GPS工程控制網的優化設計

王艷軍

摘 要：由于GPS測量精度高、效率高、靈活性強，其應用越來越廣泛。文章結合實際工程，通過兩次布設網點，并經過嚴密的計算。得出只要在建立GPS工程控制網時充分考慮布設條件及網形的幾何結構，并嚴格按照規定觀測，認真處理觀測數據，最后所得的精度就一定有所提高。

關鍵詞：GPS工程控制網；網點布設；網形結構；精度提高

中圖分類號：P228.4 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）24-0088-02

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 研究目的和意義

自從全球定位系統（GPS）問世以來，已經在導航定位、授時、測速等方面發揮了巨大的作用，尤其是GPS技術在測量上的廣泛應用，使測量技術發生了一次大的革命。使用GPS技術布設控制網已是國內采用的主要手段之一，GPS控制網可大致分為2類：一類是國家或區域性的高精度的GPS控制網；另一類是局部性的GPS控制網，它包括城市或礦區控制網以及各類工程控制網。

與傳統方法相比，GPS控制網不論是在布網方案，還是在平差的數學模型方面都有許多不同之處。因此，研究如何根據GPS原理和作業特點制定GPS的布網方案，對減少外業觀測勞動強度、提高觀測質量和成果的精度等具有重大的意義。

2 工程概況

本文涉及的工程是某鎮農業綜合治理測量項目。測區占地面積約3.2km2，由于已知控制點距離項目區較遠，測區通視困難，決定采用GPS控制測量。為了體現控制網點的布設對精度的影響，本項目分別進行了兩次測量，通過對兩次測量進行比較，從而得出在布設GPS控制網時應注意的一些事項。

3 GPS工程控制網布設中點位的選擇

GPS工程控制網的布設原則上和大地控制網的布設是一致的，但也有區別。因為工程不同其測量要求也不同，所以所做的控制網也會根據要求有稍微的不同。一般來講，工程控制網的范圍不是很大，點位選擇的機動性較小，但對點位的要求與大面積控制網基本相同，埋石時由于點位精度要求不是很高，可靈活處理。當測區范圍不太大時，由于GPS測量受地面圖形影響很少，可以靈活布設，點位選擇時則根據工程需要布點，而不必考慮點距及點的通視情況。點的選擇應考慮下列原則：

（1）點位應選在便于架設或安裝接收設備并且視野開闊的較高點上。

（2）點位應遠離大功率的無線電發射臺，與其距離不得小于200米，遠離高壓輸電線和微波無線電信號傳輸通道，與其距離不得小于50米。

（3）點位附近不應有大面積的水域或強烈干擾衛星信號接收的物體。

（4）點位目標要顯著，視場周圍15°以上不應有障礙物，以減少信號被遮擋或被障礙物吸收。

（5）點位應選擇在交通便利，便于其他測量手段聯測的地方。

（6）點位選擇應根據技術設計要求踏勘，在實地根據現場情況選定點位。

（7）點位盡量選擇在舊點上，但使用前應檢查舊點的穩定性及完好性。

（8）點位應選擇在地面基礎比較穩定、有利于點保存的地方。

雖然GPS測量不受地面圖形影響，但布網時也應考慮點位的圖形結構，這是因為：

（1）較大測區工程控制網布設時，不可能一次完全選點，而是采用逐步推進的方法，若不考慮圖形結構最后整個控制網易產生扭曲。

（2）可為三角形異步邊閉合差的檢驗提供條件。

（3）由于本工程完成控制測量后需要進行常規測量，

因此布點時根據需要確定點位的位置，并考慮其圖形結構。

4 GPS工程控制網網形的選擇

GPS控制網的網形設計是一項非常重要的工作。由于GPS同步觀測時不需要通視，所以網形設計具有較大的靈活性。網形的設計主要取決于用戶的要求、時間、經費、人力以及其他條件等。本項目觀測采用的兩種網形如圖1和圖2所示。

網點布設分析：由圖可發現，第二次觀測共5個點，比第一次少一個，但網形比較好。其中三個已知點分別與未知點構成三角。選點方面圖2 要比圖1強很多。首先A4和A5點之間距離較遠，因實際地形條件限制A4和A5的之間的距離不能再長，圖1中A1、A2、A3這三者之間的距離太近，點的利用效率大大降低，沒有發揮GPS測量的優點，造成點的浪費。

其次就是A1、A2、A3三點集中分布在一棟大樓附近，影響了衛星信號的接收。導致以后處理時基線和環閉合差超限。兩種網形都屬于三角網，推進方式為邊連式。

5 外業觀測

本次觀測嚴格按照規定實施。外業觀測設站時，做到了天線嚴格整平，對中誤差小于3mm；天線定向標志指向正北，且定向誤差都不超過±5°；觀測前均按互為120°方向上量取天線高兩次，確保了其讀數差小于3mm，并將讀數中數輸入GPS接收機中，并按要求及時填寫手簿的各項內容，觀測過程中均未更改各參數、再啟動、自測試、變動天線等，均未在接收機天線附近使用電臺、對講機等。觀測時間每個時段45分鐘，兩個時段總共耗時2個小時。

根據GPS衛星的可見預報圖和幾何圖形強度，選擇了項目地區最佳觀測時段。觀測使用4臺GPS接收機分兩個時段進行了觀測。第一時段分別在TG8、TG5、A4、A5架設儀器，第二個時段在TG8、TG5、A4三點上架設儀器，這樣使用多臺套儀器觀測大大節省了時間，而且數據基線較容易處理。而第一次觀測采用的是三臺套，不僅浪費大量的人力和物力，還容易漏掉關鍵基線。

6 平差結果對比分析

數據處理采用的是隨機軟件——Trimble Geomatics Office。GPS網數據處理分為基線解算和網平差兩個階段，網平差結果如圖3所示。

由圖3可以看出，第一次測量的縱軸和橫軸誤差都很大，都在厘米級。而且縱軸的誤差要比橫軸大，第二次測量，由于在各個方面都做得很好，如在網點的布設，網形的選擇等方面，所以最后平差后的結果要比第一次精度高。縱軸和橫軸的誤差都在1mm左右。

7 結束語

GPS工程控制網布設，因為控制范圍較小，用戶要求不同，點位選擇靈活行較差。所以在點位選擇時不僅要考慮現場地形限制，還要充分考慮網點位置與已知點所構成的幾何圖形。在條件允許的情況下，盡量使點位與已知點構成等邊三角形。三角形的幾何結構強，具有良好的自檢能力能夠有效地發現觀測成果的粗差，以保障網的可靠性。

在觀測方面，不僅要嚴格按照規定進行操作，還要注意時間的節約，提高工作效率，在有限的時間了完成工作，最好測量人員配帶上通信設備，及時進行操作。這樣可以避免在觀測過程中出現的各種意外。

通過研究發現， GPS網點的布設及網形的選擇對精度有一定的影響，在布設GPS網時嚴格按有關要求選點，并選擇幾何結構較強的網形施測，就能有效的提高網點的精度。

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