GPS测量基线选取对平差结果的影响

对GPS测量数据处理时正确选取基线的探讨唐斌（江西核工业测绘院南昌）摘要：GPS控制测量中基线是数据解算的基本量，是数据解算过程中的重要依据。本文介绍了在GPS测量数据处理时如何正确选取基线的方法，研究了GPS网中独立基线不同的选取方法对解算结果的影响。关键词：GPS测量、基线、基线解算、质量控制１、概述GPS以其全天候、高精度、自动化、对通视条件无要求以及操作方全简便、作业灵活、快捷、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、工程变形监测测等测量领域。其定位方式主要有两种，即绝对定位和相对定位。绝对定位又称为单点定位，这是一种采用一台接收机进行定位的模式，它所确定的是接收机天线的绝对坐标。这种作业模式的特点是作业方式简单，可以单机作业。绝对定位一般用于导航和精度要求不高的应用中。相对定位又称为差分定位，这种定位模式采用两台以上的接收机，同时进行观测，以确定接收机天线间的相互位置关系。这也就是说，在精度较高的GPS测量中，我们得到的基本观测量为基线，即我们进行网平差时所依靠的是基线。因此，基线的精度高低及基线的选取在很大程度上影响着最后平差结果的精度。２、GPS网布设中基线的选取2.1GPS网的设计网的图形设计，虽然主要决定于用户的要求，但是有关经费、时间和人力消耗以及所需设备的类型、数量和后勤保障等，也都与网的图形设计有关。对此应当充分的加以顾及，以及在满足用户要求的前提下，尽量减少消耗。2.2设计的一般原则①GPS网一般采用独立观测边构成闭合图形，例如三角形、多边形或附合路线，以增加检核条件，提高网的可靠性；②GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应平均分布；③GPS点应尽量与原有地面控制点相重点。重合点一般不少于三个（不足时应联测），且在网中分布均匀，以利于可靠地确GPS网与地面网之间的转换参数；④GPS网点应考虑与水准点重合；⑤GPS网应布设于视野开阔和交通便利的地方。2.3基本网形根据GPS测量的不同用途，GPS网的独立观测边，应构成一定的几何图形。图形的基本形式主要有以下两种（见图１）３、观测数据解算时基线的选取每一个厂商所生产的接收机都会配备相应的数据处理软件，它们在使用方法都会有各自不同的特点，但是，无论是那种软件，它们在使用步骤上却大体相同。GPS基线解算的过程是：(1)原始观测数据的读入在进行基线解算时，首先需要读取原始的GPS观测值数据。一般来说，各接收机厂商随接收机一起提供的数据处理软件都可以直接处理从接收机中传输出来的GPS原始观测值数据，而由第三方所开发的数据处理软件则不一定能对各接收机的原始观测数据进行处理，要处理这些数据，首先需要进行格式转换。目前，最常用的格式是RINEN格式，对于按此种格式存储的数据，大部分的数据处理软件都能直接处理。(2)外业输和数据的检查和修改在读入了GPS观测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查的项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高等。对这些项目进行检查的目的，是为了避免外业操作时的误操作。(3)设定基线解算的控制参数基线解算的控制参数用以确定数据处理软件采用何种处理方法来进行基线解算，设定基线解算的控制参数是基线解算的一个非常重要的环节，通过控制参数的设定，可以实现基线的精化处理。(4)基线解算基线解算的过程一般是自动进行的，无需过的人工干预。(5)基线质量的检验基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续处理，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值、重复基线较差、同步环闭合差和异步环闭合差来进行。这些对不同等级的GPS网不同，下面列出了各项要求：①RATIO值一般都应达到100%，即取得固定解（条件不好情况下可放宽为96%以上）；②同一条基线任意两个时段的成果互差：③由同步观测边构成的n边形环闭合差：④由异步观测边构成的n边形环闭合差：其中σ=22(bd)a式中：n－闭合环中的边数，σ－GPS网标准差（mm），a－固定误差（mm），b－比例误差（ppm），d－相邻点间距离（km）符合以上要求的基线，才可作为我们网平差的备选基线。４、网平差中基线的选取当有N台GPS接收机进行了一个时段的同步观测后，每两台接收机之间就可以形成一条基线向量，共有1/2﹒N（N-1）条同步观测基线，其中最多可以选出相互独立的N-1条同步观测基线，至于这N-1条独立基线如何选取，只要保证所选N-1的条独立基线不构成闭合环就可以了。这也是说，凡是构成了闭合环的同步基线是函数相关的，同步观测所获得的独立基线虽然不具有函数相关的特性，但它们却是误差相关的。所谓单基线解算，就是在基线解算时不顾及同步观测基线间的误差相关性，对每条基线单独进行解算。要进行GPS网平差，首先必须提取基线向量，构成GPS基线向量。提取基线向量时需要遵循以下几项原则：（１）必须选取相互独立的基线（若选取了不相互独立的基线，则平差结果会与真实的情况不符合。）（２）按照布网网形选取基线。（３）所选取的基线应构成闭合的几何图形且边数不能大于规范的限制。（４）选取质量好的基线向量（基线质量的好坏，可以依据RATIO值、重复基线较差、同步环闭合差和异步环闭合差来判定。）（５）选取能构成边数较少的异步环的基线向量。（６）选取边长适合该等级GPS网且边长较短的基线向量。现在，我们以某市D级GPS网为例进行分析。按照均匀分布、兼顾城区外围发展的原则此次共布设了25个点，由17个独立观测环（异步环）、43条独立观测边组成；独立边最长为3.45Km,最短为1.05Km，平均为1.75Km，按平均边长计算的GPS网控制面积为60.09Km2；网中有四个与国家三等点重合；网中有三个点通过三、四等高程导线与三个国家二等水准点进行了高程联测。观测共行到94条合格基线，基中合格的独立基线其有75条。按照上述原则分别提取43条、56条和68条符合要求的独立基线进行网平差。经过严密的平差计算，三种选取方法所得的坐标较差如下表：单位：m比较组坐标差△x△y△h选取43条的结果与选取56条的结果比较最大0.0050.0060.010最小0.000.0010.004平均0.0020.0020.007选取43条的结果与选取68条的结果比较最大0.0070.0060.011最小0.0030.0010.007平均0.0040.0030.006５、结论只要选择的基线满足本文中的要求，则在网平差中得到的成果应在限差以内。通过对某市GPSD级网基线选取不同的分析可知，独立基线的选取不同，得出的坐标结果会略有不同，但都远远小于限差。因此，GPS解算中基线选取的关键是平差前的质量控制。得到质量合格的基线后，再按照网形的要求选取独立基线。参考文献[１]武汉测绘大学地球科学与测量工程学院，《实用GPS测量数据处理教程》[２]全球定位系统（GPS）测量规范，国家技术监督局发布，２００１.３[３]周忠谟，易杰军，周琪，《GPS卫星测量原理与应用》，测绘出版社，１９９５.１１