1、GPS 控制网的优化研究【摘要】文章围绕着 GPS 控制网的优化设计问题，首先介绍了 GPS定位系统的技术特点，其次详细分析了 GPS 控制网优化设计原则及方法等问题，希望对相关读者朋友们能起到一点借鉴作用。 【关键词】GPS；控制网；优化设计 中图分类号： P228.4 文献标识码： A 文章编号： 引言 近年来,作业单位进行控制测量越来越多地采用 GPS 技术,以前控制测量常用的测角网、测边网、导线网等传统方法则很少应用。虽然 GPS技术相对于传统控制测量方法具有点位精度高、观测时间短、操作简便、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
2、计，加强 GPS 控制网的优化设计具有重要的现实意义。 1GPS 定位系统的技术特点 GPS 是全球定位系统(Global PositioningSystem)的英文缩写,它是随着现代化科学技术的发展而建立的第一代精密卫星定位系统，它具有以下的技术特点： (1)观测站之间无需通视。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间,同时也使点位的选择变得更加灵活。 (2)定位精度高。试验表明,目前在小于 50km 的基线上,其相对定位精度可达 110-6210-6,而在 100km500km 的基线上可达 10-610-7。随着观测技术与数据处理方法的改善，可望在大于 1000km 的距离上,相对定位精
3、度达到或优于 10-8。 (3)观测时间短。随着 GPS 系统的不断完善,目前 20km 以内相对静态定位,仅需 15min20min;快速静态相对定位中,在流动站与基准站相距在15km 以内时,流动站观测的时间只需 1min2min;动态相对定位,出发时流动站观测 1min2min,然后可随时定位,每站观测仅需几秒。 (4)提供三维坐标。 (5)操作简便。 (6)全天候作业。 因此,GPS 定位技术的发展是对经典测量技术的一次重大突破。 2 GPS 控制网优化设计原则及方法 GPS 控制网的布设应视其目的，要求的精度，卫星状况，接收机类型和数量，测区已有的资料，测区地形和交通状况综合考虑，即
4、网的设计应在效率性、可靠性、精确性和经济性等方面力图实现用户的要求。在设计中必须坚持一下的基本原则。 2.1 选择有利的 GPS 点位 选择合理的 GPS 点位是进行 GPS 控制网测量的一个必不可少的先决条件，GPS 点位选择得恰当与否将直接影响到 GPS 测量的精度、费用和下级测量工作。所以在实测 GPS 控制网之前，进行踏勘选点时，除了遵循全球定位系统（GPS）测量规范 （以下简称规范 ）外，还应注意以下几点：GPS 点位应该离公路稍远一些。因为在公路上行驶的车辆很容易给路边 GPS 观测造成多路径误差，同时观测人员及仪器设备也很危险。 GPS 点位应远离枝叶茂盛的大树。因为茂盛的树枝和
5、树叶容易遮挡信号，特别是在枝叶潮湿时极易引起信号失锁，产生周跳，造成观测误差。GPS 点位应尽量远离对无线电信号有反射作用的建筑物及具有发射无线电信号功能的电视台、电台等。无线电信号易使 GPS 测量数据产生多路径误差，甚至使信号失锁，产生屏蔽。单从 GPS 观测的特点出发，没必要保证相邻点间的通视，但是 GPS 网往往作为各种用途的首级控制网，后续工作很有可能利用 GPS 点使用常规仪器进行发展，此时应保证有定向点和检核点，所以在选择 GPS 点位时应该考虑某些点间的通视问题。 在布设 GPS 网时，有时可能会遇到基线长度超过 50Km 的情况。这时整周未知数的解算和周跳的探测与修复都十分困
6、难，此时应该在长基线中间增加几个 GPS 点。使被截开的各基线长度保持在 10Km 与 15Km 以内，利用这些短基线来解算整周未知数，从而解决了长基线所产生的困难。 2.2 确定合理的网形结构 对网形结构进行设计是 GPS 控制网优化设计的一个重要组成部分。而且不同的构网方式有不同的效率、精度、可靠性及费用指标。 1、确定同步图形。同步图形的形状是由 GPS 接收机的台数决定的。2、同步图形连接扩展方式同步图形连接扩展方式一般有点连接方式、边连接方式和网连接方式。不同的连接扩展方式有各自不同的特点。点连接式 GPS 网。若相邻同步环之间仅有一个公共点相连接构成的 GPS 网则称之为点连接式
7、GPS 网，简称点连式 GPS 网。以这种方式构成的 GPS 网，没有（或仅有一个）异步闭合环，网形强度比较薄弱，发现粗差的能力较弱；但在同样网点数下，同步图形个数（也称之为观测期数）最少，而且它具有最少观测时段数，工作量较小，获得成果快，若对控制点精度要求不高，采用点连接 GPS 网无疑是一种经济快速的布网方式。边连式 GPS 网。边连接式 GPS 网是指同步图形之间有一条公共基线相连接。以这种方式布点所构成的 GPS 网具有大量的复测基线，可以构成较多的异步闭合环。能检查各种闭合差的大小以及判别观测中是否存在粗差，而且图形强度最强，但观测期数最多，最费时。 点边混连式 GPS 网，是指布网
8、时把点连接式与边连接式有机地结合起来，构成混连式 GPS 网。在特别高精度要求下可采用边网混合连接观测方式。这种布网方式，有一定多余观测基线数使图形呈封闭状，保证了网结构的几何强度，提高了 GPS 网的可靠性，同时，外业观测工作量又比边连式 GPS 网有了较大的减少，降低了生产成本，在普通控制测量中，可谓是一种较理想的布网方式。所以一般城市，工矿控制测量均采用点、边混合连接构网方式。 2.3 准确地估计观测期数 在选择好合理的 GPS 点位及基本确定 GPS 网形结构以后，应该初步计算一下观测期数（即同步图形的个数） 。因为这对于合理安排技术人员，仪器设备，合理地运用资金，正确估计外业任务完成
9、的时间以及车辆的调配等都将起到十分重要的作用；而且准确地估计观测期数也是达到 GPS 测量高效率，高质量和低成本的有效的手段。一般城市的控制测量均采用点连接或边连接或点边混合连接扩展方式。无论采用哪种连接扩展方式，其观测期数 Sp 都可用下式计算： Sp=1+INT(n-m)/(m-p) 其中：n 为 GPS 网中所有控制点的个数； m 为 GPS 接收机台数；INT 为取整函数且 INT（X）X；当网形结构为点连接方式时 p=1;当网形结构为边连接方式时 p=2; 当网形结构为点、边混合连接方式时 S1S1-2S2。 2.4 选择最佳观测时间段 在 1991 年以前，GPS 卫星还达不到全天
10、全球三维覆盖。即使在 GPS 正式投入运行后，GPS 卫星能达到全球三维覆盖，也不一定能有较好的分布图形。因此，在测量之前，需计算出一天中可见卫星的情况和可见卫星分布情况及 GDOP 值，以便制定观测计划，也就是选择最佳观测时间段，使 GDOP 值达到最小。 3 结束语 实测各种用途的 GPS 网，进行 GPS 网优化设计是 GPS 测量中一个非常重要的技术环节。优化设计应从 GPS 控制网优化设计原则开始，并应在 GPS 点位的选择，确定合理的网形结构，准确地估计观测期数，选择最佳观测时段及 GPS 网的可靠性和效率等方面着重考虑，同时还必须结合测区的自然条件，交通等状况。最终达到在理论上对某个 GPS 控制网设计多种可行方案，从中选出一个最优设计方案的目的。 参考文献 1王天仓,张照杰,李月宝,王靖超.GPS 控制网的布设原则及优化设计探讨J. 测绘通报. 2009(06) 2郭敬平,朴桂玉.GPS 控制网的优化设计J. 中国新技术新产品. 2009(21) 3毛坤德,赵长胜,周园.城市 GPS 控制网优化设计J. 矿山测量. 2007(03)
