黄保存

摘 要：GNSS测量是用接收机与天线组成的测量系统，接收GNSS卫星信号实现空间定位的高新测量技术，它为定位测量提供了一种崭新的手段。一般而言，GNSS具有全天后作业，观测简便，布网自由（无须站间通视），观测与数据处理自动化程度高，同时提供三维坐标，定位精度高等共性特点。该文从实际出发，根据我院多年来使用GNSS测量技术的经验，探讨GNSS测量技术在施工测量控制网中的应用。

关键词：GNSS测量 施工测量控制网 基线向量 可靠性

中图分类号：P227 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0087-02

GNSS测量同样存在各种误差影响，除卫星与接收机方面的时钟误差、轨道误差外，卫星信号在传播过程中要受到电离层、对流层以及环境条件的影响。我国地域广大，地区性环境条件差异也大。就云南高原山区而言，海拔高，地形起伏，相对高差大；立体型气候、气温差异大，这对GNSS观测有着不同程度的影响，因此，针对不同的环境条件作些研究和探讨是有益的。

中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司引进了1套（四台）Trimble R7 GNSS测量系统，Trimble R7 GNSS系统把多通道、多频带的GNSS接收机与超高频电台集为一体，可实现最大灵活性、最佳精度和最高生产率。该单位分别在云南省禄劝县甲岩水电站，昆明市牛栏江引水工程和云南省滇中引水工程布设了GNSS施工测量控制网。该文结合观测情况，对GNSS基线成果的可靠性问题作些探讨。

1 基线处理简述

GNSS测量为载波信号、测距码与导航数据。将各接收机同步观测的信号汇集到计算机后，经基线处理软件解算，提供每两测站之间的基线向量。基线向量在WGS-84坐标下以dx，dy，dz三个分量表示，也可以转换为基于椭球的斜距、方位角与大地高差三分量形式。

基线采用Trimble Business Center（TBC）软件自动方式处理。其解算过程是：首先作三差处理，求取未知参数初始值；接着进行周跳修复；求双差浮动解；寻找整周未知数N并进行探查解算。如果能找到可靠的整数N，便求出双差固定解。

从理论上讲，整周未知数N是一个整数，由于存在误差影响，解得的整周未知数往往不是整数。以此直接求得的解称作双差实数解（浮动解），一般对于小于20km的短基线以固定解最好，对于大于20km的基线宜取用浮动解。此次布设的GNSS网是以工程应用为目的，主要是满足工程施工测量过程中的放样工作，所以基线长均在3km以下。

2 GNSS基线成果可靠性检测指标与方法

鉴别基线优劣，可以从单条基线质量、同步环和异步环闭和差以及网平差三个不同层次予以检核。

用Trimvec-plus软件解算的基线，同时提供rms，RDOP，ratio和rejected等质量指标。其中rms是基线平差计算后的验后中误差，单位为载波波长（周），主要用于衡量观测质量，能反映出质量观测噪音、周跳修复程度、观测改正模型误差等综合因素的影响，同时与基线长短也相关。其值越小越好。

RDOP称作相对定位几何精度因子，其定义式为：

RDOP=

分子为基线三个分量的方差之和，基线分母为方差。它类似于PDOP，主要表达在相对定位中，卫星星座的几何结构与基线长短无关，构成星座的卫星数多，图形强度又好，那么RDOP就小，测量误差对基线成果的影响就越小。

ratio是一个比值，在作整周未知数N的探查中，采取舍入取整与加减一、二周的方法进行探查性试算，从中选取残差平方和最小的一组作为分母，次好的一组作为分子，此值越大，N的推测结果越好，经验证明当ratio大于3.0时，固定双差解的置信水平就高。就数据统计而言，这是类似于F检验的方法。

至于rejected是时段中被剔除的劣质观测值数目，一般取它与观测值总数的比值（%）形成观测值剔除率。反映观测值优劣比，一般剔除率在10%以内。比值太高，说明在有限的观测值中，用于解算基线的多余观测数目就越少，同样也会影响基线解的质量。此外，比较一下基线双差固定解与双差浮动解之间的坐标差亦可进一步确认固定解的质量。当二者相差在几厘米之内，固定解优于浮动解；若相差较大，则成果可能有疑，应进一步分析。

根据理论分析与实践经验，主要质量指数推算值如表1所示。

一般而言，浮动双差解的RDOP值比固定双差解大，若RDOP小于0.4米/周，说明固定双差解较好。以上是就单条基线质量而言。当GNSS网观测到能构成闭合环路线时，闭合环检核是基线成果可靠性的最有效的方法。同步环闭合差可以检测时段中基线的内附和状况，但其中可能存在误差互补性掩盖现象。不同时段之间组成的异步环对检测基线可靠性最为有效。随机软件中的TCLOSE程序专用于作闭合差计算，同时可提供分量闭合差值，闭合环全长及全长相对闭合差（PPM）供分析评价。当GNSS网基线观测到一定数量时，便可将基线成果挂在项目名下，用随机平差软件Trimnet进行自动构网和平差试算，次工作可以逐日将基线成果加入，在构网中能提供多路径闭合环检测，对基线作取舍编辑处理。逐日试算，可以从平差结果的点位指标，点位误差椭圆，观测直方图中进行整体判断，进一步作出基线质量评价。单条基线质量检核，闭合差检测，网平差结果评价，三重关口检测保证了构网基线的质量。

3 施工测量控制网环境条件及基线成果可靠性统计

所做的三个施工测量控制网分布在不同的海拔、地理环境、气象条件下。其中K网位于滇中引水中段，平均海拔2300m，边长由几百米到几公里不等，一般均在2公里以下，分布在有森林、水域、稻田的郊野，主要用于不同季节多次重复观测对比试验。X网较小，控制面积约四个平方公里，平均海拔800m，边长在500米至1200米左右，整网位于峡谷地区，落差较大，观测时间为八月份，平均气温在30℃左右，主要用于与原有膨胀土地变形监测网的对比试验。Y网位于牛栏江靠近曲靖地区，沿河边右岸有一条公路通过测区，点位布在海拔1700～1800米左右，原有控制点分布在海拔2300米以上的高山上。分别于8月份（平均气温29℃）和12月份（平均气温8℃）观测。边长最短的有300米，最长的有4500米，一般1500米左右的居多。主要用于探察低海拔河谷区、高差大，气象条件差异大的环境下GNSS观测效果。

施工测量控制网多数采用四站同步时段观测，少量为双测站单基线，取截止高度角≥15°，时段平均为90分钟，PDOP≤6。三个施工测量控制网共观测了56个同步时段（包括重复设站，重复边）共计166条基线，同步基线存在如下情况。

（1）同步时段中，基线均为固定双差解，闭合差满足设计要求的占基线总数的65%。（2）同步环中提供有固定解和浮动解两种基线，或三条基线均为浮动解，且闭合差合格的采用基线占总数的14%。（3）在闭合差不合格的同步环中取用的合格基线占基线总数的10%。（4）废弃基线占总数的11%。

由以上的试验数据可以看出：（1）三种环境条件综合统计的平均水平，获得固定双差解的比率约为75%左右，可采用的浮动解的比率为15%左右。（2）同样的仪器，基线观测成功率与环境条件关系较大。在环境条件较差的情况下，对多路径现象，微波干扰，同步卫星数，气象条件等可采取计划观测时间，加测气温气压，加设多路径屏蔽措施，适当延长同步观测时间，可望得到改善。

4 施工测量控制网基线可靠性分析

施工测量控制网中凡是ratio值大于3.0者，rms又在上述推算指数以内，经闭合差、构网检测采用率达100%，这说明不管同步环是否闭合经ratio检验合格的固定双差解单基线的置信水平很高，是检验基线可靠性最简便、最有效的方法，在构网中可以大胆取用。个别情况伴以rsm偏大，多数观测噪音偏高或基线太长所致，应以闭合差进一步检核。如果得不出基线固定解，但rsm较小，RDOP值又适合，经闭合差检测也合格，这可能属基线太长，观测数据不足或可测卫星数目不多所致，此时取用浮动解是可信的。当rsm较大，说明数据噪音大或基线太长，同时伴以RDOP值偏高，同步环闭合差检核多数要失败，偶有合格者，务必再作异步环闭合检查，防止粗差互补性掩盖现象。当观测时段较长（一般在120分钟以上），有时基线三差解优于双差浮动解，三差解成果必须经闭合差检核方可采用。对闭合差检核失败的同步环，经rsm、RDOP分析有可能存在单条基线的浮动解可取情况，此时最有效的检测方法仍然是异步环闭合差检核。

5 结语

GNSS外业观测经解算后的成果是基线向量，它是构成GNSS网的基础。GNSS网的优劣主要赖于基线质量与提供多余基线的数量，它与网的几何形状无关。因此，GNSS网的质量与基线质量关系紧密相关。由于观测要受到各种环境条件的影响，基线出现劣质解是难免的，不能期望GNSS观测完美无缺。观测条件不同，基线成功率也有差异。构成同步环的基线，凡是ratio值检测成功的固定双差解，置信度高，可大胆取用。经异步环闭合差检核合格的浮动双差解也是可信的。根据工作进程，对当天观测的解算结果按单条基线的ratio、rms、RDOP分析、同步环闭合差检核可基本判定基线的可靠度。异步环闭合差是基线可靠性检测的最有效的方法。在整网GNSS构网中还可以根据网平差的统计检验来剔除个别误差较大的基线。单条基线判断、闭合差检核、平差网检验构成了基线可靠性的检验体系。在环境条件较差的情况下，要特别注意多路径现象、强电场干扰、同步卫星数量。加测气温气压，适当增加同步观测时间，必要时对劣质解实施手动精化处理，有可能提高基线的成功率。

参考文献

[1] DL/T5173-2012.水电水利工程施工测量规范[S].2012.

[2] GB/T18314-2009.全球定位系统（GPS）测量规范[S].2009.

[3] 刘大杰.全球定位系统（GPS）的原理与数据处理[M].上海：同济大学出版社，2007.

[4] 王广运.GPS卫星定位的应用与数据处理[M].北京：测绘出版社，2003.