GPS控制网优化设计思路及组网方案优选

曹正伟 乔亚奇 于诗深

（1.天津华北地质勘查局核工业二四七大队；2.内蒙古霍林河露天煤业股份有限公司）

GPS是20世纪70年代由美国国防部研制的新一代卫星导航定位系统，该系统是一个高精度、全天候和全球性的导航、定位、定时的多功能系统[1-4]。为提高GSP组网效率和精度，本研究通过详细分析GSP网优化设计思路，并结合实例进行组网方案优选。

1 GPS控制网优化设计思路

1.1 GPS网基准优化设计

传统控制网在设计基准时，需要考虑到外部配置，即需满足一定的要求，在优化基准时，主要通过优化设计点位坐标参数实现。不同的基准选择，会直接影响组网精度。GPS网基准设计主要包含GPS网基线向量解中的位置基准设计以及坐标转换中的基准设计[5-8]。

1.2 GPS网图形结构强度优化设计

(1)GPS网精度设计。精度主要是对观测中偶然误差的影响程度进行衡量。GPS网精度设计主要是根据偶然误差传播规律，并基于精度设计方法，对未知点平差后预期能够达到的精度进行分析。一般来说，可对坐标点的精度利用误差椭圆和相对误差椭圆进行描述。

(2)GPS网可靠性设计。GPS网可靠性概念与传统的可靠性概念有所差异，主要是对抵抗粗差影响的能力以及识别粗差的能力进行衡量，包含了外可靠性和内可靠性2个方面。GPS控制网观测作业中，由于卫星轨道误差、信号发射和传播误差、周跳及整周未知数的确定均会导致观测向量带有粗差。因此，在GPS控制网设计阶段，应考虑控制网的可靠性，根据一定的可靠性指标，进行控制网设计。GPS网可靠性取决于网的图形结构和基线向量权阵。因此，可根据GPS网的特点，在设计阶段应充分考虑控制网的可靠性，以便发现尽可能小的粗差和减少不可发现的粗差对控制网的精度影响。

2 实例分析

本研究对某地1个由14个点组成的GPS网进行优化设计。首先，按照布网的实际目的进行选点，之后在野外进行布点，确保所选择的点位能够满足野外观测以及测量任务的要求，并且还可以直接获取二维坐标。本研究中将网形布设为5种不同边点混合连接的形式，即方案Ⅰ～Ⅴ，通过对各方案的点位精度进行综合分析比较，确定最优组网方案。本研究14点的近似坐标见表1，各组网方案如图1～图5所示。各方案的点位精度解算结果见表2。分析表2可知：方案Ⅰ的点位精度与方案3相当，且优于其余方案，但由于方案Ⅲ中点位精度分布不均匀，故方案Ⅰ最优。

表1 测点近似坐标 m

图1 组网方案Ⅰ

图2 组网方案Ⅱ

图3 组网方案Ⅲ

图4 组网方案Ⅴ

图5 组网方案Ⅴ

3 结 语

分析了GPS控制网的优化设计思路，并结合实例，设计了5种GPS控制网组网方案，经过点位平差解算，优选出了最佳组网方案，对于类似工程实践有一定的参考价值。

表2不同方案点位精度

方案编号起算点编号点位精度/mm1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#Ⅰ14#8.312.713.713.812.410.910.37.010.111.111.410.99.60.0Ⅱ7#9.015.718.119.88.86.906.514.011.99.67.26.28.2Ⅲ13#8.815.617.919.79.38.87.16.58.69.08.46.606.5Ⅳ1#012.815.617.66.77.97.310.612.813.713.913.512.47.1Ⅴ14#13.919.020.922.511.69.26.47.19.610.29.98.86.10