浅议GPS控制网的优化设计

■王建峰

（巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计院新疆巴音郭楞蒙古自治州841000）

浅议GPS控制网的优化设计

■王建峰

（巴音郭楞蒙古自治州水利水电勘测设计院新疆巴音郭楞蒙古自治州841000）

GPS控制网的优化设计是实施GPS测量的基础性工作，它是在网的精确性、可靠性和经济性方面，寻求GPS控制网设计的最佳方案。本文总结了GPS控制网的特点以及GPS网形设计的原则，同时提出了GPS控制网优化设计的一些措施。

网形设计精度可靠性

1　引言

GPS控制网的优化设计是实施GPS测量的基础性工作，它是在网的精确性、可靠性和经济性方面，寻求GPS控制网设计的最佳方案。与传统控制测量方法相比，GPS技术具有点位精度高、观测时间短、操作简便、可全球全天候作业等优点，但并不等于GPS控制网就无需像传统控制测量方法那样进行控制网的优化设计。由于GPS网的精度与网的几何图形结构无关，且与观测权相关甚小，而影响精度的主要因素是网中各点发出基线的数目及基线的权阵，所以，我们提出GPS控制网优化设计的概念。

常规测量中对控制网的网形设计是一项非常重要的工作，而在GPS网形设计时，因GPS同步观测不要求通视，对测站点间相互的边角也没有过高的限定，所以其图形设计具有较大的灵活性。根据不同的用途，GPS网的图形布设通常有:点连式、边连式、网连式、边点混连式四种基本方式。选择什么样的网，需要全方位的权衡，主要取决于工程所要求的精度、野外条件、作业工期及工作效率等因素。

2　GPS控制网的网形设计原则

由各种构网方式可以看出，在GPS作业前，应设计出一种比较实用的既能满足一定精度和可靠性要求、又有较高精度指标的布网作业计划，这就是GPS网的优化设计问题，因而网形设计的一般原则为：

（1）要充分考虑建立GPS控制网的应用范围。对于工程建设的GPS网，应该即考虑勘测设计阶段的需要，又要考虑施工放样等阶段的需要。对于城市GPS控制，既要考虑近期建设和规划的需要，又要考虑远期发展的需要，还可以根据具体情况扩展GPS控制网的功能。

（2）采用分级布网方案。分级布网是建立常规测量控制网的基本手法，因为GPS测量有许多优越性，所以并不要求GPS网按常规控制网分很多等级布设。适当地分级布设GPS网，可以使全网的结构呈长短边相结合的形式，减少网的边缘处误差的积累，也便于GPS网的数据处理和成果检核分阶段进行。

（3）GPS网中应不存在自由基线。所谓自由基线是指不构成闭合图形的基线，由于自由基线不具备发现粗差的能力，因而必须避免出现，也就是GPS网一般应通过独立基线构成闭合图形。

（4）GPS网中的闭合条件中基线数不可过多。网中各点最好有3条或更多基线分支，以保证检核条件，提高网的可靠性，使网的精度、可靠性均匀。

（5）GPS网应以“每个点至少独立设站观测两次”的原则布网。这样不同接收机数测量构成的网之精度和可靠性指标比较接近。

（6）为了实现GPS网与地面网之间的坐标转换，GPS网至少应与地面网至少有2个重合点，以便GPS成果较好的转换至地面网中。同时，还应与相当数量的地面水准点重合，以提供大地水准面的研究资料，进行GPS大地高向正常高的转换。

（7）为了便于观测，GPS点应选择交通便利、视野开阔、容易到达的地方。尽管GPS网的观测不需要考虑通视的问题，但是为了便于用经典方法扩展，至少应与网中另一个点通视。

3　GPS控制网的优化设计措施

GPS控制网的优化设计，是在保证质量的前提下，提高效率，降低成本。既不能脱离实际的应用需求，盲目追求不必要的高精度和高可靠性，也不能为追求高效率和低成本，放弃对质量的要求。

3.1提高GPS网精度的方法

首先，保证GPS网中各相邻点的相对精度，在全面网之上布设框架网，以框架网作为整个GPS网的骨架；制定一个子区和子环路的实测方案。其次，引入高精度激光测距边。在布设GPS网时，作为观测值与GPS观测值（基线向量）一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。最后，采用高程拟合的方法测定网中各点的正常高和正高，水准点的数量尽可能多，在网中均匀分布，网中的四周将整个网包含在其中。

3.2提高GPS网可靠性的方法

首先，增加观测期数，这样测得的独立基线数就会增加，可以提高控制网的可靠性精度。其次，保证一定的重复设站次数，重复设站次数可以确保GPS网的可靠性，原因有二：①通过在同一测站上的多次观测，可有效地发现设站对中、整平、量测天线高等人为错误；②当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段的观察时，各个时段必须重新安置仪器，以更好地消除各种人为操作误差和错误。再次，保证每个测站独立基线相连在3条以上，3条以上的独立基数相连，可使测站具有较高的可靠性。在布设GPS网时，各个点的可靠性与该点上所连接的基线数直接相关，点上所连接的基线数越多，点的可靠性则越高。最后，在布网时要使网中所有异步环的边数不大于6条，在布设GPS网时，随着组成异步环的基线向量数的增加，其检验质量的能力将逐渐下降。

3.3布设GPS网时起算点的选取与分布

首先，科学确定起算点的数量，一般来说，若要求所布设的GPS网的成果与旧成果吻合，则起算点数量越多越好，若没有这样的要求，则一般可选3-5个起算点，这样既可以保证新老坐标成果的一致性，也可以保持GPS网的原有精度。其次，合理确定起算点的位置，起算点的位置与精度直接相关，为保证整网的点位精度均匀，起算点一般应均匀地分布在GPS网的周围，要避免分布在网中一侧。

4　总结

通过以上分析，测量单位在进行GPS控制测量时，在考虑质量合格的前提下，应通过优化设计，达到减少工作量、提高经济效益的目的。在具体进行GPS网的布设原则及优化设计时，弄清楚GPS网基准化的优化设计和图形结构强度的优化设计，GPS控制网的布设和优化设计就有了明确的方向和切实可行的措施。

［1］孔祥元、梅是义.《控制测量学》 ［M］.湖北：武汉大学出版社，2002

［2］国家质量技术监督局.GB/T1831422001全球定位系统 （GPS）测量规范 ［S］.北京：中国标准出版社，2001

［3］王建敏，石金峰.GPS控制网的布网原则和优化设计 ［J］.辽宁工程技术大学学报，2013 （S2）：97299.

P228.4［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-356-1