜合觀測(cè)，能夠準(zhǔn)確獲得多個(gè)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(guò)對(duì)重復(fù)基線進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，能夠提高GPS工程測(cè)量網(wǎng)質(zhì)量評(píng)估效率。

（2）進(jìn)行方差比值。方差比值能夠準(zhǔn)確反映出整個(gè)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(shuō)明可靠度好。

（3）計(jì)算同步環(huán)與異步環(huán)閉合差。GPS工程測(cè)量網(wǎng)精度評(píng)估的核心指標(biāo)是計(jì)算同步環(huán)與異步環(huán)閉合差，進(jìn)而準(zhǔn)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(gè)測(cè)站GPS同步觀測(cè)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)分析這些觀測(cè)信息，合理確定出各個(gè)測(cè)站間的坐標(biāo)差，確定基線向量，找到誤差產(chǎn)生原因。利用數(shù)學(xué)模型分析基線解算，具體如下：

第一，單基線解。GPS接收機(jī)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的同步觀測(cè)之后，相鄰兩臺(tái)接收機(jī)間會(huì)形成基線向量，開展同步觀測(cè)，相關(guān)人員能夠精確選出同步觀測(cè)基線，在選擇獨(dú)立基線的過(guò)程中，每條基線不能形成閉合環(huán)即可。簡(jiǎn)單來(lái)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(guò)同步觀測(cè)后，獨(dú)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(cè)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(jiǎn)單，但是采用此種解算方法，最終所獲得的解算結(jié)果無(wú)法完全反映基線之間的誤差特性，對(duì)后續(xù)的網(wǎng)平差處理影響較大，在普通等級(jí)的GPS網(wǎng)測(cè)設(shè)當(dāng)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(cè)基線誤差的相關(guān)性，基線解算過(guò)程中，相關(guān)人員能夠?qū)ν接^測(cè)所獲得的獨(dú)立基線進(jìn)行統(tǒng)一解算。采用多基線解方式，能夠幫助相關(guān)人員進(jìn)一步了解各個(gè)觀測(cè)基線之間的誤差相關(guān)性，更為嚴(yán)謹(jǐn)。

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

3.3質(zhì)量評(píng)價(jià)

對(duì)于相關(guān)工作人員來(lái)講，利用Gpsadj軟件能夠清晰地看到測(cè)量控制網(wǎng)內(nèi)部各條重復(fù)基線，當(dāng)基線邊差值小于相同級(jí)別對(duì)應(yīng)精度時(shí)，可對(duì)存在粗差基線進(jìn)行改進(jìn)[3]。在評(píng)價(jià)基線解算質(zhì)量時(shí)，要重點(diǎn)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(shuō)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(duì)誤差，以及三個(gè)不同方向的閉合差與邊長(zhǎng)閉合差等，這些誤差能夠體現(xiàn)在同步環(huán)與異步環(huán)當(dāng)中。針對(duì)不滿足規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求的同步環(huán)坐標(biāo)分量，要求相關(guān)人員進(jìn)行妥善處理，若環(huán)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差也不滿足規(guī)定要求，也需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理。

另外，相關(guān)人員也可以利用解類型評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)合測(cè)量技術(shù)相關(guān)規(guī)范要求得知，針對(duì)雙差固定解與三差解，若不能滿足規(guī)定要求，可對(duì)基線進(jìn)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(diǎn)解方式，提高處理結(jié)果的精確度。若基線范圍超過(guò)30km，在解算的過(guò)程中，可采用三差解[4]。

在WGS-84或者CGCS2000坐標(biāo)系統(tǒng)當(dāng)中，可進(jìn)行無(wú)約束平差或者約束平差，測(cè)量人員要固定一個(gè)點(diǎn)，針對(duì)短基線工程測(cè)量獨(dú)立GPS網(wǎng)，可以選擇一個(gè)點(diǎn)的單點(diǎn)定位解作為其固定坐標(biāo)，形成無(wú)約束平差[4]。如果連測(cè)多個(gè)高等級(jí)國(guó)家GPS點(diǎn)，則可以將全部或者部分作為固定點(diǎn)，開展約束平差。

在分析起算點(diǎn)兼容性的過(guò)程當(dāng)中，測(cè)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(cè)量網(wǎng)的起算點(diǎn)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(shí)測(cè)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(yàn)方法等。上述方法存在不同的優(yōu)缺點(diǎn)，測(cè)量人員在實(shí)際工作中，要結(jié)合具體情況，科學(xué)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(diǎn)分成多組，然后進(jìn)行約束平差處理，并結(jié)合各組平差方案的平差結(jié)果，準(zhǔn)確計(jì)算出起算點(diǎn)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(dāng)中，能夠準(zhǔn)確判斷出起算點(diǎn)兼容性情況[6]。

3.4基線運(yùn)算方法優(yōu)化措施

改進(jìn)基線運(yùn)算處理方法，在基線解算前，相關(guān)人員要合理設(shè)定項(xiàng)目相關(guān)參數(shù)，比如控制網(wǎng)的等級(jí)與坐標(biāo)系等參數(shù)，然后利用軟件當(dāng)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(zhǔn)確評(píng)價(jià)基線結(jié)果質(zhì)量，并改進(jìn)基線運(yùn)算處理方法，具體措施如下：

（1）科學(xué)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(cè)時(shí)間，進(jìn)行有效核實(shí)，若同步觀測(cè)的衛(wèi)星數(shù)量超過(guò)6顆，同步觀測(cè)時(shí)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(qiáng)的高空歷元來(lái)解算。

（2）采用模糊度分解法。在解算整周模糊度的過(guò)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(shí)需觀測(cè)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(wú)效歷元剔除。針對(duì)無(wú)效的衛(wèi)星信號(hào)，可直接剔除，相關(guān)人員需要點(diǎn)擊左側(cè)邊框“觀測(cè)數(shù)據(jù)前面”的“+”符號(hào)，此時(shí)全部觀測(cè)數(shù)據(jù)文件會(huì)完全展開，雙擊一個(gè)觀測(cè)文件，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，拉住歷元中斷部位，將無(wú)效歷元徹底剔除，然后進(jìn)行基線解算，提高數(shù)據(jù)處理效果[8]。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)GPS工程測(cè)量網(wǎng)質(zhì)量評(píng)估要素與方法進(jìn)行全方位分析，例如明確基線運(yùn)算方法評(píng)估要素、基線解算類型、質(zhì)量評(píng)價(jià)、基線運(yùn)算方法優(yōu)化措施等，可以保證GPS工程測(cè)量網(wǎng)數(shù)據(jù)處理與質(zhì)量評(píng)估效果得到明顯提升，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率。

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