趙洪巖

[摘 要]GPS靜態(tài)測量數(shù)據(jù)處理是一項比較復雜的工作。本文介紹了GPS靜態(tài)測量數(shù)據(jù)處理的一般過程，包括基線向量解算、構建GPS基線向量網(wǎng)、三維無約束平差或最小約束平差、約束平差或聯(lián)合平差、檢查相關精度指標的方法，為進一步的研究提供指導和參考。

[關鍵詞]GPS靜態(tài)測量； 基線向量； 無約束平差； 約束平差

—、GPS基線向量解算

GPS基線向量的解算是GPS外業(yè)測量檢核工作中的重要一環(huán)，因此做好基線向量的解算工作是相當重要的。GPS基線向量的解算過程事實上是一個平差的過程，也是搜索整周模糊度的過程。它是根據(jù)GPS觀測數(shù)據(jù)，利用數(shù)學的原理，建立與觀測點位位置信息相關的數(shù)學模型，然后求定點位三維坐標的過程。

每一個廠商所生產(chǎn)的接收機都會配備相應的數(shù)據(jù)處理軟件，它們在使用方法上都會有各自不同的特點，但是，無論是那種軟件，它們在使用步驟上卻是大體相同的。由此我們可以推廣出GPS基線處理的基本過程。GPS基線解算的過程是：

1.原始觀測數(shù)據(jù)的讀入

在進行基線解算時，首先需要讀取原始的GPS觀測值數(shù)據(jù)。一般說來，各接收機廠商隨接收機一起提供的數(shù)據(jù)處理軟件都可以直接處理從接收機中傳輸出來的GPS原始觀測值數(shù)據(jù)，而由第三方所開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件則不一定能對各接收機的原始觀測數(shù)據(jù)進行處理，要處理這些數(shù)據(jù)，首先需要進行格式轉(zhuǎn)換。目前，最常用的格式是RINEX格式，對于按此種格式存儲的數(shù)據(jù)，大部分的數(shù)據(jù)處理軟件都能直接處理。

2.外業(yè)輸入數(shù)據(jù)的檢査與修改

在讀入了GPS觀測值數(shù)據(jù)后，就需要對觀測數(shù)據(jù)進行必要的檢查，檢查的項目包括：測站名、點號、測站坐標、天線高、采樣間隔、起止時間等。對這些項目進行檢查的目的，是為了避免數(shù)據(jù)采集過程中的誤操作。正是為了防止這種誤操作，在野外采集數(shù)據(jù)的過程中，特別是在輸入測站參數(shù)的過程中，應當細致，并加強檢查，確保原始數(shù)據(jù)采集成功。

3.設定基線解算的控制參數(shù)

基線解算的控制參數(shù)用以確定數(shù)據(jù)處理軟件采用何種處理方法來進行基線解算，設定基線解算的控制參數(shù)是基線解算時的一個非常重要的環(huán)節(jié)，通過控制參數(shù)的設定，可以實現(xiàn)基線的精化處理。

4.基線解算

基線解算的過程一般由商用軟件自動完成，無需過多的人工干預，對于特定的情況，需要對數(shù)據(jù)進行認真地分析研究，確定對數(shù)據(jù)進行必要的取舍，以保證基線解算的準確性和可靠性。

5.基線解算結(jié)束

通過對基線的干預，剔除確實不好的數(shù)據(jù)后，計算出的基線向量，作為基線向量結(jié)果參加GPS各種檢驗和平差，最后確定點的三維坐標。

二、構建GPS基線向量網(wǎng)

要進行GPS網(wǎng)平差，首先必須提取基線向量，構建GPS基線向量網(wǎng)。提取基線向量時需要遵循以下幾項原則：

1.必須選取相互獨立的基線，若選取了不相互獨立的基線，則平差結(jié)果會與真實的情況不相符合。

2.所選取的基線應構成閉合的幾何圖形。

3.選取質(zhì)量好的基線向量，基線質(zhì)量的好壞，可以依據(jù)RATIO、RDOP、RMS、同步環(huán)閉合差、異步環(huán)閉合差和重復基線較差來判定。同時，還可以根據(jù)無約束或最小約束平差結(jié)果中，選取改正數(shù)較小的基線向量參加平差。

4.選取能構成邊數(shù)較少的異步環(huán)的基線向量。這項要求說明了，邊數(shù)越少，對于數(shù)據(jù)分析來說，就越簡便，以至于能夠很快判斷出出現(xiàn)粗差的基線。

5.選取邊長較短的基線向量。對于邊長較短的基線，其誤差中僅含有固定的誤差，對于比例誤差項可以不用考慮。

三、三維無約束平差或最小約束平差

通過選擇基線向量（或獨立基線向量）構成了GPS基線向量網(wǎng)，并進行GPS網(wǎng)的三維無約束或最小約束平差，所謂最小約束平差就是在平差過程中，引入一個提供位置基準的起算點坐標外，不再引入其它的外部起算數(shù)據(jù)的平差方式。由于GPS向量本身含有方位和尺度基準的信息，而不含有位置基準信息，通過引入起算點坐標來提供所缺少的位置基準信息，這是我們GPS平差中通常采用的常見方式。雖然我們在平差過程中引入了作為位置基準的坐標進行約束，并沒有引入會使網(wǎng)的尺度、方位發(fā)生變化的起算數(shù)據(jù)，因此，不會引起幾何圖形的變化。故從本質(zhì)上講最小約束平差可以歸結(jié)為無約束平差一類。通過無約束或最小約束平差達到以下目的：

1.根據(jù)無約束平差的結(jié)果，判別在所構成的GPS網(wǎng)中是否有粗差基線，如發(fā)現(xiàn)含有粗差的基線，需要進行相應的處理，必須使得最后用于構網(wǎng)的所有基線向量均滿足質(zhì)量要求。

2.調(diào)整各基線向量觀測值的權，使得它們相互匹配。利用軟件進行平差處理時，先進行平差，先驗賦權為1.0，然后利用平差統(tǒng)計出各觀測值的權再進行平差處理。

四、約束平差或聯(lián)合平差

在進行完三維無約束或最小約束平差后，需要根據(jù)三維無約束或最小約束平差的結(jié)果，進行約束平差或聯(lián)合平差，平差可根據(jù)需要在三維空間進行或二維空間中進行。

約束網(wǎng)平差的具體步驟是：

1.指定進行平差的基準和坐標系統(tǒng)。進行約束網(wǎng)平差，首先必須指定平差基準（或坐標系統(tǒng)），目前大多采用CGCS2000坐標系統(tǒng)中進行平差。

2.輸入起算數(shù)據(jù)。進行約束網(wǎng)平差的基本條件是：引入約束條件。約束條件可以分為尺度條件、位置條件以及坐標系統(tǒng)坐標軸指向條件。通常包含局部轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換需要至少三個及以上的約束三維位置信息，不需要進行局部轉(zhuǎn)換的，可在不破壞網(wǎng)的結(jié)構的基礎上，引入一個位置基準信息即可，而這又是最小約束平差的范圍。

3.檢驗約束條件的質(zhì)量。檢查約束條件的質(zhì)量主要有參加約束點的位置中誤差應當小于所測定網(wǎng)的中誤差的三分之一，若高精度的GPS網(wǎng)轉(zhuǎn)換至低精度的地方坐標系中，會造成精度的損失。因此，做此類約束時應當慎重。

4.進行平差解算。按照相關要求參數(shù)進行平差。并査看平差的信息，以確定平差是否合適。若沒有通過平差，則要根據(jù)平差后輸出的相關信息，進行分析。以確定含有較大誤差的基線向量，做出重新解算基線向量或更換基線向量的決定，然后重新進行平差處理，直至滿足一定的精度要求為止。

5.輸出結(jié)果，并進行精度估計。平差解算完畢，應當利用軟件的相關功能，輸出待測點的三維坐標信息，并整理輸出點位中誤差的信息，按一定的格式輸出成果表以提供使用。

五、檢查相關精度指標

平差結(jié)束后，應當利用平差軟件提供的信息查詢工具進行相關平差精度的查詢，以確定本次平差是否成功。對于某些指標不能達到要求的情況，應當根據(jù)平差的相關信息，確定可能存在錯誤的基線向量，以重新進行基線向量計算或直接刪除基線向量，對于獨立基線還可以重新選擇一個基線來代替有錯誤的基線向量，但必須保證替代的基線向量與參與平差的基線向量是不相關（或獨立）的。

參考文獻：

[1]李征航，魏二虎，王正濤.空間大地測量學[M].武漢.武漢大學出版社，2010.

[2]黃勁松，李英冰，GPS測量與數(shù)據(jù)處理實習教程[M].武漢.武漢大學出版社，2010.