GNSS觀測成果監理系統開發

張海忠,謝志越,張余亮,張偉民

(61365部隊,天津 300140)

0 引 言

近年來,國家開展了以中國大陸構造環境監測網絡(簡稱“陸態網絡”)GNSS聯測、基地控制網布測和國界聯測等為代表的諸多GNSS觀測任務,面對海量的觀測成果資料,傳統的人工監理方法已不能適應發展要求,難以實現全覆蓋的數據檢查和全質量元素的質量評定,且對質檢人員提出了嚴峻的考驗。因此,實現自動資料檢查、質量評定、監理報告生成和對質量元素統計分析,達到觀測文件檢查全面化、質量評定客觀化和質量元素統計分析全元化,確保成果檢查監理快速高效、全面公正,并對質量管理持續跟進,具有十分的必要性。

1 系統設計

根據GNSS測量成果的監理要求,建立成果檢查監理的模型,實現數據資料和文檔文件的自動全面檢查,完成自動質量評定和自動生成檢查監理報告,有效地提高了檢查速度和質量評定的準確性。功能包括觀測數據和技術文檔檢查、質量評定、監理報告生成及統計分析等四部分。成果監理的工作流程如圖1所示。

1.1 開發平臺配置

考慮到在野外環境下使用,系統的硬件運行平臺為便攜式微機,采用Windows 7操作系統,使用Visual C#2010作為開發工具,數據文件利用xml格式文件進行管理,報表制作采用Office 2010.

采用易于閱讀、易于軟件操縱的xml文件實現觀測成果數據庫、檢查結果數據庫、檢查細則數據庫;利用MapX技術實現點位成果的可視化;以Office辦公軟件為嵌入軟件,生成檢查驗收報告的文檔;采用多文檔界面的窗體技術,按任務驅動設計用戶界面,操作簡單。

1.2 標準數據庫設計

對成果的質量元素進行分析,建立適合自動檢查的標準數據庫,將質量元素的基本要求和錯漏分類結合;讀取觀測數據和文檔文件,將數據和文檔成果保存在觀測成果數據庫中;提取觀測成果和質量評定過程的質量元素數據,保存在質量評定數據庫。

1.3 數據和文檔檢查模型設計

對觀測數據和技術文檔,依據質量要求設計相應的處理方法,按數學精度指標進行精度估計。并通過軟件引導提示,對數據和文檔文件的格式、內容及標準進行全面的檢查,檢查結果能自動記錄。

1.4 質量等級評定

根據檢查結果和質量標準,自動對質量元素進行定量分數評定和成果質量等級評定。質量評定結束后,可查看項目的質量統計情況[1]。

1.5 監理報告生成

根據設計的模板,軟件引導質檢人員完成文檔的編寫;并將檢查過程中發現的問題,匯總生成成果檢查問題登記表;將觀測數據的檢查結果生成觀測質量檢查表;將每個測站檢查項目的質量評定結果匯總生成成績表。

1.6 統計分析

根據成果監理過程中積累的質量元素數據,統計質量元素的表現規律,對點位觀測環境、觀測數據有效率、多路徑效應、歷年質量元素情況統計等進行大數據分析。

2 功能實現的關鍵技術

1) 采用標準數據接口、功能驅動界面,自動記錄運行過程參數信息,實現了觀測成果質量評定工作中定性分析的指標化、定量分析的自動化。

2) 細化了質量監理項目和質量元素的分類標準,增強了大地測量成果檢查與質量評定的操作性。依據質量元素的定性和定量指標,建立質量評價模型,編制成果檢查與質量評定軟件,實現了成果檢查、質量評定和監理報告編寫的程序化。

3) 設計了利用模板和觀測數據自動生成儀器檢定報告、成果質量評定表、檢查監理報告、多路徑效應影響圖等內容。既統一了文檔格式,又提高了文檔整理的效率和準確性。

4) 建立全元分析模型,積累每一個觀測文件的質量元素數據,可以對儀器性能、點位環境變化、成果質量情況等進行統計,通過大數據分析得出定性的結論,為點位維護、觀測數據使用提供準確依據[2]。

3 應用實例

下面以陸態網絡GNSS聯測成果監理為例,討論分析該系統的實際應用情況。

3.1 觀測數據和文檔文件檢查

打開軟件,按照程序引導自動查找觀測成果目錄下的全部觀測文件,并對每一觀測文件的點名、點號、觀測員、天線高等內容和文件頭項目的填寫完整性進行檢查。對有問題的文件給予提示;對觀測時長、多路徑效應影響、有效率、開關機時間等質量要素進行詳細檢驗;并對手簿記錄、手簿整飾和光盤刻錄進行逐項檢查。查找出與觀測技術綱要要求不符的點位,形成觀測文件質量要素統計表[3]。如圖2所示。

3.2 觀測文件和點位質量評定

按照數據精度元素的評價標準,對觀測時長、多路徑效應影響等質量元素進行分項打分,按點位或觀測文件為單位進行匯總,評定出每個文件或每個點位的質量分數;對手簿記錄、整理,安置天線指北和量取天線高時拍取的照片,點位環境照片,按照編制的質量要求及錯漏扣分標準,逐點逐項進行質量評定;同時將GNSS聯測成果的數學精度分數、錯漏扣分情況進行匯總,計算出每個點位的分數,按優秀、良好、合格和不合格四個等級得到每個點位的質量評定結論[4]。觀測評定結果,如圖3所示。

3.3 監理報告生成

設計檢查監理報告的模板,供檢查監理人員參考,程序中提供修訂功能,與各個檢查統計表一起,如觀測站點總數、有效率、各單位完成的站點數量等進行統計并形成報表,共同形成檢查監理報告的初稿[5]。如圖4所示。

3.4 統計分析

通過對多年來的GNSS觀測點位數據統計,主要從多路徑效應影響、觀測量有效率和監理過程中積累的質量元素數據等方面進行分析,通過點位觀測環境、接收機性能等分布規律,建立質量元素的量化精度指標,為科學利用成果、修訂規范等提供準確依據[6]。

下面通過對2009年、2011年、2013年和2015年四期觀測數據的檢查發現,G043點位的多路徑效應影響呈逐漸上升趨勢,其變化情況如表1和圖5所示。

表1 四期觀測文件質量元素變化情況表

4 結束語

實際應用證明,該系統改變了以記憶標準、人工查看為主的傳統GNSS測量成果監理和質量評定的作業模式,實現了測量成果全部由軟件檢查、軟件進行質量評定和驗收報告自動生成的自動化工作模式,使GNSS測量成果檢查監理達到了快速、準確、全面和質量評定結果科學客觀、結論一致的目的,極大地提高了檢查監理的工作效率。通過對點位觀測環境進行評估、對儀器性能進行評價、對各項誤差值的表現區間進行統計分析,為制作和修訂標準提供準確依據。

[1] 中華人民共和國國家標準. GB/T 18314-2009. 全球定位系統(GPS)測量規范[S].北京:中國標準出版社, 2009.

[2] 鄭廣偉,李海,董朝陽, 等. 大地測量成果質量評定[M]. 北京:解放軍出版社, 2014.

[3] 地殼運動監測工程研究中心. 中國地殼運動觀測技術規程[M]. 北京:中國環境科學出版社, 2006.

[4] 陳賽,李建朝. GPS模塊數據分析與處理[J]. 全球定位系統, 2011, 36(6):87-91.

[5] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局, 中國國家標準化管理委員會. GB/T 24356-2009[S].北京:中國標準出版社,2009.

[6] 田建波,陳剛,陳永祥, 等. 全球導航定位技術及其應用[M]. 武漢:中國地質大學出版社, 2013.