淺議GPS控制網的優化設計

■王建峰

（巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設計院新疆巴音郭楞蒙古自治州841000）

淺議GPS控制網的優化設計

■王建峰

（巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設計院新疆巴音郭楞蒙古自治州841000）

GPS控制網的優化設計是實施GPS測量的基礎性工作，它是在網的精確性、可靠性和經濟性方面，尋求GPS控制網設計的最佳方案。本文總結了GPS控制網的特點以及GPS網形設計的原則，同時提出了GPS控制網優化設計的一些措施。

網形設計精度可靠性

1　引言

GPS控制網的優化設計是實施GPS測量的基礎性工作，它是在網的精確性、可靠性和經濟性方面，尋求GPS控制網設計的最佳方案。與傳統控制測量方法相比，GPS技術具有點位精度高、觀測時間短、操作簡便、可全球全天候作業等優點，但并不等于GPS控制網就無需像傳統控制測量方法那樣進行控制網的優化設計。由于GPS網的精度與網的幾何圖形結構無關，且與觀測權相關甚小，而影響精度的主要因素是網中各點發出基線的數目及基線的權陣，所以，我們提出GPS控制網優化設計的概念。

常規測量中對控制網的網形設計是一項非常重要的工作，而在GPS網形設計時，因GPS同步觀測不要求通視，對測站點間相互的邊角也沒有過高的限定，所以其圖形設計具有較大的靈活性。根據不同的用途，GPS網的圖形布設通常有:點連式、邊連式、網連式、邊點混連式四種基本方式。選擇什么樣的網，需要全方位的權衡，主要取決于工程所要求的精度、野外條件、作業工期及工作效率等因素。

2　GPS控制網的網形設計原則

由各種構網方式可以看出，在GPS作業前，應設計出一種比較實用的既能滿足一定精度和可靠性要求、又有較高精度指標的布網作業計劃，這就是GPS網的優化設計問題，因而網形設計的一般原則為：

（1）要充分考慮建立GPS控制網的應用范圍。對于工程建設的GPS網，應該即考慮勘測設計階段的需要，又要考慮施工放樣等階段的需要。對于城市GPS控制，既要考慮近期建設和規劃的需要，又要考慮遠期發展的需要，還可以根據具體情況擴展GPS控制網的功能。

（2）采用分級布網方案。分級布網是建立常規測量控制網的基本手法，因為GPS測量有許多優越性，所以并不要求GPS網按常規控制網分很多等級布設。適當地分級布設GPS網，可以使全網的結構呈長短邊相結合的形式，減少網的邊緣處誤差的積累，也便于GPS網的數據處理和成果檢核分階段進行。

（3）GPS網中應不存在自由基線。所謂自由基線是指不構成閉合圖形的基線，由于自由基線不具備發現粗差的能力，因而必須避免出現，也就是GPS網一般應通過獨立基線構成閉合圖形。

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

（5）GPS網應以“每個點至少獨立設站觀測兩次”的原則布網。這樣不同接收機數測量構成的網之精度和可靠性指標比較接近。

（6）為了實現GPS網與地面網之間的坐標轉換，GPS網至少應與地面網至少有2個重合點，以便GPS成果較好的轉換至地面網中。同時，還應與相當數量的地面水準點重合，以提供大地水準面的研究資料，進行GPS大地高向正常高的轉換。

（7）為了便于觀測，GPS點應選擇交通便利、視野開闊、容易到達的地方。盡管GPS網的觀測不需要考慮通視的問題，但是為了便于用經典方法擴展，至少應與網中另一個點通視。

3　GPS控制網的優化設計措施

GPS控制網的優化設計，是在保證質量的前提下，提高效率，降低成本。既不能脫離實際的應用需求，盲目追求不必要的高精度和高可靠性，也不能為追求高效率和低成本，放棄對質量的要求。

3.1提高GPS網精度的方法

首先，保證GPS網中各相鄰點的相對精度，在全面網之上布設框架網，以框架網作為整個GPS網的骨架；制定一個子區和子環路的實測方案。其次，引入高精度激光測距邊。在布設GPS網時，作為觀測值與GPS觀測值（基線向量）一同進行聯合平差，或將它們作為起算邊長。最后，采用高程擬合的方法測定網中各點的正常高和正高，水準點的數量盡可能多，在網中均勻分布，網中的四周將整個網包含在其中。

3.2提高GPS網可靠性的方法

首先，增加觀測期數，這樣測得的獨立基線數就會增加，可以提高控制網的可靠性精度。其次，保證一定的重復設站次數，重復設站次數可以確保GPS網的可靠性，原因有二：①通過在同一測站上的多次觀測，可有效地發現設站對中、整平、量測天線高等人為錯誤；②當同一臺接收機在同一測站上連續進行多個時段的觀察時，各個時段必須重新安置儀器，以更好地消除各種人為操作誤差和錯誤。再次，保證每個測站獨立基線相連在3條以上，3條以上的獨立基數相連，可使測站具有較高的可靠性。在布設GPS網時，各個點的可靠性與該點上所連接的基線數直接相關，點上所連接的基線數越多，點的可靠性則越高。最后，在布網時要使網中所有異步環的邊數不大于6條，在布設GPS網時，隨著組成異步環的基線向量數的增加，其檢驗質量的能力將逐漸下降。

3.3布設GPS網時起算點的選取與分布

首先，科學確定起算點的數量，一般來說，若要求所布設的GPS網的成果與舊成果吻合，則起算點數量越多越好，若沒有這樣的要求，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。其次，合理確定起算點的位置，起算點的位置與精度直接相關，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，要避免分布在網中一側。

4　總結

通過以上分析，測量單位在進行GPS控制測量時，在考慮質量合格的前提下，應通過優化設計，達到減少工作量、提高經濟效益的目的。在具體進行GPS網的布設原則及優化設計時，弄清楚GPS網基準化的優化設計和圖形結構強度的優化設計，GPS控制網的布設和優化設計就有了明確的方向和切實可行的措施。

［1］孔祥元、梅是義.《控制測量學》 ［M］.湖北：武漢大學出版社，2002

［2］國家質量技術監督局.GB/T1831422001全球定位系統 （GPS）測量規范 ［S］.北京：中國標準出版社，2001

［3］王建敏，石金峰.GPS控制網的布網原則和優化設計 ［J］.遼寧工程技術大學學報，2013 （S2）：97299.

P228.4［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-356-1