浅析如何优化GPS控制网

　　摘要：网形设计是制定施测方案的基础,它侧重考虑如何保证和检核GPS数据质量;文章介绍了GPS网的设计指标,提高GPS网精度的方法,布设GPS网时起算点的选取与分布,高程拟合法适用范围。

　　关键词：GPS控制网，优化设计，GPS高程拟合

　　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

　　中图分类号： P228.4 文献标识码：A 文章编号：

　　GPS网同经典控制网有诸多不同,同一般的控制网相比较，GPS网有着很多不同的特点：(1)非层次结构：经典网具有层次结构，而GPS网则是非层次结构。(2)图形不同：GPS控制网的精度不受网点所构成的几何图形的影响。也就是说，在不改变基线数目和形式的基础上，单纯的改变点的位置不会影响网的精度，GPS控制网的精度同边与边所成的角度无关。(3)误差的积累不同：经典网存在误差积累的特性，一般精度最差的边和方位角是远离已知点的边和方位角，而GPS网不存在这样的问题，没有误差的积累，而且误差分布比较均匀，各边的方位和边长的相对精度基本是相同的。这些特点导致了GPS网的优化设计不完全等同于经典控制网的优化设计。相对于常规的测量手段，GPS测量受卫星数据质量影响，以及外界环境，如多路径效应、电磁干扰等因素的影响比较敏感;加之野外观测时检核条件少，使得GPS测量虽然整体精度较高，但其粗差含量也比较大，因此，剔除GPS观测数据中的粗差是极为重要的。

　　1、GPS网的优化设计

　　1.1效率指标

　　在进行GPS网的设计时,我们经常采用效率指标来衡量某种网设计方案的效率,以及在采用某种布网方案作业时所需要的作业时间、消耗等。在布设一个GPS网时,在点数、接收机数和平均重复设站次数确定后,该网测设所需的理论最少观测期数就可确定。但是,当按照某个具体的布网方式和观测作业方式进行作业时,要按要求完成整网的测设,所需的观测期数与理论上的最小观测期数会有所差异,理论最少观测期数与设计的观测期数的比值,称之为效率指标,该指标可用来衡量GPS网设计的效率。

　　1.2可靠性指标

　　GPS网可靠性,可分为内可靠性和外可靠性。所谓GPS网的内可靠性就是指所布设的GPS网发现粗差的能力,即可发现的最小粗差的大小;所谓GPS网的外可靠性就是指GPS网抵御粗差的能力,即未剔除的粗差对GPS网所造成的不良影响的大小。关于内、外可靠性的问题,可以从一些相关书籍上找到更为详细的叙述,并且还给出了内、外可靠性指标的算法。由于内、外可靠性指标在计算上过于繁琐,因此,我们在实际的GPS网的设计中采用了另外一个计算较为简单的反映GPS网可靠性的数量指标,这个可靠性指标就是整网的多余独立基线数与总的独立基线数的比值,称为整网的平均可靠性指标。

　　2、优化GPS网设计的方法

　　2.1提高GPS网可靠性的方法

　　(1)观测期数(增加独立基线数)。在布设GPS网时,适当增加观测期数(时段数)对于提高GPS网的可靠性非常有效。因为,随着观测期数的增加,所测得的独立基线数就会增加,而独立基线数的增加,对网的可靠性的提高是非常有益的。

　　(2)保证一定的重复设站次数。保证一定的重复设站次数,可确保GPS网的可靠性。一方面,通过在同一测站上的多次观测,可有效地发现设站、对中、整平、量测天线高等人为错误;另一方面,重复设站次数的增加,也意味着观测期数的增加。不过,需要注意的是,当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段的观测时,各个时段间必须重新安置仪器,以更好地消除各种人为操作误差和错误。

　　(3)保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连,这样可以使得测站具有较高的可靠性。在布设GPS网时,各个点的可靠性与点位无直接关系,而与该点上所连接的基线数有关,点上所连接的基线数越多,点的可靠性越高。

　　2.2提高GPS网精度的方法

　　(1)为保证GPS网中各相邻点具有较高的相对精度,对网中距离较近的点一定要进行同步观测,以获得它们间的直接观测基线。

　　(2)为提高整个GPS网的精度,可以在全面网之上布设框架网,以框架网作为整个GPS网的骨架。

　　(3)在布网时要使网中所有最小异步环边数不大于6条。

　　(4)若要采用高程拟合的方法,测定网中各点的正常高/正高,则需在布网时,选定一定数量的水准点,水准点的数量应尽可能的多,且应在网中均匀分布,还要保证有部分点分布在网中的四周,将整个网包含在其中。

　　(5)提高GPS网的尺度精度,可采用如下方法:增设长时间、多时段的基线向量。

　　2.3布设CPS网时起算点的选取与分布

　　(1)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。

　　(2)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,避免所有起算点分布在网中一侧的情况。

　　3、GPS网设计中GPS高程拟合的注意事项

　　3.1适用范围

　　GPS高程拟合的方法,是理论上的一种纯几何方法,因此,一般仅适用于高程异常变化较为平缓的地区(如平原地区),其拟合的准确度可达到一个分米以内。对于高程异常变化剧烈的地区(如山区),这种方法的准确度有限,这主要是因为在这些地区,高程异常的已知点很难将高程异常的特征表示出来。

　　3.2选择合适的高程异常已知点

　　所谓高程异常的已知点的高程异常值一般是通过水准测量测定正常高,通过GPS测量测定大地高后获得的。在实际工作中,一般采用在水准点上布设GPS点或对GPS点进行水准联测的方法来实现,为了获得好的拟合结果要求采用数量尽量多的已知点,它们应均匀分布,并且最好能够将整个GPS网包围起来。

　　3.3高程异常已知点的数量

　　若要用零次多项式进行高程拟合时,要确定1个参数,因此,需要1个以上的已知点;若要采用一次多项式进行高程拟合,要确定3个参数,需要3个以上的已知点;若要采用二次多项式进行高程拟合,要确定6个参数,则需要6个以上的已知点。大多软件用二次多项式进行高程拟合,因此大范围GPS网布设时需要6个以上的高程已知点为好。

　　3.4分区拟合法

　　若拟合区域较大,可采用分区拟合的方法,即将整个GPS网划分为若干区域,利用位于各个区域中的已知点分别拟合出该区域中的各点的高程异常值,从而确定出它们的正常高。这样GPS网拟合高程会更接近真实值。

　　4、结论：

　　(1)鉴于GPS网的特点，经典网的优化设计不再完全适用于GPS网;

　　(2)GPS网的优化设计主要是对基准的优化设计和图形结构强度的优化设计;

　　(3)不改变基线向量连接关系的情况下，只在小范围内移动点位，对点位的精度和可靠基本没有影响;

　　(4)在网点数确定的情况下，增加GPS边的条数，增加异步环的个数，有利于提高网的精度和可靠性;

　　参考文献：

　　[1]李德仁,袁修孝.误差处理和可靠性理论.武汉：武汉大学出版社，2002

　　[2]周忠谟,易杰军,周琪.GPS卫星测量原理与应用.北京：测绘出版社，1999.

　　[3]赵长胜,GPS控制网设计与数据处理.北京：教育科学出版社，2001

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文章名称： 浅析如何优化GPS控制网

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