GPS控制網(wǎng)的布設(shè)原則及優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

吳強(qiáng)

摘要：為了確保GPS控制網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可行性、精確性，弄清GPS控制網(wǎng)的布設(shè)原則及優(yōu)化設(shè)計(jì)十分必要。本文對GPS控制網(wǎng)的特點(diǎn)以及布設(shè)原則進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)對GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了自己的一些意見和措施，希望能對廣大同行起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：GPS控制網(wǎng)；布設(shè)原則；優(yōu)化設(shè)計(jì)；可靠性；精度

1引言

常規(guī)測量中在布設(shè)控制網(wǎng)之前首先要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，優(yōu)化設(shè)計(jì)能保證控制網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、可行性和精確性。目前，GPS技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于控制測量工作中，GPS技術(shù)和傳統(tǒng)的測量方法相比較，其具有的優(yōu)勢是觀測時(shí)間短、操作簡便、點(diǎn)位精度高、可全天候作業(yè)等，但這并不意味著GPS控制網(wǎng)就可以省去優(yōu)化設(shè)計(jì)這一步驟，因?yàn)镚PS網(wǎng)的精度與觀測權(quán)關(guān)聯(lián)度很小，而且與網(wǎng)的幾何圖形結(jié)構(gòu)無關(guān)，基線的權(quán)陣和網(wǎng)中各點(diǎn)發(fā)出的基線數(shù)目對精度影響很大，因此，我們提出GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的概念。

2GPS控制網(wǎng)的特點(diǎn)

控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計(jì)是常規(guī)測量中一項(xiàng)非常重要的工作，根據(jù)用途的不同，GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形可以設(shè)計(jì)成：點(diǎn)連式、邊連式、網(wǎng)連式、邊點(diǎn)混連式。因?yàn)镚PS同步觀測時(shí)不限定測站點(diǎn)之間的邊角大小，也不需要控制點(diǎn)之間相互通視，所以GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計(jì)具有很大的靈活性.但也需全方位權(quán)衡工程的外業(yè)條件、要求達(dá)到的精度、工作效率和作業(yè)工期等因素，選擇最適合的網(wǎng)形。GPS控制網(wǎng)在圖形設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮以下幾方面：

（1）GPS控制點(diǎn)之間可以相互不通視，但在加密控制點(diǎn)時(shí)，至少要保證控制點(diǎn)在一個(gè)方向上可以通視，為了避免信號被吸收和阻擋，在周邊仰角15°范圍內(nèi)不能有障礙物。

（2）設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)樽杂苫€不能構(gòu)成閉合圖形，沒有發(fā)現(xiàn)粗差的能力，所以要避免出現(xiàn)自由基線。為了提高網(wǎng)的可靠性與精確性，還要保證一定量的獨(dú)立設(shè)站數(shù)或復(fù)線基線數(shù)，同時(shí)還需確保有一定量的多余觀測。

（3）附和導(dǎo)線和閉和環(huán)條數(shù)不宜過多。為提高網(wǎng)的可靠性，確保檢核條件，兩條基線之間的夾角也不易過小。

3GPS控制網(wǎng)的布設(shè)原則

3.1效率優(yōu)先原則

在設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)時(shí)，衡量設(shè)計(jì)方案的效率指標(biāo)通常采用布網(wǎng)方案工作時(shí)所需要的消耗和時(shí)間等方面，即效率優(yōu)先的原則。

3.2高精度性原則

高精度性是GPS控制網(wǎng)的最顯著的特點(diǎn)，布設(shè)時(shí)，我們在確保高精度性方面要做到：GPS網(wǎng)的網(wǎng)形必須首先確定好，再由GPS網(wǎng)的網(wǎng)形得到設(shè)計(jì)矩陣B，根據(jù)公式Q=（BTPB）得出GPS網(wǎng)的協(xié)因數(shù)陣，由此保證GPS控制網(wǎng)的高精度性。

3.3可靠性原則

設(shè)計(jì)GPS網(wǎng)時(shí)，為了達(dá)到改善網(wǎng)的質(zhì)量的目標(biāo)，通常采用一種能反映GPS網(wǎng)可靠性的數(shù)量指標(biāo)，GPS控制網(wǎng)布設(shè)的重要原則之一就是可靠性方面。

3.4經(jīng)濟(jì)性原則

布設(shè)GPS控制網(wǎng)是測繪工程的重要基礎(chǔ)工作，雖然測量效果方面要首先考慮，但經(jīng)費(fèi)支出也不能忽視。重復(fù)設(shè)站率和網(wǎng)中點(diǎn)的總數(shù)是耗費(fèi)的最主要的兩方面，假設(shè)每臺GPS接收機(jī)觀測的平均花費(fèi)是T，則總費(fèi)用的計(jì)算公式為：

4GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

在布設(shè)GPS控制網(wǎng)時(shí)我們應(yīng)盡量做到減少尺度誤差，提高外部尺度基準(zhǔn)可以通過在GPS控制網(wǎng)中增加二到三段高精度的測距邊來實(shí)現(xiàn)；基線向量的精度必須要高，基線解算時(shí)的固定位置基準(zhǔn)要將精度高的已知點(diǎn)轉(zhuǎn)換成WGS84坐標(biāo)系：聯(lián)測已知的控制點(diǎn)，已知點(diǎn)和現(xiàn)測的控制點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)形，分析坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的精度，確保GPS網(wǎng)不會受到已知點(diǎn)精度較低的影響：為獲取GPS控制點(diǎn)的高程系統(tǒng)，聯(lián)測已知國家等級水準(zhǔn)基點(diǎn)，按照當(dāng)?shù)厮拼蟮厮疁?zhǔn)面的精度要求來施測：新建GPS控制網(wǎng)的坐標(biāo)系統(tǒng)要與測區(qū)已采用的坐標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)一起來。

4.1提高GPS網(wǎng)精度的方法

框架網(wǎng)是整個(gè)GPS網(wǎng)的骨架，為了確保GPS網(wǎng)中各相鄰點(diǎn)之間的相對精度，將框架網(wǎng)布設(shè)在全面網(wǎng)上面，完成子環(huán)路和子區(qū)的控制方案。利用激光測距，保證測邊的精度，將GPS觀測值與基線向量同時(shí)進(jìn)行聯(lián)合平差。網(wǎng)中各水準(zhǔn)點(diǎn)的正常高和正高，采用高程擬合的方法獲取，且網(wǎng)中的水準(zhǔn)點(diǎn)要分布均勻，數(shù)量盡量越多越好。

4.2提高GPS網(wǎng)可靠性的方法

為提高GPS控制網(wǎng)的可靠性，第一種方法是通過增加觀測期數(shù)來實(shí)現(xiàn)，增加觀測期數(shù)可以使觀測的獨(dú)立基線數(shù)增加：第二種方法是保證一定量的重復(fù)設(shè)站次數(shù)，原因有兩個(gè)方面：①在同一個(gè)測站上進(jìn)行多次觀測，有些人為錯(cuò)誤可以有效地被發(fā)現(xiàn)，如設(shè)站時(shí)的對中、整平、量測天線高等：②同一臺GPS接收機(jī)在相同的測站上進(jìn)行連續(xù)多個(gè)時(shí)段的觀測時(shí)，每次都要重新架設(shè)儀器，這樣可以很好的消除各種人為操作錯(cuò)誤和誤差：第三個(gè)方法是確保每站有3條以上獨(dú)立基線相連，GPS控制網(wǎng)中每個(gè)點(diǎn)的可靠性都與該點(diǎn)所連接的基線數(shù)量密切相關(guān)，點(diǎn)上所連接的基線數(shù)量越多，則點(diǎn)的可靠性越高。最后一個(gè)方法是，雖然組成異步環(huán)的基線向量數(shù)量不斷增加，但其檢驗(yàn)質(zhì)量的能力卻不斷在下降。

4.3GPS控制網(wǎng)布設(shè)時(shí)起算點(diǎn)的分布和選取方法

保證網(wǎng)中的所有異步環(huán)不大于6條邊，GPS網(wǎng)布設(shè)時(shí)，一方面，起算點(diǎn)的數(shù)量要科學(xué)確定，并不是越多越好，如果要求新建的GPS控制網(wǎng)的成果與已有網(wǎng)數(shù)據(jù)成果相一致，則已知點(diǎn)的數(shù)量越多越好，如果要求不一致，通常只需要選取三到五個(gè)已知點(diǎn)就可以，這樣，既可以保持GPS網(wǎng)的原有精度，也可以保證新舊坐標(biāo)成果的一致性。另一方面，起算點(diǎn)的位置也要合理確定，已知點(diǎn)的位置和精度密切相關(guān)，為了保證網(wǎng)中所有點(diǎn)位精度相一致，已知點(diǎn)通常應(yīng)均勻地分布于GPS網(wǎng)的整個(gè)區(qū)域，避免集中于網(wǎng)中的某一個(gè)地方。

結(jié)束語對GPS控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的就是提高工作效率、降低作業(yè)成本，但前提是質(zhì)量一定要得到保證。工作中，我們一定要實(shí)事求是，不能一味追求不必要的高可靠性和高精度，更不能為了降低成本和提高效率而忽視對質(zhì)量的要求。在進(jìn)行GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須弄清楚GPS網(wǎng)形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的優(yōu)化設(shè)計(jì)和基準(zhǔn)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣GPS控制網(wǎng)的布設(shè)和優(yōu)化設(shè)計(jì)才能有更加明確的方向和切實(shí)可行的措施。endprint