GPS工程控制网的优化设计

王艳军

摘 要：由于GPS测量精度高、效率高、灵活性强，其应用越来越广泛。文章结合实际工程，通过两次布设网点，并经过严密的计算。得出只要在建立GPS工程控制网时充分考虑布设条件及网形的几何结构，并严格按照规定观测，认真处理观测数据，最后所得的精度就一定有所提高。

关键词：GPS工程控制网；网点布设；网形结构；精度提高

中图分类号：P228.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）24-0088-02

Abstract： Because of its high precision， high efficiency and flexibility， GPS has been used more and more widely. The paper is based on actual projects， written by setting up the net point twice which is set through accurate calculation. It is concluded that as long as the GPS engineering control network is established， the layout conditions and the geometric structure of the network are fully considered， the observation data are strictly observed， and the observation data are seriously handled， the accuracy of the final result is supposed to be improved.

Keywords： GPS engineering control network； spot layout； mesh structure； accuracy improvement

1 研究目的和意义

自从全球定位系统（GPS）问世以来，已经在导航定位、授时、测速等方面发挥了巨大的作用，尤其是GPS技术在测量上的广泛应用，使测量技术发生了一次大的革命。使用GPS技术布设控制网已是国内采用的主要手段之一，GPS控制网可大致分为2类：一类是国家或区域性的高精度的GPS控制网；另一类是局部性的GPS控制网，它包括城市或矿区控制网以及各类工程控制网。

与传统方法相比，GPS控制网不论是在布网方案，还是在平差的数学模型方面都有许多不同之处。因此，研究如何根据GPS原理和作业特点制定GPS的布网方案，对减少外业观测劳动强度、提高观测质量和成果的精度等具有重大的意义。

2 工程概况

本文涉及的工程是某镇农业综合治理测量项目。测区占地面积约3.2km2，由于已知控制点距离项目区较远，测区通视困难，决定采用GPS控制测量。为了体现控制网点的布设对精度的影响，本项目分别进行了两次测量，通过对两次测量进行比较，从而得出在布设GPS控制网时应注意的一些事项。

3 GPS工程控制网布设中点位的选择

GPS工程控制网的布设原则上和大地控制网的布设是一致的，但也有区别。因为工程不同其测量要求也不同，所以所做的控制网也会根据要求有稍微的不同。一般来讲，工程控制网的范围不是很大，点位选择的机动性较小，但对点位的要求与大面积控制网基本相同，埋石时由于点位精度要求不是很高，可灵活处理。当测区范围不太大时，由于GPS测量受地面图形影响很少，可以灵活布设，点位选择时则根据工程需要布点，而不必考虑点距及点的通视情况。点的选择应考虑下列原则：

（1）点位应选在便于架设或安装接收设备并且视野开阔的较高点上。

（2）点位应远离大功率的无线电发射台，与其距离不得小于200米，远离高压输电线和微波无线电信号传输通道，与其距离不得小于50米。

（3）点位附近不应有大面积的水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。

（4）点位目标要显著，视场周围15°以上不应有障碍物，以减少信号被遮挡或被障碍物吸收。

（5）点位应选择在交通便利，便于其他测量手段联测的地方。

（6）点位选择应根据技术设计要求踏勘，在实地根据现场情况选定点位。

（7）点位尽量选择在旧点上，但使用前应检查旧点的稳定性及完好性。

（8）点位应选择在地面基础比较稳定、有利于点保存的地方。

虽然GPS测量不受地面图形影响，但布网时也应考虑点位的图形结构，这是因为：

（1）较大测区工程控制网布设时，不可能一次完全选点，而是采用逐步推进的方法，若不考虑图形结构最后整个控制网易产生扭曲。

（2）可为三角形异步边闭合差的检验提供条件。

（3）由于本工程完成控制测量后需要进行常规测量，

因此布点时根据需要确定点位的位置，并考虑其图形结构。

4 GPS工程控制网网形的选择

GPS控制网的网形设计是一项非常重要的工作。由于GPS同步观测时不需要通视，所以网形设计具有较大的灵活性。网形的设计主要取决于用户的要求、时间、经费、人力以及其他條件等。本项目观测采用的两种网形如图1和图2所示。

网点布设分析：由图可发现，第二次观测共5个点，比第一次少一个，但网形比较好。其中三个已知点分别与未知点构成三角。选点方面图2 要比图1强很多。首先A4和A5点之间距离较远，因实际地形条件限制A4和A5的之间的距离不能再长，图1中A1、A2、A3这三者之间的距离太近，点的利用效率大大降低，没有发挥GPS测量的优点，造成点的浪费。

其次就是A1、A2、A3三点集中分布在一栋大楼附近，影响了卫星信号的接收。导致以后处理时基线和环闭合差超限。两种网形都属于三角网，推进方式为边连式。

5 外业观测

本次观测严格按照规定实施。外业观测设站时，做到了天线严格整平，对中误差小于3mm；天线定向标志指向正北，且定向误差都不超过±5°；观测前均按互为120°方向上量取天线高两次，确保了其读数差小于3mm，并将读数中数输入GPS接收机中，并按要求及时填写手簿的各项内容，观测过程中均未更改各参数、再启动、自测试、变动天线等，均未在接收机天线附近使用电台、对讲机等。观测时间每个时段45分钟，两个时段总共耗时2个小时。

根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度，选择了项目地区最佳观测时段。观测使用4台GPS接收机分两个时段进行了观测。第一时段分别在TG8、TG5、A4、A5架设仪器，第二个时段在TG8、TG5、A4三点上架设仪器，这样使用多台套仪器观测大大节省了时间，而且数据基线较容易处理。而第一次观测采用的是三台套，不仅浪费大量的人力和物力，还容易漏掉关键基线。

6 平差结果对比分析

数据处理采用的是随机软件——Trimble Geomatics Office。GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段，网平差结果如图3所示。

由图3可以看出，第一次测量的纵轴和横轴误差都很大，都在厘米级。而且纵轴的误差要比横轴大，第二次测量，由于在各个方面都做得很好，如在网点的布设，网形的选择等方面，所以最后平差后的结果要比第一次精度高。纵轴和横轴的误差都在1mm左右。

7 结束语

GPS工程控制网布设，因为控制范围较小，用户要求不同，点位选择灵活行较差。所以在点位选择时不仅要考虑现场地形限制，还要充分考虑网点位置与已知点所构成的几何图形。在条件允许的情况下，尽量使点位与已知点构成等边三角形。三角形的几何结构强，具有良好的自检能力能够有效地发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。

在观测方面，不仅要严格按照规定进行操作，还要注意时间的节约，提高工作效率，在有限的时间了完成工作，最好测量人员配带上通信设备，及时进行操作。这样可以避免在观测过程中出现的各种意外。

通过研究发现， GPS网点的布设及网形的选择对精度有一定的影响，在布设GPS网时严格按有关要求选点，并选择几何结构较强的网形施测，就能有效的提高网点的精度。

参考文献：

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