GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路及組網(wǎng)方案優(yōu)選

曹正偉 喬亞奇 于詩(shī)深

（1.天津華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)二四七大隊(duì)；2.內(nèi)蒙古霍林河露天煤業(yè)股份有限公司）

GPS是20世紀(jì)70年代由美國(guó)國(guó)防部研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)高精度、全天候和全球性的導(dǎo)航、定位、定時(shí)的多功能系統(tǒng)[1-4]。為提高GSP組網(wǎng)效率和精度，本研究通過(guò)詳細(xì)分析GSP網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行組網(wǎng)方案優(yōu)選。

1 GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

1.1 GPS網(wǎng)基準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)控制網(wǎng)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)時(shí)，需要考慮到外部配置，即需滿(mǎn)足一定的要求，在優(yōu)化基準(zhǔn)時(shí)，主要通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)點(diǎn)位坐標(biāo)參數(shù)實(shí)現(xiàn)。不同的基準(zhǔn)選擇，會(huì)直接影響組網(wǎng)精度。GPS網(wǎng)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)主要包含GPS網(wǎng)基線(xiàn)向量解中的位置基準(zhǔn)設(shè)計(jì)以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)[5-8]。

1.2 GPS網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)

(1)GPS網(wǎng)精度設(shè)計(jì)。精度主要是對(duì)觀測(cè)中偶然誤差的影響程度進(jìn)行衡量。GPS網(wǎng)精度設(shè)計(jì)主要是根據(jù)偶然誤差傳播規(guī)律，并基于精度設(shè)計(jì)方法，對(duì)未知點(diǎn)平差后預(yù)期能夠達(dá)到的精度進(jìn)行分析。一般來(lái)說(shuō)，可對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)的精度利用誤差橢圓和相對(duì)誤差橢圓進(jìn)行描述。

(2)GPS網(wǎng)可靠性設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)可靠性概念與傳統(tǒng)的可靠性概念有所差異，主要是對(duì)抵抗粗差影響的能力以及識(shí)別粗差的能力進(jìn)行衡量，包含了外可靠性和內(nèi)可靠性2個(gè)方面。GPS控制網(wǎng)觀測(cè)作業(yè)中，由于衛(wèi)星軌道誤差、信號(hào)發(fā)射和傳播誤差、周跳及整周未知數(shù)的確定均會(huì)導(dǎo)致觀測(cè)向量帶有粗差。因此，在GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)考慮控制網(wǎng)的可靠性，根據(jù)一定的可靠性指標(biāo)，進(jìn)行控制網(wǎng)設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)可靠性取決于網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)和基線(xiàn)向量權(quán)陣。因此，可根據(jù)GPS網(wǎng)的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮控制網(wǎng)的可靠性，以便發(fā)現(xiàn)盡可能小的粗差和減少不可發(fā)現(xiàn)的粗差對(duì)控制網(wǎng)的精度影響。

2 實(shí)例分析

本研究對(duì)某地1個(gè)由14個(gè)點(diǎn)組成的GPS網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先，按照布網(wǎng)的實(shí)際目的進(jìn)行選點(diǎn)，之后在野外進(jìn)行布點(diǎn)，確保所選擇的點(diǎn)位能夠滿(mǎn)足野外觀測(cè)以及測(cè)量任務(wù)的要求，并且還可以直接獲取二維坐標(biāo)。本研究中將網(wǎng)形布設(shè)為5種不同邊點(diǎn)混合連接的形式，即方案Ⅰ～Ⅴ，通過(guò)對(duì)各方案的點(diǎn)位精度進(jìn)行綜合分析比較，確定最優(yōu)組網(wǎng)方案。本研究14點(diǎn)的近似坐標(biāo)見(jiàn)表1，各組網(wǎng)方案如圖1～圖5所示。各方案的點(diǎn)位精度解算結(jié)果見(jiàn)表2。分析表2可知：方案Ⅰ的點(diǎn)位精度與方案3相當(dāng)，且優(yōu)于其余方案，但由于方案Ⅲ中點(diǎn)位精度分布不均勻，故方案Ⅰ最優(yōu)。

表1 測(cè)點(diǎn)近似坐標(biāo) m

圖1 組網(wǎng)方案Ⅰ

圖2 組網(wǎng)方案Ⅱ

圖3 組網(wǎng)方案Ⅲ

圖4 組網(wǎng)方案Ⅴ

圖5 組網(wǎng)方案Ⅴ

3 結(jié) 語(yǔ)

分析了GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，并結(jié)合實(shí)例，設(shè)計(jì)了5種GPS控制網(wǎng)組網(wǎng)方案，經(jīng)過(guò)點(diǎn)位平差解算，優(yōu)選出了最佳組網(wǎng)方案，對(duì)于類(lèi)似工程實(shí)踐有一定的參考價(jià)值。

表2不同方案點(diǎn)位精度

方案編號(hào)起算點(diǎn)編號(hào)點(diǎn)位精度/mm1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#Ⅰ14#8.312.713.713.812.410.910.37.010.111.111.410.99.60.0Ⅱ7#9.015.718.119.88.86.906.514.011.99.67.26.28.2Ⅲ13#8.815.617.919.79.38.87.16.58.69.08.46.606.5Ⅳ1#012.815.617.66.77.97.310.612.813.713.913.512.47.1Ⅴ14#13.919.020.922.511.69.26.47.19.610.29.98.86.10