■王建峰

（巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設(shè)計院新疆巴音郭楞蒙古自治州841000）

淺議GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計

■王建峰

（巴音郭楞蒙古自治州水利水電勘測設(shè)計院新疆巴音郭楞蒙古自治州841000）

GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計是實施GPS測量的基礎(chǔ)性工作，它是在網(wǎng)的精確性、可靠性和經(jīng)濟性方面，尋求GPS控制網(wǎng)設(shè)計的最佳方案。本文總結(jié)了GPS控制網(wǎng)的特點以及GPS網(wǎng)形設(shè)計的原則，同時提出了GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的一些措施。

網(wǎng)形設(shè)計精度可靠性

1　引言

GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計是實施GPS測量的基礎(chǔ)性工作，它是在網(wǎng)的精確性、可靠性和經(jīng)濟性方面，尋求GPS控制網(wǎng)設(shè)計的最佳方案。與傳統(tǒng)控制測量方法相比，GPS技術(shù)具有點位精度高、觀測時間短、操作簡便、可全球全天候作業(yè)等優(yōu)點，但并不等于GPS控制網(wǎng)就無需像傳統(tǒng)控制測量方法那樣進行控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計。由于GPS網(wǎng)的精度與網(wǎng)的幾何圖形結(jié)構(gòu)無關(guān)，且與觀測權(quán)相關(guān)甚小，而影響精度的主要因素是網(wǎng)中各點發(fā)出基線的數(shù)目及基線的權(quán)陣，所以，我們提出GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的概念。

常規(guī)測量中對控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計是一項非常重要的工作，而在GPS網(wǎng)形設(shè)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(shè)計具有較大的靈活性。根據(jù)不同的用途，GPS網(wǎng)的圖形布設(shè)通常有:點連式、邊連式、網(wǎng)連式、邊點混連式四種基本方式。選擇什么樣的網(wǎng)，需要全方位的權(quán)衡，主要取決于工程所要求的精度、野外條件、作業(yè)工期及工作效率等因素。

2　GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形設(shè)計原則

由各種構(gòu)網(wǎng)方式可以看出，在GPS作業(yè)前，應(yīng)設(shè)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(wǎng)作業(yè)計劃，這就是GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計問題，因而網(wǎng)形設(shè)計的一般原則為：

（1）要充分考慮建立GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍。對于工程建設(shè)的GPS網(wǎng)，應(yīng)該即考慮勘測設(shè)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(shè)和規(guī)劃的需要，又要考慮遠期發(fā)展的需要，還可以根據(jù)具體情況擴展GPS控制網(wǎng)的功能。

（2）采用分級布網(wǎng)方案。分級布網(wǎng)是建立常規(guī)測量控制網(wǎng)的基本手法，因為GPS測量有許多優(yōu)越性，所以并不要求GPS網(wǎng)按常規(guī)控制網(wǎng)分很多等級布設(shè)。適當?shù)胤旨壊荚O(shè)GPS網(wǎng)，可以使全網(wǎng)的結(jié)構(gòu)呈長短邊相結(jié)合的形式，減少網(wǎng)的邊緣處誤差的積累，也便于GPS網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理和成果檢核分階段進行。

（3）GPS網(wǎng)中應(yīng)不存在自由基線。所謂自由基線是指不構(gòu)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)，也就是GPS網(wǎng)一般應(yīng)通過獨立基線構(gòu)成閉合圖形。

（4）GPS網(wǎng)中的閉合條件中基線數(shù)不可過多。網(wǎng)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(wǎng)的可靠性，使網(wǎng)的精度、可靠性均勻。

（5）GPS網(wǎng)應(yīng)以“每個點至少獨立設(shè)站觀測兩次”的原則布網(wǎng)。這樣不同接收機數(shù)測量構(gòu)成的網(wǎng)之精度和可靠性指標比較接近。

（6）為了實現(xiàn)GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的坐標轉(zhuǎn)換，GPS網(wǎng)至少應(yīng)與地面網(wǎng)至少有2個重合點，以便GPS成果較好的轉(zhuǎn)換至地面網(wǎng)中。同時，還應(yīng)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，進行GPS大地高向正常高的轉(zhuǎn)換。

（7）為了便于觀測，GPS點應(yīng)選擇交通便利、視野開闊、容易到達的地方。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(yīng)與網(wǎng)中另一個點通視。

3　GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計措施

GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，是在保證質(zhì)量的前提下，提高效率，降低成本。既不能脫離實際的應(yīng)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(zhì)量的要求。

3.1提高GPS網(wǎng)精度的方法

首先，保證GPS網(wǎng)中各相鄰點的相對精度，在全面網(wǎng)之上布設(shè)框架網(wǎng)，以框架網(wǎng)作為整個GPS網(wǎng)的骨架；制定一個子區(qū)和子環(huán)路的實測方案。其次，引入高精度激光測距邊。在布設(shè)GPS網(wǎng)時，作為觀測值與GPS觀測值（基線向量）一同進行聯(lián)合平差，或?qū)⑺鼈冏鳛槠鹚氵呴L。最后，采用高程擬合的方法測定網(wǎng)中各點的正常高和正高，水準點的數(shù)量盡可能多，在網(wǎng)中均勻分布，網(wǎng)中的四周將整個網(wǎng)包含在其中。

3.2提高GPS網(wǎng)可靠性的方法

首先，增加觀測期數(shù)，這樣測得的獨立基線數(shù)就會增加，可以提高控制網(wǎng)的可靠性精度。其次，保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)，重復(fù)設(shè)站次數(shù)可以確保GPS網(wǎng)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(fā)現(xiàn)設(shè)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(xù)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(shù)相連，可使測站具有較高的可靠性。在布設(shè)GPS網(wǎng)時，各個點的可靠性與該點上所連接的基線數(shù)直接相關(guān)，點上所連接的基線數(shù)越多，點的可靠性則越高。最后，在布網(wǎng)時要使網(wǎng)中所有異步環(huán)的邊數(shù)不大于6條，在布設(shè)GPS網(wǎng)時，隨著組成異步環(huán)的基線向量數(shù)的增加，其檢驗質(zhì)量的能力將逐漸下降。

3.3布設(shè)GPS網(wǎng)時起算點的選取與分布

首先，科學(xué)確定起算點的數(shù)量，一般來說，若要求所布設(shè)的GPS網(wǎng)的成果與舊成果吻合，則起算點數(shù)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(wǎng)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(guān)，為保證整網(wǎng)的點位精度均勻，起算點一般應(yīng)均勻地分布在GPS網(wǎng)的周圍，要避免分布在網(wǎng)中一側(cè)。

4　總結(jié)

通過以上分析，測量單位在進行GPS控制測量時，在考慮質(zhì)量合格的前提下，應(yīng)通過優(yōu)化設(shè)計，達到減少工作量、提高經(jīng)濟效益的目的。在具體進行GPS網(wǎng)的布設(shè)原則及優(yōu)化設(shè)計時，弄清楚GPS網(wǎng)基準化的優(yōu)化設(shè)計和圖形結(jié)構(gòu)強度的優(yōu)化設(shè)計，GPS控制網(wǎng)的布設(shè)和優(yōu)化設(shè)計就有了明確的方向和切實可行的措施。

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P228.4［文獻碼］ B

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