摘要：GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是實(shí)施控制測量工作的第一步，是一項(xiàng)基礎(chǔ)性的工作。本文全面系統(tǒng)地研究GPS控制網(wǎng)的布設(shè)，總結(jié)了GPS控制網(wǎng)的特點(diǎn)及優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則，著重從可靠性、精度及經(jīng)濟(jì)性等方面分析，提出了GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的措施
　　關(guān)鍵詞:GPS控制網(wǎng)；布設(shè)方法；優(yōu)化設(shè)計(jì)
　　
　　
　　當(dāng)?shù)谝活wGPS試驗(yàn)衛(wèi)星于1978年入軌運(yùn)行開始，測繪界的專家、學(xué)者很快就認(rèn)識到GPS衛(wèi)星在測量方面的作用。由于GPS測量不需要兩點(diǎn)間通視、不受天氣影響、能直接獲得三維坐標(biāo)，而且現(xiàn)今的GPS控制網(wǎng)的布設(shè)還具有效率高、費(fèi)用低、工期短、精度高等優(yōu)越性，所以GPS技術(shù)已成為了大地測量的主要手段。[1]
　　1.GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)
　　1.1GPS控制網(wǎng)的特點(diǎn)與布設(shè)原則
　　1）GPS控制網(wǎng)的特點(diǎn)。GPS控制網(wǎng)的網(wǎng)形與衛(wèi)星空間分布的幾何圖形相關(guān)，具有非層次結(jié)構(gòu)性，以及沒有誤差積累且分布均勻簡單易行的必要基準(zhǔn)條件。
　　2）GPS控制網(wǎng)的布設(shè)原則
　　（1）效率優(yōu)先原則，在進(jìn)行GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用效率指標(biāo)來衡量設(shè)計(jì)方案的效率，以及在采用布網(wǎng)方案作業(yè)中所需要的時(shí)間消耗等問題。
　　（2）高精度性原則，GPS控制網(wǎng)的高精度性是工程測量的基石，也是其最明顯的優(yōu)勢之一在布設(shè)時(shí)，要做到高精度性原則：先確定GPS網(wǎng)的網(wǎng)形，再根據(jù)GPS網(wǎng)的網(wǎng)形，得到GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)矩陣B，從而得到GPS網(wǎng)的協(xié)因數(shù)陣Q=(BTPB)，由此做到GPS控制網(wǎng)的高精度性原則。
　　（3）可靠性原則，可靠性原則是GPS控制網(wǎng)布設(shè)的重要原則之一在進(jìn)行實(shí)際GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用一種反映GPS網(wǎng)可靠性的數(shù)量指標(biāo)，結(jié)合各項(xiàng)精度指標(biāo)，以達(dá)到改善網(wǎng)的質(zhì)量的目的。
　　1.2GPS控制網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)。對于GPS網(wǎng)的精度要求，主要取決于網(wǎng)的用途和定位技術(shù)所能達(dá)到的精度，精度指標(biāo)通常是以相鄰點(diǎn)間弦長的標(biāo)準(zhǔn)差來表示，即（1-1）式中—GPS基線向量的弦長中誤差，；—GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的固定誤差，；—GPS接收機(jī)標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)，；—GPS定位網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間距離，。
　　.3GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)
　　根據(jù)不同的用途，GPS網(wǎng)的布設(shè)按網(wǎng)的構(gòu)成形式主要可分為：星形連接、點(diǎn)連式、邊連式及邊點(diǎn)混合連接等。選擇何種網(wǎng)形，取決于工程所要求的精度、外業(yè)觀測條件及GPS接收機(jī)數(shù)量等因素。
　　1）點(diǎn)連式。點(diǎn)連式是指相鄰?fù)�步圖形之間僅有一個(gè)公共點(diǎn)的連接，所構(gòu)成的網(wǎng)形抗粗差定位能力差，網(wǎng)的幾何強(qiáng)度也較弱。如圖1-1所示。
　　
　　圖1-1點(diǎn)連接示意圖
　　
　　2）邊連式。邊連式是指相鄰?fù)�步圖形之間通過2個(gè)公共點(diǎn)相連，即同步圖形由1條公共基線連接，用邊連式布網(wǎng)方式布設(shè)的GPS網(wǎng)的幾何強(qiáng)度較高，具有良好的自檢能力，能夠有效發(fā)現(xiàn)測量中的粗差，具有較高的可靠性。如圖1-2所示。
　　
　　圖1-2邊連接示意圖
　　
　　3）邊點(diǎn)混合連接式。邊點(diǎn)混合連接式是指把點(diǎn)連式與邊連式有機(jī)地結(jié)合起來，組成GPS網(wǎng)以保證網(wǎng)的幾何強(qiáng)度，提高網(wǎng)的可靠指標(biāo)，它實(shí)際上是點(diǎn)連式、邊連式和網(wǎng)連式的一個(gè)綜合應(yīng)用。這樣既減少了外業(yè)工作量，又降低了成本，是一種較為理想的布網(wǎng)方法。如圖1-3所示。[2]
　　
　　圖1-3邊點(diǎn)混合連接示意圖
　　
　　1.4GPS控制網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，一般主要是指確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)問題。確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，通常可根據(jù)情況，選取以下方法：
　　1）選取網(wǎng)中一點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定，或給以適當(dāng)?shù)臋?quán)；
　　2）網(wǎng)中的點(diǎn)均不固定，通過自由網(wǎng)偽逆平差，確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)；
　　3）在網(wǎng)中選若干點(diǎn)的坐標(biāo)值并加以固定；
　　4）選網(wǎng)中若干點(diǎn)（直至全部點(diǎn)）的坐標(biāo)值并給以適當(dāng)?shù)臋?quán)。[3]
　　2.GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施
　　2.1提高GPS網(wǎng)精度的方法。要保證GPS網(wǎng)中各相鄰點(diǎn)的相對精度。在全面網(wǎng)之上布設(shè)框架網(wǎng)；制定一個(gè)子區(qū)和子環(huán)路的實(shí)測方案。在布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，作為觀測值與GPS觀測值(基線向量)一同進(jìn)行聯(lián)合平差。然后采用高程擬合的方法測定網(wǎng)中各點(diǎn)的正常高／正高。水準(zhǔn)點(diǎn)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(gè)網(wǎng)包含在其中。
　　2.2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(dú)立基線數(shù)就會(huì)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)。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(cuò)誤；②當(dāng)同一臺接收機(jī)在同一測站上連續(xù)進(jìn)行多個(gè)時(shí)段的觀察時(shí)，各個(gè)時(shí)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(cuò)誤。
　　最后，保證每個(gè)測站獨(dú)立基線相連在3條以上。3條以上的獨(dú)立基數(shù)相連，可使測站具有較高的可靠性。
　　2.3布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)起算點(diǎn)的選取與分布。首先，科學(xué)確定起算點(diǎn)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(diǎn)數(shù)量越多越好；若沒有這樣的要求，則一般可選3~5個(gè)起算點(diǎn)。這樣，既可以保證新老坐標(biāo)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(diǎn)的位置。起算點(diǎn)的位置與精度直接相關(guān)，為保證整網(wǎng)的點(diǎn)位精度均勻，起算點(diǎn)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)。
　　以上分析可以看出，測量單位在進(jìn)行GPS控制測量時(shí)，在考慮質(zhì)量合格的前提下，也應(yīng)通過對GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，來達(dá)到減少工作量、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。[4]
　　3結(jié)論
　　對于不同精度、不同面積的GPS控制網(wǎng)有不同的布設(shè)方法。在GPS控制網(wǎng)的布設(shè)中采用不同的方法，會(huì)使得作業(yè)效率不同，費(fèi)用也不相同。如果采用了正確的布網(wǎng)方法，不但能夠提高作業(yè)的效率，還能夠降低作業(yè)的成本。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]劉立龍，林文介.GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究[J].桂林工學(xué)院學(xué)報(bào).2002年7月.
　　[2]北京測繪設(shè)計(jì)研究院.CJJ73297全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.