GNSS观测成果监理系统开发

张海忠,谢志越,张余亮,张伟民

(61365部队,天津 300140)

0 引 言

近年来,国家开展了以中国大陆构造环境监测网络(简称“陆态网络”)GNSS联测、基地控制网布测和国界联测等为代表的诸多GNSS观测任务,面对海量的观测成果资料,传统的人工监理方法已不能适应发展要求,难以实现全覆盖的数据检查和全质量元素的质量评定,且对质检人员提出了严峻的考验。因此,实现自动资料检查、质量评定、监理报告生成和对质量元素统计分析,达到观测文件检查全面化、质量评定客观化和质量元素统计分析全元化,确保成果检查监理快速高效、全面公正,并对质量管理持续跟进,具有十分的必要性。

1 系统设计

根据GNSS测量成果的监理要求,建立成果检查监理的模型,实现数据资料和文档文件的自动全面检查,完成自动质量评定和自动生成检查监理报告,有效地提高了检查速度和质量评定的准确性。功能包括观测数据和技术文档检查、质量评定、监理报告生成及统计分析等四部分。成果监理的工作流程如图1所示。

1.1 开发平台配置

考虑到在野外环境下使用,系统的硬件运行平台为便携式微机,采用Windows 7操作系统,使用Visual C#2010作为开发工具,数据文件利用xml格式文件进行管理,报表制作采用Office 2010.

采用易于阅读、易于软件操纵的xml文件实现观测成果数据库、检查结果数据库、检查细则数据库;利用MapX技术实现点位成果的可视化;以Office办公软件为嵌入软件,生成检查验收报告的文档;采用多文档界面的窗体技术,按任务驱动设计用户界面,操作简单。

1.2 标准数据库设计

对成果的质量元素进行分析,建立适合自动检查的标准数据库,将质量元素的基本要求和错漏分类结合;读取观测数据和文档文件,将数据和文档成果保存在观测成果数据库中;提取观测成果和质量评定过程的质量元素数据,保存在质量评定数据库。

1.3 数据和文档检查模型设计

对观测数据和技术文档,依据质量要求设计相应的处理方法,按数学精度指标进行精度估计。并通过软件引导提示,对数据和文档文件的格式、内容及标准进行全面的检查,检查结果能自动记录。

1.4 质量等级评定

根据检查结果和质量标准,自动对质量元素进行定量分数评定和成果质量等级评定。质量评定结束后,可查看项目的质量统计情况[1]。

1.5 监理报告生成

根据设计的模板,软件引导质检人员完成文档的编写;并将检查过程中发现的问题,汇总生成成果检查问题登记表;将观测数据的检查结果生成观测质量检查表;将每个测站检查项目的质量评定结果汇总生成成绩表。

1.6 统计分析

根据成果监理过程中积累的质量元素数据,统计质量元素的表现规律,对点位观测环境、观测数据有效率、多路径效应、历年质量元素情况统计等进行大数据分析。

2 功能实现的关键技术

1) 采用标准数据接口、功能驱动界面,自动记录运行过程参数信息,实现了观测成果质量评定工作中定性分析的指标化、定量分析的自动化。

2) 细化了质量监理项目和质量元素的分类标准,增强了大地测量成果检查与质量评定的操作性。依据质量元素的定性和定量指标,建立质量评价模型,编制成果检查与质量评定软件,实现了成果检查、质量评定和监理报告编写的程序化。

3) 设计了利用模板和观测数据自动生成仪器检定报告、成果质量评定表、检查监理报告、多路径效应影响图等内容。既统一了文档格式,又提高了文档整理的效率和准确性。

4) 建立全元分析模型,积累每一个观测文件的质量元素数据,可以对仪器性能、点位环境变化、成果质量情况等进行统计,通过大数据分析得出定性的结论,为点位维护、观测数据使用提供准确依据[2]。

3 应用实例

下面以陆态网络GNSS联测成果监理为例,讨论分析该系统的实际应用情况。

3.1 观测数据和文档文件检查

打开软件,按照程序引导自动查找观测成果目录下的全部观测文件,并对每一观测文件的点名、点号、观测员、天线高等内容和文件头项目的填写完整性进行检查。对有问题的文件给予提示;对观测时长、多路径效应影响、有效率、开关机时间等质量要素进行详细检验;并对手簿记录、手簿整饰和光盘刻录进行逐项检查。查找出与观测技术纲要要求不符的点位,形成观测文件质量要素统计表[3]。如图2所示。

3.2 观测文件和点位质量评定

按照数据精度元素的评价标准,对观测时长、多路径效应影响等质量元素进行分项打分,按点位或观测文件为单位进行汇总,评定出每个文件或每个点位的质量分数;对手簿记录、整理,安置天线指北和量取天线高时拍取的照片,点位环境照片,按照编制的质量要求及错漏扣分标准,逐点逐项进行质量评定;同时将GNSS联测成果的数学精度分数、错漏扣分情况进行汇总,计算出每个点位的分数,按优秀、良好、合格和不合格四个等级得到每个点位的质量评定结论[4]。观测评定结果,如图3所示。

3.3 监理报告生成

设计检查监理报告的模板,供检查监理人员参考,程序中提供修订功能,与各个检查统计表一起,如观测站点总数、有效率、各单位完成的站点数量等进行统计并形成报表,共同形成检查监理报告的初稿[5]。如图4所示。

3.4 统计分析

通过对多年来的GNSS观测点位数据统计,主要从多路径效应影响、观测量有效率和监理过程中积累的质量元素数据等方面进行分析,通过点位观测环境、接收机性能等分布规律,建立质量元素的量化精度指标,为科学利用成果、修订规范等提供准确依据[6]。

下面通过对2009年、2011年、2013年和2015年四期观测数据的检查发现,G043点位的多路径效应影响呈逐渐上升趋势,其变化情况如表1和图5所示。

表1 四期观测文件质量元素变化情况表

4 结束语

实际应用证明,该系统改变了以记忆标准、人工查看为主的传统GNSS测量成果监理和质量评定的作业模式,实现了测量成果全部由软件检查、软件进行质量评定和验收报告自动生成的自动化工作模式,使GNSS测量成果检查监理达到了快速、准确、全面和质量评定结果科学客观、结论一致的目的,极大地提高了检查监理的工作效率。通过对点位观测环境进行评估、对仪器性能进行评价、对各项误差值的表现区间进行统计分析,为制作和修订标准提供准确依据。

[1] 中华人民共和国国家标准. GB/T 18314-2009. 全球定位系统(GPS)测量规范[S].北京:中国标准出版社, 2009.

[2] 郑广伟,李海,董朝阳, 等. 大地测量成果质量评定[M]. 北京:解放军出版社, 2014.

[3] 地壳运动监测工程研究中心. 中国地壳运动观测技术规程[M]. 北京:中国环境科学出版社, 2006.

[4] 陈赛,李建朝. GPS模块数据分析与处理[J]. 全球定位系统, 2011, 36(6):87-91.

[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. GB/T 24356-2009[S].北京:中国标准出版社,2009.

[6] 田建波,陈刚,陈永祥, 等. 全球导航定位技术及其应用[M]. 武汉:中国地质大学出版社, 2013.