基础控制测量中GPS控制网的优化策略分析

强亚明

（安徽省核工业勘查技术总院，安徽 芜湖 241002）

GPS系统是一种高精度的全球定位系统，本身具有良好的特性，从其被开发到使用，经过长期发展，其理论和实践都具有一定高度。已经不再局限于地图测绘、地形测量等工作，而是朝着精密工程与海洋测绘领域发展，其本身的效应也在不断应用中日益显著。为了更好的实现GPS控制网在基础控制测量中的布设要求，基于现有的性能进一步进行优化设计，这对于现实测绘工作具有重要的现实意义。

1 GPS控制网定位原理与种类

根据已知点、位置点参数以及设备设置的位置，可以将控制网分成前、侧、后交会的三种结构。GPS系统的定位原理是通过天空运行的卫星与地面点距离进行测量，属于高精度无线电导航系统。GPS定位应用面广泛，测试种类也十分繁杂，通常根据其基础控制测量将其分为伪距和载波相位测量。现阶段GPS静态定位通过定位方式实施观测，并且分别有单差、双差、三差的模式，其中差分结果与计算量有密切关系，差分观测可以有效控制计算中的未知数量，降低测量误差。通过GPS行为系统，接收用户可以根据接收天线的距离作为基本观测量，根据卫星确定坐标，再根据接收机对应的点位参数，对测量进行有效分析。

2 GPS控制网优化设计各项指标标准

对于GPS控制网进行优化设计之前，需要对其优化制定一个标准：即什么是最佳优化控制网；使用优化设计的控制网能否对于实际测量结果产生影响，这对于优化设计具有重要意义。

通常的衡量标准是基于控制量各项精度指标，按照精度、可靠性以及经济等指标进行评价。优化设计也根据上述指标进行设计，对于用途不同的控制网，对其指标的侧重也会适当做出改变。

2.1 精度指标

GPS控制网会存在一些误差，精度指标指的是误差分布的离散程度，通常会用参数方差对离散程度进行描述。

2.2 可靠性指标

GPS控制网的可靠性指标是根据，构成模型产生的误差而提出的理论。其中内部可靠性代表控制网的自检能力；外部可靠性代表的是抵抗残存粗差的能力。进行优化设计时，一般会用可靠率对GPS控制网的可靠性进行评估。

2.3 经济性指标

进行GPS控制网优化设计时，不能光从性能方面考虑，还要结合经济性进行考虑。为满足精度、可靠性这两点需求，经济也需要合理衡量，在设计时，使控制网同时满足经济和精度、可靠性的指标。优化平时测量时，GPS控制网的经济成本。

3 GPS工程控制网的优化设计

3.1 精度评定

GPS控制网的精度评定标准是根据控制网的综合用途，作业时对于定位技术的精准度要求等，精度以临近点间距标准差表示。

3.2 GPS控制网的选择

GPS控制网在应用的过程中，合理设计网型是非常重要的环节。GPS观测无需通视技术，因此需要结合实际的需求、时间等因素进行设计。

（1）点连式。点连式是将临近图形中找到仅有的公共点，进行有效连接，但是连接构成的网型各项能力都较弱，应用性不高。

（2）边连式。边连式在两个临近同步的图形之间找寻公共点，通过基线将两个点进行有效连接。使用边连式进行控制网布设几何强度较高，并且拥有较好的可靠性，可以对测量工作进行自检，及时发现存在的误差问题。

（3）网连式。网连式就是在两个临近的图形之间，寻找到两个以上的公共点，进行有效连接。因为是公共点，连接后的图形也会互相存在一部分相叠的内容，两个图形中各有对方的一部分图形，这种连接方式可以保障良好的作业强度，但是实施效率并不是十分高效。

3.3 GPS网基准设计

GPS网基设计关键要素就是网络位置是否基准，这样能通过网络基准位置提升测绘的精确度。实际实践的过程中可以通过以下四种方式进行处理：固定网络坐标值；在控制网中违逆平差，确保网络位置的精准；综合网络为测绘点选择多个坐标值固定其位置；给予坐标值适当的权[1]。

3.4 GPS控制工程网布设方式

（1）点位分布。测绘区域范围相对较大时，为了保障测绘网点数据的精准度，通过GNSS大地测量来对控制网进行分析，合理进行布设，从而在控制网内形成图形。对于精准度要求较高的情况下，就需要将各个点进行有效连接，使其成为一个边；布设的点在控制网中分布不均匀时，需要分别进行处理。

（2）基线长度对点位坐标精度影响。所测量地质点位会受到边长影响导致精度出现变化，边长长度越长影响越明显，当边长超过40km后，出现的误差非常明显并逐渐扩大，高程也会受到误差波动的影响。这是由于电离层因素会根据基线长度产生不同的影响，基线增长，电离层影响也会随之增大。

（3）已知点分布控制点精度影响。在对GPS控制网进行布设时，需要根据实际的情况合理对各个点进行布设，不同的点对于控制网产生的精准度有直接影响。

3.5 提高可靠性和精度的措施

（1）提高可靠性的措施。通过可靠性指标计算可以分析出基线的相关数据，这有利于测点进一步对增加基线的工作进行处理。进行GPS控制网布设工作时，适当在网中增加观测，可以提升控制网的可靠性。基于相同的控制网上，进行多次观测分析，有助于分析出运行过程中存在的问题。其中一台GPS接收机如果在同一位置观测多次，并且在不同时间段，则需要在不同时间段重置设备，避免误差和人为操作不当等问题。

（2）提高GPS网精度的方法。为了临近GPS之间的精准度，就需要在网中对距离比较近的点实施同步观测。根据观测得出分析结果，确定基线[2]。可以在全面网上布设大框架，再对框架内的点进行分析。测定的时候要保障框架内各个点都是正常运行的状态，选择足够多的水准点，使其均匀的分布在网内。为了提升GPS控制网尺寸的精准度，可以增加观测时段，对布设的点进行向量分析，因此，在实际工程中还需要结合工程实际情况来分析。

4 实验测区控制网优化设计

受我国国土资源局分局委托，为了更好的完成地质工程施工建设，结合所勘查的地质区域实际情况，完成国土资源系统全面使用国家大地坐标系统的目标，对区整个区域实施控制测量。参考GPS测量规范的要求进行布设，施测D级GNSS点50个、E级GNSS点100个，建立地质研究区域2000坐标系统的GNSS（D级、E级）控制网相互转换参数。为求得地质研究区域较为精确的七参转换参数，以四等水准精度联测约5%的GNSS点以检核GNSS拟合高程精度。本文主要研究GPS控制网的网型，选择地质勘查实验点对控制网进行优化，通过对比不同的优化设计方案，选取精确度更可靠的方案。

4.1 设计方案

本次在临川地质研究区域内进行测量和布设，分别采取三种方案进行设计，对比不同方案的效果，择优选择。首先第一种方案，采用了三台GPS接收机，在各个控制网之间采用边连式的方式，对每个子网进行观测；其次方案二，为了提升控制网的可靠性以及精度，采用了四台GPS接收机，同样采用边连式进行观测；最后方案三使用了六台GPS接收机，如图一所示。三种方案的布设区域相同，采用的设备数量不同，每个子网观测两个时段，对比三种方案的结果。

图1 同步观测图型

4.2 设计方案比对分析

根据三种不同的方案，其效果的精度也各不相同，从表1可以看出，方案三的数据明显高于前两种方案。尽管方案二的精度最三种方案中最优秀的，但是从整体效果来看，方案三的方案更加优越，也就是说实际测绘时如果控制网可以保持在方案三的相应指标标准范围内，则说明控制网比较可靠。

表1 三种方案点位精度对比

5 结论

综上所述，通过分析GPS工程控制网对临川区基础控制测量工作进行优化设计。根据相应的理论对精度以及可靠性指标加以分析，对于整体工程施工质量有直接影响。根据当地的实际情况对GPS系统进行合理的布设和分析，通过深入分析布设，进一步优化控制网，提升工作效率，有效降低整体作业的使用成本。在实践中要系统分析控制网，通过优化设计加强GPS的精度控制，对实际测绘有重要意义[3]。