袁彬

因為GPS觀測是通過接收天空衛(wèi)星信號實現(xiàn)定位測量，一般情況下，不要求觀測站之間進行通視。且由于GPS觀測精度主要受觀測衛(wèi)星的幾何狀況的影響，與地面構成的幾何狀況無關。其結果要求外業(yè)工作中，GPS控制網(wǎng)的設計達到更好的優(yōu)化。

一、當前GPS測量的特點

GPS網(wǎng)是一種非層次結構，其相對定位測量是若干臺GPS接收機同時對天空衛(wèi)星進行觀測，從而獲得接收機間的基線向量。并可以一次擴展到所需的密度。GPS網(wǎng)實現(xiàn)了網(wǎng)的精度不受網(wǎng)點所構成的幾何圖形的影響，其精度與網(wǎng)中各點的坐標及邊與邊之間的角度無關，而只與網(wǎng)中的各點所發(fā)出的基線數(shù)目和基線的權陣有關。

GPS控制網(wǎng)所需的數(shù)據(jù)包括：一點的坐標，用于網(wǎng)的定位；一條邊的方位，用于網(wǎng)的定向；一條邊的長度，用于確定網(wǎng)的尺度。

GPS定位測量主要優(yōu)勢在于高精度、高效率和低成本，而這些優(yōu)勢建立在測前科學的技術設計和測后精確可靠的數(shù)據(jù)處理為基礎的。因此為確保精確，GPS網(wǎng)的設計需考慮到諸多因素，其核心就是考慮網(wǎng)形構造、精度、基準的設計。同時，還應考慮到觀測時段、時間、測站位置的選擇等。

二、GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形設計原則

（一）GPS控制網(wǎng)不應存在自由基線。自由基線主要指的是不構成閉合圖形的基線，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)自由基線，也就是GPS控制網(wǎng)一般應通過獨立基線構成閉合圖形。

（二）GPS控制網(wǎng)中的閉合條件中基線數(shù)不應太多。網(wǎng)中的各點最好有三條或更多基線分支，以保證檢核條件，使網(wǎng)的精度、可靠性較均勻，提高網(wǎng)的可靠性。

（三）按照需要和理論要求進行觀測。GPS控制網(wǎng)應以“每個點至少獨立設站觀測兩次”的原則布網(wǎng)。這樣不同接收機數(shù)測量構成網(wǎng)的精度和可靠性指標更加接近。

（四）至少應與地面網(wǎng)有二個重合點。為了實現(xiàn)GPS控制網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的坐標轉換，GPS控制網(wǎng)至少應與地面網(wǎng)有二個重合點。通過實踐證明，三至五個精度較高、分布均勻的地面點作為GPS網(wǎng)的一部分，以便GPS成果較好地轉換至地面網(wǎng)中，同時，還應與相當數(shù)量的地面水準點重合，以提供大地水準面的研究資料，實現(xiàn)GPS大地高向正常高的轉換。

（五）為GPS點選擇正確的位置。GPS點應選擇在交通便利、視野開闊、容易到達的地方，以便于觀測和數(shù)據(jù)的聚合整理。盡管GPS網(wǎng)的觀測不需要考慮通視的問題，但是為了便于用經(jīng)典方法擴展，至少應與網(wǎng)中的另一點通視。

三、對GPS網(wǎng)的優(yōu)化設計

（一）GPS網(wǎng)基準的優(yōu)化設計

GPS網(wǎng)基準的優(yōu)化設計包括位置的基準設計和尺度的基準設計。其中位置的基準設計有：一是建立WGS-84系坐標作為GPS網(wǎng)的固定位置基準。這是如果網(wǎng)中點具有較準確的國家坐標系或地方坐標系坐標，可以通過它們所屬坐標系與WGS-84坐標系的轉換參數(shù)求得該點的WGS-84系坐標，把它作為GPS網(wǎng)的固定位置基準；二是如果網(wǎng)中某點是Doppler點或SLR站，由于其定位精度較GPS偽距單點定位高得多，可將其聯(lián)至GPS網(wǎng)中作為一點或多點基準；三是如果網(wǎng)中無任何其他類已知起算數(shù)據(jù)時，可將網(wǎng)中一點多次GPS觀測的偽距坐標作為網(wǎng)的位置基準。

（二）GPS網(wǎng)尺度的優(yōu)化設計

由于GPS網(wǎng)尺度隨著時間和區(qū)域變化，而發(fā)生尺度系統(tǒng)誤差，因此，在消除此類誤差必須對其進行尺度基準進行優(yōu)化：一是提供外部尺度基準，對于邊長小于50km的GPS網(wǎng)，可用較高精度的測距儀施測2-3條基線邊，作為整網(wǎng)的尺度基準，對于大型長基網(wǎng)，可采用SLR站的相對定位觀測值和VLBI基線作為GPS網(wǎng)的尺度基準；二是提供內部尺度基準，在無法提供外部尺度基準的情況下，仍可采用GPS網(wǎng)觀測值作為GPS網(wǎng)的尺度基準。

（三）GPS網(wǎng)的精度設計

測量精度是用來衡量網(wǎng)的坐標參數(shù)估值受觀測偶然誤差影響程度的指標。網(wǎng)的精度設計是根據(jù)偶然誤差傳播規(guī)律，按照一定的精度設計方法，分析網(wǎng)中的各個未知點平差后預期能達到的精度。這也常被稱為網(wǎng)的統(tǒng)計強度設計和分析。一般常用坐標的方差—協(xié)方差陣來分析，也常用誤差橢圓和相對誤差橢圓來描述坐標點的精度情況，或用點之間方位、距離和角度的標準差來定義。對于許多大地網(wǎng)、工程控制網(wǎng)僅有點之間距離的相對精度要求，還是不夠的，通常以網(wǎng)中的各點點位精度，或者網(wǎng)的平均點位精度作為表征網(wǎng)精度的特征指標，這種精度指標可由網(wǎng)中點的坐標之方差—協(xié)方差陣構成描述精度的純量精度標準和準則矩陣來實現(xiàn)。純量精度標準是選擇一個描述全網(wǎng)總體精度的一個不變量，做出不同選擇，構成了不同的純量精度標準，并用其來建立優(yōu)化設計的精度目標函數(shù)。準則矩陣是將網(wǎng)中點的坐標方差—協(xié)方差陣構造成具有理想結構的矩陣，代表了網(wǎng)的最佳精度分布，具有更細致描述網(wǎng)的精度結構的控制標準。

（作者單位：大慶市城鄉(xiāng)規(guī)劃局）