GPS控制网的布设原则及优化设计探讨

吴强

摘要：为了确保GPS控制网的经济性、可行性、精确性，弄清GPS控制网的布设原则及优化设计十分必要。本文对GPS控制网的特点以及布设原则进行了总结，同时对GPS控制网的优化设计提出了自己的一些意见和措施，希望能对广大同行起到抛砖引玉的作用。

关键词：GPS控制网；布设原则；优化设计；可靠性；精度

1引言

常规测量中在布设控制网之前首先要进行优化设计工作，优化设计能保证控制网的经济性、可行性和精确性。目前，GPS技术已被广泛应用于控制测量工作中，GPS技术和传统的测量方法相比较，其具有的优势是观测时间短、操作简便、点位精度高、可全天候作业等，但这并不意味着GPS控制网就可以省去优化设计这一步骤，因为GPS网的精度与观测权关联度很小，而且与网的几何图形结构无关，基线的权阵和网中各点发出的基线数目对精度影响很大，因此，我们提出GPS控制网优化设计的概念。

2GPS控制网的特点

控制网的网形设计是常规测量中一项非常重要的工作，根据用途的不同，GPS控制网的网形可以设计成：点连式、边连式、网连式、边点混连式。因为GPS同步观测时不限定测站点之间的边角大小，也不需要控制点之间相互通视，所以GPS控制网的网形设计具有很大的灵活性.但也需全方位权衡工程的外业条件、要求达到的精度、工作效率和作业工期等因素，选择最适合的网形。GPS控制网在图形设计时需要考虑以下几方面：

（1）GPS控制点之间可以相互不通视，但在加密控制点时，至少要保证控制点在一个方向上可以通视，为了避免信号被吸收和阻挡，在周边仰角15°范围内不能有障碍物。

（2）设计时，因为自由基线不能构成闭合图形，没有发现粗差的能力，所以要避免出现自由基线。为了提高网的可靠性与精确性，还要保证一定量的独立设站数或复线基线数，同时还需确保有一定量的多余观测。

（3）附和导线和闭和环条数不宜过多。为提高网的可靠性，确保检核条件，两条基线之间的夹角也不易过小。

3GPS控制网的布设原则

3.1效率优先原则

在设计GPS网时，衡量设计方案的效率指标通常采用布网方案工作时所需要的消耗和时间等方面，即效率优先的原则。

3.2高精度性原则

高精度性是GPS控制网的最显著的特点，布设时，我们在确保高精度性方面要做到：GPS网的网形必须首先确定好，再由GPS网的网形得到设计矩阵B，根据公式Q=（BTPB）得出GPS网的协因数阵，由此保证GPS控制网的高精度性。

3.3可靠性原则

设计GPS网时，为了达到改善网的质量的目标，通常采用一种能反映GPS网可靠性的数量指标，GPS控制网布设的重要原则之一就是可靠性方面。

3.4经济性原则

布设GPS控制网是测绘工程的重要基础工作，虽然测量效果方面要首先考虑，但经费支出也不能忽视。重复设站率和网中点的总数是耗费的最主要的两方面，假设每台GPS接收机观测的平均花费是T，则总费用的计算公式为：

4GPS控制网的优化设计措施

在布设GPS控制网时我们应尽量做到减少尺度误差，提高外部尺度基准可以通过在GPS控制网中增加二到三段高精度的测距边来实现；基线向量的精度必须要高，基线解算时的固定位置基准要将精度高的已知点转换成WGS84坐标系：联测已知的控制点，已知点和现测的控制点构成网形，分析坐标转换的精度，确保GPS网不会受到已知点精度较低的影响：为获取GPS控制点的高程系统，联测已知国家等级水準基点，按照当地似大地水准面的精度要求来施测：新建GPS控制网的坐标系统要与测区已采用的坐标系统统一起来。

4.1提高GPS网精度的方法

框架网是整个GPS网的骨架，为了确保GPS网中各相邻点之间的相对精度，将框架网布设在全面网上面，完成子环路和子区的控制方案。利用激光测距，保证测边的精度，将GPS观测值与基线向量同时进行联合平差。网中各水准点的正常高和正高，采用高程拟合的方法获取，且网中的水准点要分布均匀，数量尽量越多越好。

4.2提高GPS网可靠性的方法

为提高GPS控制网的可靠性，第一种方法是通过增加观测期数来实现，增加观测期数可以使观测的独立基线数增加：第二种方法是保证一定量的重复设站次数，原因有两个方面：①在同一个测站上进行多次观测，有些人为错误可以有效地被发现，如设站时的对中、整平、量测天线高等：②同一台GPS接收机在相同的测站上进行连续多个时段的观测时，每次都要重新架设仪器，这样可以很好的消除各种人为操作错误和误差：第三个方法是确保每站有3条以上独立基线相连，GPS控制网中每个点的可靠性都与该点所连接的基线数量密切相关，点上所连接的基线数量越多，则点的可靠性越高。最后一个方法是，虽然组成异步环的基线向量数量不断增加，但其检验质量的能力却不断在下降。

4.3GPS控制网布设时起算点的分布和选取方法

保证网中的所有异步环不大于6条边，GPS网布设时，一方面，起算点的数量要科学确定，并不是越多越好，如果要求新建的GPS控制网的成果与已有网数据成果相一致，则已知点的数量越多越好，如果要求不一致，通常只需要选取三到五个已知点就可以，这样，既可以保持GPS网的原有精度，也可以保证新旧坐标成果的一致性。另一方面，起算点的位置也要合理确定，已知点的位置和精度密切相关，为了保证网中所有点位精度相一致，已知点通常应均匀地分布于GPS网的整个区域，避免集中于网中的某一个地方。

结束语对GPS控制网进行优化设计的目的就是提高工作效率、降低作业成本，但前提是质量一定要得到保证。工作中，我们一定要实事求是，不能一味追求不必要的高可靠性和高精度，更不能为了降低成本和提高效率而忽视对质量的要求。在进行GPS网的优化设计时，首先必须弄清楚GPS网形结构强度的优化设计和基准化的优化设计，这样GPS控制网的布设和优化设计才能有更加明确的方向和切实可行的措施。endprint