摘要：網形設計是制定施測方案的基礎,它側重考慮如何保證和檢核GPS數據質量;文章介紹了GPS網的設計指標,提高GPS網精度的方法,布設GPS網時起算點的選取與分布,高程擬合法適用范圍。

　　關鍵詞：GPS控制網，優化設計，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 文獻標識碼：A 文章編號：

　　GPS網同經典控制網有諸多不同,同一般的控制網相比較，GPS網有著很多不同的特點：(1)非層次結構：經典網具有層次結構，而GPS網則是非層次結構。(2)圖形不同：GPS控制網的精度不受網點所構成的幾何圖形的影響。也就是說，在不改變基線數目和形式的基礎上，單純的改變點的位置不會影響網的精度，GPS控制網的精度同邊與邊所成的角度無關。(3)誤差的積累不同：經典網存在誤差積累的特性，一般精度最差的邊和方位角是遠離已知點的邊和方位角，而GPS網不存在這樣的問題，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。這些特點導致了GPS網的優化設計不完全等同于經典控制網的優化設計。相對于常規的測量手段，GPS測量受衛星數據質量影響，以及外界環境，如多路徑效應、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觀測數據中的粗差是極為重要的。

　　1、GPS網的優化設計

　　1.1效率指標

　　在進行GPS網的設計時,我們經常采用效率指標來衡量某種網設計方案的效率,以及在采用某種布網方案作業時所需要的作業時間、消耗等。在布設一個GPS網時,在點數、接收機數和平均重復設站次數確定后,該網測設所需的理論最少觀測期數就可確定。但是,當按照某個具體的布網方式和觀測作業方式進行作業時,要按要求完成整網的測設,所需的觀測期數與理論上的最小觀測期數會有所差異,理論最少觀測期數與設計的觀測期數的比值,稱之為效率指標,該指標可用來衡量GPS網設計的效率。

　　1.2可靠性指標

　　GPS網可靠性,可分為內可靠性和外可靠性。所謂GPS網的內可靠性就是指所布設的GPS網發現粗差的能力,即可發現的最小粗差的大小;所謂GPS網的外可靠性就是指GPS網抵御粗差的能力,即未剔除的粗差對GPS網所造成的不良影響的大小。關于內、外可靠性的問題,可以從一些相關書籍上找到更為詳細的敘述,并且還給出了內、外可靠性指標的算法。由于內、外可靠性指標在計算上過于繁瑣,因此,我們在實際的GPS網的設計中采用了另外一個計算較為簡單的反映GPS網可靠性的數量指標,這個可靠性指標就是整網的多余獨立基線數與總的獨立基線數的比值,稱為整網的平均可靠性指標。

　　2、優化GPS網設計的方法

　　2.1提高GPS網可靠性的方法

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

　　(2)保證一定的重復設站次數。保證一定的重復設站次數,可確保GPS網的可靠性。一方面,通過在同一測站上的多次觀測,可有效地發現設站、對中、整平、量測天線高等人為錯誤;另一方面,重復設站次數的增加,也意味著觀測期數的增加。不過,需要注意的是,當同一臺接收機在同一測站上連續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GPS網時,各個點的可靠性與點位無直接關系,而與該點上所連接的基線數有關,點上所連接的基線數越多,點的可靠性越高。

　　2.2提高GPS網精度的方法

　　(1)為保證GPS網中各相鄰點具有較高的相對精度,對網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網的精度,可以在全面網之上布設框架網,以框架網作為整個GPS網的骨架。

　　(3)在布網時要使網中所有最小異步環邊數不大于6條。

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

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

　　2.3布設CPS網時起算點的選取與分布

　　(1)若要求所布設的GPS網的成果與舊成果吻合最好,則起算點數量越多越好,若不要求所布設的GPS網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成果的一致性,也可以保持GPS網的原有精度。

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

　　3、GPS網設計中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(如平原地區),其擬合的準確度可達到一個分米以內。對于高程異常變化劇烈的地區(如山區),這種方法的準確度有限,這主要是因為在這些地區,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,一般采用在水準點上布設GPS點或對GPS點進行水準聯測的方法來實現,為了獲得好的擬合結果要求采用數量盡量多的已知點,它們應均勻分布,并且最好能夠將整個GPS網包圍起來。

　　3.3高程異常已知點的數量

　　若要用零次多項式進行高程擬合時,要確定1個參數,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,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,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網布設時需要6個以上的高程已知點為好。

　　3.4分區擬合法

　　若擬合區域較大,可采用分區擬合的方法,即將整個GPS網劃分為若干區域,利用位于各個區域中的已知點分別擬合出該區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網擬合高程會更接近真實值。

　　4、結論：

　　(1)鑒于GPS網的特點，經典網的優化設計不再完全適用于GPS網;

　　(2)GPS網的優化設計主要是對基準的優化設計和圖形結構強度的優化設計;

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

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

　　參考文獻：

　　[1]李德仁,袁修孝.誤差處理和可靠性理論.武漢：武漢大學出版社，2002

　　[2]周忠謨,易杰軍,周琪.GPS衛星測量原理與應用.北京：測繪出版社，1999.

　　[3]趙長勝,GPS控制網設計與數據處理.北京：教育科學出版社，2001