基于TBC软件的基线处理及其质量控制

魏 峰，张 健，彭 伟

（长江三峡勘测研究院有限公司（武汉），湖北 武汉 430074）

1 基线向量解算简介

基线向量解算（baseline vector solution）是指在卫星定位中，利用载波相位观测值或其差分观测值，求解两个同步观测的测站之间的基线向量坐标差的过程，是GPS网观测数据处理过程的重要环节。基线解算质量的好坏直接影响到整个控制网的精度。Trimble Business Center（TBC）是美国Trimble公司推出的一整套测绘内业数据处理软件，是专为管理、分析、处理外业测绘数据而设计，支持导入多种数据格式，可以导自动识别GNSS文件格式，直接从接收机或手簿快速导入文件，也可以导入非标准格式的ASCII格式数据。TBC集成了功能强大的可视工具和建模工具，可以利用多种视图全面反映数据信息，具有高效基线处理和网平差的能力。

2 基于TBC软件的基线解算步骤

TBC软件基线解算的流程如图1所示。

2.1 新建工程及工程设置

（1）新建工程，在工程设置中进行工程所在地区的坐标系统和投影带、大地水准模型、单位、基线处理－质量精度的限差以及卫星及高度角的设定。设置页面如图2所示。

（2）工程设定完成后，导入GNSS静态外业观测数。可选择导入天宝DAT格式数据和接收机内的T1、T2文件，也可以导入其他品牌接收机生成的RINEX文件。

选择文件＞导入，找到并选择要导入的数据文件。导入数据后，程序自动打开“接收机原始数据检查”对话框，可对照外业记录检查点名称、天线类型、量高方法和天线高度等，确认信息是否正确，必要时进行编辑更改，检查无误后确定导入。成功导入GNSS静态数据后的程序界面如图3所示。

2.2 基线解算

图1 TBC软件基线解算的流程

图2 工程设置

处理基线之前，需对基线的数据间隔时间进行设定。设定的间隔时间越短，需处理的数据越多，处理时间越长，精度越高。如果选择的间隔时间比外业数据采集间隔时间短，则使用外业数据采集间隔时间。提供时段数据的卫星包括时间界限上的黑线和灰线。黑线表示在基线第一个点采集的数据，灰线表示在基线第二个点采集的数据。

选择测量＞基线处理，基线处理对话框中显示基线处理进度，处理完成后表格列出处理的所有基线，并自动勾选满足精度限差的基线。选中任一条基线，可以查看基线处理的详细报告。确定处理的基线满足精度要求，保存处理结果。

图3 数据导入完成

若处理基线对话框显示基线错误标志，则应对测量数据中天线类型、天线高度和点名称进行检查。检查无错误后，对观测数据进行平滑滤波检验，剔除观测值中的粗差，删除无用观测值。用时段编辑器对所选时段采集的卫星数据的质量进行检查，选择所需编辑的基线，右键选择“时段编辑器”，选定卫星编号可以决定是否禁用该颗卫星的时段观测值，左键框选时段数据中不连续的观测值，可以进行局部删除（图4）。

如果某卫星在所有基线测量中的观测质量均较差，需在所有基线中禁用此卫星，可在工程设置中，选择基线处理＞卫星，取消要禁用的卫星对应的复选框。

图4 时段编辑器

编辑完成后，关闭时段编辑器，重新处理基线，完成GNSS基线的处理。

3 基线质量的检验

解算后的基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对基线的质量进行检验，只有质量合格的基线才能用于后续的数据处理。如果不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量。基线的质量检验需要通过RATIO、RMS、同步环闭和差、异步环闭和差和重复基线较差来进行。

3.1 观测值的均方根误差RMS

观测值均方根误差（Root Mean Square），反映了观测值与参数估值间的符合程度，与观测条件（观测期间卫星分布图形）好坏无关，在一定程度地反映了观测值质量的优劣，一般认为RMS越小，观测值质量越好。

式中：V为观测值的残差；n为观测值的总数。

3.2 RATIO

RATIO值为在采用搜索算法确定整周未知数参数的整数值时，产生次最小的单位权方差与最小的单位权方差的比值，反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性，该值总大于等于1，值越大，可靠性越高。这一指标取决于多种因素，既与观测值的质量有关，也与观测条件的好坏有关：

3.3 数据删除率

在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总数的比值，就是所谓的数据删除率。数据删除率从某一方面反映出了GPS原始观测值的质量。数据删除率越高，说明观测值的质量越差。《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB／T 18314－2009）规定：同一时段观测值的数据剔除率不宜大于10%。

3.4 同步环闭合差

三边同步环中只有两个同步边成果可以视为独立的成果，第三边成果就为其余两边的代数和。由于模型误差和处理软件的内在缺陷，第三边处理结果与前两边的代数和常不为零。对于四站以上同步观测时段，在处理完各边观测值后，应检查一切可能的三边闭合差。如果同步环闭合差超限，则说明组成同步环的基线中至少存在一条基线向量是错误的，但反过来，如果同步环闭合差没有超限，还不能说明组成同步环的所有基线在质量上均合格：

3.5 异步环闭合差

由独立观测的基线所组成的闭合环称为异步环，异步环的闭合差称为异步环闭合差。当异步环闭合差满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量的质量是合格的；当异步环闭合差不满足限差要求时，则表明组成异步环的基线向量中至少有一条基线向量的质量不合格。要确定出哪些基线向量的质量不合格，可以通过多个相邻的异步环或重复基线来进行：

3.6 重复基线较差

同一基线边观测了多个时段得到的多个基线边称为重复基线边。这些观测结果之间的差异，就是重复基线较差。《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB／T 18314－2009）规定：B级GPS网基线外业预处理和C、D、E级GPS网基线处理，复测基线的长度较差ds应满足：

式中：σ为基线测量中误差，单位为mm。B、C、D、E级GPS网基线测量中误差σ采用外业测量时使用的GPS接收机的标称精度。计算时边长按实际平均边长计算。

4 影响基线解算精度的因素及在TBC中的应对方法

影响GPS基线解算精度的因素有很多，如卫星观测时间太短、周跳太多、多路径效应严重、对流层或电离层折射影响过大、起点坐标不准确等。其中一些因素可以通过对TBC软件的设置及数据的处理，进行改进优化。

（1）基线解算时所设定的起点坐标不准确。起点坐标不准确，会导致基线出现尺度和方向上的偏差。只能设定较准确的起点坐标，尽量提高起算点坐标的精度，以避免这种情况的发生。

（2）少数卫星的观测时间太短。当卫星的观测时间太短时，会导致与该颗卫星有关的整周未知数无法准确确定，将影响整个解算结果的质量。在TBC软件中可使用时段编辑器将观测时间太短的卫星禁用，使其不参与基线的解算，保证基线解算结果的质量。

（3）周跳太多。在整个观测时段里，个别时间段或个别卫星周跳太多，致使周跳无法完全修复，导致解算时整周未知数固定困难。利用TBC软件中基线处理报告内的观测值残差上来进行分析，若多颗卫星在相同的时间段内经常发生周跳时，可删除周跳严重的时间段，以改善基线解算结果的质量；若只是个别卫星经常发生周跳，则删除发生周跳的卫星的观测值，尝试改善基线解算的质量。

（4）多路径效应影响。多路径效应是GPS测量中干扰测量质量的主要原因之一，多路径效应对GPS接收机中的码捕获和跟踪将造成干扰，从而影响码和相位的量测。为减少其影响 ，在选点时应尽量避开如水面、平坦光滑的地面、平整的建筑物等强反射物，并选用防多路径效应的天线 。由于多路径效应往往造成观测值残差较大，可以通过基线解算后的基线处理报告中的观测值残差分析判断。确定受影响的观测值，采用删除多路径效应严重的时间段或卫星的方法。

（5）对流层或电离层折射影响过大。当GPS信号通过电离层时，因受到带电离子的非线性散射的影响，信号的路径会发生弯曲，传播速度也会发生变化，使得光速乘以信号传播时间不等于卫星到接收机的实际距离。可在TBC软件中将卫星高度截止角提高或是采用模型对对流层或电离层折射延迟进行改正，也可使用消除了电离层的折射影响的双频观测值进行基线解算。

5 结语

GPS基线解算是GPS数据后处理的一项重要内容，是为了向后续的数据处理分析提供合格的基线向量，对于基线的质量控制主要是在基线解算过程中通过一系列的质量控制指标来进行检核和控制。本文结合TBC软件的灵活配置方案和对观测数据的适当处理，给出了解决影响基线解算质量因素的方法。

[1]徐绍铨，张华海，杨志强，等.GPS测量原理与应用[M].3版.武汉：武汉大学出版社，2008.

[2]张红斌.GPS基线处理应注意的几个问题[J].物探装备，2003，13（4）：271～273.