GNSS控制测量数据处理全流程

GNSS控制测量静态数据处理流程分为三大步骤：

1.数据预处理；

2.基线解算；

3.网平差。

流程如下图：

1.数据预处理

（1）数据传输： GNSS接收机在野外所采集的观测数据是存储在接收机的内部存储器或可移动存储介质上的，在完成观测后，如果要对它们进行处理分析,就必须首先将其下载到计算机中。这一数据下载过程即为数据传输。

（2）格式转换： 下载到计算机中的数据按GNSS接收机的专有格式存储，一般为二进制文件。 通常，只有厂商所提供的数据处理软件能够直接读取这种数据以进行处理。 若所采用的数据处理软件无法读取该格式的数据(这种情况通常发生在采用第三方软件进行数据处理时)，或在项目中存在着由多家不同厂商接收机所采集的数据时，则需要事先通过格式转换，将它们转换为所采用数据处理软件能够直接读取格式的数据，如常用的RINEX格式的数据。

2.基线解算

（1）数据检查： 将原始观测数据导入数据处理软件后，检查观测文件，检查观测时段长，复核点名、天线类型、天线量高方式、天线高等信息。

（2）基线解算设置： 基线解算模式策略选择，对流层、电离层、多路径等改正模型设置，卫星截止高度角设置，误差设置等各种解算参数设置，以及对卫星数据的剔除。

（3）解算基线： 按设置好的参数和解算模式软件自动解算。一般工程控制网采用广播星历和随机商用软件。当基线长度大于30km或需要高精度处理时，比如铁路工程中的CP0网，应采用精密星历和长基线解算专用计算软件（如GAMIT）。基线长度小于15km应用采用双差固定解；15km以上的基线可在双差固定解和双差浮点解中选择最优结果；30km以上的基线宜采用三差解。快速静态测量的基线必须采用合格的双差固定解。

（4）基线质量检查：基线解算完毕后，基线结果并不能马上用于后续的处理，还必须对其质量进行评估，只有质量合格的基线才能用于后续的处理。若基线解算结果质量不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量。基线质量检查主要有：

基线固定解质量：Ratio值、RDOP值、基线单位权方差、观测值残差RMS等。

数据剔除率：被删除观测值的数量与观测值的总数的比值，就是所谓的数据剔除率。一般应满足规范中规定的剔除率小于10%。

同步环闭合差检验：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，由于在一般的工程应用中所采用的商用软件的基线解算模式为单基线模式，同步环闭合差并不能保证一定为0，但通常应是一个微小量。如果同步环闭合差越限，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。如果采用批处理进行基线向量解算时，基线向量合格后也可不用进行同步环闭合差检验。

异步环闭合差检验：不是完全由同步观测基线所组成的闭合环称为异步环。异步环闭合差应满足规范中相应等级要求的各分量及全长闭合差限差要求。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，可以通过综合分析多个相邻的异步环或重复基线来进行。

重复基线较差检验：重复基线长应满足规范要求。

如铁路工程测量规范中规定的限差为：

3.网平差

（1）选取基线构网： 选取独立基线或合格基线构网，理论上应选取相互独立的基线构网。但在工程实践中，若基线采用商用软件进行解算，也可选取所有质量合格的基线构网。

（2）无约束平差： 平差中所采用的观测量完全为基线向量，平差通常在与基线向量相同的地心地固系下进行。在平差进行过程中，把只引入一个提供位置基准信息的起算点坐标的平差叫做最小约束平差，如可引入一个已知国家高等级大地控制点的三维坐标作为最小约束平差的起算点。如不引入任何外部起算数据，则称为自由网平差，即使用观测值中某一点观测值坐标。它们之间的一个共性就是都不引入会使GNSS网的尺度和方位发生变化的起算数据，而这些起算数据将影响网的几何形状，因而有时又将最小约束平差和自由网平差这两种类型的平差统称为无约束平差。

由于在无约束平差中，网的几何形状完全取决于基线向量，而与外部起算数据无关，因此，无约束平差结果实际上也完全取决于基线向量。所以，无约束平差结果质量的优劣，以及在平差过程中所反映出的观测值间几何不一致性的大小，都是观测值本身质量的真实反映。由于GNSS网无约束平差的这一特点，一方面，通过无约束平差所得到的网精度指标被作为衡量其内符合精度的指标，另一方面，通过无约束平差所反映出的观测值的质量，又被作为判断粗差观测值及进行相应处理的依据。

无约束平差的质量检核指标主要为无约束平差基线向量改正数应满足规范规定的3σ的要求。若无约束平差基线分量改正数超出限差要求，则认为所对应基线向量或其附近的基线向量可能存在质量问题，应对基线进行重新解算或重新补测，直至合格。

（3）约束平差： 无约束平差合格后，引入会使网的尺度和方位发生变化的已知起算数据进行平差。

首先选择平差的基准和坐标系统。

然后引入用于起算的已知点坐标，并对这些起算点进行兼容性和精度分析，确定使用精度满足规范要求且兼容的已知点做为固定起算点。如高铁工程测量规范中对CPⅠ网规定，一般每50km宜联测一个平面控制点，全线（段）联测平面控制点的总数不宜少于3个，特殊情况下不得少于2个。当联测点数为2个时，应尽量分布在网的两端；当联测点数为3个及其以上时，宜在网中均匀分布。

使用选择好的起算点进行约束平差计算。

对约束平差结果进行质量检核，主要指标有基线向量改正数，约束平差基线向量改正数与同名无约束基线向量改正数较差，以及点位中误差、相邻点中误差和相对中误差，基线边方向中误差、最弱边相对中误差等。

如高速铁路工程测量规范和铁路工程测量规范主要规定如下：

注：当基线长度短于 500m 时，一等、二等、三等边长中误差应小于 5mm ，四等边长中误差应小于 7.5mm ，五等边长中误差应小于 10mm 。

（4）坐标转换： 约束平差完成后，根据工程需要，对约束平差的坐标成果根据需要进行坐标转换，得到所需要的分带坐标或独立工程坐标系坐标。

主要参考文献：武汉大学出版社《GPS测量与数据处理》（第三版）李征航 黄劲松编著；《铁路工程卫星定位测量规范》TB10054-2010；《高速铁路工程测量规范》TB10601-2009；《铁路工程测量规范》TB10101-2018。

文章转自：铁路测绘

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