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。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是搜集各监控站对GPS卫星的全数观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟更正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主如果在每颗卫星运行至上空时把这种导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星天天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。
全世界定位系统具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。随着全世界定位系统的不断改良，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各类部门，并开始慢慢深切人们的日常生活。
GPS的特点
相对于经典的测量技术来讲，GPS定位技术主要有一下特点：
1．观测站之间无需通视
这一长处既可大大减少测量工作的经费和时刻，同时也使点位的选择变得加倍灵活。
2．定位精度高
实验表明，目前在小于50km的基线上，其相对定位精度可达1×10～2×10，而在100～500km 的基线上可达10～10。随着观测技术与数据处置方式的改善，可望在大于1000km的距离上，相对定位精度达到或优于10。
3．观测时刻短
随着GPS系统的不段完善，目前20㎞之内相对静态定位，仅需15～20分钟；快速静态相对定位中，在流动站与基准站相距在15㎞之内时，流动站观测的时刻只需1～2分钟；动态相对定位，动身时流动站观测1～2分钟，然后可随时定位，每站观测进需几秒。[2]
4．提供三维坐标
5．操作简便
6．全天候作业
因此，GPS定位技术的进展是对经典测量技术的一次重大冲破。一方面，它使经典的测量理论与方式产生了深刻的变革；另一方面，也进一步增强了测量学与其他学科之间的彼此渗透，从而增进了测绘科学技术的现代化进展。
GPS系统的应用前景
最初设计GPS的主要目的是用于导航、搜集情报等军事
目的。但后来得应用开发表明，GPS不仅能够达到上述
目的，而且用GPS卫星信号能够进行厘米级乃至毫米级
精度的静态相对定位，米级至亚米级精度的动态定位，亚
米级至厘米级精度的速度测量何毫微秒级精度的时刻测
量。
用GPS信号能够进行海、陆、空、地的导航，导弹制导，
大地测量和工程测量的精密定位，时刻传递和速度测量
等。在测绘领域，GPS定位定位技术已用于成立高精度的大地测量控制网，测定地球动态参数；成立陆地及海洋大地测量基准，进行高精度海陆联测及海洋测绘；监测地球板块运动状态和地壳形变；在工程测量方面，已成为成立城市与工程控制网的主要手腕；在精密工程的变形监测方面，它也发挥着及其重要的作用；同时GPS定位技术也用于测定航空航天摄影刹时相机的位置，可在无地面控制或仅有少量地面控制点的情形下进行航测快速成图，引发了地理信息系统及全世界遥感监测的技术革命。
在日常生活方面事一个难以用数字预测的广漠的领域，腕表式的GPS接收机，将成为旅游者的忠实导游。GPS将像移动电话、传真机、运算机互联网对咱们生活的影响一样，人们的日常生活将离不开它。
2 相对定位原理及GPS网优化设计简述
相对定位原理
由于在GPS绝对定位(或单点定位)中，定位精度将受到卫星轨道误差、钟差及信号传播误差等因素的影响，虽然其中一些系统性误差能够通过模型加以减弱，但更正后的残差仍是不可忽略的。GPS相对定位．也叫差分GPS定位，是目前GPS测量中定位精度最高的定位方式，它普遍地应用于大地测量、精密工程测量、地球动力学的研究及精密导航中。
相对定位的概念:用两台接收机别离安置在基线的两个端点，其位置静止不动，同步观测相同的4颗以上GPS卫星，肯定基线两个端点在协议地球坐标系中的相对位置．这种定位模式称为相对定位(见图2-1)。出于在测量进程中，通过重复观测取得了充分的多余观测数据，从而改善了GPS定位的精度。[2]
GPS网优化设计
GPS控制网的优化设计是实施GPS测量的基础性工作，它是在网的精准性、靠得住性和经济性方面,寻求GPS控制网设计的最佳方案。按照GPS测量特点分析可知，GPS网需要以一个点的坐标为定位基准，而此点的精度高低直接影响到网中各基线向量的精度和网的最终精度。同时由于GPS网的尺度含有系统误差和同地面网的尺度匹配问题，所以有必要提供精度较高的外部尺度基准。
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量及基线的权阵。因此，提出了GPS网形结构强度优化设计的概念，讨论增加的基线数量、时段数、点数对GPS网的精度、靠得住性、经济效益的影响。同时，经典控制网中的三类优化设计，即网的加密和改良问题，对于GPS网来讲，也就意味着网中增加一些点和观测基线，故仍可将其归结为对图形结构强度的优化设计。综上所述，GPS网的优化设计主要归结为两类内容的设计：
(1)GPS网基准化的优化设计。
(2)GPS网图形结构强度的优化设计，其中包括：网的精度设计能力的靠得住性设计，网发觉系统差能力的强度设计。
GPS控制网基准的优化设计
经典控制网的基准优化设计是选择一个外部配置，使得达到必然的要求，而GPS网的基准优化设计主如果对坐标未知参数X进行的设计。基准选取的不同将会对网的精度产生直接影响，其中包括GPS 网基线向量解中的位置基准的选择，和GPS网转换到地方坐标系所需的基准设计。另外，由于GPS尺度往往存在系统误差，因此应提出对GPS网尺度基准的优化设计。
1)．位置基准设计
研究表明，GPS基线向量解算中作为位置基准的固定点误差是引发基线误差的一个重要因素，利用测量时取得的单点定位值作为起算坐标，由于其误差可达数十米以上，所以选用不同点的单点定位坐标值作为固定点时，引发的基线向量差可达数厘米。因此，必需对网的位置基准进行优化设计。
2)．尺度基准设计
虽然GPS观测量本身已含有尺度信息，但由于GPS网的尺度含有系统误差，所以，还需要提供外部尺度基准。
GPS网的尺度系统误差有两个特点：一是随时刻转变，由于美国政府的SA政策，使广播星历误差大大增加，从而对基线带来较大的尺度误差；另一个随区域转变，由区域重力场模型不准确引发的重力摄动造成。因此，如何有效地降低或消除这种尺度误差，提供靠得住的尺度基准就是尺度基准优化问题。其优化有以下几种方案：
(1)提供外部尺度基准。对于边长小于50km的GPS网，可用较高精度的测距仪(或更高)测量2—3条基线边，作为整网的尺度基准。对于大型长基线网，可采用SLR站的相对定位观测值和VLBI基线作为GPS网的尺度基准。
(2)提供内部尺度基准。在无法提供外部尺度基准的情形下，仍可采用GPS观测值作为GPS网的尺度基准，只是对作为尺度基准观测量提出一些不同要求，其尺度基准设计如下。
在GPS网当选一条长基线．对该基线尽可能多地长时刻、多次观测，最后取多次观测段所得的基线的平均值，以其边长作为网的尺度基准。由于它是不同时期的平均值，尺度误差能够抵消。因此，它的精度要比网中其他短基线高得多，能够作为尺度基准。
以上讨论了GPS基线向量解其中位置基准和GPS尺度基准的选择与优化问题。另外，GPS功效转换到地面实用坐标系中，还存在一个转换基准的选择问题，此处再也不讨论。
GPS网的精度设计
精度是用来衡量网的坐标参数估值受观测偶然误差影响程度的指标。网的精度设计是按照偶然误差的传播规律，依照必然的精度设计方式，分析网中各未知点平差后预期能达到的精度，这常被称为网的统计强度
设计与分析。一般常常利用坐标的方差——协方差阵来分析，也可用误差椭圆(球)来描述坐标点的精度状况，或用点之间方位、距离和角度的标准差来概念。
对于GPS网的精度要求，一般用网中点之间的距离误差来表示。其精度与网的点位坐标无关，与观测时刻无明显的相关性(整周模糊度一旦被肯定后)，GPS网平差的法方程只与点间的基线数量有关，且基线向量的三个坐标差分量之间又是相关的，因此，很难从数学的角度和实际应用动身，成立使未知数的协因数阵逼近理想的准则矩阵。所以，目前较为可行的方式是给出坐标的协出数阵的某种纯量精度标准函数。设GPS 网有误差方程
式中．l、v别离为观测向量和更正向量;X为坐标未知参数向量阵；P为观测值权阵;为先验方差因子(在
设计阶段取＝1)，m为观测基线数;n为待定点数。
由最小二乘可得参数估值及其协因数阵：
优化设计中常常利用的纯量精度标准，按照其由组成的函数形式的不同的可表示成不同的最优纯量精度标准函数。此刻最常常利用的是求的轨迹，以次来表示纯量精度。
3 大同矿区GPS控制网设计实例
任务来源及工作量
大同矿区为全国最大的煤炭企业大同矿物局所属,而且预测煤炭储量丰硕,工业前景可观。可是该矿区原有测量控制网为90年代成立,历经十几年的采矿影响,以为破坏及地貌转变,使原有控制点大部份失去控制作用,使得服务于日常生产的多项测量工作难以正常进行,远远不能知足矿山生产和工程建设的需要。因此,该矿区急需成立新的测量控制网。
该网不但要知足日常采矿生产需要,而且还要顾及远景计划及预测区,控制面积约600 KM2，测量范围（如图3-1）为：
图3-1 已知点散布图
东至：550km(大同矿区独立坐标系)
南至：4415km
西至：534km
北至：4439km
测区概况
大同矿区位于山西省大同市西南，地跨大同、朔州两市，地处东经112度53分─113度12分，北纬39度55分─40度零8分,距市区12。5千米，辖区与大同市南郊区交叉，总面积约90平方千米，号称百里矿区。区内为平缓的丘陵地貌，西南高，东北低。尖口山最高，标高米，口泉沟最低，标高米。境内主要山脉有七峰山、鸡爪山、大钟山、马武山等；主要河流有口泉河、十里河，均为季节性河流。该区厂矿企业主要散布在口泉─黑流水(口泉沟)，马军营─燕子山(云岗沟)两条狭长的山沟里。
通往矿区的铁路有大同—王村、大同—燕子山两条矿区专用线，各煤矿集运站都分散在两条专用线周围。以横穿矿区东西向的109国道、沿矿区东侧穿行的南北向大运公路为骨干线，配以矿区内专用公路，交通十分方便。
矿区供水水源以第四系潜水为主，现有大同市的白马城水源地和时庄水源地，供水量严峻不足，需另找新的水源。矿区电源主要来自大同市第一热电厂和神头电厂。
矿区现有生产煤矿55处，其中国有重点煤矿18处，设计能力3645万吨/年。截至1996年末，大同矿区保有探明储量386。43亿吨，其中生产矿井保有储量77。41亿吨。
矿区原有国家二等三角网8个,经野外踏勘,发觉有3个已明显被破坏或受采动影响;现只有代家沟、孙家沟、羊坊、怀仁、土台山5个点的标石保留完好（如图3-1）。设计采用的是比例尺为1：10000的大同矿区航摄地形图。1989年航摄，1992年成图，1994年缩编成图。地形图采用1985国家高程基准，等高距为5米。
布网方案
技术设计的依据与基准设计
1）技术设计的依据
2001年国家质量技术监督局发布的<<全世界定位系统(GPS)测量规范>>(CH2001-92)。
2）基准设计
GPS测量取得的是GPS基线向量,它属于WGS—84坐标系的三维坐标差,而实际需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。因此需要结合测区概况和已有资料(图3-1),进行GPS网的基准设计。
按照大同矿区近期进展与远景计划相结合的战略目标，依照现阶段矿区建设的需要，采用大同矿区独立坐标系,中央子午线经度为112°30′,投影面与54北京坐标系相同而成立的坐标系统。
方案设计的技术分析
1）品级肯定
按照中华人民共和国测绘行业标准《全世界定位系统城市测量技术规程》、《煤矿测量规程》和大同矿区的具体情形，肯定该测区可成立D级GPS网[10]，有关技术要求见表3-1：
表3-1 大体技术要求
2）技术设计
I．时段设计
按照规范对D级网的要求，采用快速静态相对定位，时段长度按照边长而定，具体时刻见表3-6。
GPS网的时段设计有点连式、边连式和网连式三种大体方式。点连式所组成的图形几何强度太弱；网连式布网冗赘，工作量太大；边连式布网有太多的非同步闭合条件，工作量适中。按照D级GPS网的要求咱们采用边点结合的混合式布网方式。
II．观测方式
GPS网的观测采用载波相位快速静态相对定位模式,作业仪器采用4台Timble5700双频GPS同意机,它的标称精度可达5 mm±1ppm,知足精度要求。作业方式是:将GPS四套接收机设备别离安置在网中四边形的各个端点上,对基线边同步观测4颗卫星。这种模型的特点是:观测过的基线边组成一个闭合图形,便于观测功效的查验,从而提高观测功效的靠得住性和GPS网平差后的精度。[9]
GPS网的设计及施测方式
1）GPS网的设计
I．设计原则
①GPS网一般应采用独立观测边组成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的靠得住性。
②GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应散布均匀。
③GPS网点应尽可能与原有地面控制点相结合。重合点一般很多于3个（不足时应联测），且在网中散布均匀，以靠得住地肯定GPS网与地面之间的转换参数。
④GPS网点应考虑与水准点重合，而非重合点，一般应按照要求以水准测量（或相当精度的测量方式）进行联测，或在网中布设必然密度的水准联测点。
⑤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。
⑥为了便于用经典方式联测或扩展，可在GPS网点周围布设一通视良好的方位点以成立联测方向，方向点与观测站距离一般应大于300米。
⑦GPS网必需由非同步独立观测边组成若干个闭合环或附和线路。各级GPS网中每一个闭合环或附和线路中的边数应符合表3-2的规定。
表3-2 最简独立闭合环或附和线路边数的规定[7]
II 方案设计（图中1-20为同步环）
图3-2 方案设计一
图3-3 方案设计二
方案比较
A 大体特征值比较
按照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为同意机数。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)[2]
整体靠得住性指标=J多/J独
计算的两个方案的主要特征值见表3-3:
表3-3 两个方案的主要特征值
方案一方案二
总点数38 38
总基线数120 114
独立基线数60 57
必要观测基线数37 37
多余观测基线数23 20
复测基线数7 3
观测时段数20 19
平均每点设站率 2
总体可靠性指数
最短边(km)
最长边(km)
平均边长(km)
最简独立闭合环边数 4 5
B 设计方案比较
两个设计方案都以大同矿区为重点,布设GPS控制网，在重点进展区域网点密度稍大。方案一采用点连接和边连接的混合连接形式,组成异步环和复测边，异步环具有良好的自检能力,能有效地发觉观测功效的粗差,确保网的靠得住性,复测边连接时几何强度较高。方案二是在方案一的基础上,也采用边点混合连接方式,但较方案一的连接方式不同,方案设计的指导思想是在知足精度的基础上,尽可能减少人力、物力、财力。
C 本钱比较
本钱取决于网点总数和重复设站率，设一台接收机观测一期的平均费用为C，则总费用为:
f=C*S*m
由于方案设站数多,数据处置平差费多,方案一例如案二多花费大约1万元。
D 精度比较
对于两种方案的精度,因为点位相差不大,边长也相差不大,所以两种方案的精度也相差不大。
利用相邻点间弦长精度计算公式:
[2]
式中, ---GPS基线向量的弦长中误差(mm),亦即等效距离误差;
a---GPS同意机标称精度中的固定误差(mm);
b---GPS同意机标称精度中的比例误差系数(ppm);
d---GPS网中相邻点间的距离(km)。
可计算出,方案一最弱边边长相对中误差为1/×10,平均边长相对中误差为1/×10;方案二最弱边边长相对中误差为1/×10,平均边长相对中误差为1/×10,二者几乎无不同,且都符合四等城市测量规范的要求。
E 效率比较
一个GPS网中,在测量点数、GPS接收机数和平均重复设站次数肯定后，完成该测量所需的理论最少观测期数就可以够肯定。可是，当依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量，所需的观测期数与理论上的最少观测期数会有所不同，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(e)。[2]
设GPS网中点的个数为n,用m台接收机进行观测，则该网的最少观测期数为
[11]
如重复设站率以R表示，则理论观测期数为
R≥2
网的效率指标概念如下:
式中，是理论设计效率,是实际效率，e是总效率。
按照以上公式,可计算出方案一的靠得住性为:
=, =1,e=
方案二的靠得住性为:
=, =1,e=
显然,方案二的靠得住性例如案一略好。
从以上分析能够看出,方案二例如案一花费少,技术指标相差不大,精度都能知足要求,所消耗的人力、物力、财力、时刻都例如案一少,所以,方案二例如案一要优,故本设计选择方案二。
所选方案的精度分析
按照所选方案的独立基线边组成的GPS网成图(图3-4),统计出该网中有38个控制点,其中5个为已知;57条基线。
图3-4 选定方案的独立基线边组成的GPS网
GPS控制网设计时，能够在WGS84坐标系统下进行控制点三维精度估算，然后应用精度转换公式转换到二维，也能够直接估算控制点的二维精度。在这里咱们用直接估算控制点二维精度的方式。
设有二维基线向量观测值33个,，其相应的误差方程式系数阵为
(1)
式中与是单位矩阵，对应于第i点未知数和第j点未知数，其余未知数前的系数为零。
二维基线向量观测值的权阵,能够按照GPS接收机的标称精度求得，具体方式为
按照标称精度计算GPS的边长方差，其计算公式为
(2)[1]
式中a ,b别离是GPS接收机边长测量固定误差和比例误差因子，s是基线长度。
因为:
(3)
因为在GPS测量中,方向误差主如果由点位误差引发的,所以在这里咱们把方位误差忽略不计,则有微分关系式
(4)
按照协方差传播律，可求得基线向量观测值的协方差阵:
(5)
式中,是基线近似坐标方位角，(3)到(6)式省略了下标“ij”。
设单位权方差为4km，则,本设计所用的GPS的标称精度为5mm±1ppm ,则为41。因此基线的权为
(7)
有了误差方程式和,就可以够组成法方程子阵
未知数的方差阵为
按照能够计算各待定点的坐标中误差和点位中误差,见表3-4:
表3-4 GPS网精度估算功效表
点号坐标中误差（mm）点位中误差(mm) 点号坐标中误差（mm）点位中误差（mm）
1 X
20
X y y
2 X
21
X Y Y
3 X
22
X Y Y
4 X 0
0 23
X y 0 y
5 x
24
x y y
6 X
25
X y y
7 X
26
X Y Y
8 X
27
X Y Y
9 X
28
X y y
10 x
29
x 0
0 y y 0
11 X
30
X 0
0 y y 0
12 X
31
X Y Y
该表中带边框的点号为已知点，从表中咱们能够看出，该网的最大点位误差发生在12号点上，中误差为;最小点位误差发生在36号点上，中误差为。这里的点位误差偏小，分析其原因是，这里咱们没有考虑已知点的点位误差。
选点与埋标
选点
由于GPS测量观测站之间不必然要求彼此通视,而且网的图形结构也比较灵活,所以选点工作比常规控制测量的选点要简便。但由于点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和保证测量结果的靠得住性有着重要的意义,所以在选点工作开始前,除搜集和了解有关测区的地理情形,决定其适宜的点位外,选点工作还应遵守以下原则:
1 点位应设在易于安装同意设备、视野开阔的较高点上;
2 点位目标要显著,视场周围15º以上不该有障碍物,以减小GPS信号被遮挡或被障碍物吸收;
3 点位应远离大功率无线电发射源(如电台、微波站等),其距离不小于200m;远离高压输电线和微波无线电信号传送通道,其距离不得小于50m。以避免电磁场对GPS信号的干扰;
4 点位周围不该有大面积水域或不该有强烈干扰卫星信号同意的物体,以减弱多路径效应的影响;
5 点位应选在交通方便,有利于其他观测手腕扩展与联测的地方;
6 地面基础稳固,易于点的保留;
7 选点人员应按技术设计进行踏勘;在实地按要求选定点位。当利用旧点时,应对旧点的稳固性、完好性,和觇标是不是安全、可用性进行检查,符合要求方可利用。
标志埋设
GPS网点应埋设具有中心标志的标石，以精准标志点位。点的
标石和标志必需稳固、牢固以利长久保留和利用（如图3-5）。
在基岩露头地域，也可直接在基岩嵌入金属标志。每一个点位
标石埋设结束后，应按表3-5填写点的记录, 并提交以下资料：
(1)点的记录。
(2)GPS网的选点网图。
(3)土地占用批准文件与测量标志委托保管书。
(4)选点与埋石匠作技术总结。
点名应向本地政府部门或群众进行调查后肯定，一般取村名、山岗名、地名、单位名。利用原有旧点时，点名不宜更改，点号编排(码)应便于运算机计算。
表3-5 GPS点点之记
日期：年月日记录者：绘图者：校对者：
点
名及种类GPS点
点
土质
号
相邻点（名﹑号﹑
里程﹑通视否）
标石说明（单﹑
双层﹑类型）旧
点
旧点名
所在地
交通路线
所在图幅号概略位置
X Y
L B
外业观测
外业作业原则
进行GPS控制测量作业设计时，一方面要考虑经济问题，目的在于缩短野外作业时刻，节约资金，使测量费用指标达到最优。另一方面，要有较多的多余观测，以提高观测功效的精度和靠得住性。同时还必需考虑各待测点的点位精度的均匀性和各观测时段的独立性。基于这些因素，咱们的作业设计原则是：
a GPS网中各待测点的设站次数应相同；
b优先测量点间距离较近的点，同时沿最短距离欠站；
c 应该联测相距较远的高品级已知点；
d GPS网中各待测点每次重复设站都利用不同的同意机。
观测时段的选择
GPS卫星的观测是待GPS卫星离开地平线必然的角度才开始的，高度角愈小，愈有利于减小三维位置图形强度因子- PDOP值。但卫星高度角愈小，对流层影响愈显著，测量误差随之增大。总之，若PDOP值愈大，说明观测条件愈差。因此，要按如实际情形选定最佳值。GPS定位精度与能同步跟踪的卫星数有相当重要的作用，若接收机有观测到五颗卫星以上的能力，就可以把所有可能观测到的卫星都锁定进行跟踪观测。虽然GPS卫星星座共计24颗(其中21颗为可用于导航的卫星，3颗为活动的备用卫星)，在地球表面上任何地址、任何时刻，在高度角15°以上都可同时观测到6颗卫星。但对于一些接收条件差，基线
向量相对较长的基线，如何保证同步跟踪卫星数，就需要分析星历预报与实地结合的原理选定最佳观测时段，以确保工作顺利进行，减少作业返工量。大同矿区星历预报如下(图3-6):
在选择最佳时段时尽可能避开卫星频繁起落时段，图表分析得知在9:30至10:00、4:45至5:30之间频繁的起落，虽能保证卫星数，但很难长时刻锁定卫星；另外在8:00至9:30卫星数不足4颗。这在观测条件差的测站就很难保证精度，因此应尽可能避开;按照星历预报的图表分析得知在5:00至8:00、10:00至16:30时刻段能保证稳固地5颗以上卫星数，对于一天的作业而言也便于开展
图3-6大同矿区星历预报
工作。所以选定现在段为最佳观测时，应充分利用。另外,还要与实地结合，按照矿区地形分析现在段卫星所处的方位，结合实际情形制定方案。
外业作业方案(见表3-6)
表3-6 GPS控制网外业观测方案
观测工作的主要技术指标(见表3-7)
表3-7 四等GPS相对定位测量的主要技术规定
数据处置
GPS测量数据处置大体步骤：粗加工、预处置、基线解算平差处置、坐标转换和高程转换。这里咱们只简单介绍粗加工和预处置。
粗加工
l 原始观测数据的下载。
在进行基线解算之前，第一需要从接收机上下载原始的GPS观测值数据,至少应当有：观测值文件；星历参数文件。有些接收机还另外列出了测站信息文件、电离层参数和UTC 参数文件。
l 外业输入数据的检查与修改。
在读入了观测值数据后，就需要对观测数据进行必要的检查，检查的项目包括：测站名、点号、测站坐标、天线高等。
数据预处置
为了取得GPS观测基线向量并对观测功效进行质量检核，第一要进行GPS数据的顶处置，按照预处置结果对观测数据的质量进行分析并做出评价，以确保观测功效和定位结果的预期精度。
GPS网数据处置分基线向量解算和网平差两个阶段。各阶段数据处置软件均采用随机所带软件。处置的主要内容有:
l GPS卫星轨道方程的标准化。
其目的是解决因星历数据来源、时段不同而产生的不同卫星轨道方程。
l 时钟多项式的拟合和标准化。
l 观测值文件的标准化：各接收文件的记录格式、类型、项目、采样率、数据单位应统一。
l 对观测值进行各类模型更正。
l 双频观测相位线性合成为单频观测值。
l 平均计算每一个观测点的伪距定位坐标。
4 结束语
综上所述,网的优化设计，就是以实际设计效率高而且花费少为原则。在能保证明测网质量要求的前提下以最经济为原则，这就要合理地肯定重复设站率和具体地分派网点上的重复设站次数。
1. GPS技术用于矿区测量控制网的成立或改造,具有周期短、精度高、经济适用的长处;
2. 利用GPS能够一次布网,统一整体平差,便于整个矿区坐标系的统一;
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。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是搜集各监控站对GPS卫星的全数观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟更正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主如果在每颗卫星运行至上空时把这种导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星天天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。
E级GPS平面控制网技术设 计书 1、概述 本次gps平面控制测量任务和作业容是位于北部松花江主航道北侧，为配合本次控制测量课程设计任务，需在江心岛开发区约4.2平方公里的测区围建立E级GPS平面控制网。 2、测区自然地理概况和已有资料 2.１、测区自然地理概况 测区位于省市北部松花江主航道北侧，是松花江泛洪区自然形成的梭形岛，为河漫滩湿地。该岛地理位置优越,南北与市区相望,西隔宾洲铁路桥与太阳岛相望。 测区东西长约4.5公里，南北最宽约1.3公里，面积达4.2平方公里，平均海拔115米，位于松花江中游，属中温带大陆性季风气候，冬长夏短，全年平均降水量569.1毫米，降水主要集中在6-9月，夏季占全年降水量的60%。四季分明，冬季1月平均气温约零下19度；夏季7月的平均气温约23度。 测区围： 测区地理坐标为东经：126度37分—126度40分北纬：45度48分 实测围呈不规则形状，围面积约4.2平方公里。 2.2、测区已有资料成果情况 测区有google earth卫星遥感图一幅，该图可供图上选点。此外，测区有校区控制三角点2个，其数据如下： 3、测量技术设计依据 （1）GB-T-18314-2009《全球定位系统(GPS)测量规》 （2）CJJ 73-97《全球定位系统城市测量技术规程》 （3）CH 1002-95《测绘产品检查验收规定》 （4）CH 1003-95《测绘产品质量评定标准》 （5）CH / T1004《测绘技术设计规定》 （5）CJJ -8-99《城市测量规》 4、使用仪器 本次测量采用的GPS接收机型号是南方北极星GPS 9600，该GPS仪接受的信号是L1-C/A
GPS控制网优化设计 [摘要]控制网的优化设计，是在限定精度、可靠性和费用等质量标准下，寻求网设计的最佳极值。根据GPS控制网的特点，解决其优化设计问题，减少布网和施测的盲目性，具有一定的经济效益和社会效益，是本文的主要目的。本文应用VB编程，利用解析-模拟算法，对一个实例网进行优化设计，确定了其最优布网方案，并得到了一些有益的结论。 [关键字]GPS 控制网优化设计 0 引言 控制网的优化设计，是在限定精度、可靠性和费用等质量标准下，寻求网设计的最佳极值。与传统控制网相似，GPS网的设计也存在优化问题。但是，由于GPS测量无论是在测量方式上，还是在构网方式上均完全不同于传统控制测量，因而其优化设计的内容也不同于传统的优化设计。根据GPS控制网的特点，解决其优化设计问题，减少布网和施测的盲目性，具有一定的经济效益和社会效益。 1 GPS控制网的优化设计 GPS网的优化设计主要归结为两类内容的设计。一类是GPS网基准的优化设计，包括位置基准的设计、尺度基准的设计和转换基准的设计；另一类是GPS 网图形结构强度的优化设计，包括网的精度设计和网的可靠性设计。 1.1 GPS网的精度设计 精度是用来衡量网的坐标参数估值受观测偶然误差影响程度的指标。网的精度设计是根据偶然误差传播规律，按照一定的精度设计方法，分析网中各未知点平差后预期能达到的精度。对于GPS网的精度要求，较为通行的方法是用网中点之间的距离误差来表示，其形式为 式中，σ为网中点之间距离的标准差（mm），a为固定误差（mm），b为比例误差系数（10-6），d为两点之间的距离（km）。 GPS控制网设计时，可以在WGS84坐标系统下进行控制点三维精度估算，然后应用精度转换公式转换到二维，也可以直接估算控制点的二维精度。 1.2 GPS网的可靠性设计 GPS网的可靠性概念与传统控制网的可靠性概念一样，是用于衡量网辨别粗差、抵抗粗差影响能力的度量指标，也分为内可靠性指标和外可靠性指标。 对于GPS网，定义下式为网的平均可靠性指标：
关于城市GPS控制网的布设方案及优化设计措施探讨摘要：随着gps测量技术的迅速发展及其在测绘领域的广泛应用，gps控制网的优化设计越来越受到重视。控制网优化设计的目的就是在各种设计方案中选择即可满足精度、可靠性要求,又能使整个建网费用最少。文章在总结了gps网特点及优化设计原则，如可靠性、精度及经济性等方面特点，提出了gps控制网的优化设计的措施。 关键词：gps控制网；布设方案；优化设计 abstract: with the gps measurement technology and the rapid development in the field of surveying and mapping application, gps control network optimization design has been paid more and more attention. optimal design of control network is designed in a variety of design alternatives can satisfy the accuracy, reliability, and can ensure that the whole network construction cost at least. the paper summarized the characteristics of gps network and optimized design principles, such as reliability, accuracy and economy of characteristic, put forward gps control network optimization design measures. key words: gps control network; design scheme; optimization design
GPS控制网的优化设计 摘要：gps网的优化设计主要归结为基准优化设计和图形结构强度的优化设计，其中图形强度设计包括控制网的精度、网的抗粗差能力和网发现系统误差能力的强度。本文通过算例分析对控制网精度进行优化处理，证明gps网精度主要受网中各点出发基线的数目及其权阵的影响，并与观测值权相关甚小。 关键词：gpsgps网优化设计优化处理 abstract: gps network optimization design of the main boils down to benchmark optimization design and graphic design optimization of structure strength, including graphic strength design including control of precision, nets of net of gross error ability and nets found the system error the strength of the ability. this article through the analysis of the example to control the nets precision optimized, prove gps network precision in the mainly by the nets start at baseline and arrays of the right number of influence, and observation and related rights is very small. keywords: gps gps network optimization design optimization 中图分类号：s611文献标识码：a 文章编号： 引言
清远市地籍测量中GPS—D级控制网的设计与建立 结合清远市GPS控制实例，实施了从图上设计到GPS外业、再到GPS数据处理及精度分析的整个过程。 标签：GPS控制网；基线解算；误差分析 引言 通常将应用GPS卫星定位技术建立的控制网称为GPS网。从目前的情况看，大致可以将GPS网分为两大类：一类是国家或区域性的高精度GPS控制网；另一类是局部性的GPS控制网。尽管GPS测量具有精度高、速度快等优越性，但为了得到可靠的观测成果，也必须有科学的技术设计，严谨的作业管理和工作作风，而且GPS测量也必须遵循一些统一的规范。 1 测区概况简述 为满足清远市城市规划建设和加强土地管理的需要，做好城区地籍测量和地籍调查工作，清远市国土资源局拟在清远市城区范围内布设高等级地籍控制网。清远市城区地处东经112°58′至113°09′、北纬23°30′至23°46′之间，地势由东向西倾斜，北部为平原及丘陵、山地。北江沿岸多为冲积平原。市区交通较为方便，107国道贯穿市区。 2 GPS控制网设计与建立 （1）图上设计。在该测区原有1：1万的地形图上，根据测图标准和精度要求，综合测区实际地形、地貌，在室内作出图上设计。 （2）踏勘、定点、埋石。图上设计完成后，应携带图上设计图形到实地探勘，根据GPS测量应注意的原则在实地大概位置选定观测点，并埋石以备后用和防止破坏。 （3）完善图上设计。根据原有图纸的现势性，结合目前地形的变化，为有利于GPS的实测，可以适当调节、改动图上设计。对已有控制点可以采纳利用，但必须对其已知数据作出必要的检核。 （4）网形设计图。根据图上设计和实地调整的结果，在原有图纸上优化生成设计网形。其目的是实时检核GPS外业有无出现漏测的现象和在突发情况下的紧急处理（例如标石被意外破坏等）。图1是清远市GPS控制网，圆形点表示该点坐标已知。控制网为网状图形，共有59个控制点，27个同步环，4个异步环。 （5）外业观测。外业采用相对静态定位。GPS外业数据采集使用3台Trimble
GPS控制网的优化设计 GPS控制网在测绘应用中起到了至关重要的作用，不仅提高了测绘的准确度，还降低了成本。本文着重探析了GPS控制网高效率、精准性、可行性及低成本的原则，分析了如何优化其控制网的设计类型，阐述了优化GPS控制网技术的方法，确定了控制网的网型，研究GPS控制网优化设计的具体步骤。 标签：测绘GPS 控制网网型 1前言 随着现代测绘事业的不断发展，GPS控制技术在测绘领域的发展中起到了不可替代的作用。传统的测绘技术成本偏高且准确性低，大大加重了操作人员的工作压力，GPS测绘技术不仅精准度高，可行性强，还能提高效率，节约资源。为了将GPS技术发挥出最大的优势，人们在不断的优化其控制网的设计，以此不断提高测绘的精准度和可行性，保证测绘工程工作的顺利完成。 2 GPS控制网设计原则及思路 2.1高效率高精度原则 在进行GPS控制网优化设计时，要坚守高效率原则，这就要参照GPS控制网中相应的各项效率指数，对现有方案进行合理的设计，此外，还要分析控制网的总布置时段和消耗额度，明确设计方向以此提高控制网的整体效率。GPS控制网技术之所以受到测绘行业的欢迎，其高精准度特性是原因之一，作为测量工作的基础，在进行优化设计GPS控制网时，首先要对控制网的网型结构进行分析，利用坐标方差，针对其网型设计并确定控制网的矩阵。简单的来说就是利用协方差阵分析控制网，并确定控制网整体的精度标准参数，同时在设计和运用时利用角度方位之间的平方差或者标准差以及两点之间的距离进行比较计算，从而保证GPS控制网的精准度。 2.2可靠性低成本原则 坚持GPS控制网的设计原则是保证GPS控制网质量的前提。GPS控制网的可靠性分为外部和内部可靠性两种。抵御能力粗差的为外部可靠性，观察能力粗差的主要指内部可靠性。设计GPS控制网时，η作为控制网可靠性数值表示符号，η=J单/J整.，即单个网络为单独性的基线数值与整体网络为单独性的技术数值的比值[1]。比较分析GPS控制网的可靠性数值，能够准确的体现出GPS的可靠性，并对其进行较直观的分析。控制网的布网环节是决定GPS控制网优化设计质量的关键，在进行布设时不仅要严格控制成本还要保证GPS控制网的精准度。GPS 控制网的总点数和其重复频率关系到控制网布设的成本高低，设接收控制网的观测设备所需要的平均成本为T，根据公式T=Cmin既可以算出控制网布设的总成本。从此公式我们可以看出GPS控制网进行处理数据共有两个环节，并且其分
第三节GPS控制网的建立与技术设计 一、GPS控制网的建立 通常将应用GPS卫星定位技术建立的控制网称为GPS网。与常规方法相比，应用GPS卫星定位技术建立控制网的主要特点是： 1．采用相对定位方法，即若干台GPS接收机同步观测，确定各点之间的相对位置，并采用载波相位测量，从而得到高精度的测量结果。 2．GPS测量不要求各点之间互相通视，使得控制点的点位选定灵活方便。 3．GPS测量可以全天候进行，不论白天黑夜或晴天雨天，均能正常工作，使得测量工作更具有计划性。 4．观测时间短，当测站之间的距离小于30km时，同步观测1～2h便可得到较好的观测成果；当测站之间的距离小于10km时，还可采用快速定位方法，观测时间可以缩短为10—20min，甚至更短。 5．GPS测量的观测数据是自动记录的，GPS基线向量的计算和GPS网的平差计算的自动化程度很高。 目前大致可以将GPS控制网分为两大类： 一类是国家或区域性的高精度的GPS控制网。（相邻点的距离通常是从数千公里至数百公里），其主要任务是作为高精度三维国家大地测量控制网，以求定国家大地坐标系与世界大地坐标系的转换参数，为地学和空间科学等方面的科学研究工作服务；或者是对GPS网进行重复观测，用以研究地区性的板块运动或地壳形变规律等问题。 另一类是局部性的GPS控制网，包括城市或矿区GPS控制网，或其它工程GPS控制网。一般来说，这类GPS网中相邻点间的距离为几公里至几十公里，其主要任务是直接为城市建设或工程建设服务。 GPS控制网的建立按其工作性质可以分为外业工作和内业工作两大部分。 外业工作主要包括选点、建立测站标志、野外观测作业等； 内业工作主要包括GPS控制网的技术设计、数据处理和技术总结等。 也可以按工作程序大体分为GPS网的技术设计、仪器检验、选点与建造标志、外业观测与成果检核、GPS网的平差计算以及技术总结等若干个阶段。 尽管GPS测量具有一些优越性，但为了得到可靠的观测成果，也必须有科学的技术设计，严谨的作业管理和工作作风，且GPS测量也应遵循统一的规范。 二、GPS控制网的技术设计 1．GPS控制网技术设计的一般原则 （1）充分考虑建立GPS控制网的应用范围； （2）采用分级布网的方案； 为提高GPS网的可靠性，各级GPS网必须布设成由独立的GPS基线向量边(或简称为GPS边)构成的闭合图形网，闭合图形可以是三边形、四边形或多边形，也可以包含一些附合路线，GPS网中不允许存在支线。 2．GPS网技术设计的依据 （1）GPS测量规范(规程) ①1992年国家测绘局发布的测绘行业标准《全球定位系统(GPS)测量规范》，以下简称《规范》； ②1998年建设部发布的行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》，以下简称《规程》； ③各部委根据本部门GPS工作的实际情况制定的其它GPS测量规程或细则。 （2）测量任务书 测量任务书或测量合同是测量施工单位上级主管部门或合同甲方下达的技术要求文件。这种技术文件是指令性的，它规定了测量任务的范围、目的、精度和密度要求，提交成果资料的项目和时间，完成任务
GPS控制网的优化设计 摘要 随着GPS 观测技术的快速发展及其在测绘领域方面的广泛应用，GPS 控制网的优化设计也得到了人们越来越多的关注。在布网方案和平差模型这两个方面，GPS 控制网与经典控制网之间存在着很大的不同。本文对GPS 控制网的设计理论进行了简单分析，针对设计的一些具体要求，对GPS 控制网优化设计的原则、步骤及设计方法进行了详细的阐述，给出实际的设计方案，指出在实际操作时，应结合实际情况合理的布设控制网，并同时考虑到可靠性、精度、效率、成本等因素，寻求最佳方案。 该论文有图10幅，表10个，参考文献11篇。 关键词：GPS控制网布设原则优化设计精度估算
Optimal Design of GPS Control Network Abstract With the rapid development of GPS observation technology and its wide application in terms of mapping, optimization design of GPS control network has been more attention. In the fabric of peace difference model net programs are different from the classical aspects , it has a big difference between GPS control network with the classic control network. The paper analyzes the design principle for GPS controlling network，has the detailed introduction for the principles，the steps and methods of the optimization design of GPS controlling network according to the factual requirement for the design of the controlling network，and points out the net-laying should be reasonable by combining with factual situation and the reliability，the accuracy and the efficiency cost should be considered in the factual operation process，so as to find the best programme． Key Words:GPS control network arrangement principle optimal design accuracy estimation
神华国能伊犁热电联产2×350MW燃煤发电工程 厂区控制网施工技术措施 批准 审核 编制 中国能源建设集团山西国源电力检测有限公司 二〇一六年五月
目录 一、工程概况 (1) 二、测量依据 (1) 三、组织机构 (1) 四、相关要求 (1) 五、作业程序及步骤 (2) 六、作业所需要的工具、材料 (8) 七、施测人员资格及要求： (9) 八、质量检查： (9) 九、安全文明施工保证措施： (10) 十、控制网的保护管理措施： (10) 十一、环境保护措施： (10) 附图表 (10)
厂区控制网施工技术措施 一、工程概况 1、目的任务 国网能源伊犁煤电有限公司2×350MW热电联产项目现因厂区2009年11月所布设的九个控制点被破坏（现存一个控制点K9，精度未知），需要厂区平面控制网及高程控制网在原厂区控制点基础上进行控制网的重建。 厂区2009年所设平面控制网等级为GPS网E级，高程控制网等级为一级。采用坐标系为1954北京坐标系 (高斯投影3度27带,中央子午线81°),1956黄海高程系。 重建的控制网采用与厂区原有控制网一致的坐标高程系统。平面控制等级为四等（GPS 网D级），高程控制等级为水准三等。 2、人员组织 二、测量依据 1、《电力建设施工质量验收及评定标准（第一部分：土建工程）》（DL/T5210.1-2012）； 2、《工程测量规范》（GB50026-2007）； 3、《全球定位系统(GPS)测量规范》（GBT 18314-2009）； 4、厂区原设控制点资料； 5、厂区总平面及竖向布置图。
2.根据总平面图和有关施工图纸，结合测量控制网及现场条件确定定位放线和高程控制方法。 3.根据建筑物的平控制，按建筑物、构筑物特点，布置成三角网。 4.测量过程中要加强复核工作并做好外业数据记录。测量工作结束后，及时做好资料整 理。 5.施测仪器须具有合格检定证书，施测前要进行校核，满足精度要求方可使用。 6.厂区控制网施测过程应联测原有控制点，并对原有控制点的数据进行改正。 7.建筑物控制桩点位的选定应符合下列要求: 根据本工程的实际情况和条件，控制网布设6个控制桩成布置成三角形网。控制桩点位应选在土质坚实、稳固可靠的地方，同时要有利于加密和扩展，每个控制点至少应有一个通视方向，且不得布设在地下设施及施工机械行走的范围内；控制桩采用混凝土桩,埋设深度超过冻土层。点位挖深至坚硬土质处，埋设深度2m，根据施工工期，使得点位稳定性能满足要求。 五、作业程序及步骤 1．根据总平面布置图，绘制坐标控制网数据施工简图。 2．现场踏勘，并选择施测方法，通知施工工地清除影响测设的一切杂物。 3．根据工程精度要求选择所用的仪器、工具、材料。 4．卫星定位测量控制网施测步骤： 4.1以已有的高等级国家GPS站点、水准点的数据作为本工程控制网的起算数据。四等GPS测量控制网的主要技术要求应符合《工程测量规范》（GB50026-2007）表3.2.1的规定。 4.2内业选点。具体要求： a)应便于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的髙度角不宜超过15°。 b)远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于200 m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不应小于50m。 c)附近不应有强烈反射卫星信号的物件(如大型建筑物等）。 d)交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测。 e)地面基础稳定，易于标石的长期保存。 f)充分利用符合要求的已有控制点。 g)选站时应尽可能使测站附近的局部环境(地形、地貌、植被等)与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差。 4.3选点作业。具体操作及注意事项：
GPS网型优化设计 摘要:本文重点论述了 GPS控制网的最优设计，以及 GPS控制网的构造特 征与构造方式，以及 GPS控制网的网型设计的基本原理。 网络优化的目标是从众多的网络结构中选出既能满足精度要求，又能满足可 靠性要求的网络结构。因此，对 GPS网络中的基准优化及可行性分析进行了探讨，并对 GPS网络的优化方案进行了阐述。本文还对典型网络的性能指标进行了分析，提出了典型网络的性能指标，并对其进行了分析。并在此基础上，对 GPS网络的 优化方案进行了探讨。 关键词:GPS 网型优化网型设计 引言:在 GPS控制网络的优化设计方面，国内外的相关文献和文献都有较多，其优化设计的方式也多种多样，因此，要想获得最佳的设计方式，使得整个优化 的流程变得更加简单、快速，就必须在 GPS控制网络的优化设计方面进行深入的 探讨。 为求解控制网优化的难题，得到布网方案，控制网优化的方式，本文从控制 网优化的角度出发，通过一个例子加以说明。 一、测区概况 本项目振兴路跨桥梁位于濮阳新区东、西龙湖的连接渠上。周边规划用地性 质为行政办公、商务设施、居住用地、绿化用地。桥梁定位为跨越景观水系的景 观桥。由于连接渠现已形成规划断面并注水，现状河道顶宽约200 米。经过和新区、市规划局两次汇报和甲方多次沟通，考虑桥梁的景观效果，保留现状河道断面，取桥梁长度210 米。在濮阳示范区新区东、西龙湖的连接渠上后期还有两座 桥梁的工程、示范区主次干道工程及规划附属工程，形成一片区域性质的片状控 制网。
二、控制网情况 1、工程小组依据由甲方和设计单位提出的A001,A002,A003,A004等初始控 制点，对其进行了实地测量，并对其进行了稳定评价。通过对该方案中的关键节 点的重新测定，达到了《工程测量规范》的精确标准。 2、在濮阳示范区里的所有规划施工均以4个控制点为基准起算点。 3、根据现场施工的要求对控制网进行了，加密点为8个WH01、WH02、WH03、ZX01、ZX02、ZX03、ZX0 4、ZX05。 4、基于“濮阳示范基地”“长远发展”的总体思路和“长远发展”的总体 要求，本项目拟以“濮阳市示范基地”项目为研究对象，以“中心经 114°00'00”、“射平面”为基本单位，以“54”北京”为基本单位，构建“中 心经向114'00'00'”的“自主座标体系”，并以此为基础构建“示范基地”的 “自主座标体系”。 三、布网方案与网型优化 1、GPS控制网网形设计的一般原则 在进行 GPS工作之前，要想出一个相对切合实际的、能够达到某种精确度和 可靠性要求的网络布局方案，这就是 GPS网络的最优选择，因此，网络形状的基 本原理是这样的： (1)在构建 GPS控制网络时，要对其适用区域进行全面考察。在项目中使用GPS网络时，既要同时兼顾到勘察和设计的需求，也要兼顾到在施工和放样时的 需求。在城区 GPS的监控中，应充分利用好最近的工程与计划；另一方面，也要 从长远角度出发。该系统还可以针对实际需要对 GPS网络进行扩充。 (2)应用层次化的网格布局方法。对 GPS网络进行合理的分层布置，既便于 按地区的短期需求及长期发展分期布置，又能保证整个网络的构造是长、短边界 的有机统一。相对于整个国家都是用短边组成的全站网络，它不仅能有效地降低 网络边界上的错误累积，而且还能使 GPS网络资料的整理与结果的检验更加方便。
G P S控制网优化设计 Document number【AA80KGB-AA98YT-AAT8CB-2A6UT-A18GG】
G P S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。 ②在做GPS控制网时，我们要避免自由基线的存在，因为自由基线不具备构成闭合图形，不具备发现粗差的能力，我们要保证有一定量的多余观测数，保证一定量独立设站数，或复线基线数，提高网的精确性和可靠性。 ③要控制闭和环和附和导线条数不宜过多。两条基线夹角不易过小，以确保检核条件，提高网的可靠性。 在常规测量中对控制网的网形设计是一项非常重要的工作。而在GPS网形设计时,因GPS同步观测不要求通视,对测站点间相互的边角也没有过高的限定,所以其图形设计具有较大的灵活性。根据不同的用途,GPS网的图形布设通常有: ①点连式、②边连式、③网连式、④边点混连式四种基本方式。 选择什么样的网,要全方位的权衡,主要取决于工程所要求的精度、野外条件、作业工期及工作效率等因素。 4.GPS网的精度设计
1.1.1 GPS 测量按精度应划分为AA、A、B、C、D、E 级，布网时可以根据控制测量的精度要求逐级布网。B 级主要用于局部变形监测和各种精密工程测量，也可以作为建立国家空间大地测量控制网的基础。 1.1.2 各级网相邻点间弦长精度应按公式1.1.1 计算 σ= a2 +(b.d) 2 (1.1.1) 式中σ——基线弦长标准差(mm) a——固定误差(mm) b ——比例误差(mm/km) d ——相邻点距离(km) 1.1.3 各等级网的精度指标应满足表4.1.3 的规定。 精度分级表1.1.1 等级固定误差a (㎜) 比例误差系数 AA ≤3 ≤0.01 A ≤5 ≤0.1 B ≤8 ≤1 C ≤10 ≤5 D ≤10 ≤10 E ≤10 ≤20 1.2.1 控制网设计应视其目的，预期达到的精度，作业时卫星的可见性，成果的可靠性，以及参加作业的接收机台数，交通等后勤条件，按照优化设计的原则进行。
1.2.2 控制网的设计应满足下列准则： (1) 精度设计应满足表1.1.1 中相应等级的指标； (2) 按下式计算的网的平均可靠率r 应大于0.25 ~ r r (1.2.2) n 式中 r ——控制网中多余观测数； n ——控制网中的总观测数。 (3) 基准设计应满足投影变形限值的要求。 1.2.3 控制网应由一个或者若干个独立观测环构成。当网的可靠性 和精度要求较高时，宜采用三角形网或者大地四边形网；当精度要 求较低时,可采用四边形网、导线环、附合路线或者包括这些布网 形式的混合网。普通不得用单基线定点。 1.2.4 AA、A、B 级控制网普通应布设成连续网，除边缘点外，每 点的连接点应不少于3 个。 1.2.5 控制网同步图形之间的连接应采用边联式或者网联式。当精度 要求不高时，也可采用点联式布网，但应加强全网定位结果的检核，防止粗差浮现。 1.2.6 控制网最简独立闭合环或者附合路线边数应符合表 1.2.6 的 规定。 最简独立环或者附合路线边数的规定表 1.2.6 等级 闭合环或者附合路线边数 E ≦10 D ≦8 A ≦5 C ≦6 B ≦6
第五章GPS卫星定位网技术设计习题 〈习题1〉 GPS测量定位的技术设计包括哪些内容？ 〈习题2〉 为什么要对GPS控制网的精度、密度及基准进行设计?并说明各自的作用。〈习题3〉 试述GPS控制网图形设计原则，并说明GPS控制网优化设计的目的和作用。〈习题4〉 GPS测量定位技术设计及技术总结包括那些内容？。 〈习题5〉 试比较常规控制测量与GPS控制测量的优缺点。 〈习题6〉 试述GPS网参数计算方法，并分析GPS网站址设计原则。 〈习题7〉 试述GPS网布设模式与特征，并分析说明各种模式适用条件。 〈习题8〉 试述GPS观测纲要设计内容，并详细说明各项设计基本方法。 〈习题9〉 试说明GPS在控制测量中的应用前景。 〈习题10〉 试论述GPS测量技术应用于精密工程测量的优缺点。 〈习题11〉 你认为GPS测量技术应用于变形监测中应注意哪些问题？
第六章GPS卫星定位网技术设计答案 习题一参考答案： 主要有以下内容： GPS控制网的精度、密度设计； GPS控制网的基准（位置及尺度基准）设计； GPS控制网的网形设计。 习题二参考答案： 总言之：因为GPS控制网的优化设计是实施GPS测量的基础性工作，也就是在网的精度性、可靠性和经济性方面，寻求GPS控制网设计的最佳方案，而根据GPS测量特点分析可知， GPS 网需要以一个点的坐标为定位基准，而此点的定位精度高低直接影响到网中各基线向量的精度和网的最终精度。同时由于GPS网的尺度含有系统误差以及同地面网的尺度匹配问题，所以有必要提供精度较高的外部尺度基准。又由于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。因此而提出了GPS网形结构强度的优化设计的概念，讨论增加的基线数目、时段数、点数对 GPS网精度、可靠性、经济效益的影响。同时经典控制网中的三类优化设计，即网的加密和改进问题，对GPS 网来说，也就意味着网中增加一些点和观测基线，故仍可将其归结为对图形结构强度的优化设计。 意义： 1.由于测量目的的不同，具体要求也会有很大的区别，在国标中将GPS按其精度划分为 六个精度级别。而正因为实际测量时的目的、趋于方向的不同，精度要求就有所不同，所以需 要根据具体测量的情况、要求来选择精度，也就是要对GPS控制网的精度设计。 2.度设计的必要性是与精度设计的必要性一样的，是要根据具体的任务、服务对象和要 求，具体实现对GPS点的布设的，同样密度设计尤其必要性。 3.GPS测量获得的GPS基线向量，它属于WGS-84坐标系的三维坐标，而实际我们需要的 是国家坐标系和地方独立坐标系的坐标。所以在GPS网的技术设计中，必须明确GPS成果所采 用的坐标系统和起算数据，即明确GPS网所采用的基线即基准设计。 （准设计又包括：位置基准、尺度基准和方位基准。 GPS基线向量解算中作为位置基准的固定点误差是引起基线误差的一个重要因素，使 用测量时获得的单点定位值作为起算坐标，由于其误差可达到数十米以上，所以选用不同点的
摘要 为了改变铁路事业长期低水平徘徊，缓解铁路运输的紧状况，大幅度扩大旅客运输和货物运输能力，现阶段，我国大力倡导发展高速铁路。高速铁路具有速度快、价格公道、运输量大等特点，同时保证安全和舒适性也是发展高速铁路的主要目标。高速列车运营安全和舒适性的首要条件是轨道的高平顺性，它依赖于轨道铺设和养护维修过程中的高质量，则需要应用精密的测量技术。由于任何一种测量工作都会产生误差，所以必须采取一定测量程序和方法，以防止误差的积累。为了解决这个问题，在实际测量中，我们一般先在测区建立控制网，以此为基础，分别从各个控制点开始施测附近的碎部点。因此为了保证高速铁路运营安全和舒适性，亟待我们建立一套系统、合理的精密控制网作业和数据处理模式，为后期线路施工和维护提供保障，进而保证轨道的高平顺性。 本文以高速铁路精密控制测量相关资料、规和理论知识为指导，结合实例，对高速铁路精密工程控制建网技术若干问题进行分析和研究。 关键词：全球定位系统，精密控制测量
ABSTRACT In order to change the railway business has stayed at a Long-term and improves the stress status of railway transportation and substantial increases of passenger and cargo transport capacity, nowadays, our country attaches great importance to the development of high-speed railway. With the fast、fair prices features and high freight volume,it is also a important goal of development of high-speed railway is safety and comfort. The primary condition for High-speed train’s safety and comfort is high ride comfort orbit which depends on the track laying and maintenance of high-quality process, and needs the application of sophisticated measurement techniques. Because of the work of any kind of measurement will have errors, it must be taken to a certain measurement procedures and methods to prevent the accumulation of those errors. To solve this problem, we surveyed the general area before the establishment of control network, and measured detail points nearby from the beginning of each control point respectively in practical measurement. Therefore, in