淺談GPS網型優化設計

肖珊珊

摘 要：文章主要討論了GPS控制網的優化設計問題，控制網優化設計的目的就是選出既可滿足精度、可靠性要求，又能使整個建網費用最少的設計方案。因而文章論述了控制網基準優化、可行性分析等方面的理論與方法，介紹了GPS網優化設計的方法和步驟。

關鍵詞：GPS;網型優化;網型設計

中圖分類號：P228.4

文獻標識碼：A

一、引言

為了解決控制網優化設計問題，得出布網方案、控制網優化設計的方法，論文從控制網優化設計著手，以一個實例來進行闡述。

二、測區概況

本項目為某鐵路控制網復測，位于四川省涼山彝族自治州，正線長度22.917km。主要工程為雙線特大橋、隧道、四線大橋等其他運營生產設備及附屬以及大臨工程等。

三、控制網情況

（1）根據網形的一部分進行說明。

（2）根據設計院提供的原始控制點A001、A002、A003、A004進行了現場勘察和穩定性評估，經考察控制點穩固可靠。隨后就對設計控制點進行了復測，復測結果滿足《工程測量規范》精度要求。

（3）根據現場施工的要求對控制網進行了加密，加密點為8個點：WH01、WH02、WH03、ZX01、ZX02、ZX03、ZX04、ZX05（見圖1）。

（4）平面坐標系采用與設計成果相同的獨立坐標系統，即WGS84大地坐標系橢球參數。中央子午線102°45′，投影面大地高1000m。

四、布網方案與網型優化

1.GPS控制網網形設計的一般原則

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，應該既考慮勘測設計階段的需要，又考慮施工放樣等階段的需要。

（2）采用分級布網方案。適當地分級布設GPS網，有利于根據測區的近期需要和遠期發展分階段布設，而且可以使全網的結構呈長短邊相結合的形式。

（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的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網至少應與地面網有2個重合點。研究和實踐表明，應有3～5個精度較高、分布均勻的地面點作為GPS網的一部分，以便GPS成果較好地轉換至地面網中。

（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。

2.GPS控制網網形連接的形式

GPS網的布設就是將各同步圖形合理地銜接成一個有機的整體，使之達到精度高、可靠性強，且作業量和作業經費少的要求。GPS網的布設按網的構成形式分為：點連式網、邊連式網、網連式網。

本文采用的是邊連式網。用邊連式布網方式布設的GPS網的幾何強度較高，具有良好的自檢能力，能夠有效發現測量中的粗差，具有較高的可靠性。

3.CAD上展點，設計網形圖

根據上次復測的坐標在CAD上進行展點，比選優化控制網的網型。

4.確定首級控制網網型

根據控制點示意圖的位置關系，確定工程項目的首級控制網。

5.GPS網的設計及施測方法

（1）設計原則。

① GPS網一般應采用獨立觀測邊構成閉合圖形，如三角形、多邊形或附合線路，以增加檢核條件，提高網的可靠性。

②GPS網作為測量控制網，其相鄰點間基線向量的精度，應分布均勻。

③GPS網點應盡量與原有地面控制點相結合。重合點一般不少于3個（不足時應聯測），且在網中分布均勻，以可靠地確定GPS網與地面之間的轉換參數。

④為了便于GPS的測量觀測和水準聯測，減少多路徑影響，GPS網點一般應設在視野開闊和交通便利的地方。

⑤GPS網必須由非同步獨立觀測邊構成若干個閉合環或附和線路。各級GPS網中每個閉合環或附和線路中的邊數應符合規范要求。

（2）兩個方案的主要特征值理論計算（見圖2、圖3）。

根據R.A sany 提出的公式計算GPS網的主要特征值：C=nm/N。

式中C為觀測時段數，n為網的總點數，m為每點設站數，N為接受機數。在網中：

總基線數：J總=C*N*（N-1）/2

必要基線數：J必= n-1

獨立基線數：J獨=C*（N-1）

多余基線數：J多=C*（N-1）-（n-1）

總體可靠性指標=J多/J獨

從以上分析可以看出（見下表），方案二的可靠性比方案一好，故本設計選擇方案二。

五、總結

由于GPS具有全天候、高精度和自動測量的特點，GPS定位技術在測量中的應用越來越廣泛，因而對GPS控制網優化設計進行研究是十分必要的。本文闡述的就是關于GPS控制網的優化，通過學習研究優化設計的內容和方法，并通過實例進一步說明了GPS控制網優化的過程，從而使GPS控制網的優化有了比較系統的方法，為今后的學習和實際應用提供了依據。

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