GPS的布網形式探討

苗繼承 汪益林

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

以GPS定位技術建立的控制網叫GPS控制網，其控制點叫GPS點。總體可以分為兩大類：一類是全球或全國性的高精度GPS網，這類網相鄰點的距離較長，在數千萬公里，主要任務是作為全球高精度坐標框架或全國高精度坐標框架，為全球性地球動力學和空間科學方面的科學研究工作服務。二類是區域性的GPS網，這類網相鄰點間距從幾百米至幾十千米，其主要任務是直接為國民經濟建設服務。為了滿足一定的精度與可靠度的需要，GPS測量應遵循統一的規范與細則。

由于GPS網為三維網，其基準與常規三維網的基準相似，包括位置基準、方位基準與尺度基準。位置基準一般根據給定起算點的坐標確定，方位基準一般根據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，尺度基準一般可根據兩起算點間的反算距離確定，也可利用電磁波測距邊作為尺度基準，或者直接根據GPS邊長作為尺度基準，可見只要GPS的位置、方位、尺度基準確定了，該網也就確定下來了。

在GPS控制網的基準設計時，必須注意以下幾個問題：

GPS測量成果轉化到我們所需要的地面坐標系，應選擇足夠的地面坐標系的起算數據與GPS測量數據相重合，或者聯測足夠的地方控制點。以求得坐標轉換參數。在選擇聯測點時，既要考慮充分利用舊資料，以保證資料的連續性，又要考慮GPS網的高精度不因舊資料精度低而受損失，同時還應特別注意起算點間的兼容性問題。一般控制網聯測起算點的個數不少于3個。

若要求所布設的GPS網的成果與舊成果吻合最好，則起算點數量越多越好，若不要求所布設的GPS網的成果完全與舊成果吻合，則一般可選3～5個起算點，這樣既可以保證新老坐標成果的一致性，也可以保持GPS網的原有精度。為保證整網的點位精度均勻，起算點一般應均勻地分布在GPS網的周圍。要避免所有的起算點分布在網中一側的情況。

在布設GPS網時可以采用高精度激光測距邊作為起算邊長，激光測距邊的數量可在3～5條左右，它們可設置在GPS網中的任意位置，但激光測距邊兩端點的高差不應過分懸殊。

在布設GPS網時，可以引入起算方位，但起算方位不宜太多，起算方位可布設在GPS網中的任意位置。

GPS網經三維平差后，得到的是相對于參考橢球面的大地面，為求得GPS網點的正常高，應根據需要適當進行高程聯測。AA、A級網應按二等水準逐點聯測高程，B級網應按三等水準或與其相當的方法至少每隔3～3聯測一點的高程，C級網應按四等水準或其相當的方法至少每隔3～6點聯測一點的高程，D、E級網應按四等水準或與其相當的方法根據具體情況確定聯測搞成點的點數，一般應均勻分布在整個測區，使測區未知GPS點的正常高應盡量為內插。

GPS網的坐標系統應盡量與測區原有坐標系統一致，若采用獨立坐標系，應掌握一下參數：參考橢球、中央子午線、縱橫坐標的加常數、坐標系的投影面、測區平均高程異常、起算點的坐標。

GPS網常用的布網形式有：跟蹤站式、會戰式、多基準站式、同步圖形擴展式以及單基準站式等。

1 跟蹤站式

將數臺GPS接收機長期固定在不同的測站上，進行常年不間斷的連續觀測，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GPS網，由于接收機在各個測站上進行了不間斷的連續觀測，觀測時間長、數據量大，精度高，而且多采用精密星歷進行基線解算，因此采用此種形式布設的GPS網具有很高的精度和框架基準特性。為保證連續觀測，一般需要建立專門的永久性測站，以安置儀器設備，因此這種布網形式的觀測成本很高。這種布網形式的觀測成本很高。這種布網形式一般用于建立GPS跟蹤站，對于普通用途的GPS網，一般不采用這種形式。

2 會戰式

會戰式布設GPS網，一般是指一次組織多臺GPS接收機，集中在一段不太長的時間內共同作業，GPS網點分批完成。首先所有接收機分別在同一批點上進行多天、長時段的同步觀測，在完成一批點的測量后，在遷移到另一批點上進行相同方式的觀測，直至所有的點觀測完畢，這就是會戰式的布網。會戰式所布設的GPS網，因為各基線均進行過較長時間、多時段的觀測，精度較高，特別是具有較高的尺度精度，這種布網方式一般用于布設A、B級網。

3 同步圖形擴展式

同步圖形擴展式是指GPS網以同步圖形的形式連接擴展，并構成具有一定數量獨立環的布設形式。首先多臺接收機在不同測站上進行同步觀測，在完成一個時段的同步觀測后，又遷移到其它的測站上進行同步觀測，每次同步觀測都可以形成一個同步圖像，在測量過程中，不同的同步圖形間一般有若干個公共點相連。同步圖形擴展式的布網形式具有擴展速度快，圖形強度較高，且作業方法簡單的優點。同步圖形擴展式是布設GPS網時最常用的一種布網形式。

采用同步圖像擴展式布設GPS網時，根據同步圖形的連接形式不同，又可分為：點連式、邊連式、網連式、混連式等。

3.1 點連式

點連式是指只通過一個公共點將相鄰的同步圖形連接在一起。點連式的布網方案的優點是：作業效率高，圖形擴展迅速，但由于不能組成一定的幾何圖形，形成一定的檢核條件，圖形強度底，而且一個連接點或一個同步環發生問題，影響到后面所有的同步圖形。因此這種布網形式一般不能單獨使用。

3.2 邊連式

邊連式就是通過一個公共點將相鄰的同步圖像連接在一起。如下圖為四臺接收機得邊連式布設形式，與點連式相比可見，邊連式觀測作業方式可以形成較多的重復基線與獨立環，具有較好的圖形強度與較高的作業效率。

3.3 網連式

網連式就是相鄰的同步圖形間有3個以上的公共點，相鄰圖形間有一定的重疊。顯然這種布網方式需要有四臺以上的接收機。采用這種形式所測設的GPS網具有很強的圖形強度，但作業效率很低，一般僅使用精度要求較高的控制網。

3.4 混連式

在實際作業中，由于以上幾種布網方案存在這樣或那樣的缺點，一般不單獨采用一種形式，而是根據具體情況，靈活地采用以上幾種布網方式，稱為混連式?；爝B式是我們實際作業中最常用的作業方式。如下圖為大地測量與精密工程測量中常用的三角形網、環形網，這種網盡管在圖形上以邊連接，在作業時其實采用混連式，其優點是自檢性與可靠性較好，能有效地發現粗差。

[1]吳小進等譯.GPS理論與實踐[J].電子工業部二十所，1997.

[2]王廣運，郭秉義，李洪濤.差分GPS定位技術與應用[J]電子工業出版，1996.

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