浅谈GPS控制网的布设与优化

　　摘要：GPS控制网的优化设计，是实施控制测量工作的第一步，是一项基础性的工作。本文全面系统地研究GPS控制网的布设，总结了GPS控制网的特点及优化设计的原则，着重从可靠性、精度及经济性等方面分析，提出了GPS控制网优化设计的措施
　　关键词:GPS控制网；布设方法；优化设计
　　
　　
　　当第一颗GPS试验卫星于1978年入轨运行开始，测绘界的专家、学者很快就认识到GPS卫星在测量方面的作用。由于GPS测量不需要两点间通视、不受天气影响、能直接获得三维坐标，而且现今的GPS控制网的布设还具有效率高、费用低、工期短、精度高等优越性，所以GPS技术已成为了大地测量的主要手段。[1]
　　1.GPS控制网的设计
　　1.1GPS控制网的特点与布设原则
　　1）GPS控制网的特点。GPS控制网的网形与卫星空间分布的几何图形相关，具有非层次结构性，以及没有误差积累且分布均匀简单易行的必要基准条件。
　　2）GPS控制网的布设原则
　　（1）效率优先原则，在进行GPS网的设计时，应采用效率指标来衡量设计方案的效率，以及在采用布网方案作业中所需要的时间消耗等问题。
　　（2）高精度性原则，GPS控制网的高精度性是工程测量的基石，也是其最明显的优势之一在布设时，要做到高精度性原则：先确定GPS网的网形，再根据GPS网的网形，得到GPS网的设计矩阵B，从而得到GPS网的协因数阵Q=(BTPB)，由此做到GPS控制网的高精度性原则。
　　（3）可靠性原则，可靠性原则是GPS控制网布设的重要原则之一在进行实际GPS网的设计时，一般采用一种反映GPS网可靠性的数量指标，结合各项精度指标，以达到改善网的质量的目的。
　　1.2GPS控制网的精度设计。对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度，精度指标通常是以相邻点间弦长的标准差来表示，即（1-1）式中—GPS基线向量的弦长中误差，；—GPS接收机标称精度中的固定误差，；—GPS接收机标称精度中的比例误差系数，；—GPS定位网中相邻点间距离，。
　　.3GPS控制网的图形设计
　　根据不同的用途，GPS网的布设按网的构成形式主要可分为：星形连接、点连式、边连式及边点混合连接等。选择何种网形，取决于工程所要求的精度、外业观测条件及GPS接收机数量等因素。
　　1）点连式。点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接，所构成的网形抗粗差定位能力差，网的几何强度也较弱。如图1-1所示。
　　
　　图1-1点连接示意图
　　
　　2）边连式。边连式是指相邻同步图形之间通过2个公共点相连，即同步图形由1条公共基线连接，用边连式布网方式布设的GPS网的几何强度较高，具有良好的自检能力，能够有效发现测量中的粗差，具有较高的可靠性。如图1-2所示。
　　
　　图1-2边连接示意图
　　
　　3）边点混合连接式。边点混合连接式是指把点连式与边连式有机地结合起来，组成GPS网以保证网的几何强度，提高网的可靠指标，它实际上是点连式、边连式和网连式的一个综合应用。这样既减少了外业工作量，又降低了成本，是一种较为理想的布网方法。如图1-3所示。[2]
　　
　　图1-3边点混合连接示意图
　　
　　1.4GPS控制网的基准设计。GPS网的基准设计，一般主要是指确定网的位置基准问题。确定网的位置基准，通常可根据情况，选取以下方法：
　　1）选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权；
　　2）网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差，确定网的位置基准；
　　3）在网中选若干点的坐标值并加以固定；
　　4）选网中若干点（直至全部点）的坐标值并给以适当的权。[3]
　　2.GPS控制网的优化设计措施
　　2.1提高GPS网精度的方法。要保证GPS网中各相邻点的相对精度。在全面网之上布设框架网；制定一个子区和子环路的实测方案。在布设GPS网时，作为观测值与GPS观测值(基线向量)一同进行联合平差。然后采用高程拟合的方法测定网中各点的正常高／正高。水准点的数量尽可能多，在网中均匀分布，网中的四周将整个网包含在其中。
　　2.2提高GPS网可靠性的方法。首先，增加观测期数。这样测得的独立基线数就会增加，可以提高控制网的可靠性精度。
　　其次，保证一定的重复设站次数。原因有二：①通过在同一测站上的多次观测，可有效地发现设站对中、整平、量测天线高等人为错误；②当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段的观察时，各个时段必须重新安置仪器，以更好地消除各种人为操作误差和错误。
　　最后，保证每个测站独立基线相连在3条以上。3条以上的独立基数相连，可使测站具有较高的可靠性。
　　2.3布设GPS网时起算点的选取与分布。首先，科学确定起算点的数量。一般来说，若要求所布设的GPS网的成果与旧成果吻合，则起算点数量越多越好；若没有这样的要求，则一般可选3~5个起算点。这样，既可以保证新老坐标成果的一致性，也可以保持GPS网的原有精度。
　　其次，合理确定起算点的位置。起算点的位置与精度直接相关，为保证整网的点位精度均匀，起算点一般应均匀地分布在GPS网的周围，要避免分布在网中一侧。
　　以上分析可以看出，测量单位在进行GPS控制测量时，在考虑质量合格的前提下，也应通过对GPS控制网的优化设计，来达到减少工作量、提高经济效益的目的。[4]
　　3结论
　　对于不同精度、不同面积的GPS控制网有不同的布设方法。在GPS控制网的布设中采用不同的方法，会使得作业效率不同，费用也不相同。如果采用了正确的布网方法，不但能够提高作业的效率，还能够降低作业的成本。
　　
　　参考文献
　　[1]刘立龙，林文介.GPS控制网优化设计的研究[J].桂林工学院学报.2002年7月.
　　[2]北京测绘设计研究院.CJJ73297全球定位系统城市测量技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社，2007.