GPS控制網的布設原則及優化設計探討

吳強

摘要：為了確保GPS控制網的經濟性、可行性、精確性，弄清GPS控制網的布設原則及優化設計十分必要。本文對GPS控制網的特點以及布設原則進行了總結，同時對GPS控制網的優化設計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。

關鍵詞：GPS控制網；布設原則；優化設計；可靠性；精度

1引言

常規測量中在布設控制網之前首先要進行優化設計工作，優化設計能保證控制網的經濟性、可行性和精確性。目前，GPS技術已被廣泛應用于控制測量工作中，GPS技術和傳統的測量方法相比較，其具有的優勢是觀測時間短、操作簡便、點位精度高、可全天候作業等，但這并不意味著GPS控制網就可以省去優化設計這一步驟，因為GPS網的精度與觀測權關聯度很小，而且與網的幾何圖形結構無關，基線的權陣和網中各點發出的基線數目對精度影響很大，因此，我們提出GPS控制網優化設計的概念。

2GPS控制網的特點

控制網的網形設計是常規測量中一項非常重要的工作，根據用途的不同，GPS控制網的網形可以設計成：點連式、邊連式、網連式、邊點混連式。因為GPS同步觀測時不限定測站點之間的邊角大小，也不需要控制點之間相互通視，所以GPS控制網的網形設計具有很大的靈活性.但也需全方位權衡工程的外業條件、要求達到的精度、工作效率和作業工期等因素，選擇最適合的網形。GPS控制網在圖形設計時需要考慮以下幾方面：

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

（2）設計時，因為自由基線不能構成閉合圖形，沒有發現粗差的能力，所以要避免出現自由基線。為了提高網的可靠性與精確性，還要保證一定量的獨立設站數或復線基線數，同時還需確保有一定量的多余觀測。

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

3GPS控制網的布設原則

3.1效率優先原則

在設計GPS網時，衡量設計方案的效率指標通常采用布網方案工作時所需要的消耗和時間等方面，即效率優先的原則。

3.2高精度性原則

高精度性是GPS控制網的最顯著的特點，布設時，我們在確保高精度性方面要做到：GPS網的網形必須首先確定好，再由GPS網的網形得到設計矩陣B，根據公式Q=（BTPB）得出GPS網的協因數陣，由此保證GPS控制網的高精度性。

3.3可靠性原則

設計GPS網時，為了達到改善網的質量的目標，通常采用一種能反映GPS網可靠性的數量指標，GPS控制網布設的重要原則之一就是可靠性方面。

3.4經濟性原則

布設GPS控制網是測繪工程的重要基礎工作，雖然測量效果方面要首先考慮，但經費支出也不能忽視。重復設站率和網中點的總數是耗費的最主要的兩方面，假設每臺GPS接收機觀測的平均花費是T，則總費用的計算公式為：

4GPS控制網的優化設計措施

在布設GPS控制網時我們應盡量做到減少尺度誤差，提高外部尺度基準可以通過在GPS控制網中增加二到三段高精度的測距邊來實現；基線向量的精度必須要高，基線解算時的固定位置基準要將精度高的已知點轉換成WGS84坐標系：聯測已知的控制點，已知點和現測的控制點構成網形，分析坐標轉換的精度，確保GPS網不會受到已知點精度較低的影響：為獲取GPS控制點的高程系統，聯測已知國家等級水準基點，按照當地似大地水準面的精度要求來施測：新建GPS控制網的坐標系統要與測區已采用的坐標系統統一起來。

4.1提高GPS網精度的方法

框架網是整個GPS網的骨架，為了確保GPS網中各相鄰點之間的相對精度，將框架網布設在全面網上面，完成子環路和子區的控制方案。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進行聯合平差。網中各水準點的正常高和正高，采用高程擬合的方法獲取，且網中的水準點要分布均勻，數量盡量越多越好。

4.2提高GPS網可靠性的方法

為提高GPS控制網的可靠性，第一種方法是通過增加觀測期數來實現，增加觀測期數可以使觀測的獨立基線數增加：第二種方法是保證一定量的重復設站次數，原因有兩個方面：①在同一個測站上進行多次觀測，有些人為錯誤可以有效地被發現，如設站時的對中、整平、量測天線高等：②同一臺GPS接收機在相同的測站上進行連續多個時段的觀測時，每次都要重新架設儀器，這樣可以很好的消除各種人為操作錯誤和誤差：第三個方法是確保每站有3條以上獨立基線相連，GPS控制網中每個點的可靠性都與該點所連接的基線數量密切相關，點上所連接的基線數量越多，則點的可靠性越高。最后一個方法是，雖然組成異步環的基線向量數量不斷增加，但其檢驗質量的能力卻不斷在下降。

4.3GPS控制網布設時起算點的分布和選取方法

保證網中的所有異步環不大于6條邊，GPS網布設時，一方面，起算點的數量要科學確定，并不是越多越好，如果要求新建的GPS控制網的成果與已有網數據成果相一致，則已知點的數量越多越好，如果要求不一致，通常只需要選取三到五個已知點就可以，這樣，既可以保持GPS網的原有精度，也可以保證新舊坐標成果的一致性。另一方面，起算點的位置也要合理確定，已知點的位置和精度密切相關，為了保證網中所有點位精度相一致，已知點通常應均勻地分布于GPS網的整個區域，避免集中于網中的某一個地方。

結束語對GPS控制網進行優化設計的目的就是提高工作效率、降低作業成本，但前提是質量一定要得到保證。工作中，我們一定要實事求是，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量的要求。在進行GPS網的優化設計時，首先必須弄清楚GPS網形結構強度的優化設計和基準化的優化設計，這樣GPS控制網的布設和優化設計才能有更加明確的方向和切實可行的措施。endprint