GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)

《GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)（31頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 摘 要 隨著GPS 觀測技術(shù)的快速發(fā)展及其在測繪領(lǐng)域方面的廣泛應(yīng)用，GPS 控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也得到了人們越來越多的關(guān)注。在布網(wǎng)方案和平差模型這兩個(gè)方面，GPS 控制網(wǎng)與經(jīng)典控制網(wǎng)之間存在著很大的不同。本文對GPS 控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了簡單分析，針對設(shè)計(jì)的一些具體要求，對GPS 控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則、步驟及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，給出實(shí)際的設(shè)計(jì)方案，指出在實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況合理的布設(shè)控制網(wǎng)，并同時(shí)考慮到可靠性、精度、效率、成本等因素，尋求最佳方案。 該論文有圖10幅，表10個(gè)，參考文獻(xiàn)11篇。 關(guān)鍵詞：GPS控制網(wǎng) 布設(shè)原則 優(yōu)化設(shè)計(jì)

2、 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 differen

3、t 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 controllin

4、g 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

5、 the best programme． Key Words: GPS control network arrangement principle optimal design accuracy estimation 目 錄 摘 要 I Abstract II 1 緒 論 1 1.1 概述 1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3 研究目的和實(shí)施方案 2 1.3.1 研究目的 2 1.3.2 實(shí)施方案 2 2 布網(wǎng)設(shè)計(jì) 4 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 4 2.1.1 GPS測

6、量規(guī)范（規(guī)程） 4 2.1.2 測量任務(wù)書 4 2.2 GPS網(wǎng)精度和密度設(shè)計(jì) 4 2.2.1 GPS測量精度標(biāo)準(zhǔn)及分類 4 2.2.2 GPS點(diǎn)的密度標(biāo)準(zhǔn) 5 2.3 GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì) 6 2.3.1 基準(zhǔn)設(shè)計(jì)內(nèi)容 6 2.3.2 設(shè)計(jì)原則 6 2.4 GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì) 7 2.4.1 GPS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個(gè)基本概念 7 2.4.2 GPS網(wǎng)特征條件的計(jì)算 7 2.4.3 圖形設(shè)計(jì) 8 2.5 GPS網(wǎng)點(diǎn)的選取與埋石 8 2.5.1 選點(diǎn) 8 2.5.2 埋石 10 3 GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例 11 3.1 測區(qū)概況 11

7、3.2 方案設(shè)計(jì)的技術(shù)分析 12 3.2.1 等級確定 12 3.2.2 布網(wǎng)方案 13 3.2.3 觀測方法 13 3.3 方案實(shí)例及精度分析 13 3.3.1 方案實(shí)例 13 3.3.2 方案一精度分析 14 3.3.3 方案對比 22 4 結(jié)束語 24 致 謝 25 參考文獻(xiàn) 26 IV GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 1 緒 論 1.1 概述 眾所周知，現(xiàn)在的衛(wèi)星定位技術(shù)

8、已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)輝煌的階段，而作為其中的佼佼者，全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，縮寫為GPS）是美國國防部從1973年12月開始研制，耗時(shí)20年，終于在1994年建成，具有全方位、全天候、全時(shí)段、高精度等種種顯著的功能[1]。經(jīng)過我國測繪等部門將近10年時(shí)間的使用表明，GPS以全天候、高精度、 自動化、高效益等種種特點(diǎn)，獲得了廣大測繪工作者的信賴，并廣泛應(yīng)用在大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動力學(xué)等多種學(xué)科方面，給測繪領(lǐng)域帶來了一場深刻的技術(shù)風(fēng)暴革命[2]。 GPS的測量技術(shù)的目的是為GPS定位

9、服務(wù)，它是根據(jù)使用的國家相關(guān)規(guī)范（規(guī)程）及GPS網(wǎng)的用途，用戶的使用要求等對測量工作的網(wǎng)形及準(zhǔn)確性等的具體設(shè)計(jì)。雖然，和傳統(tǒng)測量技術(shù)相比，GPS測量技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯，譬如準(zhǔn)確度高、測量速度快、能夠全天候運(yùn)行等，盡管如此GPS控制網(wǎng)還是同樣需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。只有對GPS控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，方能保證GPS測量工作的順利進(jìn)行，也就能提高網(wǎng)運(yùn)行的準(zhǔn)確度和可靠性。GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作儼然已經(jīng)成為GPS測量的基礎(chǔ)性，它要考慮到網(wǎng)的精確性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性這三個(gè)方面，以便找出GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的最佳方案。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從各種文獻(xiàn)中可以查詢到，對控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究起步其實(shí)挺早，1868

10、年德國便有人對GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)開始了研究。19世紀(jì)末，史賴伯對基線網(wǎng)最佳權(quán)觀測的方法開始進(jìn)行研究，隨后在1882年指出，在實(shí)施測量前，根據(jù)所擁有的地形圖來預(yù)測控制網(wǎng)的精度是完全可以實(shí)現(xiàn)的[3]。但是鑒于當(dāng)時(shí)的計(jì)算工具以及計(jì)算方法相當(dāng)落后，并且科學(xué)技術(shù)發(fā)展的水平相當(dāng)有限，如果設(shè)計(jì)較大規(guī)模的大地控制網(wǎng)，也就只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)。 傳統(tǒng)的GPS測量控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，由于科技發(fā)展有限，所以大部分工作都需要人工來完成，同時(shí)對于設(shè)計(jì)的要求和技術(shù)指標(biāo)，往往不得不臨時(shí)查閱相關(guān)資料，這就導(dǎo)致了設(shè)計(jì)時(shí)間過長、效率低下、缺乏靈活性等問題。 得益于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，而且隨著最優(yōu)化理論

11、的不斷完善，測繪人員對GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)投入了越來越多的精力，旋即控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)成為測量界的熱門研究項(xiàng)目之一。 近幾年，英國、法國、加拿大等國的GPS 網(wǎng)開始在很多領(lǐng)域起到了相當(dāng)大的作用，如控制測量、氣象監(jiān)測和預(yù)報(bào)、地震的監(jiān)測和預(yù)報(bào)、測圖和地理信息系統(tǒng)的更新、研究地球動力、工程控制和監(jiān)測等等，為農(nóng)業(yè)、工業(yè)和軍事的發(fā)展提供了極大的便利[4]。 我國在GPS控制網(wǎng)方面取得的成果也相當(dāng)不俗的，總參測繪局從1991 年開始，歷時(shí)六年，終于在 1997 年完成了全國GPS 一二級網(wǎng)的布測工作，覆蓋了全國(除臺灣省外)的所有陸地和海洋，全網(wǎng)統(tǒng)計(jì)共有534個(gè)點(diǎn)。同時(shí)國家測繪局在1991年開始組織國家

12、A級和B級控制網(wǎng)的布設(shè)工作，隨后在1996 年全部完成，然而區(qū)域GPS網(wǎng)尚未完成[5]。 1.3 研究目的和實(shí)施方案 1.3.1 研究目的 考慮到GPS控制網(wǎng)的精度與網(wǎng)本身的幾何圖形結(jié)構(gòu)沒有太大的關(guān)聯(lián)，并且與觀測權(quán)相連更少，而網(wǎng)中各點(diǎn)發(fā)出基線的數(shù)目及基線的權(quán)陣是影響網(wǎng)精度的主要因素[6]。有鑒于此，GPS網(wǎng)形的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度就有必要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并同時(shí)對GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行詳細(xì)分析，針對GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的具體技術(shù)要求，對GPS 控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則、具體流程及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)的研究，指出在實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對控制網(wǎng)進(jìn)行合理的布設(shè)，兼顧可靠性、精準(zhǔn)度、效率時(shí)效、成本經(jīng)費(fèi)等因素，來尋求最

13、佳方案。 1.3.2 實(shí)施方案 （1）參加畢業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐，參閱有關(guān)書籍，資料，學(xué)習(xí)GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，原則； （2）對學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的難點(diǎn)問題進(jìn)行進(jìn)一步的查閱資料，向老師請教來解決問題； （3）處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并加以分析，從而進(jìn)一步加深自己對GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的認(rèn)識； （4）運(yùn)用所學(xué)理論知識并參閱有關(guān)文獻(xiàn)和著作的基礎(chǔ)上進(jìn)行論文的創(chuàng)作。 2 布網(wǎng)設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 為了測量時(shí)有統(tǒng)一的技術(shù)法規(guī)可依，國家測繪相關(guān)部門制定出了GPS測量規(guī)范(規(guī)程)，現(xiàn)行的GPS網(wǎng)設(shè)計(jì)依據(jù)的規(guī)范（規(guī)程）有： （1）質(zhì)監(jiān)局發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范（

14、2009年版）》，下文簡稱《規(guī)范》； （2）建設(shè)部發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程（2010年版）》，下文簡稱《規(guī)程》； （3）針對本部門工作的實(shí)際情況，各部委需要制定其他測量規(guī)程或細(xì)則以備不時(shí)之需。 2.2 GPS網(wǎng)精度和密度設(shè)計(jì) 2.2.1 GPS測量精度標(biāo)準(zhǔn)及分類 GPS 控制網(wǎng)的精度與網(wǎng)的用途有著密切的關(guān)系。進(jìn)行精度設(shè)計(jì)時(shí)，要仔細(xì)研究任務(wù)要求并對具體的服務(wù)對象做深入了解，以充分滿足該項(xiàng)目的要求為前提。例如用于全球性地殼形變測量、區(qū)域性的地球動力學(xué)研究及各種精密工程測量的GPS網(wǎng)可參照《規(guī)范》中AA、A、B級的精度分級，見表2-1；又例如設(shè)計(jì)城市GPS控制網(wǎng)時(shí)相鄰點(diǎn)之間

15、的平均距離和精度要求可參照《規(guī)程》中的二、三、四等和一、二級，見表2-2。 表2-1 GPS測量精度分級（一） 級別 主要用途 固定誤差a(mm) 比例誤差b(110-6D) AA 全球性地球動力學(xué)研究、地殼形變測量和精度定軌 ≤3 ≤0.01 A 區(qū)域性的地球動力學(xué)研究和地殼形變測量 ≤5 ≤0.1 B 局部變形監(jiān)測和各種精密工程測量 ≤8 ≤1 C 大、中城市及工程測量基本控制網(wǎng) ≤10 ≤5 D,E 中、小城市及測圖、物探，建筑施工等控制測量 ≤10 ≤10～20 表2-2 GPS測量精度分級（二） 等級 平均距離

16、（Km） a(mm) b(110-6D) 最弱邊相對中誤差 二 9 ≤10 ≤2 1/12萬 三 5 ≤10 ≤5 1/8萬 四 2 ≤10 ≤10 1/4.5萬 一級 1 ≤10 ≤10 1/2萬 二級 <1 ≤15 ≤20 1/1萬 注：當(dāng)邊長小于200m時(shí)，按照邊長中誤差小于20mm的標(biāo)準(zhǔn)來衡量。 各等級GPS 相鄰點(diǎn)間弦長精度用下式表示 （2-1） 式中，； ； ； 。 在實(shí)際工作的時(shí)候，根據(jù)用戶的實(shí)際情況以及人力、財(cái)力進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，來確定精度

17、標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然也可依據(jù)已有的生產(chǎn)流程和以前的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行合適的了解。其實(shí)具體進(jìn)行實(shí)地布設(shè)GPS網(wǎng)時(shí)，由三種方式可以用來布設(shè)，一種是分級進(jìn)行布設(shè)，第三種越級布設(shè)，最后一種是同級全面網(wǎng)還可以布設(shè) [7]。 2.2.2 GPS點(diǎn)的密度標(biāo)準(zhǔn) 任務(wù)要求和服務(wù)對象的不同，對GPS點(diǎn)位的分布要求也有所不同。對于國家特級（AA、A級）基準(zhǔn)點(diǎn)所需要布設(shè)的GPS點(diǎn)來說，主要用來提供國家基準(zhǔn)、精密定軌等，所以布設(shè)時(shí)有的距離甚至可達(dá)數(shù)百公里[8]。而對于城市建設(shè)和工程測量所需布設(shè)點(diǎn)的要求密度，能夠達(dá)到測圖加密和工程測量的標(biāo)準(zhǔn)即可，平均邊長一般在幾公里內(nèi)。所以，《規(guī)范》對GPS控制網(wǎng)中兩相鄰點(diǎn)間距離視其需要作出了如表

18、2-3的規(guī)定?！兑?guī)程》也對GPS控制網(wǎng)中兩相鄰點(diǎn)間的平均距離也在表2-3作了規(guī)定。 表2-3 GPS網(wǎng)中相鄰點(diǎn)間距離 單位：Km 級別 項(xiàng)目 AA A B C D E 相鄰點(diǎn)最小距 300 100 15 5 2 1 相鄰點(diǎn)最大距 2000 1000 250 40 15 10 相鄰點(diǎn)平均距 1000 300 70 15～10 10～5 5～2 2.3

19、 GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計(jì) GPS觀測得到的GPS 基線向量屬于1984年世界大地坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)差，然而真正需要的測量的結(jié)果要求是國家坐標(biāo)系或者是地方獨(dú)立坐標(biāo)系的坐標(biāo)。當(dāng)設(shè)計(jì)GPS控制網(wǎng)時(shí)，就需要明確GPS網(wǎng)采用的基準(zhǔn)[5]。因此在進(jìn)行GPS 網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對GPS 網(wǎng)的基準(zhǔn)同時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.3.1 基準(zhǔn)設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）位置基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。GPS網(wǎng)的位置基準(zhǔn)由一個(gè)地面已知點(diǎn)和若干個(gè)地面已知點(diǎn)坐標(biāo)確定。根據(jù)研究顯示，引起GPS基線向量解算中基線誤差的重要因素之一就是位置基準(zhǔn)的固定點(diǎn)誤差，如果把測量時(shí)得到的單點(diǎn)定位值算做起算坐標(biāo)，其誤差或許會達(dá)到數(shù)十米以上，所以選取不同點(diǎn)時(shí)的單點(diǎn)定位值為固定

20、點(diǎn)時(shí)，引起的基線向量差可達(dá)數(shù)厘米[9]。綜上， GPS網(wǎng)的位置基準(zhǔn)就不得不需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 （2）尺度基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。尺度基準(zhǔn)是由地面的電磁波測距邊確定。由于GPS觀測結(jié)果本身已經(jīng)包含尺度信息，但是還存在著系統(tǒng)誤差，所以，就得提供外部尺度基準(zhǔn)。 （3）方位基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。方位基準(zhǔn)有兩種方法進(jìn)行確定。第一種最普遍的是根據(jù)規(guī)定的起算方位角數(shù)值來獲得，當(dāng)然第二種是通過基線向量的方位來確定。 2.3.2 設(shè)計(jì)原則 （1)聯(lián)測點(diǎn)的選擇時(shí)，舊資料的用處不可忽視，同時(shí)要保證新建的GPS 網(wǎng)的精度不能受到舊資料的低精度的影響。大中城市的GPS網(wǎng)要與附近的國家控制點(diǎn)聯(lián)測至少3 個(gè)，小城市聯(lián)測2 ～ 3 個(gè)點(diǎn)[5

21、]。 （2)觀測時(shí)，未知點(diǎn)應(yīng)當(dāng)連結(jié)成規(guī)則的形狀，最佳方案是構(gòu)成長邊形，這樣便能夠減少尺度比誤差，確保坐標(biāo)精度的均勻性。除未知點(diǎn)聯(lián)結(jié)成圖外，GPS 網(wǎng)內(nèi)重合的國家控制點(diǎn)以及原有城市等級控制點(diǎn)也要適當(dāng)?shù)貥?gòu)成長邊圖形。 （3)網(wǎng)經(jīng)過平差計(jì)算后，便可計(jì)算出相對地面坐標(biāo)的GPS點(diǎn)的大地高，而為了求得網(wǎng)點(diǎn)的正常高，聯(lián)測點(diǎn)需均勻分布，對丘陵山區(qū)特殊地形的聯(lián)測高程點(diǎn)，應(yīng)按高程擬合面的要求進(jìn)行布設(shè) [10]。 （4)新建的GPS網(wǎng)的坐標(biāo)系按要求最好與測區(qū)以前采用的坐標(biāo)系一致。 2.4 GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì) 2.4.1 GPS網(wǎng)圖形構(gòu)成的幾個(gè)基本概念 （1）觀測時(shí)段——觀測站上從開始接受衛(wèi)星信

22、號一直到觀測停止，連續(xù)工作的時(shí)間段為觀測時(shí)段，簡稱時(shí)段。 （2）同步觀測——使用兩臺及以上GPS接收機(jī)，同時(shí)在相同的時(shí)間段內(nèi)連續(xù)跟蹤接收相同的衛(wèi)星組的信號。 （3）同步觀測環(huán)——使用三臺及以上的GPS接收機(jī)，同步觀測所得到的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)。 （4）獨(dú)立觀測環(huán)——由獨(dú)立觀測（非同步觀測）所得到的基線向量構(gòu)成的閉合環(huán)。 （5）異步觀測環(huán)——多邊形環(huán)路中包含的全部基線向量，要是含有非同步觀測基線向量，此多邊形環(huán)路就稱為異步觀測環(huán)。 （6）獨(dú)立基線——有N臺GPS接收機(jī)構(gòu)成的同步觀測環(huán)，假設(shè)環(huán)中有J條同步觀測基線，那么獨(dú)立基線數(shù)就有N－1。 （7）非獨(dú)立基線——去除獨(dú)立基線之外的所有

23、基線都稱作非獨(dú)立基線，總基線數(shù)減去獨(dú)立基線數(shù)所得的結(jié)果即為非獨(dú)立基線數(shù)。 2.4.2 GPS網(wǎng)特征條件的計(jì)算 根據(jù)R.A-sany提出來的觀測時(shí)段數(shù)計(jì)算公式： （2-2） 式中，C 表示時(shí)段數(shù)，n 表示網(wǎng)點(diǎn)數(shù)目，m表示每點(diǎn)的設(shè)站次數(shù)，N表示GPS接收機(jī)數(shù)量。故在控制網(wǎng)中： 總基線數(shù)： （2-3） 必要基線數(shù)：

24、（2-4） 獨(dú)立基線數(shù)： （2-5） 多余基線數(shù)： （2-6） 根據(jù)上述公式的計(jì)算結(jié)果，一個(gè)具體GPS網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)的主要特征便可以確定下來。 2.4.3 圖形設(shè)計(jì) 在GPS控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須明確其網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。首先，要對同步圖形進(jìn)行明確。主要是通過GPS接收機(jī)數(shù)量來明確其形狀。其次，選擇適宜連接形式。同步圖形的連接方

25、式主要有三種，即點(diǎn)連接、邊連接與點(diǎn)邊連接。 (1)點(diǎn)連接。點(diǎn)連接主要是在相近的同步環(huán)間共同點(diǎn)相互連接的情況下形成的GPS控制網(wǎng)。通過這種連接形式建立的GPS控制網(wǎng), 只有一個(gè)或者不存在異步型的閉合環(huán),且網(wǎng)形結(jié)構(gòu)較為單薄,粗差觀察能力也很弱。但是當(dāng)其在網(wǎng)點(diǎn)數(shù)相同情況下，同步圖形數(shù)量相對較少，作業(yè)量較少,獲取測量結(jié)果速率快，可以在精準(zhǔn)度要求較低測量作業(yè)中應(yīng)用。 (2)邊連接。邊連接主要是同步圖像間共同基線相互連接的情況下形成的GPS控制網(wǎng)。通過這種連接形式形成的GPS控制網(wǎng)存在的復(fù)測基線較多，可以形成若干個(gè)異步型的閉合環(huán), 可以對閉合判斷觀測粗差與大小觀測粗差進(jìn)行檢查，同時(shí)其圖形強(qiáng)度較大，觀測

26、期數(shù)較多，需要花費(fèi)大量時(shí)間。邊連接GPS控制網(wǎng)具有可靠性高、幾個(gè)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于精準(zhǔn)度要求較高測量作業(yè)。 (3)點(diǎn)邊連接。點(diǎn)邊連接主要是將點(diǎn)連接和邊連接相結(jié)合而形成的綜合性GPS控制網(wǎng)。在精確度較高的要求下，可利用點(diǎn)邊連接形式來進(jìn)行布設(shè)控制網(wǎng)。這種控制網(wǎng)布設(shè)形式存在很多的測量基線，能夠讓圖形處于封閉狀態(tài)，使得網(wǎng)形結(jié)構(gòu)能夠得到相應(yīng)的強(qiáng)度，有效保證了 GPS控制網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，同時(shí)其外業(yè)觀測作業(yè)量相對較少，使得運(yùn)作成本大大降低。 2.5 GPS網(wǎng)點(diǎn)的選取與埋石 2.5.1 選點(diǎn) GPS測量不同于水準(zhǔn)測量，觀測站之間不需要像水準(zhǔn)測量時(shí)要求能夠相互通視，而且GPS網(wǎng)形結(jié)構(gòu)相對靈活，

27、所以選點(diǎn)工作相對比較簡單方便。但由于點(diǎn)位的選擇工作，不管是對于觀測工作是否能夠順利進(jìn)行，還是對于測量結(jié)果的可靠性，都有著非凡的意義，所以選點(diǎn)工作在開始前，收集和了解相關(guān)測區(qū)的地理位置情況之外，考慮適宜的點(diǎn)位外，還得還應(yīng)遵守以下原則： （1）點(diǎn)應(yīng)該位于易安裝接受設(shè)備、視野方便的領(lǐng)域； （2）點(diǎn)位目標(biāo)應(yīng)當(dāng)顯著好辨認(rèn)，視場周圍仰角15度以上不要有阻擋物，減小甚至避免GPS信號被遮擋或被吸收； （3） 點(diǎn)位選取的地方不能在大功率無線電發(fā)射源的周圍，點(diǎn)位離其距離應(yīng)大于200m；遠(yuǎn)離高壓輸電線50m開外。減少電磁場對GPS信號可能產(chǎn)生的擾亂； （4）點(diǎn)位周圍不能有大

28、面積水域或者有能發(fā)出劇烈信號干擾衛(wèi)星接受的物體，減弱多路徑效應(yīng)； （5）點(diǎn)位選取要考慮到交通便利，這樣便于其他擴(kuò)展觀測方法與聯(lián)測； （6）地面基礎(chǔ)應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定，利于點(diǎn)的保存； （7）選點(diǎn)人員應(yīng)當(dāng)按照技術(shù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行現(xiàn)場勘探選定點(diǎn)位。若要用到以前的點(diǎn)時(shí)，要對其穩(wěn)定性、完好性，以及覘標(biāo)的安全性、可用性進(jìn)行察看，確定符合要求方可使用； （8）網(wǎng)形應(yīng)當(dāng)對同步觀測邊以及點(diǎn)的聯(lián)結(jié)有利； （9）所選點(diǎn)要進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測時(shí)，選點(diǎn)人員應(yīng)當(dāng)去測區(qū)實(shí)地考察水準(zhǔn)路線，提出合理化建議。 2.5.2 埋石 為了能夠達(dá)到精確定位的目的， GPS網(wǎng)點(diǎn)根據(jù)規(guī)范應(yīng)埋設(shè)具有中心標(biāo)志的標(biāo)石。為了能夠長

29、久使用，網(wǎng)點(diǎn)的標(biāo)石和標(biāo)志要牢固異常。在基巖裸露的區(qū)域，可在基巖上直接嵌入金屬標(biāo)志。 3 GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例 3.1 測區(qū)概況 為了佐證論文的實(shí)踐性，本人特意選取家鄉(xiāng)淮安的一處地段（見圖3-1），進(jìn)行GPS控制網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)。該測區(qū)地處江蘇省北部中心地域。位于北緯3243ˊ，東經(jīng)11812ˊ。屬于開發(fā)區(qū)地段，內(nèi)有學(xué)校，寫字樓和居民區(qū)，建筑物群體相對集中。道路縱橫交錯(cuò)，交通便利。主要道路有：淮海北路，北京北路，長江西路。為北溫帶半濕潤季風(fēng)氣候。受季風(fēng)氣候影

30、響，雨熱同季，四季分明，冬冷夏熱，春溫多變，秋高氣爽，光能充足，熱量富裕。年均溫度14度，降雨量在906毫米～1007毫米之間，夏半年降水集中。 圖3-1 測區(qū)概圖 圖中的兩個(gè)國家等級點(diǎn)（用五角星標(biāo)出的點(diǎn)）為已有標(biāo)石情況： 表3-1 已知點(diǎn)數(shù)據(jù) 點(diǎn)名 點(diǎn)號 X（BJ54）米 Y（BJ54）米 H（黃海正常高）米 公園一號 Gps1 xx21847.54 xx4212.48 16.158 郵政大樓 Gps2 xx17133.92 xx5466.17 10.359 3.2 方案設(shè)計(jì)的技術(shù)分析 3.2.1 等級確定 依據(jù)現(xiàn)行的《全球定位系統(tǒng)城市

31、測量技術(shù)規(guī)程》和本地的實(shí)地情況，擬定該測區(qū)建立四等GPS網(wǎng)，由表2-2及其他要求可知可知，相關(guān)技術(shù)要求如下表3-2： 表3-2 四等網(wǎng)的技術(shù)要求 項(xiàng)目 技術(shù)要求 平均距離(Km) 2 固定誤差a(mm) ≤10 比例誤差b(110-6D) ≤10 重復(fù)設(shè)站數(shù) ≥2 最弱邊相對中誤差 1/4.5萬 根據(jù)上表要求可在圖上進(jìn)行點(diǎn)位設(shè)計(jì)： 圖3-2 點(diǎn)位分布圖 其中用錐形圖標(biāo)標(biāo)出的加密點(diǎn)編號為：HA01～HA14。 3.2.2 布網(wǎng)方案 GPS網(wǎng)的圖形設(shè)計(jì)有三種基本方法：點(diǎn)連式、邊連式和邊點(diǎn)混合連式。根據(jù)四等GPS網(wǎng)的要求決定采用邊連式或邊點(diǎn)混合的形式來布設(shè)G

32、PS控制網(wǎng)。 3.2.3 觀測方法 GPS觀測原理是相對定位原理。作業(yè)時(shí)儀器需采用N臺GPS接受機(jī)。 具體方法為:在設(shè)計(jì)好的GPS網(wǎng)中N邊形中的五個(gè)端點(diǎn)上, 相應(yīng)的安置上N臺GPS接收機(jī)設(shè)備，然后就可以對基線邊上的衛(wèi)星進(jìn)行同步觀測。 這種模型的特點(diǎn)是:觀測的基線邊構(gòu)成一個(gè)閉合環(huán)圖形,便于觀測成果的檢驗(yàn),從而提高觀測成果的可靠性和GPS網(wǎng)平差后的精度。 3.3 方案實(shí)例及精度分析 3.3.1 方案一設(shè)計(jì)圖 令每點(diǎn)設(shè)站數(shù)m為2，已知網(wǎng)點(diǎn)數(shù)n為16，接收機(jī)數(shù)N為5，根據(jù)公式（2-2）～（2-6），可計(jì)算出網(wǎng)特征條件： 時(shí)段數(shù)： 控制網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要滿足如

33、下要求：獨(dú)立網(wǎng)閉合環(huán)個(gè)數(shù)和重復(fù)基線個(gè)數(shù)之和應(yīng)等于多余觀測數(shù)。 圖3-3 設(shè)計(jì)方案一 下面對方案一做具體精度分析。 3.3.2 方案一精度分析 （1）設(shè)計(jì)方案分析。 在方案一的獨(dú)立基線圖中，可以看出獨(dú)立基線閉合環(huán)邊數(shù)最大為6，滿足四等GPS網(wǎng)閉合環(huán)數(shù)小于10的條件要求。且該獨(dú)立網(wǎng)的閉合環(huán)個(gè)數(shù)等于6，重復(fù)基線數(shù)為3，兩者之和等于獨(dú)立觀測數(shù)9，設(shè)計(jì)符合要求。 （2）基線統(tǒng)計(jì)表 表3-3 基線統(tǒng)計(jì) 測段號 起點(diǎn) 終點(diǎn) 長度L/km 1 郵政大樓Gps2 淮安供電公司HA01 2.61 2 淮安供電公司HA01

34、 冶金大院HA02 1.43 3 冶金大院HA02 化工二村HA03 2.2 4 化工二村HA03 信達(dá)名府HA04 0.96 5 信達(dá)名府HA04 郵政大樓Gps2 1.04 6 郵政大樓Gps2 西郊HA05 0.82 7 信達(dá)名府HA04 逸居園藝HA06 1.22 8 逸居園藝HA06 駱大溝HA07 2.17 9 駱大溝HA07 西郊HA05 1.79 10 逸居園藝HA06 淮安三院HA08 1 11 淮安三院HA08 越河二組HA09 1.44 12 越河二組HA09 駱大溝HA07 2.69 1

35、3 冶金大院HA02 淮陰師范HA10 1.9 14 淮陰師范HA10 淮陰工學(xué)院HA11 2.03 15 淮陰工學(xué)院HA11 淮安三院HA08 1.92 16 淮陰師范HA10 民政局HA12 1.94 17 民政局HA12 農(nóng)工商HA13 1.58 18 農(nóng)工商HA13 公園一號Gps1 2.71 19 公園一號Gps1 淮陰工學(xué)院HA11 1.75 20 公園一號Gps1 得恩堂HA14 0.77 21 得恩堂HA14 越河二組HA09 2.22 （3）構(gòu)造誤差方程的系數(shù)和權(quán) 以獨(dú)立網(wǎng)中的平面基線向量（Δxij，Δ

36、yij）作為觀測量；以每個(gè)待定點(diǎn)的坐標(biāo)（xij,yij）作為未知參數(shù)，建立誤差方程 由公式（2-1）得，每條邊的觀測中誤差為： 按照等精度分配原則：△x，△y 方向的中誤差相等，為 基線平均中誤差σ0 ：用平均邊長代進(jìn)式（2-1）計(jì)算得出 分配到 △x，△y 方向后為： (3-1) 觀測量△x，△y的定權(quán)： (3-2) 假定每條邊相互獨(dú)立，構(gòu)成權(quán)矩陣 為了方便計(jì)算，取a=10，b=10。由表3-2得，基線平均距離D為1.72Km，則基線平均中誤差σ0=19.88mm

37、。 系數(shù)陣列表B1如下： 圖3-4 系數(shù)矩陣B1（1） 圖3-5 系數(shù)矩陣B1（2） 圖3-6 系數(shù)矩陣B1（3） 去掉已知點(diǎn)后的系數(shù)陣列表B2如下： 圖3-7 系數(shù)矩陣B2（1） 圖3-8 系數(shù)矩陣B2（2） 權(quán)陣P如下： 圖3-9 權(quán)陣P (4)點(diǎn)位精度估算 利用matlab計(jì)算權(quán)倒數(shù)

38、陣（代碼為：, 。 可得權(quán)倒數(shù)陣Q的對角線系數(shù)D為： 表3-4 權(quán)倒數(shù)陣的對角線系數(shù)D D = 　 HA01 0.4264 　 0.0124 HA02 0.3934 　 0.294 HA03 0.219 　 0.3087 HA04 0.2154 　 0.14 HA05 0.3677 　 0.0079 HA06 0.3025 　 0.1317 HA07 0.4633 　 0.1145 HA08 0.2939 　 0.3061 HA09 0.3202 　 0

39、.3964 HA10 0.3887 　 0.3481 HA11 0.1025 　 0.3144 HA12 0.4371 　 0.4712 HA13 0.4392 　 0.0648 HA14 0.3174 　 0 則可得點(diǎn)位誤差預(yù)計(jì)表（）： 表3-5 點(diǎn)位誤差預(yù)計(jì)表 點(diǎn)編號 Qiix Qiiy M點(diǎn)位//mm HA01 0.4264 17.12800924 0.0124 2.920849185 17.37527152 HA02 0.3934 16.45187755 0.294 14.2223

40、6944 21.74718528 HA03 0.219 12.27496742 0.3087 14.57359195 19.05424906 HA04 0.2154 12.17365921 0.14 9.814367326 15.6371284 HA05 0.3677 15.90541868 0.0079 2.331373396 16.07537388 HA06 0.3025 14.4265 0.1317 9.51899674 17.28395791 HA07 0.4633 17.85374965 0.1145 8.875667696

41、 19.93825102 HA08 0.2939 14.21995047 0.3061 14.51208974 20.31767063 HA09 0.3202 14.84256482 0.3964 16.51448799 22.20427986 HA10 0.3887 16.35330591 0.3481 15.4757 22.51505951 HA11 0.1025 8.397697437 0.3144 14.70752378 16.93613232 HA12 0.4371 17.3415812 0.4712 18.00532361

42、 24.99844229 HA13 0.4392 17.38318917 0.0648 6.677067913 18.62145273 HA14 0.3174 14.77752667 0 0 14.77752667 （5）相對誤差預(yù)計(jì) 相對誤差的計(jì)算公式如下： （3-3） （3-4） （3-5） 邊長中誤差和邊長相對中誤差為：

43、 （3-6） （3-7） 根據(jù)以上公式及上述結(jié)果，可得相對誤差預(yù)計(jì)表： 表3-6 相對誤差預(yù)計(jì)表 測段號 起點(diǎn) 終點(diǎn) 長度L/km QΔxijΔxij QΔyijΔyij Qs msij/mm 1/Ks 1 Gps2 HA01 2.61 0.4264 0.0124 0.423672 17.72403 147257.7 2

44、HA01 HA02 1.43 0.8198 0.3064 0.34094 15.89963 89939.23 3 HA02 HA03 2.2 0.6124 0.6027 0.611939 21.30109 103281.1 4 HA03 HA04 0.96 0.4344 0.4487 0.448582 18.23763 52638.42 5 HA04 Gps2 1.04 0.2154 0.14 0.179095 11.52363 90249.36 6 Gps2 HA05 0.82 0.3677 0.0079

45、0.361686 16.37621 50072.63 7 HA04 HA06 1.22 0.5179 0.2717 0.467796 18.62414 65506.4 8 HA06 HA07 2.17 0.7658 0.2462 0.740883 23.4381 92584.29 9 HA07 HA05 1.79 0.831 0.1224 0.725745 23.19742 77163.77 10 HA06 HA08 1 0.5964 0.4378 0.449885 18.26411 54752.19 11 HA0

46、8 HA09 1.44 0.6141 0.7025 0.688224 22.58981 63745.56 12 HA09 HA07 2.69 0.7835 0.5109 0.572965 20.61161 130509 13 HA02 HA10 1.9 0.7821 0.6421 0.650657 21.96462 86502.74 14 HA10 HA11 2.03 0.4912 0.6625 0.549832 20.19122 100538.8 15 HA11 HA08 1.92 0.3964 0.6205

47、0.45975 18.46326 103990.3 16 HA10 HA12 1.94 0.8258 0.8193 0.820399 24.66381 78657.75 17 HA12 HA13 1.58 0.8763 0.536 0.537309 19.95996 79158.46 18 HA13 Gps1 2.71 0.4392 0.0648 0.426622 17.78563 152370.2 19 Gps1 HA11 1.75 0.1025 0.3144 0.291407 14.69933 119053.1

48、20 Gps1 HA14 0.77 0.3174 0 0.317374 15.34028 50194.65 21 HA14 HA09 2.22 0.6376 0.3964 0.489998 19.06096 116468.4 （6）結(jié)論 最弱點(diǎn)為民政局，其點(diǎn)位誤差為：x方向17.34mm，y方向18.01mm；最弱邊為信達(dá)名府→郵政大樓，相對誤差為：1/50072.63268。 由于按照四等網(wǎng)的精度指標(biāo)，最弱點(diǎn)的點(diǎn)位誤差不能超過5cm，最弱邊的相對誤差不能超過1/45000。從以上計(jì)算精度可得：最弱點(diǎn)的點(diǎn)位誤差為2.5cm,不超過5cm,符合精度要求

49、。最弱邊的相對誤差為1/50073，不超過1/45000，也符合精度要求。因此，可以按此方法設(shè)計(jì)的GPS網(wǎng)進(jìn)行施測。 （7）GPS觀測計(jì)劃 表3-7 方案一GPS觀測計(jì)劃表 時(shí)段 儀器1 儀器2 儀器3 儀器4 儀器5 時(shí)段長度 1 公園一號 農(nóng)工商 民政局 淮陰師范 淮陰工學(xué)院 40min 2 冶金大院 農(nóng)工商 民政局 淮陰師范 化工二村 40min 3 冶金大院 淮安供電公司 郵政大樓 信達(dá)名府 化工二村 40min 4 西郊 逸居園藝 郵政大樓 信達(dá)名府 駱大溝 40min 5 西郊

50、 逸居園藝 越河二組 淮安三院 駱大溝 40min 6 公園一號 得恩堂 越河二組 淮安三院 淮陰工學(xué)院 40min 3.3.3 方案二簡析 為了便于比較，方案二決定采用六臺GPS接收機(jī)來進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。 據(jù)公式（2-2）～（2-6），同樣可計(jì)算出網(wǎng)特征條件： 時(shí)段數(shù)： 設(shè)計(jì)圖如下： 圖3-10 方案二設(shè)計(jì)圖 在方案二的獨(dú)立基線圖中，可以看出獨(dú)立基線閉合環(huán)邊數(shù)最大為6，滿足四等GPS網(wǎng)閉合環(huán)數(shù)小于10的條件要求。且該獨(dú)立網(wǎng)的閉合環(huán)個(gè)數(shù)等于7，重復(fù)基線數(shù)為3，兩者之和等于獨(dú)立觀測數(shù)10，設(shè)計(jì)符合要求。 精度分析方法同一，最后得結(jié)

51、論為：最弱點(diǎn)為逸居園藝，其點(diǎn)位誤差為：x方向9.36mm，y方向23.45 mm，符合精度要求； 最弱邊為化工二村→信達(dá)名府，相對誤差為：1/61378也符合精度要求。 3.3.4 總結(jié) （1）精度比較 從上文計(jì)算所得結(jié)果可以看出，兩種方案都符合精度要求，而其兩種方案的精度，因?yàn)辄c(diǎn)位誤差和最弱邊相對誤差都相差不大，因此這兩種方案的精度也無甚大的差別。但總體來說，方案二精度相對高一點(diǎn)。 （2）經(jīng)費(fèi)比較 一個(gè)GPS網(wǎng)觀測經(jīng)費(fèi)包括造標(biāo)，埋標(biāo)，運(yùn)輸，觀測等費(fèi)用，而兩個(gè)方案的網(wǎng)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)、時(shí)段數(shù)、所用儀器臺數(shù)以及所需人員等都不一樣。一般地說，在兩種方案都滿足精度要求的情況下，選擇費(fèi)用低的

52、方案。 需要說明的是：6臺儀器觀測應(yīng)該比5臺儀器觀測花的時(shí)段數(shù)少（耗時(shí)少），但是，每個(gè)時(shí)段多用一臺儀器（多一個(gè)觀測人員，需要多一份工人工資）。 （3）總結(jié) 因此，在滿足精度要求的情況下，選5臺儀器的方案還是6臺儀器的方案，可以酌情考慮。工期緊，觀測人員也夠，就可以選5臺儀器方案；當(dāng)然，比較節(jié)約的老板，是會選擇經(jīng)費(fèi)少的那種方案。 4 結(jié)束語 為了撰寫本文，本人查閱了大量的資料，對GPS控制網(wǎng)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，而其中親自設(shè)計(jì)的GPS觀測網(wǎng)以及后期一系列的精度預(yù)計(jì)、方案比較，發(fā)現(xiàn)自己對控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)

53、計(jì)其實(shí)還很膚淺，還需要自己今后不斷的學(xué)習(xí)。 在GPS 控制測量中，控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一個(gè)不可或缺的技術(shù)環(huán)節(jié)。要對GPS 控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先就得注意，要滿足測區(qū)本身的布網(wǎng)特點(diǎn)，并對實(shí)地狀況進(jìn)行探討，最后根據(jù)本文中所提到的理論進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文只是列舉了個(gè)很普通例子進(jìn)行解析，不能涵蓋所有GPS 網(wǎng)的所有特點(diǎn)。此外本文對設(shè)計(jì)方案只是進(jìn)行了簡單的精度估算，還缺少實(shí)地觀測后對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理以及精度分析。 總而言之，綜上所述GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是以高效、低成本為原則的。在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)掌握控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，選擇合適的GPS點(diǎn)位。明確網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確計(jì)算觀察周期，對觀測時(shí)間

54、進(jìn)行很好的控制，確保其控制精度和可靠性，并能夠同時(shí)達(dá)到高效率、低成本這兩要求。 致 謝 感覺昨天還是剛進(jìn)入大學(xué)，卻沒想到馬上就面臨著畢業(yè)了。在這四年當(dāng)中，本人收獲良多，不僅學(xué)到了書本上的專業(yè)知識，還學(xué)到了如何合理地處理人際間的復(fù)雜關(guān)系，同時(shí)與老師和同學(xué)建立了深厚的感情。在此，能借這個(gè)機(jī)會，向我的老師、同學(xué)和家人獻(xiàn)上我最真誠的感謝和祝福！ 首先，應(yīng)該感謝我的論文導(dǎo)師---石老師。石老師為人和藹，對教學(xué)研究有著自己的執(zhí)著，對我在學(xué)習(xí)和生活上的態(tài)度有著很大的影響。本論文是在石老師悉心教導(dǎo)下完成的，從選取題目，到設(shè)計(jì)觀測方案，以及隨后的精度估

55、算直至論文初稿、論文成稿的撰寫，每個(gè)部分都得到了老師的大力支持和幫助。真的很感謝老師的無私幫助。希望老師以后工作順利，平安幸福。 其次，感謝四年大學(xué)生涯當(dāng)中所有關(guān)心和幫助過我的同學(xué)，是你們構(gòu)成了我的大學(xué)生涯，也你們讓我的大學(xué)生涯顯得那么有意義。當(dāng)然特別感謝朱強(qiáng)、周慶和鄒家恒三位同宿舍的兄弟們，四年之間，我們早已培養(yǎng)出了深情厚誼，這三位舍友讓我深深感受到宿舍就是我們的家，宿舍就是值得我們一起分享悲傷與快樂的地方。正值畢業(yè)之際，誠摯祝愿我的三位舍友永遠(yuǎn)幸福快樂！ 最后，當(dāng)然最需要感謝的就是我親愛的父母，是你們給了我生命，讓我能夠在這個(gè)世界上生存，讓我能夠有機(jī)會度過這人生當(dāng)中最有意義的四年。如果

56、沒有你們，我現(xiàn)在所擁有的一切都將虛無，所以正是因?yàn)橛辛四銈兊母冻?，我的人生才會那么的多姿多彩? 25 參考文獻(xiàn) [1] 姚剛. 高層及超高層建筑工程的GPS定位控制研究[D].四川：重慶大學(xué)結(jié)構(gòu)工程，2002. [2]竇航. GPS 控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 科技創(chuàng)業(yè)家，2013，7：34-35. [3]高立友. GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及高程異常擬合的應(yīng)用研究[D].四川：西南交通大學(xué)測繪工程，2014. [4] 熊別，張清明，王小雷. GPS測量在南水北調(diào)線性工程中的應(yīng)用[J]. 四川水利，2011，5：53-55. [5] 穆森，趙文吉，王羽佳.海寧市城市

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