基于TBC軟件的基線處理及其質量控制

魏 峰，張 健，彭 偉

（長江三峽勘測研究院有限公司（武漢），湖北 武漢 430074）

1 基線向量解算簡介

基線向量解算（baseline vector solution）是指在衛星定位中，利用載波相位觀測值或其差分觀測值，求解兩個同步觀測的測站之間的基線向量坐標差的過程，是GPS網觀測數據處理過程的重要環節。基線解算質量的好壞直接影響到整個控制網的精度。Trimble Business Center（TBC）是美國Trimble公司推出的一整套測繪內業數據處理軟件，是專為管理、分析、處理外業測繪數據而設計，支持導入多種數據格式，可以導自動識別GNSS文件格式，直接從接收機或手簿快速導入文件，也可以導入非標準格式的ASCII格式數據。TBC集成了功能強大的可視工具和建模工具，可以利用多種視圖全面反映數據信息，具有高效基線處理和網平差的能力。

2 基于TBC軟件的基線解算步驟

TBC軟件基線解算的流程如圖1所示。

2.1 新建工程及工程設置

（1）新建工程，在工程設置中進行工程所在地區的坐標系統和投影帶、大地水準模型、單位、基線處理－質量精度的限差以及衛星及高度角的設定。設置頁面如圖2所示。

（2）工程設定完成后，導入GNSS靜態外業觀測數。可選擇導入天寶DAT格式數據和接收機內的T1、T2文件，也可以導入其他品牌接收機生成的RINEX文件。

選擇文件＞導入，找到并選擇要導入的數據文件。導入數據后，程序自動打開“接收機原始數據檢查”對話框，可對照外業記錄檢查點名稱、天線類型、量高方法和天線高度等，確認信息是否正確，必要時進行編輯更改，檢查無誤后確定導入。成功導入GNSS靜態數據后的程序界面如圖3所示。

2.2 基線解算

圖1 TBC軟件基線解算的流程

圖2 工程設置

處理基線之前，需對基線的數據間隔時間進行設定。設定的間隔時間越短，需處理的數據越多，處理時間越長，精度越高。如果選擇的間隔時間比外業數據采集間隔時間短，則使用外業數據采集間隔時間。提供時段數據的衛星包括時間界限上的黑線和灰線。黑線表示在基線第一個點采集的數據，灰線表示在基線第二個點采集的數據。

選擇測量＞基線處理，基線處理對話框中顯示基線處理進度，處理完成后表格列出處理的所有基線，并自動勾選滿足精度限差的基線。選中任一條基線，可以查看基線處理的詳細報告。確定處理的基線滿足精度要求，保存處理結果。

圖3 數據導入完成

若處理基線對話框顯示基線錯誤標志，則應對測量數據中天線類型、天線高度和點名稱進行檢查。檢查無錯誤后，對觀測數據進行平滑濾波檢驗，剔除觀測值中的粗差，刪除無用觀測值。用時段編輯器對所選時段采集的衛星數據的質量進行檢查，選擇所需編輯的基線，右鍵選擇“時段編輯器”，選定衛星編號可以決定是否禁用該顆衛星的時段觀測值，左鍵框選時段數據中不連續的觀測值，可以進行局部刪除（圖4）。

如果某衛星在所有基線測量中的觀測質量均較差，需在所有基線中禁用此衛星，可在工程設置中，選擇基線處理＞衛星，取消要禁用的衛星對應的復選框。

圖4 時段編輯器

編輯完成后，關閉時段編輯器，重新處理基線，完成GNSS基線的處理。

3 基線質量的檢驗

解算后的基線結果并不能馬上用于后續的處理，還必須對基線的質量進行檢驗，只有質量合格的基線才能用于后續的數據處理。如果不合格，則需要對基線進行重新解算或重新測量。基線的質量檢驗需要通過RATIO、RMS、同步環閉和差、異步環閉和差和重復基線較差來進行。

3.1 觀測值的均方根誤差RMS

觀測值均方根誤差（Root Mean Square），反映了觀測值與參數估值間的符合程度，與觀測條件（觀測期間衛星分布圖形）好壞無關，在一定程度地反映了觀測值質量的優劣，一般認為RMS越小，觀測值質量越好。

式中：V為觀測值的殘差；n為觀測值的總數。

3.2 RATIO

RATIO值為在采用搜索算法確定整周未知數參數的整數值時，產生次最小的單位權方差與最小的單位權方差的比值，反映了所確定出的整周未知數參數的可靠性，該值總大于等于1，值越大，可靠性越高。這一指標取決于多種因素，既與觀測值的質量有關，也與觀測條件的好壞有關：

3.3 數據刪除率

在基線解算時，如果觀測值的改正數大于某一個閾值時，則認為該觀測值含有粗差，需要將其刪除。被刪除觀測值的數量與觀測值的總數的比值，就是所謂的數據刪除率。數據刪除率從某一方面反映出了GPS原始觀測值的質量。數據刪除率越高，說明觀測值的質量越差。《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB／T 18314－2009）規定：同一時段觀測值的數據剔除率不宜大于10%。

3.4 同步環閉合差

三邊同步環中只有兩個同步邊成果可以視為獨立的成果，第三邊成果就為其余兩邊的代數和。由于模型誤差和處理軟件的內在缺陷，第三邊處理結果與前兩邊的代數和常不為零。對于四站以上同步觀測時段，在處理完各邊觀測值后，應檢查一切可能的三邊閉合差。如果同步環閉合差超限，則說明組成同步環的基線中至少存在一條基線向量是錯誤的，但反過來，如果同步環閉合差沒有超限，還不能說明組成同步環的所有基線在質量上均合格：

3.5 異步環閉合差

由獨立觀測的基線所組成的閉合環稱為異步環，異步環的閉合差稱為異步環閉合差。當異步環閉合差滿足限差要求時，則表明組成異步環的基線向量的質量是合格的；當異步環閉合差不滿足限差要求時，則表明組成異步環的基線向量中至少有一條基線向量的質量不合格。要確定出哪些基線向量的質量不合格，可以通過多個相鄰的異步環或重復基線來進行：

3.6 重復基線較差

同一基線邊觀測了多個時段得到的多個基線邊稱為重復基線邊。這些觀測結果之間的差異，就是重復基線較差。《全球定位系統（GPS）測量規范》（GB／T 18314－2009）規定：B級GPS網基線外業預處理和C、D、E級GPS網基線處理，復測基線的長度較差ds應滿足：

式中：σ為基線測量中誤差，單位為mm。B、C、D、E級GPS網基線測量中誤差σ采用外業測量時使用的GPS接收機的標稱精度。計算時邊長按實際平均邊長計算。

4 影響基線解算精度的因素及在TBC中的應對方法

影響GPS基線解算精度的因素有很多，如衛星觀測時間太短、周跳太多、多路徑效應嚴重、對流層或電離層折射影響過大、起點坐標不準確等。其中一些因素可以通過對TBC軟件的設置及數據的處理，進行改進優化。

（1）基線解算時所設定的起點坐標不準確。起點坐標不準確，會導致基線出現尺度和方向上的偏差。只能設定較準確的起點坐標，盡量提高起算點坐標的精度，以避免這種情況的發生。

（2）少數衛星的觀測時間太短。當衛星的觀測時間太短時，會導致與該顆衛星有關的整周未知數無法準確確定，將影響整個解算結果的質量。在TBC軟件中可使用時段編輯器將觀測時間太短的衛星禁用，使其不參與基線的解算，保證基線解算結果的質量。

（3）周跳太多。在整個觀測時段里，個別時間段或個別衛星周跳太多，致使周跳無法完全修復，導致解算時整周未知數固定困難。利用TBC軟件中基線處理報告內的觀測值殘差上來進行分析，若多顆衛星在相同的時間段內經常發生周跳時，可刪除周跳嚴重的時間段，以改善基線解算結果的質量；若只是個別衛星經常發生周跳，則刪除發生周跳的衛星的觀測值，嘗試改善基線解算的質量。

（4）多路徑效應影響。多路徑效應是GPS測量中干擾測量質量的主要原因之一，多路徑效應對GPS接收機中的碼捕獲和跟蹤將造成干擾，從而影響碼和相位的量測。為減少其影響 ，在選點時應盡量避開如水面、平坦光滑的地面、平整的建筑物等強反射物，并選用防多路徑效應的天線 。由于多路徑效應往往造成觀測值殘差較大，可以通過基線解算后的基線處理報告中的觀測值殘差分析判斷。確定受影響的觀測值，采用刪除多路徑效應嚴重的時間段或衛星的方法。

（5）對流層或電離層折射影響過大。當GPS信號通過電離層時，因受到帶電離子的非線性散射的影響，信號的路徑會發生彎曲，傳播速度也會發生變化，使得光速乘以信號傳播時間不等于衛星到接收機的實際距離。可在TBC軟件中將衛星高度截止角提高或是采用模型對對流層或電離層折射延遲進行改正，也可使用消除了電離層的折射影響的雙頻觀測值進行基線解算。

5 結語

GPS基線解算是GPS數據后處理的一項重要內容，是為了向后續的數據處理分析提供合格的基線向量，對于基線的質量控制主要是在基線解算過程中通過一系列的質量控制指標來進行檢核和控制。本文結合TBC軟件的靈活配置方案和對觀測數據的適當處理，給出了解決影響基線解算質量因素的方法。

[1]徐紹銓，張華海，楊志強，等.GPS測量原理與應用[M].3版.武漢：武漢大學出版社，2008.

[2]張紅斌.GPS基線處理應注意的幾個問題[J].物探裝備，2003，13（4）：271～273.