TBC与CosaGPS联合数据处理的可行性研究.pdf

SOFTWARE软 件2023第 44 卷 第 7 期2023 年Vol.44,No.7作者简介：吴锋振（1997），男，云南曲靖人，硕士研究生，研究方向：地理信息系统。TBC 与 CosaGPS 联合数据处理的可行性研究吴锋振1 杨德宏1 李俊1 王科伟2 潘俊华3 陈如俊1（1.昆明理工大学，云南昆明 650031；2.中国十七冶集团有限公司，安徽马鞍山 243000；3.昆明人为峰科技有限公司，云南昆明 650215）摘要：四个全球卫星导航系统，即全球定位系统（GPS）、全球导航卫星系统（GLONASS）、伽利略卫星导航系统（伽利略）和北斗卫星导航系统已实现了定位、导航和计时的广泛应用。两个新的全球系统，我国的北斗和欧洲的伽利略，目前正在开发中。全球导航卫星系统（GNSS）中的 GPS 定位原理没有改变，但预计全球导航卫星将实现更高的精度和准确性。基线处理是基于卫星定位的基本原理，在 PPP 和差分定位中仍然适用于 GNSS 系统。基线范围从短到长，使用各种商用 GNSS 数据处理软件对较长的基线进行各种误差补偿和校正，以达到期望的精度和准确性。在不同的天空能见度水平下使用 PPP 技术对GPS、仅 GLONASS 和组合（GPS 和 GLONASS）每日静态观测进行的研究表明，与多 GNSS 相比，当前现有的软件没有显著改善结果。将 GLONASS 信号添加到 GPS 不会影响坐标精度的显著提高，在某些情况下甚至会导致精度下降。在实际工程应用中，用于高精度 GNSS 数据处理的软件越来越普及。为了充分了解用 TBC 进行基线解算，对 CosaGPS 进行数据平差计算的可行性研究，并对基线解算过程中出现的影响因素给出了相应的解决方案。关键词：TBC；CosaGPS；基线解算；网平差中图分类号：P228.4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2023.07.023本文著录格式：吴锋振,杨德宏,李俊,等.TBC与CosaGPS联合数据处理的可行性研究J.软件,2023,44(07):092-094Feasibility Study on Joint Data Processing of TBC and CosaGPSWU Fengzhen1,YANG Dehong1,LI Jun1,WANG Kewei2,PAN Junhua3,CHEN Rujun1(1.Kunming University of Science and Technology,Kunming Yunnan 650031;2.China 17th Metallurgical Group Co.,Ltd.,Maanshan Anhui 243000;3.Kunming Renweifeng Technilogy Co.,Ltd.,Kunming Yunnan 650215)【Abstract】：The four global satellite navigation systems,namely Global Positioning System(GPS),Global Navigation Satellite System(GLONASS),Galileo Satellite Navigation System(Galileo)and Beidou Satellite Navigation System,have realized the extensive application of positioning,navigation and timing.Two new global systems,Chinas Beidou and Europes Galileo,are currently under development.The GPS positioning principle in the Global Navigation Satellite System(GNSS)has not changed,but it is expected that the GNSS will achieve higher accuracy and precision.Baseline processing is the basic principle of satellite based positioning,which is still applicable to GNSS system in PPP and differential positioning.The baseline range is from short to long.Various commercial GNSS data processing software is used to compensate and correct various errors for longer baselines to achieve the desired accuracy and accuracy.The research on daily static observation of GPSonly,GLONASS only and combination(GPS and GLONASS)using PPP technology under different sky visibility levels shows that the current software has not significantly improved the results compared with multiple GNSS.Adding GLONASS signal to GPS will not affect the significant improvement of coordinate accuracy,and in some cases,it may even lead to the decline of accuracy.In practical engineering applications,software for high-precision GNSS data processing is becoming more and more popular.In order to fully understand the feasibility of using TBC for baseline solution and CosaGPS for data adjustment calculation,this paper studies this,and gives the corresponding solutions to the influencing factors in the process of baseline solution.【Key words】：TBC;CosaGPS;baseline solution;network adjustment设计研究与应用93吴锋振 杨德宏 李俊等：TBC 与 CosaGPS 联合数据处理的可行性研究0 引言传统上，大多数专业 GPS 用户使用相对（差分）定位技术来提供高精度，然而，这种技术有一些局限性。应至少使用两个或两个以上的 GPS 接收器，并且应知道参考站的真实坐标。此外，参考站（基地）和流动站之间距离的增加也降低了位置精度。例如，在使用单频码（伪距）观测的差分 GNSS（DGNSS）技术中，可以实现分米级定位精度，而在使用双频/多频载波相位观测的实时动态（RTK）技术中可以导出厘米级定位精度。为了获得更准确的定位，应在相对静态测量模式下收集 GPS 观测值，然后使用不同的后处理科学或商业软件进行计算。然而，这种软件的使用也相当困难，因为它们通常需要对全球导航卫星系统的深入了解和处理经验，此外，它们大多需要许可费。关于信息技术和全球导航卫星系统数据处理方法的改进，为用户提供了许多新的机会。在这方面，一些机构、研究中心或组织开发了基于网络的全球导航卫星系统在线处理服务，并开始成为传统数据处理方法的有力替代。使用这些服务的唯一要求是具有互联网连接和网络浏览器的计算机，这些服务通常是免费提供的，并且可以无限使用。这些服务被设计为对用户来说尽可能简单且输入最少。此类系统的用户必须通过使用这些服务的网站、电子邮件或 FTP 站点向系统上传/发送他们收集的 RINEX 数据，并选择一些选项，如静态/动态模式、数据、天线等，处理开始，结果（连同坐标、过程报告以及用于分析结果的其他必要信息）在短时间内发送给用户。其中一些服务不仅处理 GPS，还处理其他系统的数据，特别是 GLONASS 的数据，并在某些情况下为用户提供弹性和更高精度的定位服务。随着现代地理信息产业的不断发展和 GNSS 接收机在测绘行业的普及，全球定位系统在交通、运输、测绘、通信、军事、石油勘探、资源调查、农林渔业、时间比对、大气研究、气象预报、地质灾害的监测和预报等部门和领域中有广泛的应用前景1。在外业采集完成后，需要对所获得的 GNSS 观测数据进行处理，这也就成为内业工作的重中之重。GNSS 基线解算是 GNSS数据后处理的重要环节之一，其解算质量的好坏直接影响到 GNSS 静态相对定位的成果与精度2。目前，GNSS事后数据处理软件种类繁多，功能也是大同小异。如用于科研的国际知名软件GAMIT和Bernese3，还有针对短基线、双差解算模式的商业 GNSS 数据处理软件：TBC、LGO、HGO 等4。TBC 软件是美国天宝公司研发的 GNSS 综合数据后处理软件，内置 GNSS 静态数据基线处理引擎，支持全星座、多频段观测数据联合解算，相比其他软件，TBC 在基线解算速度、精度等方面均有显著优势5。CosaGPS软件主要用于网平差，具备解算容量大、运算速度快、操作简明、使用方便等优点，且能读取多种格式的 GNSS 基线向量文件6,7。本文以某项目的观测数据为例，使用TBC进行基线解算，CosaGPS 进行平差，研究两个软件进行联合数据处理的可行性。1 工程方案1.1 项目简介某项目是某市地铁 S1 号线工程土建项目。为满足该市地铁 S1 号线工程土建 2 标的施工需要，在控制点不满足现场施工需要时，进行控制点加密工作。按城市轨道交通工程测量规范（GB50308-2017）的要求，GPS 控制点加密按照与设计单位同精度、同等级、同构网方式的要求进行，采用静态相对定位测量、同步环按边联结方式扩展，组成三角形或大地四边形相连的带状网。为此，使用了 6 台型号为徕卡 GS15 的 GPS 接收机对载波相位观测值进行观测。为了减小外界因素对观测数据质量的影响，应当做如下的工作。作业前按要求进行仪器检校：对中设备采用精密对点器，对中精度小于 1mm，在作业前及作业过程中对基座水准器、光学对点器进行检校，确保其状态正常；观测严格执行调度计划，按规定时间进行同步观测作业；GPS 同步观测时段数为 2 个时间段，每时段观测 60min；作业过程中，天线安置严格整平、对中；卫星高度角设定为 15，数据采样间隔设定为 10s，同步观测有效卫星总数 5 颗；每时段观测前后分别量取天线高，误差小于 2mm，取两次平均值作为最终结果；一个时段观测结束后，重新对中整平仪器，再进行第二时段的观测；观测过程中按规定填写观测手簿，对观测点名、仪器高、仪器号、时间、日期以及观测者姓名均进行详细记录。1.2 数据处理采用 TBC2.7 软件，处理本次两个时段的实测数据，基线解算采用 TBC 默认设置8，并采用精密星历。在基线解算的过程中，往往存在很多的影响因素。针对起算点误差的影响，可通过在网平差时引入系统参数进行削弱；对于卫星整周模糊度不确定的影响，则可通过剔除掉观测时间太短的时段，使之不参与基线解算进行解算；面对星历的误差及周跳的影响，可通过增加历元间隔或删除周跳严重的时间段的方法来尝试优化基线解算结果；对于多路径效应的影响，可采用专门的扼流圈天线来降低误差，也可通过远离高反射物的方法降低其影响9；针对对流层或电离层折射的影响，应根据94软 件第 44 卷 第 7 期SOFTWARE实际情况，选择误差改正模型进行改正。在基线解算合格，基线向量异步环闭合差和重复基线向量较差检核通过之后，用 CosaGPS5.21 进行数据平差计算。2 GPS 基线解算及精度分析2.1 基线向量异步环闭合差基线处理合格后，需要特别重视基线质量的控制指标。首先是异步环闭合差。异步环即由不全是同步观测基线所组成的闭合环，该闭合环的闭合差称为异步环闭合差10。在解算出每一时段的 GPS 同步基线向量后，以三角形作为构环图形，在不同时段间组成异步基线环，并计算该异步环闭合差。GPS 基线向量异步环闭合差应满足公式（1）至公式（4）的要求：2xWn (1)2yWn (2)2zWn (3)2 3Wn (4)上式中，n 为闭合环边数，为 GPS 基线向量弦长中误差。其中，各级 GPS 网相邻点间弦长中误差 用公式（5）进行计算：22abd=+(5)式（5）中，a为固定误差（单位：mm），b为比例误差系数（单位：mm/km），d为实际平均边长（单位：km）。利用 TBC 软件进行异步环检核后，GPS 加密控制网异步环闭合差最大为 JM-2-007GSI006GSI005，闭合差为 19.48mm、限差为 37.04mm；满足限差要求，异步环闭合差检验合格。2.2 重复基线较差不同观测时段对同一条基线的观测结果就是所谓重复基线，这些观测结果之间的差异就是重复基线较差。复测基线较差是判定基线结果质量的重要指标。如果出现超限情况，则表明复测基线中一定存在质量不满足要求的基线。重复基线的长度较差应满足公式(6)要求：2 2ds=(6)式（6）中，仍按公式（5）进行计算。GPS 复测控制网重复基线较差最大为 GSI005 JM-2-007，较差为 16.5399mm、限差为 28.4905mm；可知本次 GPS 控制网复测所有重复基线向量较差均满足规范限差要求。综上所述，通过 GPS 的异步环基线闭合差检验以及重复基线较差检验的结果，可知此次加密的 GPS 基线解算正确，成果可靠。故得出结论：用 TBC 进行基线解算的精度可满足规范和作业要求。3 网平差在基线解算报告及精度分析通过后，即可进行网平差。本次 GPS 控制网先进行三维无约束平差，而后进行二维约束平差，采用 CosaGPS V5.21 平差处理软件。GPS 基线向量网自身的内符合精度较高，基线向量没有明显系统误差和粗差，基线向量网的质量是可靠的，在此基础上可以进行约束平差。约束平差采用相临标段搭接点 GPS 点（GSI005、GSI006）作为约束点，进行二维约束平差。从二维网平差结果可以看出，二维约束平差后，GPS 点间基线最弱边精度为 1/179000，精度完全满足最弱边相对中误差 1/100000 要求，本次 GPS 加密网的精度达到城市轨道交通工程测量规范GPS 网精度。4 结论经过检验基线质量的控制指标，再通过网平差的结果，从而得出利用 TBC 进行基线解算，CosaGPS 进行网平差切实可行的结论。在面对普通的工程控制网数据处理时，可用此方法进行处理，完全可以满足规范和作业要求。参考文献1 李征航,黄劲松.GPS 测量与数据处理(第二版)M.武汉:武汉大学出版社,20102 张萌,丁克良.GPS基线解算质量优化方法的研究J.城市勘测,2012(4):95-98.3 吴宜桐.TBC5.0软件在GPS控制网基线解算中的性能评估J.测绘地理信息,2021,46(2):55-58.4 孙罗庆,李学元,李中洲,等.GAMIT、LGO在工程控制网基线解算中的应用及精度分析J.城市勘测,2021(4):79-81.5 赵忠海,王洪斌,岳昊.TBC与CosaGPS精度检核对比分析J.测绘与空间地理信息,2021,44(S1):12-15.6 郭际明,张正禄,罗年学,等.精密工程测量数据处理综合系统讲座 第一讲 科傻(COSA)系统构成及其在工程测量中的应用J.测绘信息与工程,2010,35(1):53-54.7 曹士龙,刘根友,王生亮,等.GPS超长基线解算的误差特性与精度分析J/OL.武汉大学学报(信息科学版):1-102023-01-11.8 杜伟吉,王敏.使用TBC软件进行BDS基线解算精度分析J.测绘科学技术学报,2020,37(1):5-9+14.9 杨斌.GPS基线解算质量控制及处理方法研究J.煤炭与化工,2017,40(11):116-118.10 李涛,任恩明,冯秀江.GPS网平差基线向量的优化选取J.山东煤炭科技,2010(2):92-93.