GPS工程控制网的优化设计
GPS控制网的优化设计
GPS控制网的优化设计1 GPS的基础知识GPS是全世界定位系统（Global Positioning System）的英文缩写，它是随着现代化科学技术的进展而成立的第一代精密卫星定位系统。
本章主要介绍GPS卫星定位系统进展的概况、特点、和GPS定位技术的应用前景。
全世界定位技术的概况全世界定位系统（Global Positioning System - GPS）是美国从本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资200亿美元，于1994年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。
经近10年我国测绘等部门的利用表明，GPS以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，博得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘探、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
[2]全世界定位系统(Global Positioning System，缩写GPS)是美国第二代卫星导航系统。
是在子午仪卫星导航系统的基础上进展起来的，它采用了子午仪系统的成功经验。
和子午仪系统一样，全世界定位系统由空间部份、地面监控部份和用户接收机三大部份组成。
按目前的方案，全世界定位系统的空间部份利用24颗高度约万千米的卫星组成卫星星座。
21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，散布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。
卫星的散布使得在全世界的任何地方，任何时刻都可观测到四颗以上的卫星，并能维持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。
这就提供了在时刻上持续的全世界导航能力。
地面监控部份包括四个监控间、一个上行注入站和一个主控站。
监控站设有GPS用户接收机、原子钟、搜集本地气象数据的传感器和进行数据初步处置的运算机。
监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。
主控站设在范登堡空军基地。
GPS控制网优化设计和数据处理分析
对瞬
高程数据
。
间 点 所 在 的 空 间 位 置 经 过 后方 交 会 就 可 以将 待 测 点 所 在 的 确 切 位 置 计 算 出来 采 用 G p S 进 行 控 制 网 进 行 平 面 坐 标 的 测
。
多 项 式 曲线 拟 合 法 进 行 数 据 处 理 的 公 式
:
贬
=
a 。+ x
a
l
, ,
。
三 次 样 条 曲线 拟 合 法 对 于 所 获 得 的 数 据 进 行 处 理 三 次 样 条 曲 线 是 将测 量 曲 线 拼接 起来
。
。
这 些 拼 接 的 曲线 多
,
方 法 进 行 分类 处 理 主 要 包 括 零 类 设 计
三 类设 计
G PS
。
、
一 类设 计
,
、
二 类设 计
、
为 三 次 多 项 式 曲线
控 制网
优 化 设计
。
数 据 处理 当卫 星 高速 运动时
, ,
拟 合 法 计 算 出似大地 水 平 面 的 曲线 方 向进 行 拟 合
,
构 造 插 值函 数 按 照 侧 线 将所 获 得 的 数 据 在 观 察 点 上 内 插 就 可 以 获 得
,
,
,
引 言 :G S P 是 全球 卫 星 定 位系 统
G
, , , , , ,
工 作 即 根 据 测 量 任 务 将相 关 的 指 标 确 定 下 来 诸 如 G S P 控 制 网 的 用 途 G P S 控 制 网 需 要 达 到 的精 度 密 度 以 及 各 项 经
、
济指标等等 行勘测
,
GPS控制网优化设计
GPS控制网优化设计【摘要】：GPS测量控制网优化设计与网的精度、可靠性、灵敏度以及费用等准则有关，但这些准则之间的关系又十分密切，本文在系统介绍了GPS控制网优化设计。
但GPS网与常规网有许多不同之处,本文将对GPS控制网优化设计进行一些探讨.【关键字】：控制网、优化设计、精度、可靠性【前言】：控制网的优化设计是一个古老的命题,许多测量学家对此进行了有益的探索和研究,但由于计算工具的限制,曾一度停滞不前.伴随着计算机技术的飞速发展, E·W·Grafarend于20世纪80年代提出测量控制网(常规网)的优化问题引起测量界广泛的关注,曾是测量界研究的热门课题之一,并取得了一些重要研究成果。
【正文】：1.首先，我想的是为什么要进行控制网优化设计呢？有什么必要呢？GPS控制网优化设计是GPS测量的基础前提，它能保证控制网的精确性，可行性，经济性。
由于GPS网的精度与网的几何图形结构无关，且与观测权相关甚小，而影响精度的主要因素是网中各点发出基线的数目及基线的权阵。
所以，我们提出GPS网形结构强度优化设计的概念。
2.GPS控制网的基准设计时我们需要考虑的问题有哪些呢？①我们要减少尺度误差。
在GPS控制网中加2~3段高精度的测距边作为GPS网的外部尺度基准。
②我们要用高精度的基线向量。
将地面精度高的起算点转换到WGS—84坐标系，作为GPS 网基线解算时的固定位置基准。
③选定起算数据和联测原有控制点，与未知点构成图形，已知点也要构成图形，分析联测点精度，使GPS网不受起算数据精度较低的影响。
④为获GPS控制正常高程，考虑高程控制点，要高程拟合要求进行布设。
⑤应将GPS控制网的坐标系统跟测区过去采用的坐标系统一致起来。
3.GPS控制网在图形设计需要考虑的问题:①GPS控制点之间可以互相不通视，但我们考虑测量加密时，我们至少要保证控制点在一个方向上可以通视，而且周围仰角十五度内不应该有障碍物，以免阻挡或吸收信号。
浅谈GPS网型优化设计
浅谈GPS网型优化设计文章主要讨论了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。
标签：GPS;网型优化;网型设计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。
GPS控制网优化设计及布设
GPS控制网优化设计及布设摘要：正文通过对GPS与GPS-RTK技术的概述,分析了影响GPS-RTK技术在测量工作中应用的因素，得出工程测量工作中GPS-RTK技术的应用具有积极的现实意义,能促进地质勘查工作的发展，提高其工作效率。
关键词：优化设计控制网一、引言随着GPS在工程测量中的应用逐渐广泛，GPS高精度的静态网以及RTK动态测量方法方便快捷，给测量工作提供了一个更大、更精确的空间，但是一个工程控制网的首级网的布设的质量，直接关系到后续工作的质量和进度，而在测量工作全面开展前，对整个控制网进行周密安排，对控制网根据工程需要进行优化设计，通过优化设计，我们在控制网的精度、可靠性、进度、经济价值方面达到最佳，这样可方便我们的工作，应用我们常规的优化设计软件，如清华山维NASW 平差软件，可实现对控制网的宏观上的优化设计，现就以下几方面论述下自己在工作实践中的体会。
二、优化设计过程控制网的优化分为解析法和机助法，但是解析法需要严密的理论和计算，机助法方便灵活，可在多种方案中比较，在工作中更实用。
通常，我们对GPS网从精度、可靠性、进度及经济价值上进上设计，而经济价值又受许多客观条件的影响，因此，在软件上我们对精度、可靠性、进度进行设计，而经济价值我们从人为方面加以控制，从而满足整个工程需要。
一）收集资料我们接到一个工程时，对工程的要求的精度、时间有所掌握，同时我们应收集相关地区的地形图，控制点资料，如在长距离线路测量中，应收集沿线的5万图资料，线路走向转点资料等，并在图上展上线路走向，在图上找到相关的控制点位置等；在大面积地形图测量中，也要收集相关的控制点资料，在小比例尺地形图上找到测区范围。
然后根据工程需要，收集相关等级的测量的测量控制点。
资料收集完以后，应组织人员对收集到的控制点进行踏点工作，确定控制点是否存在，是否能应用于现有工程中，同时应了解来往路径，方便后期测量工作。
同时我们也应对所使用的仪器设备的资料加以收集，了解仪器设备的标称精度，作业性能，方便设计。
GPS控制网的优化设计及外业应用原理
观测精度选择随意性较大，但是精度的高低直接关系到沉降观测成败。
对沉降观测精度选择既不能太高也不能太低，要合理适宜，适合工程特性的需要。
既不造成无谓的浪费也要保证观测结果的准确性。
这样，本人认为一般高层及重要的建(构)筑物在首次观测过程中适用精密仪器的设备(高级水准仪、铟合金尺等)在±0.001以上,部分按二等以上水准测量方法，采用放大率倍数较大的S2或S3水准仪进行观测。
(2)在沉降观测过程中，沉降量与时问关系曲线不是单边下行光滑曲线，而是起伏状现象。
这就分析原因，进行修正。
①第二次观测出现回升，而以后各次观测又逐渐下降。
可能是首次观测精过低，若回升超过5mm时，第一次观测作废，若回升5mm内，第二次与第一次调整标高一致。
②曲线在某点突然回升。
原因：水准点或观测点被碰动所致且水准点碰动后标高低于碰前标高，观测点碰后高于碰前。
处理措施：取相邻另一观测点的相同期间沉降量作为被碰观测点之沉降量。
③曲线自某点起渐渐回升原因：一般是水准点下沉所致。
措施：确定水准点下沉值，与高级水准点符合测量，确定下沉度。
测定地面高程随时间变化的工作。
地壳运动、开采矿藏或天然气、抽取地下水等均能引起地面高程变化。
局部地区地面高程在短期内发生较大变化，对房屋、地下管道、道路、桥梁和水坝等有严重的破坏作用。
城市和工业区地面的持续下沉甚至危及整个城市和工业区的安全。
地表沉降观测可以定量地了解地面的升降。
进行地表沉降观测，要在测区内选定适量的水准点作为地面观测点，并埋设标志，同时在沉降范围外的稳定处设置适量的基准点，也可把基准点设在沉降范围内，但必须设法使基准点高程不受地表沉降影响。
在一个测区内至少要设置3个基准点 ，以便通过联测验证其稳定性。
从基准点出发用精密水准测量方法测定各观测点的高程。
不同日期两次测得同一观测点的高程之差，即代表地面高程在这两次观测期间的变化。
根据大量的地表沉降观测资料，可以分析沉降规律，预计沉降的发展趋势。
GPS控制网的优化设计
GPS控制网的优化设计摘要：随着科学技术的发展，我国的GPS技术有了很大进展，越来越多的工程都在应用GPS来进行布设控制网。
在已经有很多学者研究控制网的优化设计并作出很多有益结论的情况下，结合GPS测量的特点以及控制网的特性，对以下对象进行了研究与分析：了解到控制网的优化设计指标，掌握各种优化设计的方法，并制订设计方案；根据接收机的标称精度通过相应的数学公式来进行基线向量的方差－协方差阵的计算估计；根据实际工程来进行优化设计，预估几种方案进行分析对比；选取最优的方案对6台接收机进行同步观测，结果满足布设控制点的要求。
关键词：优化设计；GPS控制网；精度；可靠性引言GPS控制网布设是开展GPS测量工作的重要基础，勘测技术人员在开展相关工作时，必须严格遵守国家法律法规要求，充分发挥现代科学技术的优势，结合GPS控制网使用群体的实际需求制定布设方案，一方面能够提高点位的精确度，另一方面可以增强控制网的可靠性，对推动相关行业的健康发展具有积极影响。
1GPS定位技术基本概述GPS定位技术是以新一代的精密卫星导航为基础的先进的定位技术，其具有全球性、全天候以及连续性的三维导航和定位能力，同时GPS定位技术的抗干扰性也比较强。
目前在测绘领域中对GPS定位技术的应用比较广泛，其应用优势主要包括以下几点：第一，GPS定位技术在应用过程中对观测站之间的测量通视要求较低。
在测量过程中，对控制点的位置，可以按照测量的实际需要进行布设。
观测站之间的通视性要求极低。
可以提高选点的灵活性，极大地减少测绘工作的复杂性和难度。
但是在应用GPS定位技术时，最好保持测站上空处于开阔状态。
第二，GPS受控制网的几何图形限制相对较小。
在GPS定位技术应用过程中，控制网几何图形对其测量精度的影响比较小。
点与点之间的距离长短可以根据实际的测量需求进行确定。
第三，GPS定位精度比较高。
在GPS定位技术测量时，布设点的精度比较均匀，这样能够在很大程度上确保测量精度。
关于GPS控制网优化设计的探讨
关于GPS控制网优化设计的探讨1前言众所周知，利用GPS系统实测各种用途的控制网可以达到降低外业劳动强度，提高工作效率，获得较高的相对定位精度和低成本的目的。
为此我们首先应做好GPS网的优化设计，这也是达到此目的的关键。
2 GPS控制网优化设计原则GPS控制网的布设应视其目的，要求的精度，卫星状况，接收机类型和数量，测区已有的资料，测区地形和交通状况综合考虑，即网的设计应在效率性、可靠性、精确性和经济性等方面力图实现用户的要求。
3 选择有利的GPS点位选择合理的GPS点位是进行GPS控制网测量的一个必不可少的先决条件，GPS点位选择得恰当与否将直接影响到GPS测量的精度、费用和下级测量工作。
所以在实测GPS控制网之前，进行踏勘选点时，除了遵循《全球定位系统（GPS）测量规范》外，还应注意以下几点：1、GPS点位应该离公路稍远一些。
、2、GPS点位应远离枝叶茂盛的大树。
、3、GPS点位应尽量远离对无线电信号有反射作用的建筑物及具有发射无线电信号功能的电视台、电台等。
4、实测GPS网时，有时不得已要进行偏心观测。
若有偏心观测时，应该尽量减少偏心元素的测定误差，同时偏心距不应大于100m为宜。
4 确定合理的网形结构1、确定同步图形同步图形的形状是由GPS接收机的台数决定的。
例如：3台接收机一般采用同步三角形；4台接收机一般既可以采用同步四边形也可以采用同步中点三边形；4台以上接收机所采用的同步图形就更灵活。
2、同步图形连接扩展方式同步图形连接扩展方式一般有点连接方式、边连接方式和网连接方式。
不同的连接扩展方式有各自不同的特点。
（1）、点连接式GPS网若相邻同步环之间仅有一个公共点相连接构成的GPS网则称之为点连接式GPS 网，简称点连式GPS网（如图1(a)所示）。
以这种方式构成的GPS网，没有（或仅有一个）异步闭合环，网形强度比较薄弱，发现粗差的能力较弱；但在同样网点数下，同步图形个数最少，而且它具有最少观测时段数，工作量较小，获得成果快，若对控制点精度要求不高，观测时选取有利的观测时间，采用点连接GPS网无疑是一种经济快速的布网方式。
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GPS工程控制网的优化设计
由于GPS测量精度高、效率高、灵活性强，其应用越来越广泛。
文章结合实际工程，通过两次布设网点，并经过严密的计算。
得出只要在建立GPS工程控制网时充分考虑布设条件及网形的几何结构，并严格按照规定观测，认真处理观测数据，最后所得的精度就一定有所提高。
标签：GPS工程控制网；网点布设；网形结构；精度提高
Abstract：Because of its high precision，high efficiency and flexibility，GPS has been used more and more widely. The paper is based on actual projects，written by setting up the net point twice which is set through accurate calculation. It is concluded that as long as the GPS engineering control network is established，the layout conditions and the geometric structure of the network are fully considered，the observation data are strictly observed，and the observation data are seriously handled，the accuracy of the final result is supposed to be improved.
Keywords：GPS engineering control network；spot layout；mesh structure；accuracy improvement
1 研究目的和意义
自从全球定位系统（GPS）问世以来，已经在导航定位、授时、测速等方面发挥了巨大的作用，尤其是GPS技术在测量上的广泛应用，使测量技术发生了一次大的革命。
使用GPS技术布设控制网已是国内采用的主要手段之一，GPS 控制网可大致分为2类：一类是国家或区域性的高精度的GPS控制网；另一类是局部性的GPS控制网，它包括城市或矿区控制网以及各类工程控制网。
与传统方法相比，GPS控制网不论是在布网方案，还是在平差的数学模型方面都有许多不同之处。
因此，研究如何根据GPS原理和作业特点制定GPS的布网方案，对减少外业观测劳动强度、提高观测质量和成果的精度等具有重大的意义。
2 工程概况
本文涉及的工程是某镇农业综合治理测量项目。
测区占地面积约 3.2km2，由于已知控制点距离项目区较远，测区通视困难，决定采用GPS控制测量。
为了体现控制网点的布设对精度的影响，本项目分别进行了两次测量，通过对两次测量进行比较，从而得出在布设GPS控制网时应注意的一些事项。
3 GPS工程控制网布设中点位的选择
GPS工程控制网的布设原则上和大地控制网的布设是一致的，但也有区别。
因为工程不同其测量要求也不同，所以所做的控制网也会根据要求有稍微的不同。
一般来讲，工程控制网的范围不是很大，点位选择的机动性较小，但对点位的要求与大面积控制网基本相同，埋石时由于点位精度要求不是很高，可灵活处理。
当测区范围不太大时，由于GPS测量受地面图形影响很少，可以灵活布设，点位选择时则根据工程需要布点，而不必考虑点距及点的通视情况。
点的选择应考虑下列原则：
（1）点位应选在便于架设或安装接收设备并且视野开阔的较高点上。
（2）点位应远离大功率的无线电发射台，与其距离不得小于200米，远离高压输电线和微波无线电信号传输通道，与其距离不得小于50米。
（3）点位附近不应有大面积的水域或强烈干扰卫星信号接收的物体。
（4）点位目标要显著，视场周围15°以上不应有障碍物，以减少信号被遮挡或被障碍物吸收。
（5）点位应选择在交通便利，便于其他测量手段联测的地方。
（6）点位选择应根据技术设计要求踏勘，在实地根据现场情况选定点位。
（7）点位尽量选择在旧点上，但使用前应检查旧点的稳定性及完好性。
（8）点位应选择在地面基础比较稳定、有利于点保存的地方。
虽然GPS测量不受地面图形影响，但布网时也应考虑点位的图形结构，这是因为：
（1）较大测区工程控制网布设时，不可能一次完全选点，而是采用逐步推进的方法，若不考虑图形结构最后整个控制网易产生扭曲。
（2）可为三角形异步边闭合差的检验提供条件。
（3）由于本工程完成控制测量后需要进行常规测量，
因此布点时根据需要确定点位的位置，并考虑其图形结构。
4 GPS工程控制网网形的选择
GPS控制网的网形设计是一项非常重要的工作。
由于GPS同步观测时不需要通视，所以网形设计具有较大的灵活性。
网形的设计主要取决于用户的要求、时间、经费、人力以及其他條件等。
本项目观测采用的两种网形如图1和图2所示。
网点布设分析：由图可发现，第二次观测共5个点，比第一次少一个，但网形比较好。
其中三个已知点分别与未知点构成三角。
选点方面图2 要比图1强很多。
首先A4和A5点之间距离较远，因实际地形条件限制A4和A5的之间的距离不能再长，图1中A1、A2、A3这三者之间的距离太近，点的利用效率大大降低，没有发挥GPS测量的优点，造成点的浪费。
其次就是A1、A2、A3三点集中分布在一栋大楼附近，影响了卫星信号的接收。
导致以后处理时基线和环闭合差超限。
两种网形都属于三角网，推进方式为边连式。
5 外业观测
本次观测严格按照规定实施。
外业观测设站时，做到了天线严格整平，对中误差小于3mm；天线定向标志指向正北，且定向误差都不超过±5°；观测前均按互为120°方向上量取天线高两次，确保了其读数差小于3mm，并将读数中数输入GPS接收机中，并按要求及时填写手簿的各项内容，观测过程中均未更改各参数、再启动、自测试、变动天线等，均未在接收机天线附近使用电台、对讲机等。
观测时间每个时段45分钟，两个时段总共耗时2个小时。
根据GPS卫星的可见预报图和几何图形强度，选择了项目地区最佳观测时段。
观测使用4台GPS接收机分两个时段进行了观测。
第一时段分别在TG8、TG5、A4、A5架设仪器，第二个时段在TG8、TG5、A4三点上架设仪器，这样使用多台套仪器观测大大节省了时间，而且数据基线较容易处理。
而第一次观测采用的是三台套，不仅浪费大量的人力和物力，还容易漏掉关键基线。
6 平差结果对比分析
数据处理采用的是随机软件——Trimble Geomatics Office。
GPS网数据处理分为基线解算和网平差两个阶段，网平差结果如图3所示。
由图3可以看出，第一次测量的纵轴和横轴误差都很大，都在厘米级。
而且纵轴的误差要比横轴大，第二次测量，由于在各个方面都做得很好，如在网点的布设，网形的选择等方面，所以最后平差后的结果要比第一次精度高。
纵轴和横轴的误差都在1mm左右。
7 结束语
GPS工程控制网布设，因为控制范围较小，用户要求不同，点位选择灵活行较差。
所以在点位选择时不仅要考虑现场地形限制，还要充分考虑网点位置与已知点所构成的几何图形。
在条件允许的情况下，尽量使点位与已知点构成等边三角形。
三角形的几何结构强，具有良好的自检能力能够有效地发现观测成果的粗差，以保障网的可靠性。
在观测方面，不仅要严格按照规定进行操作，还要注意时间的节约，提高工作效率，在有限的时间了完成工作，最好测量人员配带上通信设备，及时进行操作。
这样可以避免在观测过程中出现的各种意外。
通过研究发现，GPS网点的布设及网形的选择对精度有一定的影响，在布设GPS网时严格按有关要求选点，并选择几何结构较强的网形施测，就能有效的提高网点的精度。
参考文献：
[1]李国波，方广杰.GPS测量控制网网形的优化设计[J].湘潭师范学院学报，2004（4）：12-14.
[2]童君莉.淺析GPS控制网优化设计[J].科技广场，2005（3）：38-39.
[3]汤璞，沈洁.GPS工程控制网的布设及数据处理有关问题的探讨[J].城市勘察，2004（4）.。