淺談GPS網(wǎng)型優(yōu)化設(shè)計(jì)

肖珊珊

摘 要：文章主要討論了GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的就是選出既可滿足精度、可靠性要求，又能使整個(gè)建網(wǎng)費(fèi)用最少的設(shè)計(jì)方案。因而文章論述了控制網(wǎng)基準(zhǔn)優(yōu)化、可行性分析等方面的理論與方法，介紹了GPS網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法和步驟。

關(guān)鍵詞：GPS;網(wǎng)型優(yōu)化;網(wǎng)型設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：P228.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、引言

為了解決控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，得出布網(wǎng)方案、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，論文從控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)著手，以一個(gè)實(shí)例來(lái)進(jìn)行闡述。

二、測(cè)區(qū)概況

本項(xiàng)目為某鐵路控制網(wǎng)復(fù)測(cè)，位于四川省涼山彝族自治州，正線長(zhǎng)度22.917km。主要工程為雙線特大橋、隧道、四線大橋等其他運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)設(shè)備及附屬以及大臨工程等。

三、控制網(wǎng)情況

（1）根據(jù)網(wǎng)形的一部分進(jìn)行說(shuō)明。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的原始控制點(diǎn)A001、A002、A003、A004進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)勘察和穩(wěn)定性評(píng)估，經(jīng)考察控制點(diǎn)穩(wěn)固可靠。隨后就對(duì)設(shè)計(jì)控制點(diǎn)進(jìn)行了復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)結(jié)果滿足《工程測(cè)量規(guī)范》精度要求。

（3）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的要求對(duì)控制網(wǎng)進(jìn)行了加密，加密點(diǎn)為8個(gè)點(diǎn)：WH01、WH02、WH03、ZX01、ZX02、ZX03、ZX04、ZX05（見(jiàn)圖1）。

（4）平面坐標(biāo)系采用與設(shè)計(jì)成果相同的獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)，即WGS84大地坐標(biāo)系橢球參數(shù)。中央子午線102°45′，投影面大地高1000m。

四、布網(wǎng)方案與網(wǎng)型優(yōu)化

1.GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計(jì)的一般原則

在GPS作業(yè)前，應(yīng)設(shè)計(jì)出一種比較實(shí)用的既能滿足一定精度和可靠性要求，又有較高精度指標(biāo)的布網(wǎng)作業(yè)計(jì)劃，這就是GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，因而網(wǎng)形設(shè)計(jì)的一般原則為：

（1）要充分考慮建立GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍。對(duì)于工程建設(shè)的GPS網(wǎng)，應(yīng)該既考慮勘測(cè)設(shè)計(jì)階段的需要，又考慮施工放樣等階段的需要。

（2）采用分級(jí)布網(wǎng)方案。適當(dāng)?shù)胤旨?jí)布設(shè)GPS網(wǎng)，有利于根據(jù)測(cè)區(qū)的近期需要和遠(yuǎn)期發(fā)展分階段布設(shè)，而且可以使全網(wǎng)的結(jié)構(gòu)呈長(zhǎng)短邊相結(jié)合的形式。

（3）GPS網(wǎng)中應(yīng)不存在自由基線。所謂自由基線是指不構(gòu)成閉合圖形的基線，由于自由基線不具備發(fā)現(xiàn)粗差的能力，因而必須避免出現(xiàn)，也就是GPS網(wǎng)一般應(yīng)通過(guò)獨(dú)立基線構(gòu)成閉合圖形。

（4）GPS網(wǎng)中的閉合條件中基線數(shù)不可過(guò)多。網(wǎng)中各點(diǎn)最好有3條或更多基線分支，以保證檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性，使網(wǎng)的精度、可靠性均勻。

（5）GPS網(wǎng)應(yīng)以“每個(gè)點(diǎn)至少獨(dú)立設(shè)站觀測(cè)兩次”的原則布網(wǎng)。這樣不同接收機(jī)數(shù)測(cè)量構(gòu)成的網(wǎng)的精度和可靠性指標(biāo)比較接近。

（6）為了實(shí)現(xiàn)GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，GPS網(wǎng)至少應(yīng)與地面網(wǎng)有2個(gè)重合點(diǎn)。研究和實(shí)踐表明，應(yīng)有3～5個(gè)精度較高、分布均勻的地面點(diǎn)作為GPS網(wǎng)的一部分，以便GPS成果較好地轉(zhuǎn)換至地面網(wǎng)中。

（7）為了便于觀測(cè)，GPS點(diǎn)應(yīng)選擇交通便利、視野開(kāi)闊、容易到達(dá)的地方。盡管GPS網(wǎng)的觀測(cè)不需要考慮通視的問(wèn)題，但是為了便于用經(jīng)典方法擴(kuò)展，至少應(yīng)與網(wǎng)中另一個(gè)點(diǎn)通視。

2.GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形連接的形式

GPS網(wǎng)的布設(shè)就是將各同步圖形合理地銜接成一個(gè)有機(jī)的整體，使之達(dá)到精度高、可靠性強(qiáng)，且作業(yè)量和作業(yè)經(jīng)費(fèi)少的要求。GPS網(wǎng)的布設(shè)按網(wǎng)的構(gòu)成形式分為：點(diǎn)連式網(wǎng)、邊連式網(wǎng)、網(wǎng)連式網(wǎng)。

本文采用的是邊連式網(wǎng)。用邊連式布網(wǎng)方式布設(shè)的GPS網(wǎng)的幾何強(qiáng)度較高，具有良好的自檢能力，能夠有效發(fā)現(xiàn)測(cè)量中的粗差，具有較高的可靠性。

3.CAD上展點(diǎn)，設(shè)計(jì)網(wǎng)形圖

根據(jù)上次復(fù)測(cè)的坐標(biāo)在CAD上進(jìn)行展點(diǎn)，比選優(yōu)化控制網(wǎng)的網(wǎng)型。

4.確定首級(jí)控制網(wǎng)網(wǎng)型

根據(jù)控制點(diǎn)示意圖的位置關(guān)系，確定工程項(xiàng)目的首級(jí)控制網(wǎng)。

5.GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)及施測(cè)方法

（1）設(shè)計(jì)原則。

① GPS網(wǎng)一般應(yīng)采用獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成閉合圖形，如三角形、多邊形或附合線路，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。

②GPS網(wǎng)作為測(cè)量控制網(wǎng)，其相鄰點(diǎn)間基線向量的精度，應(yīng)分布均勻。

③GPS網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量與原有地面控制點(diǎn)相結(jié)合。重合點(diǎn)一般不少于3個(gè)（不足時(shí)應(yīng)聯(lián)測(cè)），且在網(wǎng)中分布均勻，以可靠地確定GPS網(wǎng)與地面之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

④為了便于GPS的測(cè)量觀測(cè)和水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)，減少多路徑影響，GPS網(wǎng)點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)在視野開(kāi)闊和交通便利的地方。

⑤GPS網(wǎng)必須由非同步獨(dú)立觀測(cè)邊構(gòu)成若干個(gè)閉合環(huán)或附和線路。各級(jí)GPS網(wǎng)中每個(gè)閉合環(huán)或附和線路中的邊數(shù)應(yīng)符合規(guī)范要求。

（2）兩個(gè)方案的主要特征值理論計(jì)算（見(jiàn)圖2、圖3）。

根據(jù)R.A sany 提出的公式計(jì)算GPS網(wǎng)的主要特征值：C=nm/N。

式中C為觀測(cè)時(shí)段數(shù)，n為網(wǎng)的總點(diǎn)數(shù)，m為每點(diǎn)設(shè)站數(shù)，N為接受機(jī)數(shù)。在網(wǎng)中：

總基線數(shù)：J總=C*N*（N-1）/2

必要基線數(shù)：J必= n-1

獨(dú)立基線數(shù)：J獨(dú)=C*（N-1）

多余基線數(shù)：J多=C*（N-1）-（n-1）

總體可靠性指標(biāo)=J多/J獨(dú)

從以上分析可以看出（見(jiàn)下表），方案二的可靠性比方案一好，故本設(shè)計(jì)選擇方案二。

五、總結(jié)

由于GPS具有全天候、高精度和自動(dòng)測(cè)量的特點(diǎn)，GPS定位技術(shù)在測(cè)量中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，因而對(duì)GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行研究是十分必要的。本文闡述的就是關(guān)于GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化，通過(guò)學(xué)習(xí)研究?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法，并通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步說(shuō)明了GPS控制網(wǎng)優(yōu)化的過(guò)程，從而使GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化有了比較系統(tǒng)的方法，為今后的學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建敏，石金蜂.GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（S2）.

[2]趙長(zhǎng)勝.GPS 控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)[J].現(xiàn)代測(cè)繪，2003（5）.

[3]童君莉.淺析GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技廣場(chǎng)，2005（5）.

[4]交通部第一公路勘察設(shè)計(jì)院.全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范[M].北京：人民交通出版社，1999.

[5]中華人民共和國(guó)冶金部.工程測(cè)量規(guī)范[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1979.

[6]郭英起.GPS網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中若干問(wèn)題的探討[J].東北測(cè)繪，1998（2）：22-23.