分析GPS工程测量网数据处理与质量评估

李兴

摘要：本文针对GPS工程测量网数据处理要点，进行多角度分析，并简要介绍了加强GPS工程测量网数据处理与质量评估的重要性，提出GPS工程测量网质量评估要素与方法，可以提升GPS工程测量网数据处理效率，提高数据信息的利用率，希望能够为相关工作人员提供一定的参考与借鉴。

关键词：GPS工程测量网；数据处理；质量评估

GPS定位技术在工程测量中应用广泛，具备定位精度高、观测效率高、操作简单等优势。为了进一步提升GPS工程测量网数据处理效率，强化质量评估，本文重点探讨GPS工程测量网数据处理与质量评估。

1. GPS工程测量网数据处理要点

第一，粗加工处理。在基线解算前，相关人员可从接收机中下载初步观测数据，重点包括观测值文件与星历参数文件等，部分接收机能够输出测站基本信息文件与UTC参数文件。系统读入GPS观测数值之后，相关人员还要对各项观测数据进行全面检验，主要检验各个测站的名称与点号，包括测站具体坐标与天线高等一系列内容。

第二，加强预处理。针对两台或者两台以上的接收机同步观测数值，需要对各基线向量评价计算值进行预处理。通过加强预处理，能够保证原始数据得到更好利用，要求相关人员重新编辑原始数据，经过认真整理与分流后，生成各类专用的信息文件，为后续的平差计算做充足准备。

在预处理过程中，相关人员要加强数据传输，将GPS接收机所记录的各项数据信息，快速传递到磁盘中。数据传输后，还要进行分流处理，在原始记录数据当中利用解码器，将不同类型的数据进行分类处理，对于无效数据与冗余数据，及时剔除，形成更加稳定的信息文件。

对于不同类型接收机所记录的各项数据，相关人员需要统一格式，更好地提高数据处理效率。为了提升卫星轨道的稳定性，可采取多项拟合方法，结合GPS卫星所发出的轨道参数，加强卫星轨道标准化处理，在数据预处理期间，如果发现明显错误的观测数值，要立即改正，保证数据更加精确[1]。

2. GPS工程测量网测量要点

2.1 GPS工程测量网组成

GPS技术系统根据空间部分、地面控制部分和用户接收端间的实时差，準确分解出待测站点三维空间坐标，由于GPS技术的迅猛发展，其应用范围不断扩大。GPS基准站主要由三部分构成，分别是基准站、流动站与无线电通信体系等。流动站主要包括GPS接收机、GPS天线与无线电通信接听系统以及供GPS接收机与无线电使用的电源。在一些地质和地形条件复杂区域，通过运用GPS工程测量网，能够显著提升工作效率。

2.2作业流程

第一，在作业之前，测量人员要科学设置基准站，将基准站设置在已知点之上，当然，也可设置在未知点上。基准站设置好后，连接GPS接收机与GPS天线，电台主机和电台天线保持稳定连接后，将GPS接收机与电台连接。GPS天线和无线电发射天线保持3m距离，最后将电瓶与电台稳定连接，将手薄和基准站主机连接好，设置基准线。

第二，设置完毕后，返回到主菜单，测量人员需要在主菜单中选择“测量—测量形式—测量点”，选好后，准确输入需要测量的测点名称，包括其点号，在方法当中，结合具体情况，选取测量控制点、地形点与快速点，做好校正工作。针对观测次数，可结合具体需求，在选项当中选择最终的测量时间，等流动站初始化完成后，按下测量键进行测量，同时开展坐标采集。

第三，因为GPS测量的是WGS-84坐标，在真实的工程施工当中，需要使用平面坐标。因此，在正式测量之前，测量人员还要做好坐标转换工作。在已知点上采集WGS-84坐标，然后校正，通常来讲，测量人员需要在已知平面坐标三个以上控制点上测出WGS-84坐标，并详细记录在册，在控制器测量子菜单中选取“点校正”，开始坐标转换。

2.3 GPS工程测量注意事项

GPS工程网测量要求比较高，在实际测量过程中，为了更好地提升测量精度，要求测量人员注意测量细节问题，每次测量完毕后，均需要对仪器进行对中、整平，此项工作虽然简单，但是对最终测量结果的准确性影响较大。因此，在GPS工程测量期间，测量人员要特别注意以下问题：

第一，全部的仪器设备在观测之前，需要进行统一设置，数据的采样间隔为15s，角度设置为15°，测量人员禁止随意更改预置参数，如果参数出现变化，要及时调整，恢复到原来数值。

第二，在测量观测之前，测量人员还要加强星历预报，结合B级、C级网的技术要求，包括卫星状况，加强规划，并合理确定观测时段，对原有任务单进行有效调整。

第三，在测量观测过程当中，测量人员要认真听从项目的派遣，在规定时间内，顺利完成观测，若具备通信条件，要保持电话联系，如果无通信条件，则需要按照约定时间有序进行施测。GPS测量期间，若遇到异常情况，要及时向上级领导汇报。

第四，测量人员到达测站之后，按照相关规范流程，有序地架设各类仪器设备，并做好整平工作，对准GPS桩十字分划，在安置天线的过程中，保证天线指北标志指北。

第五，在测量过程中，测量人员禁止擅自离开岗位，并密切观察各类仪器设备的工作状态，比如模糊度与电池电量等，可以根据电池电量，确定判断出设备运行状态，并及时调整，避免仪器设备在运行过程中无故关机。

第六，测量期间，禁止仪器出现震动，测量人员不能随意移动仪器，做好场地清理工作，避免人员或者物品阻挡信号。

第七，测量结束后，测量人员要对各项仪器设备进行校验，保证下次能够正常使用，延长测量仪器设备的使用寿命。

3. GPS工程测量网质量评估要素与方法

3.1基线运算方法评估要素

（1）准确校核重复基线的长度。针对同一基线边多个时段进行综合观测，能够准确获得多个基线边，又常被人们称作重复基线，重复基线中存在粗差，通过对重复基线进行综合评价，能够提高GPS工程测量网质量评估效率。

（2）进行方差比值。方差比值能够准确反映出整个周末未知数的可靠度，比值大小和可靠度呈现正比例关系，若比值小，则表明可靠度差，比值大，说明可靠度好。

（3）计算同步环与异步环闭合差。GPS工程测量网精度评估的核心指标是计算同步环与异步环闭合差，进而准确判断出组成环路基线内部是否存有粗差。

3.2基线解算类型

所谓基线解算，主要指的是结合几个测站GPS同步观测数据信息，通过分析这些观测信息，合理确定出各个测站间的坐标差，确定基线向量，找到误差产生原因。利用数学模型分析基线解算，具体如下：

第一，单基线解。GPS接收机经过一段时间的同步观测之后，相邻两台接收机间会形成基线向量，开展同步观测，相关人员能够精确选出同步观测基线，在选择独立基线的过程中，每条基线不能形成闭合环即可。简单来讲，就是构成闭合环同步基线之间存在函数关系，经过同步观测后，独立基线虽不具备函数特性，但是其误差呈现一定关联，采用同步观测方式，每条基线的误差均呈现一定关联[2]。单基线解算法比较简单，但是采用此种解算方法，最终所获得的解算结果无法完全反映基线之间的误差特性，对后续的网平差处理影响较大，在普通等级的GPS网测设当中应用较多。

第二，多基线解。和上述单基线解不同，多基线解算能够反映出同步观测基线误差的相关性，基线解算过程中，相关人员能够对同步观测所获得的独立基线进行统一解算。采用多基线解方式，能够帮助相关人员进一步了解各个观测基线之间的误差相关性，更为严谨。

第三，多站整体解。相关人员结合GPS工程测量网，构建数据模型，将独立的基线组成整网，模型结构更加严密，基线间互相约束，结构性更强。

3.3质量评价

对于相关工作人员来讲，利用Gpsadj软件能够清晰地看到测量控制网内部各条重复基线，当基线边差值小于相同级别对应精度时，可对存在粗差基线进行改进[3]。在评价基线解算质量时，要重点比较其方差值，比值低，則表明整周未知数可靠性比较差，比值高，说明整周未知数可靠度高。利用Gpsadj软件可以帮助相关人员更好地判断基线相对误差，以及三个不同方向的闭合差与边长闭合差等，这些误差能够体现在同步环与异步环当中。针对不满足规定标准要求的同步环坐标分量，要求相关人员进行妥善处理，若环线全长相对闭合差也不满足规定要求，也需要对其进行优化处理。

另外，相关人员也可以利用解类型评价方法进行评价，结合测量技术相关规范要求得知，针对双差固定解与三差解，若不能满足规定要求，可对基线进行优化。若基线与基站距离比较短，可以采用双差固定解。若误差出现在基线范围30km之内，在可以采取固定解与浮点解方式，提高处理结果的精确度。若基线范围超过30km，在解算的过程中，可采用三差解[4]。

在WGS-84或者CGCS2000坐标系统当中，可进行无约束平差或者约束平差，测量人员要固定一个点，针对短基线工程测量独立GPS网，可以选择一个点的单点定位解作为其固定坐标，形成无约束平差[4]。如果连测多个高等级国家GPS点，则可以将全部或者部分作为固定点，开展约束平差。

在分析起算点兼容性的过程当中，测量人员要结合参与平差的GPS基线向量，确定其是否存在粗差基线。GPS工程测量网的起算点兼容性分析方法主要分为以下几种，分别是平差结果直接分析方法、实测基线比较方法、尺度比参数变化一致性判别方法与单位权方差假设检验方法等。上述方法存在不同的优缺点，测量人员在实际工作中，要结合具体情况，科学选择分析方法。若采用平差结果直接分析方法，在正式平差掐，要将起算点分成多组，然后进行约束平差处理，并结合各组平差方案的平差结果，准确计算出起算点平差值和已知数值之差，提升平差结果的精度，在平差结果当中，能够准确判断出起算点兼容性情况[6]。

3.4基线运算方法优化措施

改进基线运算处理方法，在基线解算前，相关人员要合理设定项目相关参数，比如控制网的等级与坐标系等参数，然后利用软件当中的缺陷参数，合理确定解算结果，根据结算数据，准确评价基线结果质量，并改进基线运算处理方法，具体措施如下：

（1）科学确定卫星高度截止角。根据软件提供的截止角、选择范围以及观测时间，进行有效核实，若同步观测的卫星数量超过6颗，同步观测时间超出45min，则可增加高度截止角度，将低空历元数据直接剔除，并采用抗干扰能力较强的高空历元来解算。

（2）采用模糊度分解法。在解算整周模糊度的过程中，采用整数最小二乘法原理较多，模糊度分解方法主要包括四种，分别是模糊函数方法、模糊度求解方法、最小二乘原理去耦调节方法与快速模糊求解法等，在这些解算方法中，最小二乘原理指导去耦调节方法应用较多，若基线较短，同时需观测的数据量较小，采用此为种方法，能够取得较好效果[7]。

（3）将无效历元剔除。针对无效的卫星信号，可直接剔除，相关人员需要点击左侧边框“观测数据前面”的“+”符号，此时全部观测数据文件会完全展开，双击一个观测文件，点击鼠标左键，拉住历元中断部位，将无效历元彻底剔除，然后进行基线解算，提高数据处理效果[8]。

4.结语

综上所述，通过对GPS工程测量网质量评估要素与方法进行全方位分析，例如明确基线运算方法评估要素、基线解算类型、质量评价、基线运算方法优化措施等，可以保证GPS工程测量网数据处理与质量评估效果得到明显提升，提高数据准确率。

参考文献：

[1]祝会忠，李军，蔚泽然，张凯，徐爱功.长距离GPS/BDS参考站网多频载波相位整周模糊度解算方法[J].测绘学报， 2020， 49（03）： 300-311.

[2]李斐，马超，张胜凯，雷锦韬，郝卫峰，张卿川，李文浩.基于GPS测站垂向速度的南极地区冰川均衡调整（GIA）模型分析[J].中国科学：地球科学， 2020， 50（03）： 353-368.

[3]陈岷.波音787-9飞机GPS周期翻转故障现象及处理[J].航空维修与工程， 2020（01）： 80-82.

[4]费国俊，李向新.高原山区水库边坡GNSS静态数据质量评价与分析研究[J].软件， 2020， 41（01）： 192-195+204.

[5]蒲亚坤，袁运斌，丁文武，阳仁贵. GPS/BDS-2/Galileo混合双差相对定位模型应用于短基线精密定位研究[J].大地测量与地球动力学， 2020， 40（01）： 56-61.

[6]刘国燕，喻国荣.多星座CORS基站接收机设计及数据质量实时评价[J].测绘工程， 2020， 29（01）： 41-46.

[7]陈向阳，于金池，葛建，侯勇涛.融合GPS与强震仪数据实时监测瞬时地壳形变[J].测绘通报， 2019（12）： 87-90+115.

[8]白海明，胡焕茜，雷鸣.已知点不足时GPS网高程拟合的高差补偿[J].华北自然资源， 2019（06）： 70-72.

[9]宋中华，周命端，张玉生，宋士强，李琛. GPS工程测量网数据处理与质量评估方法研究[J].测绘工程， 2011， 20（04）：22-25+30.