第4章 GPS网基线向量解算

第一套一、单项选择题（每小题1分，共10分）1.计量原子时的时钟称为原子钟，国际上是以（ C）为基准。

A、铷原子钟B、氢原子钟C、铯原子钟D、铂原子钟2.我国西起东经72°，东至东经135°，共跨有5个时区，我国采用（ A ）的区时作为统一的标准时间。

称作北京时间。

A、东8区B、西8区C、东6区D、西6区3.卫星钟采用的是GPS 时，它是由主控站按照美国海军天文台（USNO）（ D ）进行调整的。

在1980年1月6日零时对准，不随闰秒增加。

A、世界时（UT0）B、世界时（UT1）C、世界时（UT2）D、协调世界时（UTC）4.在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系是（ C）坐标系。

A、地心坐标系B、球面坐标系C、参心坐标系D、天球坐标系5. GPS定位是一种被动定位，必须建立高稳定的频率标准。

因此每颗卫星上都必须安装高精确度的时钟。

当有1×10— 9s的时间误差时，将引起（ B ）㎝的距离误差。

A、20B、30C、40D、506. 1977年我国极移协作小组确定了我国的地极原点，记作（B）。

A、JYD1958.0B、JYD1968.0C、JYD1978.0D、JYD1988.07. 在GPS测量中，观测值都是以接收机的（ B ）位置为准的，所以天线的相位中心应该与其几何中心保持一致。

A、几何中心B、相位中心C、点位中心D、高斯投影平面中心8.在20世纪50年代我国建立的1954年北京坐标系，采用的是克拉索夫斯基椭球元素，其长半径和扁率分别为（ B）。

A、a=6378140、α=1/298.257B、a=6378245、α=1/298.3C、a=6378145、α=1/298.357D、a=6377245、α=1/298.09.GPS 系统的空间部分由21 颗工作卫星及3 颗备用卫星组成，它们均匀分布在（D）相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上，它们距地面的平均高度为20200Km，运行周期为11小时58分。

城市GPS控制网施测质量控制措施探讨【摘要】本文作者在深入研究全球定位系统（GPS）静态定位原理的基础上，结合多年生产实践经验，就城市GPS控制网的布网原则、等级划分、作业方法及成果整理要求进行了探讨。

通过全面质量控制以确保城市GPS控制网测量成果符合现行测量规范的要求。

【关键词】GPS 基线向量约束平差全球定位系统（Global Positioning System，缩写GPS）是美国第二代卫星导航定位系统。

该系统以其全能性（陆地、海洋、航空和航天）、全球性、全天候、连续性和实时性的导航定位功能，已被广泛地应用于各种等级精度的城市控制测量中。

如何对城市GPS控制网施测进行有效的质量监控，将会直接影响到成果的测量精度。

为此，笔者结合多年的生产实践经验，就如何有效保证城市GPS控制网测量精度制定了一套质量控制措施，以供城市测量GPS用户参考。

一、技术标准※中华人民共和国国家标准《全球定位系统（GPS）测量规范》GB/T 18314-2001※中华人民共和国行业标准《全球定位系统城市测量技术规范》CJJ 73-97※中华人民共和国测绘行业标准《全球定位系统（GPS）测量型接收机检定规程》CH 8016-95※中华人民共和国测绘行业标准《测绘产品检查验收规定》CH 1002-95二、专业技术设计（一）等级划分根据《全球定位系统（GPS）测量规范》和《全球定位系统城市测量技术规程》中规定的城市各级GPS 控制网相邻点间平均距离，要求在城市GPS控制网布设时，其相邻点间平均距离应符合表1要求。

同时，允许相邻点的最小距离可为平均距离的1/3~1/2，最大距离可为平均距离的2~3倍。

考虑到南方地区丘陵、山地地形复杂，因此，在南方地区布设C级GPS控制网时，其平均边长限制可根据实际情况适当放宽到20~25公里，同时规定边长超过25公里的同步环应增测一个时段，以确保GPS测量数据的质量。

城市各级GPS控制网平均边长表1（单位：km）（二）精度设计根据GPS控制网相邻点间基线长度精度计算公式：式中：σ为标准差，单位mm；d为相邻点间距离，单位mm。

目录摘要 (1)1GPS基线解算方法 (1)1.1GPS 定位及基线解算原理 (2)1.2GPS 基线解算的重要影响因素及解决方案 (2)2GPS控制网基线解算的一般原则和质量分析方法 (4)2.1 GPS控制基本作业流程在大地测量和工程控制测量 (5)2.2 通过基线解算结果来分析GPS野外数据的观测质量 (5)2.3 基线解算的一般原则 (6)2.4 GPS网的三维无约束平差的主要作用 (6)2.5 基线解算质量分析 (7)2.5.1 基线向量的改正数 (7)2.5.2 数据删除率 (7)2.5.3 RDOP (7)2.5.4 同步环闭合差 (7)2.5.5 异步环闭合差 (8)2.5.6 重复基线较差 (8)2.5.7 小结 (8)3GPS控制网基线解算优化方法探讨 (8)3.1 观测数据及基线解算质量评定要素 (8)3.2 优化基线解算精度技术方法 (9)3.2.1 提高起算点坐标精度 (9)3.2.2 删除或优化卫星组合 (9)3.2.3 调整卫星截止高度角等控制参数 (10)3.2.4 截取观测时段 (11)3.3小结 (11)4GPS双差解的RATlO定义及作用 (11)4.1初始整周未知数偏差搜索及ratio的定义 (12)4.2小结 (12)5GPS 基线解算的精度分析 (12)5.1精度分析 (12)5.2小结 (13)6总结 (13)参考文献 (14)Abstract (1)GPS基线解算的方法及精度分析摘要：对GPS控制网基线处理中对观测数据及基线解算质量评定要素进行了总结，针对控制网内业数据处理基线解算中经常出现的一些问题，总结出优化解算的原则和方法，并提出合理建议。

关键词：GPS；基线解算；优化；精度分析Method and precision analysis of GPS baseline solutionAbstract:Of baseline processing in GPS control network of observation data and baseline decoding quality evaluation factors are summarized, in view of the GPS control network data processing base in the industry often appear some problems in calculating, sums up the principles and methods of optimization algorithm,and put forward reasonable Suggestions.Key words:GPS;Baseline solution;optimization;Precision analysis1 GPS 基线解算方法GPS 测量数据的处理可分为基线解算和网平差两个阶段，因为GPS 测量得到的是 GPS 相位中心到卫星发射中心的伪距，载波相位和卫星星等，使得要得到工程测量的定位成果，必须先进行基线向量解算，评定基线精度，它是GPS 数据处理的重要环节，其解算质量的好坏将直接影响到GPS 网的定位精度。

GPS网形布设和解算基本要求GPS网形布设和基线解算基本技术规定1 级别划分GPS测量按精度和用途分为A、B、C、D、E级。

2 测量精度2.1 A级GPS网由卫星定位连续运行基准站构成，其精度应不低于表1的要求。

表12.2 B、C、D和E级的精度应不低于表2的要求。

表22.3 各级GPS网最简异步观测环或附合路线的边数应不大于表3的规定。

表32.3.1 各级GPS网点位应均匀分布，相邻点间距离最大不宜超过该网平均间距的2倍。

2.3.2 新布设的GPS网应与附近已有的国家高等级GPS点进行联测，联测点数不应少于3点。

2.3.3 为求定GPS点在某一参考坐标系中坐标，应与该参考坐标系中的原有控制点联测，联测的总点数不应少于3点。

在需用常规测量方法加密控制网的地区，D、E级网点应有1-2方向通视。

3 接收机选用A级网测量采用的GPS接收机的选用按CH/T 2008的有关规定执行，B、C、D、E级GPS 网按表4规定执行。

表44 观测4.1 基本技术规定4.1.1 A级GPS网观测的技术要求按CH/T 2008的有关规定执行。

4.1.2 B、C、D、E级GPS网观测的基本技术规定应符合表5的要求。

表55 观测区的划分5.1 B、C、D、E级GPS网的布测视测区范围的大小，可实行分区观测。

当实行分区观测时，相邻分区见至少应有4个公共点。

6 基线向量的解算6.1 解算方案要求：6.1.1 根据外业施测的精度要求和实际情况、软件的功能和精度，可采用多基线解或单基线解；6.1.2 起算点的选取应根据测量已知点的情况确定坐标起算点，每个同步观测图形应至少选定一个起算点。

6.2 基线向量解算基本要求：6.2.1 A、B级GPS网基线精处理应采用精密星历。

C级及以下各级网基线处理时，可采用广播星历。

6.2.2 B、C、D、E级网GPS观测值均应加入对流层延迟修正，对流层延迟修正模型中的气象元素可采用标准气象元素。

6.2.3 基线解算，按同步观测时段为单位进行。

目录摘要 (1)0 引言 (2)1 GPS控制网基线解算 (2)1.1 基线解算原理 (2)1.2 基线解算选线的原则 (2)1.2.1 选取相互独立的基线 (2)1.2.2 选取的基线应构成闭合的几何图形 (2)1.2.3 选取质量好的基线向量 (2)1.3 基线解算的分类 (2)1.3.1 根据数学模型分类 (3)1.3.2 根据观测值类型分类 (3)1.3.3根据所采用差分观测值的类型分类 (3)1.3.4 如果根据模糊度的确定情况分类 (3)1.4 基线解算的数学模型 (3)1.4.1 载波相位测量原理 (4)1.4.2 双差载波相位测量的观测方程 (4)2 基线解算的质量控制 (4)2.1 影响GPS基线质量的因素及判别方法 (4)2.2 基线解算的质量控制指标 (6)2.2.1 相对坐标 (6)2.2.2 半相对指标(同步环闭合差) (7)2.2.3 绝对质量指标 (8)2.3 提高基线解算质量的措施 (8)2.3.1 提高起算点坐标精度 (9)2.3.2 删除或优化卫星组合 (9)2.3.3 调整卫星截止高度角等控制参数 (9)2.3.4 截取观测时段 (10)3 GPS控制网基线解算实例 (10)3.1 解算软件 (10)3.1.1 HGO软件基线解算原理 (11)3.1.2 HGO基线解算的优缺点 (11)3.2 数据简介 (11)3.3 基线解算 (12)3.3.1 基线解算步骤 (12)3.3.2 精度评定 (15)3.3.3 基线解算的过程中的几个关键点 (16)4 结论 (16)参考文献 (17)Abstract (18)附录 (19)GPS控制网基线解算及质量控制的研究摘要：GPS控制网布设过程中，往往存在着诸如起算数据质量问题、观测时间过短、周跳太多、多路径效应等影响因素．由于这些因素的影响，我们所测得的基线质量可能达不到作业规范．这就需要在基线解算过程中消除或者减弱这些因素的影响，以得到质量较高的基线数据．本文介绍了基线解算的原理、原则、分类、影响GPS基线质量的因素以及基线解算的质量控制指标，并以武汉市某地控制网数据作为参考，结合HGO基线计算软件，说明基线解算的基本步骤及基线解算质量控制方法．关键词：GPS控制网；基线解算；武汉；HGO；质量控制方法The study on Quality Control and GPS Baseline SolutionAbstract：In the process of GPS control Network layout，there are such influencing factors as the initial data quality problems，too short for oberservtion，too much for cycle clips，multipath effect etc. Because of the influence of these factors，the baseline what we measured may not up to standard．This requires the solution of numerical process to eliminate or weaken the influence of these factors on the baseline to obtain the high-quality baseline data．This paper introduces the principle，principle，classification，influence factors of GPS baseline quality as well as the baseline quality control index of baseline solution．Taking the control network data somewhere in Wuhan as referance，comebined with the HGO baseline solution software to explain the basic steps of baseline solution and the quality control methods．Key words：GPS control network；basline solution；Wuhan；HGO；quality control methods0 引言GPS（Global Positioning System）是美国发展数十年的卫星导航项目，在全球范围内应用广泛[1]．利用GPS布设国家控制网、工程控制网、工程测量控制网所需工程量相比常规方法大为减少，因此GPS 在控制网建立领域大展身手．相应的，由此带来的数据处理问题成了一门热门学科．GPS定位技术中，GPS测量数据处理大致可分为基线解算和网平差[2]．由于GPS测量得到的是接收机相位中心到卫星发射中心伪距、载波相位和卫星星历等，要想得到精度较高的定位成果，就要先进行基线向量解算，并且评定基线精度，然后再进行基线向量网平差，因此可以说，GPS基线解算是测量数据处理工程中极其重要的一个阶段，其质量的好坏将直接影响到GPS网的定位精度[2]．由此可见，分析基线解算过程中的质量控制指标，提高基线解算的质量是非常必要的．通俗来讲，GPS基线解算就是GPS观测值通过数据处理，得到测站的坐标或测站间的基线向量值．而GPS基线向量表示了测站与测站间的坐标增量，它是GPS同步观测的直接结果，也是进行GPS网平差，获取最终点位的观测值．GPS基线向量与常规测量中的基线是有区别的，常规测量中的基线只有长度属性，而GPS基线向量则具有长度、水平方位和垂直方位等三项属性．1 GPS控制网基线解算1.1 基线解算原理GPS技术在测量上均采用相对定位技术．即将两台GPS接收机分别安放在基线的两端，同步观测相同的GPS卫星，以确定基线端点的相对位置或基线向量 [2]．基线解算就是利用GPS接收机接收到的载波相位观测值做为基本观测值，对其进行差分处理，建立观测值与基线向量的关系，通过最小二乘原理求解基线向量及其精度．平差所采用的观测值主要是双差观测值．平差分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数和基线向量的实数解(浮动解)；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解即整数解(固定解) [3]．1.2 基线解算选线的原则1.2.1 选取相互独立的基线选取相互独立的基线，否则平差结果会与真实的情况不相符合．可以依据RMS、RDOP、RATIO、同步环闭和差、异步环闭和差和重复基线较差来判定．1.2.2 选取的基线应构成闭合的几何图形选取的基线构成闭合环，将使不同基线间产生联系．基线之间相互约束、结构性强．1.2.3 选取质量好的基线向量选取基线质量的好坏将直接影响解算质量，从而影响网平差的质量.提取基线向量时需要遵循以下几项原则：必须选取相互独立的基线，选取后取能构成边数较少的异步环的基线向量；选取边长较短的基线向量．1.3 基线解算的分类1.3.1 根据数学模型分类GPS基线解算类型可以分为单基线解、多基线解和整体解．单基线解是数学模型按单一基线建立的解算方法．优点是模型简单，缺点是未顾及同一时段基线间的误差相关特性；多基线解是数学模型按时段建立的解算方法，包括同一时段中的一组独立基线．优点是顾及了同一时段基线间的误差相关特性，缺点是模型较为复杂；整体解是数学模型按整网建立的解算方法，包括整网中相互独立的基线．优点是模型严密，顾及了同一时段基线间的相关特性并且基线之间相互约束、结构性强．1.3.2 根据观测值类型分类GPS基线解算类型可以分为L1解、L2解、宽巷（Wide-lane）解、窄巷（Narrow-lane）解和无电离层影响（Iono-free）解．L1解是指L1为载波相位的解算方法；L2解是指L2为载波相位的解算方法；宽巷解是指宽巷组合观测值为载波相位的解算方法；窄巷解是指窄巷组合观测值为载波相位的解算方法；无电离层影响解是指无对流层影响组合观测值为载波相位的解算方法．1.3.3 根据所采用差分观测值的类型分类GPS 基线解算类型可以分为非（零）差解、单差解、双差解和三差解．非差解是指采用非差观测值的解算方法；单差解是指采用单差观测值的解算方法；双差解是指采用双差观测值的解算方法；三差解是指采用三差观测值的解算方法．1.3.4 如果根据模糊度的确定情况分类GPS 基线解算类型可以分为浮动解和固定解．固定解是指整周模糊度被确定为整数的解算方法；浮动解是指整周模糊度未被确定为整数的解算方法．1.4 基线解算的数学模型上述分类产生的数学模型的建立均基于测站和卫星的相互关系．利用载波相位的差分观测值，可以消除和削弱多种误差的影响，从而获得两点间高精度的GPS 基线向量．以单基线双差载波相位为例，建立基线解算的数学模型．1.4.1 载波相位测量原理基线向量平差计算采用单基线求解时，无论在一测段中同步联测多少测站，每次都仅取两个测站所含有的线性独立的双差观测值来进行解算，也就是说基线解算的过程实质是差分方程的解算过程．载波信号量测精度优于波长的1/100，载波波长（L1=19cm ，L2=24cm ）比C/A 码波长 (C/A=293m)短得多，所以GPS 测量采用载波相位观测值可以获得比伪距（C/A 码或P 码）定位高得多的成果精度．1.4.2 双差载波相位测量的观测方程以ｍ为单位的双差载波相位观测值模型为：(1-1)在(1-1）式中，∆∇为双差算子，且有：,1,(,)()()()()k l l k k i j i j j j i i j j i i o T T o T o T o T o T ∆∇=--+,1,1,,,1,,,1,,(,)(,)(,)()()()()()()()()(,)k k i j i j i j i j k k k l i j i j i i i j i j i i i l k l k j j j i j i j i j T T T T T T mf E ZD T mf E ZD T mf E ZD T mf E ZD T M T T b v ρλ∆∇Φ+∆∇=∆∇+⋅-⋅-⋅+⋅+∆+⋅∆∇需要指出的是，对于双差载波相位观测值，有(1-2)也就是说，此时双差载波相位偏差就是双差模糊度．另外，对于距离较短的基线向量，如10km 左右，通常认为，经过双差后可以忽略电离层折射延迟，这样，,1,(,)k i j i j M T T ∆就仅涉及多路径误差．如果确定了模糊度参数，在方程中模糊度参数将被固定．重新进行基线解算，从而得出基线向量的固定解．当然，基线解算的情形不止于此．包括三差载波相位模型在内的数学模型都在一定程度上削弱或者抵消了外界误差影响．尽管每种模型都对应不同的观测方程，但其实质都是差分方程的解算，此处不再一一列举．2 基线解算的质量控制2.1 影响GPS 基线质量的因素及判别方法⑴ 对于由起点坐标不准确所对基线解算质量造成的影响，目前还没有较容易的方法来加以判别．GPS 相对定位对同一卫星而言，星历误差对不同观测站同步观测的影响具有很强的相关性，在求坐标差时，共同的影响可自行消除，尤其是基线较短时，效果更明显．起算坐标的偏差对基线向量偏差的影响可按(2-1)式进行估算． d b d s b p(2-1) 在上式中：d b 为基线向量偏差，b 为基线长度，d s 为起算坐标的偏差，p 为GPS 卫星轨道高度．对于0.5 km 长的基线，GPS 卫星高度为22000k m ，按《GPS 测量规程》，E 级网起算坐标精度不低于20m ，这里d s 取20m 计算，则4154d b m m=．可见这一误差的影响是不容忽视的． ⑵ 少数卫星观测时间过短，某些卫星观测时间太短，会导致这些卫星的整周未知数无法准确确定，进而影响整个基线解算的结果．对基线解算而言，对参与计算卫星整周未知参数没有准确确定的话，将严重影响该条基线解的质量．要判别观测时间长短，可查看观,1,,0,,0,,00,00,1,()()k l l k k i j i j i j i j i jl k i j j i i j j i k i j o n n n n n ∆∇=-∆+∆φ+∆-∆φ=-∆+φ-φ+∆-φ-φ=-∆∇测数据文件中每个卫星观测数据的数量，或直接查看卫星可见性图．⑶卫星观测值中周跳太多．在整个观测时段里，有个别时间段里周跳太多，致使周跳修复不完善．周跳可以通过基线解算报告中残差图来判别．⑷在观测时段内，多路径效应比较严重，导致观测值的改正数会普遍较大，从而影响到基线解算质量．多路径效应对基线向量在水平方向上影响较大，这是判别其影响的依据．⑸对流层或电离层折射影响过大．当此种情况发生时，它所造成的电磁波的延迟较大，将导致整周未知数确定困难，影响基线解算质量，一般来讲，对流层或电离层的折射在垂直方向上对基线向量影响较大．⑹多路径效应、对流层或电离层折射影响均可通过基线解算报告中残差图进行判别．与周跳残差不同的是，当多路径效应严重、对流层或电离层折射影响过大时，观测值残差不是象周跳未修复那样出现整数倍的增大，而只是出现非整数倍增大，一般不超过1周，却又明显大于正常观测值的残差．2.2 基线解算的质量控制指标基线解算的质量控制是通过质量控制指标来体现基线的观测质量．基线解算的质量控制指标包括单位权方差因子、RMS、Ratio、同步环闭合差、异步环闭合差、重复基线较差等．基线向量质量控制的目的是为后续数据处理分析提供合格的基线向量结果．基线质量控制指标可分为相对指标、半相对指标、绝对指标．相对指标只是对解算质量的一般性评价，无法准确判定解算质量合格与否；半相对指标可确定质量是否不合格，却无法准确判定质量是否合格；绝对指标可确切判定质量合格与否．2.2.1 相对坐标⑴单位权方差因子 (参考因子 )TV PVf其中V———观测值的残差；P———观测值的权；———自由度．单位权方差因子以mm 为单位，该值越小，表明基线的观测值残差越小且相对集中，观测质量也较好，可在一定程度上反映观测值质量的优劣．⑵ 观测值残差的均方根RMS T V V RMS n(2-3) 其中 V ———观测值的残差；n ———观测值的数量．RMS 表明了观测值与参数估值间的符合程度，观测质量越好，RMS 就越小．⑶ 数据剔除率基线解算过程中，当观测值的改正数大于某一阈值时，则认为该观测值含有粗差，就需要将含有粗差的观测值剔除，被剔除的观测值与观测值总数的比值即为数据剔除率．数据剔除率从一定程度上反映了原始观测值的质量，该值越高说明观测值的质量越差．GPS 测量技术规范一般规定，同一时段观测值的数据剔除率应小于10%． ⑷ 比率RATIOR M S R A T I O R M S 次最小最小 (2-4)由公式可看出：该值大于或等于1，反映了所确定整周未知数的可靠性，值越大，可靠性越高．它既与观测值的质量有关；也与观测条件的好坏有关，通常观测时卫星数量越多，分布越均匀；观测时间越长，观测条件也越好．⑸ 相对几何强度因子RDOPR D O P (2-5)RDOP 值的大小与基线位置和卫星在空间的几何分布及运行轨迹有关，当基线位置确定后，RDOP 值就只与观测条件有关，RDOP 值的大小取决于观测条件的好坏，不受观测值质量好坏的影响．目前RDOP 值只能由数据处理后获得．以上是判定基线解算质量的相对指标，它们只是在一定程度上反映观测值质量的优劣，还无法判定基线解算质量是否合格．根据理论分析与实践经验，RMS和Ratio参数的质量如表2-1所示[4]．表2-1 RMS、Ratio主要参数质量基线长(km)Ratio RMS/周0~10 10~20 20~30 ≥ 3.0≥ 2.8≥ 2.6≤ 0.02 ~0.06≤ 0.06 ~0.09≤ 0.09 ~0.152.2.2 半相对指标(同步环闭合差)同步环闭合差指同步观测基线所组成的闭合环闭合差．从理论上讲，同步观测基线间具有一定的内在联系，从而使同步环闭合差三维向量总和为0．只要基线解算数学模型正确，数据处理无误，即使观测值质量不好，同步环闭合差也有可能非常小．所以，同步环闭合差不超限，不能说明环中所有基线质量合格；同步环闭合差超限肯定表明闭合环中至少有1条基线向量有问题．比如说，铁路工程GPS平面控制网同步环闭合差应符合《全球定位系统(GPS)铁路测量规程》(TB10054-97)式31614-1的要求[5]．就理论而言，在同一观测时段所形成的闭合环称为同步环．但实际观测过程中，由于各种原因，如某台仪器未能准时到位，不同仪器接收不同卫星数据或观测过程中仪器、信号出现短暂故障等，同一组观测没有同时段观测，严格讲不能称同步观测，也就不能称为同步环．但在实际作业中这样的环闭合差还是有很大的参考价值．2.2.3 绝对质量指标⑴异步环闭合差异步环闭合差指相互独立的基线组成闭合环的三维向量闭合差．异步环闭合差满足限差要求，说明组成异步环的所有基线向量质量合格；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1条基线向量的质量有问题．若要确定哪些基线向量不合格，可以通过多个相邻的异步环闭合差检验或重复观测基线较差来确定．在实际作业中，将各基线同步观测时间少于观测时间的40%所组成的闭合环按异步环处理[6]．⑵重复观测基线较差重复观测基线较差指不同观测时段，对同一条基线进行重复观测的观测值间的差异，当其满足限差要求时，说明基线向量解算合格；当不满足时，则说明至少有一个时段观测的基线有问题，这条基线可通过多条复测基线来判定哪个时段的基线观测值有问题．绝对质量指标是判定基线质量合格与否的重要参数，在进行网平差之前一定要进行这两项指标的计算与检验，一般情况下，网中所有基线均应进行异步环闭合差检验．2.3 提高基线解算质量的措施影响GPS观测数据质量的因素较多也较为复杂，如卫星的周跳、星历误差、对流层及电离层影响、多路径误差、无线电干扰、不明因素影响及起算点误差过大等都会影响基线解算，多数随机软件都会使用默认的参数进行解算，用户查看基线解算报告，并对基线质量进行分析，当有不理想基线存在时，应当对其进行优化，优化的过程其实就是用户手工干预解算的过程，主要通过以下几种方法达到提高基线精度的目的．2.3.1 提高起算点坐标精度基线解算时软件必须固定一个点的WGS-84作为起算坐标，该固定点的选取非常重要，因为该起算点的坐标精度将会对基线解算结果的精度产生影响．根据现有的设备和技术水平，要准确定位一个点的WGS-84坐标还有一定的困难，可以采取测区内观测时间较长的点，或者以前有观测数据的点的平均值作为起算数据，因此，在尚未精确地获得地方坐标系与WGS-84系的转换参数的条件下，要提高固定点的精度，通常可用以下方法：选择测区中心部位的某点独立观测两次或者多次[6]，每次观测时间较长的点位，取其平均值作为全网基线解算的起算点，以提高基线解算的精度．2.3.2 删除或优化卫星组合GPS接收机往往不可能一直保持对同一颗卫星的同步观测，个别或少数卫星观测时间太短导致失锁，且接收到的每个卫星的星历信息时间长短不一，但是软件默认的解算是把卫星的所有接收数据参加解算，这样解算造成部分卫星的整周模糊度难以准确确定，解算精度较低，为此，有必要对所接收卫星进行筛选，筛选要考虑图形强度因子GDOP值的变化，RATIO值的大小以及参考方差因子的大小等一些参数，在筛选卫星时可以采取先屏蔽一些可能失锁的卫星数据，进行解算查看相关指标，不要轻易删除某颗卫星，因为去掉某一颗卫星就意味着卫星的方位及GDOP值将发生变化．具体可以通过观察卫星相位跟踪图，能直观地看到观测到的各颗卫星的出、没时间．经验表明：在不出现周跳的情况下不少于规范规定的观测时间是必须的，当基线无固定解时，在基线报告中可以看到各颗卫星的整周模糊度及其误差也需要延长其观测时间，对短基线来说观测时间过长，卫星时钟差引起的模糊度求解误差就大，所有进行卫星删除优化时要综合考虑某颗卫星对网内其它基线的影响[7]．2.3.3 调整卫星截止高度角等控制参数主要是通过调整卫星截止高度角和采样间隔历元数等手段来提高基线解算质量．在基线解算时，当观测到的GPS卫星数目足够多时，可适当调高卫星截止高度角；反之，可适当降低高度角，让更多的卫星数据参与解算，似乎有一定的益处．而实际上，增大高度角虽可提高相位观测值的精度，但会使卫星图形强度变弱，影响到坐标精度，因此，调高高度角是徒劳的；降低高度角，可能有更小的中误差值，但此时对流层误差的影响特别严重，也会得不偿失[7]．因此，卫星截止高度角以15°为好；对于同步观测时间短的基线，可适当增加历元间隔，让更多的观测数据参加解算，既考虑到观测的时间长短又要顾及到历元间隔（采样率），通常静态观测的采样率以ｓ为宜；另外还可以通过改变对流层修正模型、电离层改正模型的方法来优化基线解算方法．2.3.4 截取观测时段由于观测的时间大小及天空卫星分布的原因，有时候通过卫星删除或者优化选择仍然难以达到高精度解算基线的条件，需要对保留卫星的观测数据进行有选择的截取．在基线自动处理结果中通过查看基线的RATIO值偏小的那些基线和查看其卫星残差图，使用软件提供的工具对某些信号频繁中断的时段对某颗卫星或者多颗卫星进行截取，不让其参加基线解算，但是截取要确保有效的观测时段不少于15min[8]，所以在进行外业观测特别是长基线观测的时候要增大观测时间，保证内业数据处理时有足够的观测数据进行高质量解算基线．经验证明：外业数据采集时可以对GPS接收机进行提前预热、增加观测时间、避免大面积水体等导致多路径效应发生以及避开中午11：30-13：30时段作业等手段，以确保观测数据的精度．3 GPS控制网基线解算实例3.1 解算软件HGO（Hi-Target Geomatics Office）软件，全名“HGO数据处理软件包”，是中海达在十多年的后处理软件运用与用户体验改进的基础上继HDS2003软件后推出的第二代静态解算软件．该软件用于高精度测量用户的基线数据处理，网平差，坐标转换．该软件设计支持GPS、GLONASS、BDS多系统解算，支持静态，动态（走走停停，后处理RTK）等多种作业模式．具有全新第二代基线处理引擎，能够解算超长时间的静态数据，并能智能剔除粗差数据，使用户的基线处理变得简单．采用全新的网平差模块，能进行WGS84系统下三维自由网平差、约束平差、当地约束平差等工作．并且配套完整的解决软件工具，包括全新的Rinex转换软件ConvertRinex、星历预报软件StarReport、坐标转换软件CoordTool、精密星历下载软件SP3Gate等[10]．3.1.1 HGO软件基线解算原理像其他基线计算软件一样，HGO基线解算的工作流程是基线解算原理在计算机上的实现，既分三个阶段进行．第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数和基线向量的浮动解；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的固定解[9]．3.1.2 HGO基线解算的优缺点HGO软件的优点在于界面友好，操作方便（如图3-1所示），其解算出来的结果可以直接在平差软件中进行读取[10]，并且兼顾了同步观测基线间的相关性；缺点在于没有提供向标准Renix格式转化的工具，使数据导入工作变得复杂．图3-1 HGO操作界面3.2 数据简介由于本文只侧重于基线解算方法和质量控制的研究，于是将武汉市某地GPS数据作为实例数据1．此次观测开始于2009年1月21日，观测时间为一天，并且采用该框架建立实时观测数据．在该GPS控制网中，采用若干台台AT2200双频GPS接收机以快速静态作业模式进行施测，采样率为120＂，观测时RDOP≤6，截止高度角为15°．3.3 基线解算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时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．数据由若干台接收机观测1天测得．其中单天观测24h，采样率为120s，卫星高度截止角15°，采用卫星广播星历．且已知该网严格按照《全球定位系统（GPS）测量规范（GB/T 18314-2001）》实施布设．3.3.1 基线解算步骤1.数据链接：http：///html/ziyuanxiazai/shujuxiazai/2009/0603/592.html。

GPS基线解算的理论与预算法在变形监测中的应用GPS技术的出现为我国导航、测量等工作的开展提供了更好的技术，对于GPS技术来说，其所具有的高自动化、速度快等特点广泛的应用于我国不同形势的变形监测工作中。

在本文中，将就GPS基线解算的理论与预算法及其在变形监测中的应用进行一定的分析与研究。

标签：GPS基线解算变形监测应用研究1 概述GPS技术是一种全新的空间定位技术，其在出现之后在很多的领域中对以往的电子测量仪器以及常规光学仪器进行了取代。

而在上世纪90年代以后，通过GPS技术同我国目前计算机的结合应用，在空间定位方面也具有了前所未有的技术高度，其所具有的全天候、高速以及高精度定位等特点非常适合应用在变形监测工作之中。

2 GPS基线解算技术在变形监测中的应用2.1 变形监测基本概念变形是自然界普遍存在的现象，它是指变形体在各种荷载作用下，其形状、大小及位置在时间域和空间域中的变化。

变形体的变形在一定范围内被认为是允许的，如果超出允许值，则可能引发灾害。

自然界的变形危害现象很普遍，如地层、滑坡、岩崩、地表沉陷、火山爆发、溃坝、桥梁与建筑物的倒塌等。

所谓变形监测，就是利用测量仪器及其他专用仪器和方法对变形体进行监视、观测的工作。

变形监测又称变形测量或变形观测，其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小及位置变化的空间状态和时间特征。

变形监测工作是人们通过变形现象获得科学认识、检验理论和假设的必要手段，是工程测量学的重要内容。

2.2 GPS技术在变形监测中的应用基于GPS技术的变形监测理论与方法，是当前广泛采用的变形监测新方法、新技术之一。

GPS卫星定位技术相比于传统的测绘作业方法与模式有着显著的特点和优越性，其优越的性能及广泛的适用性，是常规测量作业难以比拟的。

GPS 以其全天候、高精度、高效率、实时动态等优点，成为当今极为重要的监测手段之一。

2.3 GPS基线解算技术原理对于该技术而言，其所具有的基线向量代表着不同观测站所具有的位置关系，即对于不同的测站都具有的不同的坐标增量。

黄勇【摘要】:本文简述了在GPS静态定位测量中基线解算的质量控制指标,详细分析了影响GPS基线解算结果的主要因素,给出了判别这些因素方法,并对如何消除这些因素的影响提出了相应的处理措施.GPS基线解算阶段的关键问题GPS基线解算阶段的关键问题黄勇【摘要】:本文简述了在GPS静态定位测量中基线解算的质量控制指标,详细分析了影响GPS基线解算结果的主要因素,给出了判别这些因素方法,并对如何消除这些因素的影响提出了相应的处理措施.【关键词】:GPS基线解算质量控制因素措施GPS静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点.其中较为常见的方面是利用GPS建立各种类型和等级的控制网,在这些方面GPS技术已基本上取代了常规的测量方法,成为了主要手段.较之于常规方法,GPS在布设控制网方面具有测量精度高;选点灵活,不需要造标,费用低;全天侯作业;观测时间短;操作简便等优点.基线解算是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关系到各条基线的观测精度,从而影响整个控制网的精度.因此基线解算质量控制以及基线解算过程中数据的处理方法是整个控制网数据处理的关键点.结合GPS定位原理和实际经验对于GPS基线解算阶段需要解决的一些关键问题作以下论述.1GPS基线解算阶段的关键问题一. 基线解算的质量控制基线解算的质量控制是通过质量控制指标来体现基线的观测质量.基线解算的质量控制指标包括单位权方差因子,RMS,RATIO,同步环闭合差,异步环闭合差,重复基线较差等.1. 单位权方差因子(参考因子)=√VTPV / n其中:为观测值的残差;为观测值的权;n为观测值的总数.单位权方差因子(参考因子) 以mm为单位,该值越小表明基线的观测值残差较小且相对集中,该基线观测质量较好.2. RMSRMS是均方根误差(Root Mean Square),即:其中:为观测值的残差;为观测值的权;为观测值的总数.RMS表明了观测值的质量,观测值质量越好,RMS越小,反之,观测值质量越差,则RMS越大,它不受观测条件(观测期间卫星分布图形)的好坏的影响.依照数理统计的理论观测值误差落在1.96倍RMS的范围内的概率是95%.2GPS基线解算阶段的关键问题3. RATIO显然,反映了所确定出的整周未知数参数的可靠性,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.4. 同步环闭合差同步环闭合差是由同步观测基线所组成的闭合环的闭合差由于同步观测基线间具有一定的内在联系,从而使得同步环闭合差在理论上应总是为0的,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.5. 异步环闭合差不是完全由同步观测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.6.重复基线较差不同观测时段,对同一条基线的观测结果,就是所谓重复基线.这些观测结果之间的差异,就是重复基线较差.利用重复基线较差可以检查不同时段的同一基线的观测质量,剔除粗差.在基线控制的质量指标中,RMS和RITIO这三个质量指标3GPS基线解算阶段的关键问题只具有某种相对意义,它们数值的高低不能绝对的说明基线质量的高低.二,影响GPS基线解算结果的几个因素影响基线解算结果的因素主要有以下几条: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.2,少数卫星的观测时间太短,导致这些卫星的整周未知数无法准确确定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,而对与基线解算来讲,对于参与计算的卫星,如果与其相关的整周未知数没有准确确定的话,就将影响该条基线解算的精度.3,在整个观测时段里,有个别时间段里周跳太多,致使周跳修复不完善.4,在观测时段内,多路径效应比较严重,观测值的改正数普遍较大.5,多路径效应严重,对流层或电离层折射影响过大.三,影响GPS基线解算结果因素的判别1,基线起点坐标不准确的判别对于由起点坐标不准确所对基线解算质量造成的影响,目前还没有较容易的方法来加以判别,因此,在实际工作中,只有尽量提高起点坐标的准确度,以避免这种情况的发生.2,卫星观测时间短的判别关于卫星观测时间太短这类问题的判断比较简单,只要查看观测数据的记录文件中有关对与每个卫星的观测数据的数量就可以4GPS基线解算阶段的关键问题了,有些数据处理软件还输出卫星的可见性图(如图1),这就更直观了.图1 卫星的可见性图(示例)3,周跳太多的判别对于卫星观测值中周跳太多的情况,可以从基线解算后所获得的观测值残差上来分析.目前,大部分的基线处理软件一般采用的双差观测值,当在某测站对某颗卫星的观测值中含有未修复的周跳时,与此相关的所有双差观测值的残差都会出现显著的整数倍的增大.通过下面的三个残差图(图2,3,4)可以分析出SV12号卫星的观测值中含有周跳.5GPS基线解算阶段的关键问题图2 SV12含有周跳的残差图(1)图3 SV12含有周跳的残差图(2)图4 SV12含有周跳的残差图(3)6GPS基线解算阶段的关键问题4,多路径效应严重,对流层或电离层折射影响过大的判别对于多路径效应,对流层或电离层折射影响的判别,我们也是通过观测值残差来进行的.不过与整周跳变不同的是,当路径效应严重,对流层或电离层折射影响过大时,观测值残差不是象周跳未修复那样出现整数倍的增大,而只是出现非整数倍的增大,一般不超过1周,但却又明显地大于正常观测值的残差.通过下面的三个残差图(图5,6,7)表明SV25在时间段内受不名因素(可能是多路径效应,对流层折射,电离层折射或强电磁波干扰)影响严重.图5 SV25受不明因素影响的残差图(1)图6 SV25受不明因素影响的残差图(2)7GPS基线解算阶段的关键问题图7 SV25受不明因素影响的残差图(3)四,应对措施1,基线起点坐标不准确的应对方法要解决基线起点坐标不准确的问题,可以在进行基线解算时,使用坐标准确度较高的点作为基线解算的起点,较为准确的起点坐标可以通过进行较长时间的单点定位或通过与WGS-84坐标较准确的点联测得到;也可以采用在进行整网的基线解算时,所有基线起点的坐标均由一个点坐标衍生而来,使得基线结果均具有某一系统偏差,然后,再在GPS网平差处理时,引入系统参数的方法加以解决.2,卫星观测时间短的应对方法若某颗卫星的观测时间太短,则可以删除该卫星的观测数据,不让它们参加基线解算,这样可以保证基线解算结果的质量.3,周跳太多的的应对方法若多颗卫星在相同的时间段内经常发生周跳时,则可采用删除周跳严重的时间段的方法,来尝试改善基线解算结果的质量;若只8GPS基线解算阶段的关键问题是个别卫星经常发生周跳,则可采用删除经常发生周跳的卫星的观测值的方法,来尝试改善基线解算结果的质量.4,多路径效应严重由于多路径效应往往造成观测值残差较大,因此,可以通过缩小编辑因子的方法来剔除残差较大的观测值;另外,也可以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的应对方法对于对流层或电离层折射影响过大的问题,可以采用下列方法: a),提高截止高度角,剔除易受对流层或电离层影响的低高度角观测数据.但这种方法,具有一定的盲目性,因为,高度角低的信号,不一定受对流层或电离层的影响就大.b),分别采用模型对对流层和电离层延迟进行改正.c),如果观测值是双频观测值,则可以使用消除了电离层折射影响的观测值来进行基线解算.总之,在GPS基线解算过程中要充分利用各种控制指标,综合考虑各种因素的影响,分别采用不同的措施最终使基线解算达到满意的结果.9。