GPS的布網(wǎng)形式探討

苗繼承 汪益林

（1、駐馬店市農(nóng)村公路管理處，河南 駐馬店 463000 2、河南三元工程監(jiān)理咨詢有限公司，河南 信陽 464000）

以GPS定位技術(shù)建立的控制網(wǎng)叫GPS控制網(wǎng)，其控制點(diǎn)叫GPS點(diǎn)?？傮w可以分為兩大類：一類是全球或全國性的高精度GPS網(wǎng)，這類網(wǎng)相鄰點(diǎn)的距離較長，在數(shù)千萬公里，主要任務(wù)是作為全球高精度坐標(biāo)框架或全國高精度坐標(biāo)框架，為全球性地球動(dòng)力學(xué)和空間科學(xué)方面的科學(xué)研究工作服務(wù)。二類是區(qū)域性的GPS網(wǎng)，這類網(wǎng)相鄰點(diǎn)間距從幾百米至幾十千米，其主要任務(wù)是直接為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。為了滿足一定的精度與可靠度的需要，GPS測量應(yīng)遵循統(tǒng)一的規(guī)范與細(xì)則。

由于GPS網(wǎng)為三維網(wǎng)，其基準(zhǔn)與常規(guī)三維網(wǎng)的基準(zhǔn)相似，包括位置基準(zhǔn)、方位基準(zhǔn)與尺度基準(zhǔn)。位置基準(zhǔn)一般根據(jù)給定起算點(diǎn)的坐標(biāo)確定，方位基準(zhǔn)一般根據(jù)給定的起算方位確定，也可以將GPS基線向量的方位作為方位基準(zhǔn)，尺度基準(zhǔn)一般可根據(jù)兩起算點(diǎn)間的反算距離確定，也可利用電磁波測距邊作為尺度基準(zhǔn)，或者直接根據(jù)GPS邊長作為尺度基準(zhǔn)，可見只要GPS的位置、方位、尺度基準(zhǔn)確定了，該網(wǎng)也就確定下來了。

在GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意以下幾個(gè)問題：

GPS測量成果轉(zhuǎn)化到我們所需要的地面坐標(biāo)系，應(yīng)選擇足夠的地面坐標(biāo)系的起算數(shù)據(jù)與GPS測量數(shù)據(jù)相重合，或者聯(lián)測足夠的地方控制點(diǎn)。以求得坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)。在選擇聯(lián)測點(diǎn)時(shí)，既要考慮充分利用舊資料，以保證資料的連續(xù)性，又要考慮GPS網(wǎng)的高精度不因舊資料精度低而受損失，同時(shí)還應(yīng)特別注意起算點(diǎn)間的兼容性問題。一般控制網(wǎng)聯(lián)測起算點(diǎn)的個(gè)數(shù)不少于3個(gè)。

若要求所布設(shè)的GPS網(wǎng)的成果與舊成果吻合最好，則起算點(diǎn)數(shù)量越多越好，若不要求所布設(shè)的GPS網(wǎng)的成果完全與舊成果吻合，則一般可選3～5個(gè)起算點(diǎn)，這樣既可以保證新老坐標(biāo)成果的一致性，也可以保持GPS網(wǎng)的原有精度。為保證整網(wǎng)的點(diǎn)位精度均勻，起算點(diǎn)一般應(yīng)均勻地分布在GPS網(wǎng)的周圍。要避免所有的起算點(diǎn)分布在網(wǎng)中一側(cè)的情況。

在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)可以采用高精度激光測距邊作為起算邊長，激光測距邊的數(shù)量可在3～5條左右，它們可設(shè)置在GPS網(wǎng)中的任意位置，但激光測距邊兩端點(diǎn)的高差不應(yīng)過分懸殊。

在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，可以引入起算方位，但起算方位不宜太多，起算方位可布設(shè)在GPS網(wǎng)中的任意位置。

GPS網(wǎng)經(jīng)三維平差后，得到的是相對于參考橢球面的大地面，為求得GPS網(wǎng)點(diǎn)的正常高，應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)進(jìn)行高程聯(lián)測。AA、A級網(wǎng)應(yīng)按二等水準(zhǔn)逐點(diǎn)聯(lián)測高程，B級網(wǎng)應(yīng)按三等水準(zhǔn)或與其相當(dāng)?shù)姆椒ㄖ辽倜扛?～3聯(lián)測一點(diǎn)的高程，C級網(wǎng)應(yīng)按四等水準(zhǔn)或其相當(dāng)?shù)姆椒ㄖ辽倜扛?～6點(diǎn)聯(lián)測一點(diǎn)的高程，D、E級網(wǎng)應(yīng)按四等水準(zhǔn)或與其相當(dāng)?shù)姆椒ǜ鶕?jù)具體情況確定聯(lián)測搞成點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)，一般應(yīng)均勻分布在整個(gè)測區(qū)，使測區(qū)未知GPS點(diǎn)的正常高應(yīng)盡量為內(nèi)插。

GPS網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)應(yīng)盡量與測區(qū)原有坐標(biāo)系統(tǒng)一致，若采用獨(dú)立坐標(biāo)系，應(yīng)掌握一下參數(shù)：參考橢球、中央子午線、縱橫坐標(biāo)的加常數(shù)、坐標(biāo)系的投影面、測區(qū)平均高程異常、起算點(diǎn)的坐標(biāo)。

GPS網(wǎng)常用的布網(wǎng)形式有：跟蹤站式、會戰(zhàn)式、多基準(zhǔn)站式、同步圖形擴(kuò)展式以及單基準(zhǔn)站式等。

1 跟蹤站式

將數(shù)臺GPS接收機(jī)長期固定在不同的測站上，進(jìn)行常年不間斷的連續(xù)觀測，這種方式象類似于跟蹤站，因此稱為跟蹤站式。采用這種形式布設(shè)GPS網(wǎng)，由于接收機(jī)在各個(gè)測站上進(jìn)行了不間斷的連續(xù)觀測，觀測時(shí)間長、數(shù)據(jù)量大，精度高，而且多采用精密星歷進(jìn)行基線解算，因此采用此種形式布設(shè)的GPS網(wǎng)具有很高的精度和框架基準(zhǔn)特性。為保證連續(xù)觀測，一般需要建立專門的永久性測站，以安置儀器設(shè)備，因此這種布網(wǎng)形式的觀測成本很高。這種布網(wǎng)形式的觀測成本很高。這種布網(wǎng)形式一般用于建立GPS跟蹤站，對于普通用途的GPS網(wǎng)，一般不采用這種形式。

2 會戰(zhàn)式

會戰(zhàn)式布設(shè)GPS網(wǎng)，一般是指一次組織多臺GPS接收機(jī)，集中在一段不太長的時(shí)間內(nèi)共同作業(yè)，GPS網(wǎng)點(diǎn)分批完成。首先所有接收機(jī)分別在同一批點(diǎn)上進(jìn)行多天、長時(shí)段的同步觀測，在完成一批點(diǎn)的測量后，在遷移到另一批點(diǎn)上進(jìn)行相同方式的觀測，直至所有的點(diǎn)觀測完畢，這就是會戰(zhàn)式的布網(wǎng)。會戰(zhàn)式所布設(shè)的GPS網(wǎng)，因?yàn)楦骰€均進(jìn)行過較長時(shí)間、多時(shí)段的觀測，精度較高，特別是具有較高的尺度精度，這種布網(wǎng)方式一般用于布設(shè)A、B級網(wǎng)。

3 同步圖形擴(kuò)展式

同步圖形擴(kuò)展式是指GPS網(wǎng)以同步圖形的形式連接擴(kuò)展，并構(gòu)成具有一定數(shù)量獨(dú)立環(huán)的布設(shè)形式。首先多臺接收機(jī)在不同測站上進(jìn)行同步觀測，在完成一個(gè)時(shí)段的同步觀測后，又遷移到其它的測站上進(jìn)行同步觀測，每次同步觀測都可以形成一個(gè)同步圖像，在測量過程中，不同的同步圖形間一般有若干個(gè)公共點(diǎn)相連。同步圖形擴(kuò)展式的布網(wǎng)形式具有擴(kuò)展速度快，圖形強(qiáng)度較高，且作業(yè)方法簡單的優(yōu)點(diǎn)。同步圖形擴(kuò)展式是布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)最常用的一種布網(wǎng)形式。

采用同步圖像擴(kuò)展式布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，根據(jù)同步圖形的連接形式不同，又可分為：點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式、混連式等。

3.1 點(diǎn)連式

點(diǎn)連式是指只通過一個(gè)公共點(diǎn)將相鄰的同步圖形連接在一起。點(diǎn)連式的布網(wǎng)方案的優(yōu)點(diǎn)是：作業(yè)效率高，圖形擴(kuò)展迅速，但由于不能組成一定的幾何圖形，形成一定的檢核條件，圖形強(qiáng)度底，而且一個(gè)連接點(diǎn)或一個(gè)同步環(huán)發(fā)生問題，影響到后面所有的同步圖形。因此這種布網(wǎng)形式一般不能單獨(dú)使用。

3.2 邊連式

邊連式就是通過一個(gè)公共點(diǎn)將相鄰的同步圖像連接在一起。如下圖為四臺接收機(jī)得邊連式布設(shè)形式，與點(diǎn)連式相比可見，邊連式觀測作業(yè)方式可以形成較多的重復(fù)基線與獨(dú)立環(huán)，具有較好的圖形強(qiáng)度與較高的作業(yè)效率。

3.3 網(wǎng)連式

網(wǎng)連式就是相鄰的同步圖形間有3個(gè)以上的公共點(diǎn)，相鄰圖形間有一定的重疊。顯然這種布網(wǎng)方式需要有四臺以上的接收機(jī)。采用這種形式所測設(shè)的GPS網(wǎng)具有很強(qiáng)的圖形強(qiáng)度，但作業(yè)效率很低，一般僅使用精度要求較高的控制網(wǎng)。

3.4 混連式

在實(shí)際作業(yè)中，由于以上幾種布網(wǎng)方案存在這樣或那樣的缺點(diǎn)，一般不單獨(dú)采用一種形式，而是根據(jù)具體情況，靈活地采用以上幾種布網(wǎng)方式，稱為混連式?；爝B式是我們實(shí)際作業(yè)中最常用的作業(yè)方式。如下圖為大地測量與精密工程測量中常用的三角形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)，這種網(wǎng)盡管在圖形上以邊連接，在作業(yè)時(shí)其實(shí)采用混連式，其優(yōu)點(diǎn)是自檢性與可靠性較好，能有效地發(fā)現(xiàn)粗差。

[1]吳小進(jìn)等譯.GPS理論與實(shí)踐[J].電子工業(yè)部二十所，1997.

[2]王廣運(yùn)，郭秉義，李洪濤.差分GPS定位技術(shù)與應(yīng)用[J]電子工業(yè)出版，1996.

[3]胡伍生，高成發(fā)，施一民.GPS測量原理及其應(yīng)用[M].人民交通出版社，2002.