摘要：網(wǎng)形設(shè)計是制定施測方案的基礎(chǔ),它側(cè)重考慮如何保證和檢核GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量;文章介紹了GPS網(wǎng)的設(shè)計指標(biāo),提高GPS網(wǎng)精度的方法,布設(shè)GPS網(wǎng)時起算點的選取與分布,高程擬合法適用范圍。

　　關(guān)鍵詞：GPS控制網(wǎng)，優(yōu)化設(shè)計，GPS高程擬合

　　Abstract: the net form design is to develop the foundation of the scheme was measured, it focuses on consider how to ensure and review GPS data quality; This paper introduces the design of the GPS network index, and improve the accuracy of GPS network method, layout GPS network the date when the selection and distribution points, elevation scope to legitimate.

　　Keywords: GPS control network, optimization design, GPS elevation fitting

　　中圖分類號： P228.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

　　GPS網(wǎng)同經(jīng)典控制網(wǎng)有諸多不同,同一般的控制網(wǎng)相比較，GPS網(wǎng)有著很多不同的特點：(1)非層次結(jié)構(gòu)：經(jīng)典網(wǎng)具有層次結(jié)構(gòu)，而GPS網(wǎng)則是非層次結(jié)構(gòu)。(2)圖形不同：GPS控制網(wǎng)的精度不受網(wǎng)點所構(gòu)成的幾何圖形的影響。也就是說，在不改變基線數(shù)目和形式的基礎(chǔ)上，單純的改變點的位置不會影響網(wǎng)的精度，GPS控制網(wǎng)的精度同邊與邊所成的角度無關(guān)。(3)誤差的積累不同：經(jīng)典網(wǎng)存在誤差積累的特性，一般精度最差的邊和方位角是遠(yuǎn)離已知點的邊和方位角，而GPS網(wǎng)不存在這樣的問題，沒有誤差的積累，而且誤差分布比較均勻，各邊的方位和邊長的相對精度基本是相同的。這些特點導(dǎo)致了GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計不完全等同于經(jīng)典控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計。相對于常規(guī)的測量手段，GPS測量受衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量影響，以及外界環(huán)境，如多路徑效應(yīng)、電磁干擾等因素的影響比較敏感;加之野外觀測時檢核條件少，使得GPS測量雖然整體精度較高，但其粗差含量也比較大，因此，剔除GPS觀測數(shù)據(jù)中的粗差是極為重要的。

　　1、GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計

　　1.1效率指標(biāo)

　　在進行GPS網(wǎng)的設(shè)計時,我們經(jīng)常采用效率指標(biāo)來衡量某種網(wǎng)設(shè)計方案的效率,以及在采用某種布網(wǎng)方案作業(yè)時所需要的作業(yè)時間、消耗等。在布設(shè)一個GPS網(wǎng)時,在點數(shù)、接收機數(shù)和平均重復(fù)設(shè)站次數(shù)確定后,該網(wǎng)測設(shè)所需的理論最少觀測期數(shù)就可確定。但是,當(dāng)按照某個具體的布網(wǎng)方式和觀測作業(yè)方式進行作業(yè)時,要按要求完成整網(wǎng)的測設(shè),所需的觀測期數(shù)與理論上的最小觀測期數(shù)會有所差異,理論最少觀測期數(shù)與設(shè)計的觀測期數(shù)的比值,稱之為效率指標(biāo),該指標(biāo)可用來衡量GPS網(wǎng)設(shè)計的效率。

　　1.2可靠性指標(biāo)

　　GPS網(wǎng)可靠性,可分為內(nèi)可靠性和外可靠性。所謂GPS網(wǎng)的內(nèi)可靠性就是指所布設(shè)的GPS網(wǎng)發(fā)現(xiàn)粗差的能力,即可發(fā)現(xiàn)的最小粗差的大小;所謂GPS網(wǎng)的外可靠性就是指GPS網(wǎng)抵御粗差的能力,即未剔除的粗差對GPS網(wǎng)所造成的不良影響的大小。關(guān)于內(nèi)、外可靠性的問題,可以從一些相關(guān)書籍上找到更為詳細(xì)的敘述,并且還給出了內(nèi)、外可靠性指標(biāo)的算法。由于內(nèi)、外可靠性指標(biāo)在計算上過于繁瑣,因此,我們在實際的GPS網(wǎng)的設(shè)計中采用了另外一個計算較為簡單的反映GPS網(wǎng)可靠性的數(shù)量指標(biāo),這個可靠性指標(biāo)就是整網(wǎng)的多余獨立基線數(shù)與總的獨立基線數(shù)的比值,稱為整網(wǎng)的平均可靠性指標(biāo)。

　　2、優(yōu)化GPS網(wǎng)設(shè)計的方法

　　2.1提高GPS網(wǎng)可靠性的方法

　　(1)觀測期數(shù)(增加獨立基線數(shù))。在布設(shè)GPS網(wǎng)時,適當(dāng)增加觀測期數(shù)(時段數(shù))對于提高GPS網(wǎng)的可靠性非常有效。因為,隨著觀測期數(shù)的增加,所測得的獨立基線數(shù)就會增加,而獨立基線數(shù)的增加,對網(wǎng)的可靠性的提高是非常有益的。

　　(2)保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù)。保證一定的重復(fù)設(shè)站次數(shù),可確保GPS網(wǎng)的可靠性。一方面,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誤;另一方面,重復(fù)設(shè)站次數(shù)的增加,也意味著觀測期數(shù)的增加。不過,需要注意的是,當(dāng)同一臺接收機在同一測站上連續(xù)進行多個時段的觀測時,各個時段間必須重新安置儀器,以更好地消除各種人為操作誤差和錯誤。

　　(3)保證每個測站至少與三條以上的獨立基線相連,這樣可以使得測站具有較高的可靠性。在布設(shè)GPS網(wǎng)時,各個點的可靠性與點位無直接關(guān)系,而與該點上所連接的基線數(shù)有關(guān),點上所連接的基線數(shù)越多,點的可靠性越高。

　　2.2提高GPS網(wǎng)精度的方法

　　(1)為保證GPS網(wǎng)中各相鄰點具有較高的相對精度,對網(wǎng)中距離較近的點一定要進行同步觀測,以獲得它們間的直接觀測基線。

　　(2)為提高整個GPS網(wǎng)的精度,可以在全面網(wǎng)之上布設(shè)框架網(wǎng),以框架網(wǎng)作為整個GPS網(wǎng)的骨架。

　　(3)在布網(wǎng)時要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)邊數(shù)不大于6條。

　　(4)若要采用高程擬合的方法,測定網(wǎng)中各點的正常高/正高,則需在布網(wǎng)時,選定一定數(shù)量的水準(zhǔn)點,水準(zhǔn)點的數(shù)量應(yīng)盡可能的多,且應(yīng)在網(wǎng)中均勻分布,還要保證有部分點分布在網(wǎng)中的四周,將整個網(wǎng)包含在其中。

　　(5)提高GPS網(wǎng)的尺度精度,可采用如下方法:增設(shè)長時間、多時段的基線向量。

　　2.3布設(shè)CPS網(wǎng)時起算點的選取與分布

　　(1)若要求所布設(shè)的GPS網(wǎng)的成果與舊成果吻合最好,則起算點數(shù)量越多越好,若不要求所布設(shè)的GPS網(wǎng)的成果完全與舊成果吻合,則一般可選3~5個起算點,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。

　　(2)為保證整網(wǎng)的點位精度均勻,起算點一般應(yīng)均勻地分布在GPS網(wǎng)的周圍,避免所有起算點分布在網(wǎng)中一側(cè)的情況。

　　3、GPS網(wǎng)設(shè)計中GPS高程擬合的注意事項

　　3.1適用范圍

　　GPS高程擬合的方法,是理論上的一種純幾何方法,因此,一般僅適用于高程異常變化較為平緩的地區(qū)(如平原地區(qū)),其擬合的準(zhǔn)確度可達到一個分米以內(nèi)。對于高程異常變化劇烈的地區(qū)(如山區(qū)),這種方法的準(zhǔn)確度有限,這主要是因為在這些地區(qū),高程異常的已知點很難將高程異常的特征表示出來。

　　3.2選擇合適的高程異常已知點

　　所謂高程異常的已知點的高程異常值一般是通過水準(zhǔn)測量測定正常高,通過GPS測量測定大地高后獲得的。在實際工作中,一般采用在水準(zhǔn)點上布設(shè)GPS點或?qū)PS點進行水準(zhǔn)聯(lián)測的方法來實現(xiàn),為了獲得好的擬合結(jié)果要求采用數(shù)量盡量多的已知點,它們應(yīng)均勻分布,并且最好能夠?qū)⒄麄€GPS網(wǎng)包圍起來。

　　3.3高程異常已知點的數(shù)量

　　若要用零次多項式進行高程擬合時,要確定1個參數(shù),因此,需要1個以上的已知點;若要采用一次多項式進行高程擬合,要確定3個參數(shù),需要3個以上的已知點;若要采用二次多項式進行高程擬合,要確定6個參數(shù),則需要6個以上的已知點。大多軟件用二次多項式進行高程擬合,因此大范圍GPS網(wǎng)布設(shè)時需要6個以上的高程已知點為好。

　　3.4分區(qū)擬合法

　　若擬合區(qū)域較大,可采用分區(qū)擬合的方法,即將整個GPS網(wǎng)劃分為若干區(qū)域,利用位于各個區(qū)域中的已知點分別擬合出該區(qū)域中的各點的高程異常值,從而確定出它們的正常高。這樣GPS網(wǎng)擬合高程會更接近真實值。

　　4、結(jié)論：

　　(1)鑒于GPS網(wǎng)的特點，經(jīng)典網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計不再完全適用于GPS網(wǎng);

　　(2)GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計主要是對基準(zhǔn)的優(yōu)化設(shè)計和圖形結(jié)構(gòu)強度的優(yōu)化設(shè)計;

　　(3)不改變基線向量連接關(guān)系的情況下，只在小范圍內(nèi)移動點位，對點位的精度和可靠基本沒有影響;

　　(4)在網(wǎng)點數(shù)確定的情況下，增加GPS邊的條數(shù)，增加異步環(huán)的個數(shù)，有利于提高網(wǎng)的精度和可靠性;

　　參考文獻：

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