GNSS测量技术：外业观测与技术要求

1. 观测时依据的技术指标

GNSS观测工作与常规测量在技术要求上有很大区别，各级GNSS测量基本技术规定按表3.11中规定执行，对城市及工程GNSS控制测量应按表3.12中的规定执行。

表3.11 各级GNSS测量作业基本技术要求

注: 1. 在时段中观测时间符合表3.11中第7项规定的卫星，为有效卫星。

2. 计算有效卫星总数时，应将各时段的有效观测卫星数扣除期间的重复卫星数。

3. 观测时段长度，应为开始记录数据到结束记录数据的时间段。

4. 观测时段数≥1.6，指每站观测一时段，至少有60%的测站再观测一个时段。

表3.12 各级GNSS测量基本技术要求

2. 安置仪器

首先，在选好的观测站点上安放三脚架。注意观测站周围的环境必须符合上述的条件，即净空条件好，远离反射源，避开电磁场干扰等。因此，安放时应尽量避免将接收机放在树荫、建筑物下，也不要在靠近接收机的地方使用对讲机、手机等无线设备。

然后，小心打开仪器箱，取出基座及对中器，将其安放在脚架上，在测点上对中、整平基座。

最后，从仪器箱中取出GNSS天线或内置天线的GNSS接收机，将其安放在对中器上，并将其紧固，再分别取出电池、电缆等其他配件(内置电池的接收机除外)，并将它们安装在脚架上，同时连接GNSS接收机。

在安置仪器时用户要注意下面几点:

①当仪器需安置在三角点觇标的基板时，应先将觇标顶部拆除，以防止对信号的干扰，这时，可将标志的中心投影在基板上，作为安置仪器的依据。

②基座上的水准管必须严格居中。

③如整个控制网在同步观测过程中使用同样的GNSS接收天线，则应使天线朝同一个方向，如使用不同的GNSS接收天线，则应使天线的极化方向指向同一方向，如指北。大部分天线用指北方向来表明天线的极化方向。由于天线的相位中心与几何中心不重合，两者可能有2～3毫米之差，如它们不指向同一方向，则会影响GNSS测量的精度。

安置好仪器后，应在各观测时段的前后，各量测天线高一次，量至毫米。量测时，由标石(或其他标志)中心顶端量至天线中规定量测天线的位置。两次量测的结果之差不应超过3mm，并取其平均值。

3. 观测作业

GNSS网的观测作业应按如下要求进行:

①各作业组必须严格遵守调度命令，按规定的时间进行作业。

②经检查接收机电源电缆和天线等连接无误后方可开机。

③只有在有关指示灯和仪表显示正常后方可进行接收机的自我测试，输入测站、观测单元和时段等控制信息。

④在观测前和作业过程中，作业员应随时填写测量手簿中的记录项目。

⑤按要求进行相关观测记录。

⑥除特殊情况外，一般不得进行偏心观测。迫不得已进行时，应精确测定归心元素。

⑦观测时，在接收天线50m以内不得使用电台，10m以内不得使用对讲机。

⑧在一个时段的观测过程中，不允许进行下列操作: 关机后重新启动接收机，进行仪器自检，改变截止高度角或采样间隔，改变天线位置，按键关闭文件或删除文件。

⑨观测期间防止接收设备震动，更不得移动天线，要防止人员和其他物体碰动天线或阻挡信号。

⑩经认真检查，所有预定的作业项目均已全面完成且符合要求，记录和资料完整无误，方可迁站。

4. 数据预处理

为了获得GNSS观测基线向量，并对观测成果进行质量检核，首先要进行GNSS数据预处理。根据预处理结果对观测数据的质量进行分析并做出评价，以确保观测成果和定位结果的预期精度。

(1)数据处理软件的选择

GNSS网数据处理分基线向量解算和网平差两个阶段。各阶段数据处理软件可采用随机所带软件，或经正规鉴定过的软件，对于高精度的GNSS网成果处理则可采用国际著名的GAMIT/GLOBK，BERNESE，GIPSY，GFZ等软件。

(2)基线向量解算(数据预处理)

对于两台或两台以上接收机同步观测值进行独立基线向量(坐标差)的平差计算叫做基线向量解算，也有的称其为观测数据预处理。

预处理的主要目的是对原始数据进行编辑、加工整理、分流并产生各种专用信息文件，为进一步平差计算作准备。它的基本内容是:

①数据传输: 启动软件，调用传输命令，将GNSS接收机记录的原始观测数据传输到计算机内，或将外存储介质中的原始观测数据读入计算机中。

②数据分流: 从原始记录中，通过解码将各种数据分类整理，剔除无效观测值和冗余信息，形成各种数据文件，如星历文件、观测值文件、测站信息文件等。(www.xing528.com)

③统一数据文件格式: 将不同类型接收机的数据记录格式、项目和采样间隔，统一为标准化的文件格式，以便统一处理。

④卫星轨道的标准化: 采用多项式拟合法，平滑GNSS卫星每小时发送的轨道参数，使观测时段的卫星轨道标准化。

⑤探测周跳，修复载波相位观测值。

⑥对观测值进行必要的改正: 在GNSS观测值中加入对流层改正，对单频接收机的观测值再加入电离层改正。

基线向量解算一般采用多站、多时段自动处理的方式进行，具体处理过程中应注意以下几个问题:

①基线解算一般采用双差观测值，对于边长超过30km的基线，解算时应采用三差相位观测值。

②卫星广播星历坐标值，可以作为基线解算的起算数据。对于特大城市的首级控制网，也可采用其他精密星历作为基线解算得起算数据。

③基线解算中所需的基准点坐标，应按以下优先顺序采用:

国家GNSSA、B级网控制点或其他高级GNSS网控制点已有的WGS-84坐标系坐标值。

国家或城市较高等级的控制点转换到WGS-84坐标系后的坐标值。

观测时间不少于30min的单点定位结果的平差值提供的WGS-84坐标系坐标值。

④在使用多台接收机同步观测的一个同步时段中，可采用单基线模式解算，也可只选独立基线按多基线模式统一解算。

⑤同一等级的GNSS网，根据基线长度的不同，可采用不同的处理模型。若基线在8km以内，可采用双差固定解; 小于30km，可在双差固定解和双差浮动解中选择最优结果; 大于30km时，则应采用三差解作为基线解算结果。

⑥在同步观测时间小于35min时的快速定位基线，应采用合格的双差固定解作为基线解算的最终结果。

5. 外业观测成果的检核

对野外观测成果资料首先要进行复查，内容包括: 成果是否符合调度命令和规范的要求; 进行的观测数据质量分析是否符合实际。然后进行下列项目的检核:

(1)各时段同步边观测数据的检核

同步边是指接收机设于基线两端，通过多历元同步观测，经平差计算获得的基线边。对其进行检核的内容包括:

①观测数据的剔除率: 由于不合格而剔除的观测数据个数，与应获取的参加同步边平差计算的观测值总数之比，称为数据剔除率。其值应小于10%。

②平差值的精度指标: 同步边每一时段平差值的中误差应小于0.1m; 而其相对中误差应符合表3.12的规定。

(2)重复观测边的检核

同一条基线边，若观测了2个及以上时段，则可得到多个边长结果，这种具有多个独立边长结果的基线，称为重复观测边(亦称复测边)。对于重复观测边，不同时段观测结果的互差，其值应小于相应级别(按平均边长计算)规定精度σ的倍。

(3)同步观测环检核

当环中各边为多台接收机同步观测时，由于各边是不独立的，所以其闭合差应恒为零。例如三边同步环中只有两条同步边可以认为是独立的同步观测边，第三边的成果应为其余两边的代数和。但是由于模型误差和处理软件的缺陷，使得这种同步环的闭合差实际上仍可能不为零。这种闭合差一般数值很小，不至于对定位结果产生明显影响，所以也把它作为成果质量的一种检核标准。

《GB规范》规定，三边同步环中第三边处理结果与前两边的代数和之差应小于下列数值

式中，σ为相应级别的规定中误差(按平均边长计算)。对于四站以上的多边同步环，可以产生大量的同步闭合环，在处理完各边观测值后，应检查一切可能的闭合环。以图3.14为例，A、B、C、D四站应检核: ①AB－BC－CA; ②AC－CD－DA; ③AB－BD－DA; ④BC－CD－DB; ⑤AB－BC－CD－DA; ⑥AB－BD－DC－CA; ⑦AD－DB－BC－CA。

图3.14 同步闭合环

对于所有的n边闭合环，其坐标分量闭合差不应大于而环闭合差应符合下式要求。

(4)异步观测环检核

无论采用单基线模式或多基线模式解算基线，都应在整个GNSS网中选取一组完全的独立基线构成独立环，各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差应符合下式的规定。

当发现边闭合数据或环闭合数据超出上述规定时，应分析原因并对其中部分或全部成果重测。需要重测的边，应尽量安排在一起进行同步观测。

6. 补测和重测

当发生如下情况时，应进行补测或重测:

①未按施测方案进行观测，外业缺测、漏测，或观测值不满足相关规定时，应及时补测。

②复测基线的边长较差超限，同步环闭合差超限，独立环闭合差或附和路线的闭合差超限时，可剔除该基线而不必进行重测，但剔除该基线向量后，新组成的独立环所含的基线数不得超过相关规定，否则应重测与该基线有关的同步图形。

③当测站的观测条件很差而造成多次重测后仍不能满足要求时，经主管部门批准后，可舍弃该点或变动测站位置后再进行重测。

对于需补测或重测的时段或基线向量，要具体分析原因，并尽量安排在一起进行同步观测。补测或重测的原因及处理方式等应写入数据处理报告。