浅谈GPS网型优化设计

肖珊珊

摘 要：文章主要讨论了GPS控制网的优化设计问题，控制网优化设计的目的就是选出既可满足精度、可靠性要求，又能使整个建网费用最少的设计方案。因而文章论述了控制网基准优化、可行性分析等方面的理论与方法，介绍了GPS网优化设计的方法和步骤。

关键词：GPS;网型优化;网型设计

中图分类号：P228.4

文献标识码：A

一、引言

为了解决控制网优化设计问题，得出布网方案、控制网优化设计的方法，论文从控制网优化设计着手，以一个实例来进行阐述。

二、测区概况

本项目为某铁路控制网复测，位于四川省凉山彝族自治州，正线长度22.917km。主要工程为双线特大桥、隧道、四线大桥等其他运营生产设备及附属以及大临工程等。

三、控制网情况

（1）根据网形的一部分进行说明。

（2）根据设计院提供的原始控制点A001、A002、A003、A004进行了现场勘察和稳定性评估，经考察控制点稳固可靠。随后就对设计控制点进行了复测，复测结果满足《工程测量规范》精度要求。

（3）根据现场施工的要求对控制网进行了加密，加密点为8个点：WH01、WH02、WH03、ZX01、ZX02、ZX03、ZX04、ZX05（见图1）。

（4）平面坐标系采用与设计成果相同的独立坐标系统，即WGS84大地坐标系椭球参数。中央子午线102°45′，投影面大地高1000m。

四、布网方案与网型优化

1.GPS控制网网形设计的一般原则

在GPS作业前，应设计出一种比较实用的既能满足一定精度和可靠性要求，又有较高精度指标的布网作业计划，这就是GPS网的优化设计问题，因而网形设计的一般原则为：

（1）要充分考虑建立GPS控制网的应用范围。对于工程建设的GPS网，应该既考虑勘测设计阶段的需要，又考虑施工放样等阶段的需要。

（2）采用分级布网方案。适当地分级布设GPS网，有利于根据测区的近期需要和远期发展分阶段布设，而且可以使全网的结构呈长短边相结合的形式。

（3）GPS网中应不存在自由基线。所谓自由基线是指不构成闭合图形的基线，由于自由基线不具备发现粗差的能力，因而必须避免出现，也就是GPS网一般应通过独立基线构成闭合图形。

（4）GPS网中的闭合条件中基线数不可过多。网中各点最好有3条或更多基线分支，以保证检核条件，提高网的可靠性，使网的精度、可靠性均匀。

（5）GPS网应以“每个点至少独立设站观测两次”的原则布网。这样不同接收机数测量构成的网的精度和可靠性指标比较接近。

（6）为了实现GPS网与地面网之间的坐标转换，GPS网至少应与地面网有2个重合点。研究和实践表明，应有3～5个精度较高、分布均匀的地面点作为GPS网的一部分，以便GPS成果较好地转换至地面网中。

（7）为了便于观测，GPS点应选择交通便利、视野开阔、容易到达的地方。尽管GPS网的观测不需要考虑通视的问题，但是为了便于用经典方法扩展，至少应与网中另一个点通视。

2.GPS控制网网形连接的形式

GPS网的布设就是将各同步图形合理地衔接成一个有机的整体，使之达到精度高、可靠性强，且作业量和作业经费少的要求。GPS网的布设按网的构成形式分为：点连式网、边连式网、网连式网。

本文采用的是边连式网。用边连式布网方式布设的GPS网的几何强度较高，具有良好的自检能力，能够有效发现测量中的粗差，具有较高的可靠性。

3.CAD上展点，设计网形图

根据上次复测的坐标在CAD上进行展点，比选优化控制网的网型。

4.确定首级控制网网型

根据控制点示意图的位置关系，确定工程项目的首级控制网。

5.GPS网的设计及施测方法

（1）设计原则。

① GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。

②GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。

③GPS网点应尽量与原有地面控制点相结合。重合点一般不少于3个（不足时应联测），且在网中分布均匀，以可靠地确定GPS网与地面之间的转换参数。

④为了便于GPS的测量观测和水准联测，减少多路径影响，GPS网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。

⑤GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或附和线路。各级GPS网中每个闭合环或附和线路中的边数应符合规范要求。

（2）两个方案的主要特征值理论计算（见图2、图3）。

根据R.A sany 提出的公式计算GPS网的主要特征值：C=nm/N。

式中C为观测时段数，n为网的总点数，m为每点设站数，N为接受机数。在网中：

总基线数：J总=C*N*（N-1）/2

必要基线数：J必= n-1

独立基线数：J独=C*（N-1）

多余基线数：J多=C*（N-1）-（n-1）

总体可靠性指标=J多/J独

从以上分析可以看出（见下表），方案二的可靠性比方案一好，故本设计选择方案二。

五、总结

由于GPS具有全天候、高精度和自动测量的特点，GPS定位技术在测量中的应用越来越广泛，因而对GPS控制网优化设计进行研究是十分必要的。本文阐述的就是关于GPS控制网的优化，通过学习研究优化设计的内容和方法，并通过实例进一步说明了GPS控制网优化的过程，从而使GPS控制网的优化有了比较系统的方法，为今后的学习和实际应用提供了依据。

参考文献：

[1]王建敏，石金蜂.GPS控制網的优化设计[J].辽宁工程技术大学学报，2006（S2）.

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[3]童君莉.浅析GPS控制网优化设计[J].科技广场，2005（5）.

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[6]郭英起.GPS网优化设计中若干问题的探讨[J].东北测绘，1998（2）：22-23.