GPS的布网形式探讨

苗继承 汪益林

（1、驻马店市农村公路管理处，河南 驻马店 463000 2、河南三元工程监理咨询有限公司，河南 信阳 464000）

以GPS定位技术建立的控制网叫GPS控制网，其控制点叫GPS点。总体可以分为两大类：一类是全球或全国性的高精度GPS网，这类网相邻点的距离较长，在数千万公里，主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架，为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务。二类是区域性的GPS网，这类网相邻点间距从几百米至几十千米，其主要任务是直接为国民经济建设服务。为了满足一定的精度与可靠度的需要，GPS测量应遵循统一的规范与细则。

由于GPS网为三维网，其基准与常规三维网的基准相似，包括位置基准、方位基准与尺度基准。位置基准一般根据给定起算点的坐标确定，方位基准一般根据给定的起算方位确定，也可以将GPS基线向量的方位作为方位基准，尺度基准一般可根据两起算点间的反算距离确定，也可利用电磁波测距边作为尺度基准，或者直接根据GPS边长作为尺度基准，可见只要GPS的位置、方位、尺度基准确定了，该网也就确定下来了。

在GPS控制网的基准设计时，必须注意以下几个问题：

GPS测量成果转化到我们所需要的地面坐标系，应选择足够的地面坐标系的起算数据与GPS测量数据相重合，或者联测足够的地方控制点。以求得坐标转换参数。在选择联测点时，既要考虑充分利用旧资料，以保证资料的连续性，又要考虑GPS网的高精度不因旧资料精度低而受损失，同时还应特别注意起算点间的兼容性问题。一般控制网联测起算点的个数不少于3个。

若要求所布设的GPS网的成果与旧成果吻合最好，则起算点数量越多越好，若不要求所布设的GPS网的成果完全与旧成果吻合，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。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。要避免所有的起算点分布在网中一侧的情况。

在布设GPS网时可以采用高精度激光测距边作为起算边长，激光测距边的数量可在3～5条左右，它们可设置在GPS网中的任意位置，但激光测距边两端点的高差不应过分悬殊。

在布设GPS网时，可以引入起算方位，但起算方位不宜太多，起算方位可布设在GPS网中的任意位置。

GPS网经三维平差后，得到的是相对于参考椭球面的大地面，为求得GPS网点的正常高，应根据需要适当进行高程联测。AA、A级网应按二等水准逐点联测高程，B级网应按三等水准或与其相当的方法至少每隔3～3联测一点的高程，C级网应按四等水准或其相当的方法至少每隔3～6点联测一点的高程，D、E级网应按四等水准或与其相当的方法根据具体情况确定联测搞成点的点数，一般应均匀分布在整个测区，使测区未知GPS点的正常高应尽量为内插。

GPS网的坐标系统应尽量与测区原有坐标系统一致，若采用独立坐标系，应掌握一下参数：参考椭球、中央子午线、纵横坐标的加常数、坐标系的投影面、测区平均高程异常、起算点的坐标。

GPS网常用的布网形式有：跟踪站式、会战式、多基准站式、同步图形扩展式以及单基准站式等。

1 跟踪站式

将数台GPS接收机长期固定在不同的测站上，进行常年不间断的连续观测，这种方式象类似于跟踪站，因此称为跟踪站式。采用这种形式布设GPS网，由于接收机在各个测站上进行了不间断的连续观测，观测时间长、数据量大，精度高，而且多采用精密星历进行基线解算，因此采用此种形式布设的GPS网具有很高的精度和框架基准特性。为保证连续观测，一般需要建立专门的永久性测站，以安置仪器设备，因此这种布网形式的观测成本很高。这种布网形式的观测成本很高。这种布网形式一般用于建立GPS跟踪站，对于普通用途的GPS网，一般不采用这种形式。

2 会战式

会战式布设GPS网，一般是指一次组织多台GPS接收机，集中在一段不太长的时间内共同作业，GPS网点分批完成。首先所有接收机分别在同一批点上进行多天、长时段的同步观测，在完成一批点的测量后，在迁移到另一批点上进行相同方式的观测，直至所有的点观测完毕，这就是会战式的布网。会战式所布设的GPS网，因为各基线均进行过较长时间、多时段的观测，精度较高，特别是具有较高的尺度精度，这种布网方式一般用于布设A、B级网。

3 同步图形扩展式

同步图形扩展式是指GPS网以同步图形的形式连接扩展，并构成具有一定数量独立环的布设形式。首先多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测后，又迁移到其它的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同步图像，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连。同步图形扩展式的布网形式具有扩展速度快，图形强度较高，且作业方法简单的优点。同步图形扩展式是布设GPS网时最常用的一种布网形式。

采用同步图像扩展式布设GPS网时，根据同步图形的连接形式不同，又可分为：点连式、边连式、网连式、混连式等。

3.1 点连式

点连式是指只通过一个公共点将相邻的同步图形连接在一起。点连式的布网方案的优点是：作业效率高，图形扩展迅速，但由于不能组成一定的几何图形，形成一定的检核条件，图形强度底，而且一个连接点或一个同步环发生问题，影响到后面所有的同步图形。因此这种布网形式一般不能单独使用。

3.2 边连式

边连式就是通过一个公共点将相邻的同步图像连接在一起。如下图为四台接收机得边连式布设形式，与点连式相比可见，边连式观测作业方式可以形成较多的重复基线与独立环，具有较好的图形强度与较高的作业效率。

3.3 网连式

网连式就是相邻的同步图形间有3个以上的公共点，相邻图形间有一定的重叠。显然这种布网方式需要有四台以上的接收机。采用这种形式所测设的GPS网具有很强的图形强度，但作业效率很低，一般仅使用精度要求较高的控制网。

3.4 混连式

在实际作业中，由于以上几种布网方案存在这样或那样的缺点，一般不单独采用一种形式，而是根据具体情况，灵活地采用以上几种布网方式，称为混连式。混连式是我们实际作业中最常用的作业方式。如下图为大地测量与精密工程测量中常用的三角形网、环形网，这种网尽管在图形上以边连接，在作业时其实采用混连式，其优点是自检性与可靠性较好，能有效地发现粗差。

[1]吴小进等译.GPS理论与实践[J].电子工业部二十所，1997.

[2]王广运，郭秉义，李洪涛.差分GPS定位技术与应用[J]电子工业出版，1996.

[3]胡伍生，高成发，施一民.GPS测量原理及其应用[M].人民交通出版社，2002.