GPS靜態(tài)基線解算質(zhì)量控制指標(biāo)分析

GPS靜態(tài)基線解算質(zhì)量控制指標(biāo)分析建筑工程學(xué)院測繪工程2004級學(xué)生：盧國鵬指導(dǎo)老師：肖東升摘要：GPS基線解算是進(jìn)行網(wǎng)平差的基礎(chǔ)。基線解算質(zhì)量的好壞將直接影響到GPS網(wǎng)的定位精度和工作效率。本論文研究的內(nèi)容如下:討論了GPS基線解算的質(zhì)量控制指標(biāo)、GPS網(wǎng)幾何關(guān)系對基線解算質(zhì)量的影響，并就各指標(biāo)對基線解算的影響做了分析，提出了提高基線解算精度的方法。關(guān)鍵詞：靜態(tài)基線解算質(zhì)量控制指標(biāo)分析AnalysisontheQualityControlIndexoftheGPSStaticBaselineComputationAbstract：Baselinecomputationisthebasisofnetworkadjustment.ThequalityofbaselinecomputationisgoodorbaddirectlyinfluencesthepositioningaccuracyofGPSnetworkandworkefficiency.Themaincontentsofthispaperareasfollows:DiscussqualitycontrolindexofGPSbaselinecomputationandtheinfluenceofGPSnetworkgeometricrelationonthequalityofbaselinecomputation,andthenmadeananalysisontheinfluencesofallindexesonbaselinecomputation.Themethodstoimprovetheaccuracyofbaselinecomputationwereproposed.Keywords:staticbaseline;computation;qualitycontrolindex;analysis一、GPS基線解算的基本模型基線解算一般采用差分觀測值，較為常用的差分觀測值為雙差觀測值，即由兩個測站的原始觀測值分別在測站和衛(wèi)星間求差后所得到的觀測值：其中：：雙差分算子；：載波相位觀測值；：改正數(shù)；：站星距離；：電離層延遲；：對流層延遲；：波長；：整周未知數(shù)。二、GPS基線解算質(zhì)量控制指標(biāo)（1）質(zhì)量控制相對指標(biāo)eq\o\ac(○,1)．單位權(quán)方差因子其中：：觀測值的殘差：觀測值的權(quán)N：觀測值的個數(shù)eq\o\ac(○,2)．?dāng)?shù)據(jù)刪除率被刪除觀測值的數(shù)量與觀測值的總數(shù)的比值，是所謂的數(shù)據(jù)刪除率。eq\o\ac(○,3)．RATIO值顯然，反映了所確定出的整周未知數(shù)參數(shù)的可靠性。eq\o\ac(○,4)．相對幾何強(qiáng)度因子RDOP是在基線解算時待定參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣的跡，RDOP值的大小與基線位置和衛(wèi)星在空間中的幾何分布及運(yùn)行軌跡（即觀測條件）有關(guān)。eq\o\ac(○,5)．RMS即均方根誤差（RootMeanSquare）其中：：殘差：觀測值的總數(shù)：表明了觀測值的質(zhì)量（2）半相對指標(biāo)（同步環(huán)閉合差）同步環(huán)閉合差指同步觀測基線所組成的閉合環(huán)閉合差。同步環(huán)閉合差：分量閉合差：；；。全長相對閉合差：，其中：為環(huán)長（3）絕對指標(biāo)eq\o\ac(○,1).異步環(huán)閉合差異步環(huán)閉合差指相互獨(dú)立的基線組成閉合環(huán)的三維向量閉合差。異步環(huán)閉合差滿足限差要求，說明組成異步環(huán)的所有基線向量質(zhì)量合格。eq\o\ac(○,2).重復(fù)觀測基線較差重復(fù)觀測基線較差指不同觀測時段,對同一條基線進(jìn)行重復(fù)觀測的觀測值間的差異。其定義為：式中：是各時段解基線的分量，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。三、基于工程數(shù)據(jù)質(zhì)量控制指標(biāo)分析及結(jié)論1、基線分析圖1-1基線解算（1）不同基線解算的分析從圖1-1也可以看出，等相對質(zhì)量控制指標(biāo)的數(shù)值大小在不同基線解算中精度上關(guān)系沒有直接的關(guān)系，如圖5-2中基線PY1→PY3=9.2，平差后中誤差為0.0062；基線PY1→PY4=28.3，平差后誤差為0.0088。（2）同一基線解算的分析從表1-2可以看出，基線解算質(zhì)量控制相對指標(biāo)針對同一基線，如越大說明基線解算的解算越高。表1-2同一基線不同RATIO與誤差的關(guān)系通過表1-2生成以下圖1-3RATIO與整周解誤差的關(guān)系4.54.6RATIO與整周解誤差的關(guān)系4.54.66.26.30.01130.01120.0110.01081234整周模糊度解誤差RATIORATIO圖1-3RATIO與整周解誤差的關(guān)系（3）對重復(fù)基線解算的分析圖1-4重復(fù)基線搜索重復(fù)基線站點(diǎn)解算（RATIO）與中誤差的關(guān)系(以GL2.0161為例)同一站點(diǎn)基線解與中誤差的關(guān)系同一站點(diǎn)基線解與中誤差的關(guān)系184699.90.00840.00680.0048020406080100120123中誤差基線解2圖1-5重復(fù)基線站點(diǎn)解算（RATIO）與中誤差的關(guān)系(以GL2.0161為例)（2）環(huán)分析（1）同步環(huán)分析從表1-6可以看出由于同步觀測基線間具有一定的內(nèi)在聯(lián)系，基線解算是顧及了同步觀測基線間的誤差相關(guān)特征，在一個同步環(huán)中，各基線解RATIO越大中誤差越小，與基線的長度沒有關(guān)系，圖1-6是以表1-7中第五個同步環(huán)為例的圖。表1-6同步環(huán)各基線RATI0、相對誤差、距離、中誤差的關(guān)系同步環(huán)基線同步環(huán)基線RATIO與中誤差的關(guān)系11.234.799.90.00840.00680.0038020406080100120123中誤差RATIO圖1-7同步環(huán)基線RATIO與中誤差的關(guān)系（2）異步閉合環(huán)不是完全由同步觀測基線所組成的閉合環(huán)稱為異步環(huán)。異步環(huán)的閉合差稱為異步環(huán)閉合差。圖1-8異步環(huán)閉合差從基線解算搜索結(jié)果圖1-8，基線解與中誤差之間不存在線性關(guān)系，但它確是網(wǎng)型精度的絕對指標(biāo)。四、結(jié)論從以上的工程數(shù)據(jù)的試驗(yàn)結(jié)論可以得出很多量化的數(shù)據(jù)，給廣大GPS測量技術(shù)人員提供了一個可靠的理論依據(jù)，但論文中也有幾個方面還需進(jìn)一步探討：（1）異步環(huán)中各基線誤差不相關(guān)性對GPS基線解算精度的影響分析。（2）同步環(huán)中同步基線與函數(shù)相關(guān)的特征分析，總結(jié)同步觀測基線間誤差相關(guān)性的特征。（3）GPS基線解算模型的優(yōu)化。

附錄資料：不需要的可以自行刪除T14946:2000/MSA作業(yè)方法1.

目的使本公司測量系統(tǒng)評定的方法以及運(yùn)作步驟和說明有所遵循。2.范圍本公司內(nèi)用于汽車產(chǎn)品的能重復(fù)讀數(shù)的測量系統(tǒng)。3.定義3.1量具：任何用來獲得結(jié)果的裝置，經(jīng)常用來特指用在車間的裝置，包括用來測量合格/不合格的裝置。3.2測量系統(tǒng)：用來對被測特性賦值的操作、程序、量具、設(shè)備、軟件以及操作人員的集合，即用來獲得測量結(jié)果的整個過程。3.3量具的重復(fù)性（GaugeReproducibility）：由一個測量人，采用同一種測量儀器，多次測量同一零件的同一指定特性時所獲得的測量值變差，此又稱之為量具變異。3.4量具的再現(xiàn)性（GaugeReproducibility）：不同的作業(yè)者，采用相同的測量儀器，測量同一零件的同一特性時測量平均值的變差,又稱之為操作員變異。3.5量具的穩(wěn)定性：測量系統(tǒng)在某持續(xù)時間內(nèi)測量同一基準(zhǔn)或零件的單一特性時獲得的測量總變差。（隨著測量時間的延長所帶來的數(shù)據(jù)漂移）；3.6偏差：測量平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的差異；3.7線性：在量具預(yù)期的工作內(nèi)，基準(zhǔn)值與測量觀察平均值之間的差值；4.相關(guān)文件5.職責(zé)6.作業(yè)內(nèi)容6.1根據(jù)本公司具體情況選擇評定方法6.1.1計量型量具選用R&R（極差法）分析。6.1.1計數(shù)型量具（小樣法）。6.2數(shù)據(jù)資料的匯集流程參考《量具重復(fù)性和再現(xiàn)性數(shù)據(jù)表》（附件一）。6.2.1取得包含10個零件的一個樣本，代表過程變差的實(shí)際或預(yù)期范圍。6.2.2指定檢測人A、B、C三人，并按1至10給零件編號，但檢測者不能看到編號，以避免可能的偏倚。6.2.3準(zhǔn)備所需的測量量具（量具須準(zhǔn)備為OK）。6.2.4讓檢測人A以隨機(jī)的順序測量10個零件，并讓另一觀測人將結(jié)果記錄在第1行，讓檢測人B和C測量這10個零件并互相不看對方的數(shù)據(jù)然后將結(jié)果分別填入第6行和第11行。6.2.5使用不同的隨機(jī)測量順序重復(fù)上述操作過程，把數(shù)據(jù)填入第2、7和12行，每一數(shù)字與某一個特定測量的零件對應(yīng)，如果需要測試三次,重復(fù)上述操作并將數(shù)據(jù)記錄在第3、8行和13行。6.3收集數(shù)據(jù)后的計算程序6.3.1從第1、2、3行中的最大值減去它們中的最小值，把結(jié)果記入5行，在第6、7、8行，和第11、12和13行重復(fù)這一步驟，并將結(jié)果記錄在第10行和15行。（附件一）。6.3.2將第5行的數(shù)據(jù)相加并除以零件數(shù)量，得到第一個檢測人的測量平均極差Ra和Rb和Rc（附件一）。6.3.3將第5、10和15行的數(shù)據(jù)（Ra、Rb、Rc）轉(zhuǎn)記到第17行，將它們相加并除以檢測人數(shù)，將結(jié)果記為R（所有極差的平均值）（附件一).6.3.4將R（平均值）記入第19和20行并與D3和D4（附件三中得出）相乘得控制上線和下線。6.3.5將行（第1、2、3、6、7、8、11、12和13行）中的值相加，把每行的和除以零件數(shù)并將結(jié)果填入附表一中最右邊標(biāo)有“平均值”的列內(nèi)。6.3.6將第1、2、3行平均值相加除以檢測次數(shù)，結(jié)果填入第4行的Xa，格內(nèi)對第6、7和8行，第11、12和13行重復(fù)這一過程，將結(jié)果分別填入第9和14行的Xb、Xc格內(nèi)（附件一）。6.3.7將第4、9和14行的平均值中最大和最小值填入第18中適當(dāng)?shù)目崭裉幉⒋_定它們的差值，將差值填入第18行標(biāo)有Xdiff處的空格內(nèi)（附件一）。6.3.8將每個零件每次測量值相加并除以總的測量次數(shù)（測試次數(shù)乘以檢測人數(shù)）將結(jié)果填入第16行零件平均值的欄中（附件一）。6.3.9從最大的零件平均值減去最小的零件平均值，將結(jié)果填入第16行標(biāo)有Rp的空格內(nèi)Rp是零件平均值的極差（附件一）。6.3.10將RXDiff和Rp的計算值轉(zhuǎn)填入報告表格的欄中（附件二）。6.3.11在附表二左邊標(biāo)有“測量系統(tǒng)分析”的欄下進(jìn)行計算。6.3.12在附表二右邊標(biāo)有“總變矩%”的欄下進(jìn)行計算。6.4R&R的可接受性準(zhǔn)則6.4.1低于10%的誤差–測量系統(tǒng)可接受。6.4.210%至30%的誤差，如果設(shè)備變差（EV）較大，則對量具調(diào)整接受，如果人變差（AV）較大，則對其進(jìn)行分析規(guī)定人員使用接受。6.4.3大于30%的誤差–測量系統(tǒng)需要改進(jìn)。6.5（計數(shù)型量具）小樣法6.5.1計數(shù)型量具就是把各個零件與有些指定限值相比較，如果滿足限值接受該零件,否則拒收。計數(shù)型量具不能指示一個零件多么好或多么壞，它只指示該零件被接收還是拒收。6.5.2小樣法研究是通過選取20個零件來進(jìn)行的。然后2個評價人以一種能防止評價人偏倚的方式（評價人不應(yīng)知道正在檢查零件的編號）兩次測量所有零件。6.5.3如果所有測量結(jié)果（每個零件四次）一致則接受該量具，否則應(yīng)改進(jìn)或重新評價該量具。如果不能改進(jìn)該量具，則該量具不能被接受并且應(yīng)找到一個可以接受的替代測量系統(tǒng)。6.6X-R分析法6.6.1當(dāng)量具同類單件時，且明確分析樣本屬臨界樣本，則采用X-R分析法。6.6.2取10上臨界樣本樣品，三個評價人員，對每個樣品每人測試二次，計算：CL，UCL，LCL6.6.3依管制圖SPC要求描R圖，直到R圖反映穩(wěn)定/無界外點(diǎn)。6.6.4再描X圖，若存在界外點(diǎn)與界內(nèi)點(diǎn)，則表明量具辨別力高，即為MSA可接受；若無界外點(diǎn)，表明量具辨別力不高，重新取樣X-R分析三次以上，若仍辨別力不高，則需改進(jìn)。6.7

穩(wěn)定性分析6.7.1

對控制計劃中所指定的測量工具全部進(jìn)行穩(wěn)定性分析。6.7.2

每一種測量工具的穩(wěn)定周期及測量數(shù)據(jù)的周期根據(jù)每一種工具的實(shí)際情況而定。6.7.3

當(dāng)X圖和R圖均受控，則表明此測量工具具有良好的穩(wěn)定性。

7．附件7．1量具重復(fù)性與再現(xiàn)性數(shù)據(jù)表(附表一)7.2計算分析表(附表二)7．3量具研究（小樣法）8．流程圖略

MSA基本數(shù)據(jù)表量具重復(fù)性和再現(xiàn)性數(shù)據(jù)表

量具：編號：時間：評價人/試驗(yàn)#零件均值123456789101.A1

2.2

3.3

4.均值

Xa=5.極差

Ra=6.B1

7.2

8.3

9.均值

Xb=10.極差

Rb=11.1

12.2

13.3

14.均值

XC=15.極差

RC=16.零件平均值(XP)

X=RP=17.[Ra=]+[Rb=]+[Rc=]+/[評價人數(shù)量=]=R=18.[MaxX=]－[MinX=]=XDIFF

19.[R=]×[D4=]*=UCLR

20.[R=]×[D3=]*=LCLR

*D4=3.27（兩次試驗(yàn)），D4=2.58（三次試驗(yàn)）；D3=0（不大于7次試驗(yàn)）。UCLR代表單個R的限值，圈出那些超限值的值，查明原因并糾正；同一評價人采用最初的儀器重復(fù)這些超限讀數(shù)或者剔除這些超限值，由剩余觀測值再次平均并計算R和限值。注：

附表二MSA計算分析表零件號和名稱：量具名稱：日期：特性：量具號：操作者：規(guī)范：量具形式：根據(jù)數(shù)據(jù)表：R=XDiff=