引言 

　　GPS數(shù)據(jù)處理與常規(guī)測(cè)量數(shù)據(jù)處理相比具有數(shù)據(jù)量大、處理過(guò)程復(fù)雜、處理方法多樣、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。作者針對(duì)越南某水電工程控制網(wǎng)，應(yīng)用高精度GPS精密數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行基線解算，取得了預(yù)期的效果。本文作者重點(diǎn)對(duì)GPS基線向量解算的基本流程、關(guān)鍵技術(shù)及質(zhì)量控制指標(biāo)，以供讀者參考。

　　1 GPS數(shù)據(jù)處理流程

　　GPS精密數(shù)據(jù)處理從原始衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)始到最終定位成果，可分為GPS基線向量解算和GPS基線向量網(wǎng)平差計(jì)算兩個(gè)階段。GPS數(shù)據(jù)處理的基本流程如圖1所示。
  

圖1 GPS數(shù)據(jù)處理基本流程 

　　2 GPS數(shù)據(jù)處理技術(shù)方案

　　本項(xiàng)目需要布設(shè)一個(gè)用于控制超長(zhǎng)隧洞貫通的首級(jí)GPS控制網(wǎng)，要求內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理必須保證GPS基線邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差優(yōu)于10－7、點(diǎn)位精度優(yōu)于5毫米，才能確保隧洞的順利貫通。作者查閱了大量的相關(guān)資料，制定以下GPS精密數(shù)據(jù)處理方案。

　　2.1 精密數(shù)據(jù)處理軟件

　　GPS基線處理軟件采用美國(guó)麻省理工學(xué)院和Scripps研究所共同研制的GAMIT（Ver 10.05）軟件，該軟件是國(guó)際公認(rèn)最好的GPS基線數(shù)據(jù)處理軟件之一。

　　2.2 精密星歷 

　　衛(wèi)星軌道的精度也是影響GPS基線解算精度的重要因素之一，提高衛(wèi)星軌道的精度是保證GPS相對(duì)定位精度的關(guān)鍵之一。因此，GPS基線數(shù)據(jù)處理時(shí)采用IGS數(shù)據(jù)處理中心經(jīng)加權(quán)給出的IGS精密星歷（ITRF框架）SP3格式，其軌道精度優(yōu)于0.1m。

　　2.3 坐標(biāo)框架與歷元

　　GPS精密相對(duì)定位數(shù)據(jù)處理中，定位的基準(zhǔn)是由衛(wèi)星星歷和基準(zhǔn)站坐標(biāo)共同給出的。因此，控制網(wǎng)基線處理采用的坐標(biāo)框架與歷元為觀測(cè)期間IGS事后精密星歷所對(duì)應(yīng)的框架和瞬時(shí)歷元。

　　2.4 起算坐標(biāo)

　　為確保基線解算的精度和穩(wěn)定度，在基線數(shù)據(jù)處理中引入高精度全球GPS跟蹤站數(shù)據(jù)加以控制。因此，在GPS精密數(shù)據(jù)處理時(shí)引入的跟蹤站包括上海（SHAO）、武漢（WUHN）、西安（XIAN）、昆明（KUNM）、印度大學(xué)（IISC）、馬尼拉天文臺(tái)（PIMO），將這些全球永久跟蹤站作為GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)，從而使GPS控制點(diǎn)獲得高精度的ITRF坐標(biāo)。

　　2.5 基線數(shù)據(jù)預(yù)處理

　　※　生成RINEX數(shù)據(jù)格式

　　利用GPS接收機(jī)的隨機(jī)軟件將GPS原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RINEX標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式，以供GAMIT軟件進(jìn)行基線處理。

　　※ 編制接收機(jī)天線高度表

　　根據(jù)外業(yè)記錄信息，在測(cè)站信息表Station.info中正確輸入各測(cè)站的量高方式和垂直高度信息。

　　※ 編制已知坐標(biāo)和概略坐標(biāo)表

　　將IGS跟蹤站的ITRF坐標(biāo)和檢定場(chǎng)的概略坐標(biāo)納入坐標(biāo)表Vg_in中。

　　※ IGS精密星歷及其它信息文件的下載
　　登陸IGS數(shù)據(jù)處理中心網(wǎng)站下載相應(yīng)的IGS精密星歷文件、衛(wèi)星和接收機(jī)天線相位中心改正信息文件。

　　2.6 基線解算的主要模型和參數(shù) 

　　每個(gè)時(shí)段GPS基線數(shù)據(jù)處理時(shí)，主要考慮以下控制參數(shù)。

　　※ 衛(wèi)星鐘差的模型改正，用廣播星歷中的鐘差參數(shù)計(jì)算。

　　※ 接收機(jī)鐘差的模型改正，用根據(jù)偽距觀測(cè)值計(jì)算出的鐘差計(jì)算。

　　※ 電離層折射影響改正，用LC觀測(cè)值消除。

　　※ 對(duì)流層折射影響改正，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)大氣模型用薩斯坦莫寧（Saastamoinen）模型改正，采用分段線性的方法估算折射量偏差參數(shù)。

　　※ 衛(wèi)星和接收機(jī)天線相位中心改正，接收機(jī)天線L1、L2相位中心偏差采用GAMIT軟件的設(shè)定值。

　　※ 截止高度角采用15度，歷元間隔為15秒。

　　※ 考慮衛(wèi)星軌道的誤差，采用松弛的IGS軌道。

　　2.7 GPS控制網(wǎng)精度等級(jí)設(shè)計(jì)

　　本項(xiàng)目布設(shè)的GPS控制網(wǎng)作為15.2公里長(zhǎng)的超長(zhǎng)隧洞施工的首級(jí)控制網(wǎng)，其施測(cè)質(zhì)量的好壞將關(guān)系到整個(gè)隧洞的貫通。因此，GPS控制網(wǎng)施測(cè)嚴(yán)格按照《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》（GB/T 18314-2001）的A級(jí)網(wǎng)（a≤3mm，b≤0.1ppm）要求進(jìn)行實(shí)施，要求基線向量解算的相對(duì)精度達(dá)到10－7量級(jí)，短基線的絕對(duì)精度達(dá)到毫米量級(jí)。

　　3 基線解算質(zhì)量檢核指標(biāo)

　　按照以上設(shè)計(jì)的技術(shù)方案進(jìn)行GPS基線向量解算，獲得的基線向量必須進(jìn)行各項(xiàng)閉合差的質(zhì)量檢核，當(dāng)各項(xiàng)精度指標(biāo)達(dá)到了相應(yīng)等級(jí)精度要求后方可進(jìn)入第二階段的網(wǎng)平差計(jì)算。否則，必須重新解算基線，直到各項(xiàng)精度指標(biāo)符合要求為止。

　　4.1 重復(fù)基線閉合差

　　各時(shí)段基線向量解的重復(fù)性反映了基線解的內(nèi)部精度，是衡量基線解質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。其定義為：

　　 
　　 
　　式中：Ci是各時(shí)段解基線的各分量；是相應(yīng)分量的協(xié)方差；為相應(yīng)基線分量的加權(quán)平均值；R為相應(yīng)的重復(fù)性。
　　4.2 同步環(huán)閉合差
　　同步環(huán)閉合差應(yīng)滿足：

　　
式中：a≤3mm，b≤0.1ppm；
s為平均基線長(zhǎng)公里數(shù)；
n為環(huán)的邊數(shù)。
4.3 異步環(huán)閉合差
異步環(huán)閉合差應(yīng)滿足：


式中：a≤3mm，b≤0.1ppm；
s為平均基線長(zhǎng)公里數(shù)；
n為環(huán)的邊數(shù)。

　　4 結(jié)論

　　本項(xiàng)目從2005年開(kāi)始施工到2006年4月隧洞全部貫通，歷時(shí)1年7個(gè)月。按實(shí)地測(cè)定，隧洞橫向貫通誤差值優(yōu)于隧洞貫通誤差估計(jì)值。隧洞實(shí)際貫通誤差分別為：軸線縱向誤差0.071m，橫向誤差0.085m，豎向誤差0.043m。隧洞的順利貫通進(jìn)一步驗(yàn)證了項(xiàng)目精密數(shù)據(jù)處理技術(shù)方案是科學(xué)可行的。