【GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)9700字（論文）】

GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)摘要眾所周知，利用GPS系統(tǒng)實(shí)測各種用途的控制網(wǎng)可以達(dá)到降低外業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，獲得較高的相對(duì)定位精度和低成本的目的。為此我們首先應(yīng)做好GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這也是達(dá)到此目的的關(guān)鍵。本文從GPS控制網(wǎng)的點(diǎn)位選擇，圖形設(shè)計(jì)及測量方案等方面入手，探討了GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。本文通過對(duì)GPS定位的方法與測量、GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分類以及控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程的理論作概述，進(jìn)一步分析GPS控制測量中的數(shù)據(jù)處理方式，最后通過案例分析進(jìn)行實(shí)證分析。關(guān)鍵詞：GPS控制網(wǎng)；設(shè)計(jì)；測量DesignofGPScontrolnetworkAbstractAsweallknow,usingGPSsystemtomeasurethecontrolnetworkforvariouspurposescanreducethelaborintensity,improveworkefficiency,andachievehigherrelativepositioningaccuracyandlowcost.Therefore,weshouldfirstdotheoptimizationdesignofGPSnetwork,whichisalsothekeytoachievethisgoal.StartingfromthepointselectionofGPScontrolnetwork,graphicdesignandmeasurementscheme,thispaperdiscussestheoptimizationdesignofGPScontrolnetwork.Inthispaper,throughthemethodofGPSpositioningandmeasurement,GPScontrolnetworkoptimizationclassificationandoptimizationdesignofcontrolnetworkflowtheorybriefly,furtheranalysisGPScontrolmeasurementdata,andfinallythroughthecaseanalysis,empiricalanalysis.Keywords:GPScontrolnetwork;design;measurement目錄1緒論 11.1研究背景與意義 11.1.1研究背景 11.1.2研究意義 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.2.1國外研究現(xiàn)狀 11.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 21.3研究內(nèi)容 22相關(guān)理論概述 32.1GPS定位的方法與測量 32.1.1定位方法的分類 32.1.2GPS基本測量量 32.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分類 42.3控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程 43GPS控制測量中的數(shù)據(jù)處理 53.1GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理 63.1.1基線向量解算 63.1.2基線質(zhì)量評(píng)定 73.2GPS起算基準(zhǔn)選取 73.2.1地面起算控制點(diǎn)取舍 83.2.2兼容性計(jì)算分析 93.3GPS網(wǎng)平差處理 93.4GPS網(wǎng)比較分析 114GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的案例分析 124.1項(xiàng)目概括 124.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則 124.3GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案 124.3.1選擇有利的GPS點(diǎn)位 124.3.2三等GPS控制網(wǎng)對(duì)起算點(diǎn)的精度檢核 134.3.3三維無約束平差 134.3.4選擇最佳測量時(shí)間段 145結(jié)論 151緒論1.1研究背景與意義1.1.1研究背景隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，全球定位系統(tǒng)與人們的生活息息相關(guān)，與社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)。GPS可用于軍事、交通導(dǎo)航、大地測量、攝影測量、野外調(diào)查和探險(xiǎn)、土地利用調(diào)查和日常生活，廣泛應(yīng)用于軍事、交通、航海等領(lǐng)域。不同方面和領(lǐng)域。GPS與現(xiàn)代和現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，測量了地球表面的三維坐標(biāo)方法，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，從數(shù)據(jù)處理到實(shí)時(shí)定位和導(dǎo)航的發(fā)展，極大地拓展了應(yīng)用的廣度和深度。在載波相位差分法中，GPS技術(shù)可以大大提高相對(duì)定位精度，在小范圍內(nèi)可以達(dá)到厘米級(jí)精度。GPS技術(shù)的發(fā)展為大地測量提供了一種新的高精度測量方法。GPS測量不需要兩點(diǎn)測量，從天氣角度看，可以直接得到三維坐標(biāo)的精度高、速度快、節(jié)省成本、操作方便，GPS技術(shù)已成為地球測量的重要手段。1.1.2研究意義作為大地測量的前期工作，場地測量的選擇是非常重要的。在掌握現(xiàn)場情況后，可以根據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行測量工作的技術(shù)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場工作。在技術(shù)設(shè)計(jì)階段，如何安排最合理的控制點(diǎn)，選擇最佳的觀察程序是繪圖工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同樣，在GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，優(yōu)化GPS網(wǎng)測量方案的配置是非常重要的，對(duì)實(shí)際工作有著重要的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)已進(jìn)行了很長時(shí)間。赫爾穆特教授發(fā)表了關(guān)于“測量的合理性研究”的論文；1882年Shreiber教授提出了著名的“正義的基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)配置方法，優(yōu)化基線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的角度來看，這是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制措施的開創(chuàng)性工作而產(chǎn)生的。但是受限于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)的落后和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力以及圖形顯示能力的低下，控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的深入研究陷入了停滯階段。直到20世紀(jì)60年代后期，控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題才又重新引起了科研人員的重視[1]。此后，國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了一系列深入的研究。1976年，在第七屆精密工程測量國際會(huì)議中，荷蘭的Baarda教授提出了評(píng)價(jià)控制網(wǎng)質(zhì)量的三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，即精度、可靠性與經(jīng)濟(jì)性，并引入準(zhǔn)則矩陣的概念，為控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作提供了一種更為合理的精度標(biāo)準(zhǔn)。斯圖加特大學(xué)的Grafarend教授在對(duì)控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，將優(yōu)化問題分為四類，并在1972年和Schafffn教授一起提出了著名的Taylor-Karman結(jié)構(gòu)，按照TK結(jié)構(gòu)構(gòu)造的準(zhǔn)則矩陣具有均勻和各向精度相同的特點(diǎn)[2]。為了加強(qiáng)國際合作，IAG分別于1979年和1980年成立了重點(diǎn)研究控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體實(shí)施方案的“大地網(wǎng)計(jì)算輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)”專題研究小組和偏重于探討控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的“大地網(wǎng)最優(yōu)化設(shè)計(jì)”專題研究小組。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代開始，我國的眾多學(xué)者也開始對(duì)測量控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究：顧孝烈等人首先探討了工程邊角網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題；李德仁研究了顧及精度與可靠性的測量控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論；1990年，陶本藻在分析了我國控制網(wǎng)二類優(yōu)化設(shè)計(jì)的進(jìn)展后，提出了今后進(jìn)一步的研究方向。1992年，周秋生根據(jù)控制網(wǎng)機(jī)助優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)原理，研制了一個(gè)機(jī)助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。隨著GPS技術(shù)廣泛應(yīng)用于大地測量領(lǐng)域和工程測量領(lǐng)域，GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題越來越引起國內(nèi)外學(xué)者的重視。于來法、鄭國寧研究了應(yīng)用點(diǎn)位精度矩陣相關(guān)性優(yōu)化GPS網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型；周擁軍、施民比較了GPS網(wǎng)與常規(guī)網(wǎng)的異同點(diǎn)，給出了GPS網(wǎng)平差及優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型；劉立龍、林文介分析了GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的指標(biāo)，運(yùn)用了蒙特卡洛法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；張松林、張正祿等學(xué)者基于全邊角網(wǎng)和全邊方位角網(wǎng)模擬法設(shè)計(jì)的計(jì)算思想，提出了一種GPS平面控制網(wǎng)的模擬設(shè)計(jì)方法[3]。此外，還有眾多學(xué)者對(duì)此問題進(jìn)行了研究，也取得了一些優(yōu)秀的結(jié)果，就不再一一介紹。1.3研究內(nèi)容本文一共分為五個(gè)部分；第一部分是緒論。主要是對(duì)研究背景與意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及研究內(nèi)容進(jìn)行簡單的闡述，為下文做鋪墊；第二部分是相關(guān)理論概述。主要是對(duì)GPS定位的方法與測量、GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分類以及控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程的理論作概述；第三部分是GPS控制測量中的數(shù)據(jù)處理。首先對(duì)GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理以及起算基準(zhǔn)選取進(jìn)行分析，其次分析GPS網(wǎng)平差處理，最后進(jìn)行GPS網(wǎng)比較分析；第四部分是GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的案例分析。通過案例分析進(jìn)行實(shí)證，首先對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行概括，其次概述GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，最后是GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案；第五部分是結(jié)論，是對(duì)全文的一個(gè)總結(jié)。2相關(guān)理論概述2.1GPS定位的方法與測量2.1.1定位方法的分類利用GPS進(jìn)行定位的方法有多種。若按參考點(diǎn)的不同位置，則可分為：(1)絕對(duì)定位(或單點(diǎn)定位)：即在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定測量中心相對(duì)于地球質(zhì)心的位置，然后參考點(diǎn)可以被認(rèn)為與地球的質(zhì)心一致。(2)相對(duì)定位：即在地球協(xié)議坐標(biāo)系中，確定測量站與地面參考點(diǎn)之間的相對(duì)位置。如果用戶的接收器處于工作狀態(tài)，則定位方法可分為兩部分：(1)靜態(tài)定位：在定位過程中，接收器的位置是固定的，處于靜止?fàn)顟B(tài)。但嚴(yán)格地說，靜止是相對(duì)的。在衛(wèi)星大地測量中，所謂的靜止?fàn)顟B(tài)通常指的是固定點(diǎn)的位置，周圍的點(diǎn)保持不變或者變化非常緩慢，因此可以忽略測量周期。(2)動(dòng)態(tài)定位：即在定位過程中，接收天線處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在絕對(duì)定位和相對(duì)定位中，還包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。為了縮短測量時(shí)間，提高工作效率，除了基本定位方法外，還存在一些快速定位方法，如準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位法和快速靜態(tài)相對(duì)定位法[4]。2.1.2GPS基本測量量使用GPS定位，無論采用什么方法都可以通過GPS衛(wèi)星觀察和某種觀察來進(jìn)行購買。GPS衛(wèi)星信號(hào)包含各種定位信息，根據(jù)不同要求，可以得到不同的觀察結(jié)果，其中包括：·根據(jù)碼相位測量得出的偽距；·根據(jù)載波相位測量得出的偽距；·由積分多普勒計(jì)數(shù)得出的偽距差；·由干涉法測量得出的時(shí)間延遲。然而，當(dāng)使用積分多普勒計(jì)數(shù)方法時(shí)，期望的觀察時(shí)間通常更長（例如幾個(gè)小時(shí)），而接收機(jī)的振蕩器在觀察過程中需要高度的穩(wěn)定性。對(duì)測量方法的干擾，所需設(shè)備還是比較貴的；數(shù)據(jù)處理也比較復(fù)雜。所以這兩種方法，目前在GPS中的定位，很難獲得廣泛的應(yīng)用。廣泛使用的基本測量有兩種主要類型，即碼相測量和載波相位測量[5]。所謂碼相位測量，即測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號(hào)(C/A碼或P碼)，到達(dá)用戶接收機(jī)天線(測量站)的傳播時(shí)間，因此這種測量方法，也稱為時(shí)間延遲測量。2.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)分類控制網(wǎng)的解析優(yōu)化設(shè)計(jì)法即通過對(duì)實(shí)際問題的具體分析，確定目標(biāo)函數(shù)，列出約束條件，建立最優(yōu)設(shè)計(jì)問題的數(shù)學(xué)模型，選擇合適的搜索優(yōu)化算法，找出嚴(yán)格優(yōu)化解的過程問題。參照國際公認(rèn)的Grafarend提出的測量控制網(wǎng)優(yōu)化分類方法，GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)也可分為四類：第一，零類設(shè)計(jì)問題，又稱基準(zhǔn)選擇問題，即為一個(gè)己確定網(wǎng)型與測量方案的自由網(wǎng)選擇一個(gè)最優(yōu)的參考系，包括投影而、投影帶、起算點(diǎn)等。己知設(shè)計(jì)矩陣A和權(quán)陣P，確定站點(diǎn)坐標(biāo)向量X及其協(xié)因數(shù)陣Qx，Y，使坐標(biāo)向量X的方差之和達(dá)到最小。第二，一類設(shè)計(jì)問題，又稱圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，即為使坐標(biāo)向量X的協(xié)因數(shù)陣Q與事先設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則矩陣Qx，Y，最為接近或使網(wǎng)內(nèi)局部精度達(dá)到預(yù)期，在已知權(quán)陣P的情況下，確定網(wǎng)的設(shè)計(jì)矩陣A。第三，二類設(shè)計(jì)問題，又稱測量值權(quán)的分配問題，即確定最優(yōu)的GPS控制網(wǎng)測量方案。本階段已知控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)矩陣A，需要設(shè)計(jì)的是權(quán)陣P。第四，三類設(shè)計(jì)問題，即己有GPS控制網(wǎng)的改造方案的設(shè)計(jì)問題。控制網(wǎng)的改造包括加密、擴(kuò)展、補(bǔ)測等[5]。三類設(shè)計(jì)需要解決的是在改造質(zhì)量要求一定的前提下如何使工作量最小或是改造經(jīng)費(fèi)一定的情況下，如何使網(wǎng)的改造效果最佳。在實(shí)際的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題中，實(shí)際上很難將問題簡單的歸為哪一類設(shè)計(jì)問題，通常是不同類設(shè)計(jì)的交叉綜合，三種類型的設(shè)計(jì)問題可以看作是一個(gè)類和兩種類型的混合，如果第一種、第二種類型的設(shè)計(jì)必須在零類設(shè)計(jì)之前解決。因此，各種設(shè)計(jì)問題通常并不嚴(yán)格分開。2.3控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程控制網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以分為四個(gè)部分。要開發(fā)優(yōu)化方案，必須解決四個(gè)部分的迭代過程。這四個(gè)部分是：(1)提出優(yōu)化的任務(wù)(2)制定網(wǎng)的設(shè)計(jì)方案(3)進(jìn)行方案評(píng)價(jià)(4)進(jìn)行方案優(yōu)化優(yōu)化流程如圖2-1所示：開始開始提出優(yōu)化任務(wù)提出設(shè)計(jì)方案實(shí)地勘察是否滿足一些要求在實(shí)地能否變動(dòng)網(wǎng)形改善優(yōu)化結(jié)束圖2-1控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程3GPS控制測量中的數(shù)據(jù)處理衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)處理，一般借助相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件自動(dòng)進(jìn)行。隨著定位技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)處理軟件的功能和自動(dòng)化程度不斷提高。數(shù)據(jù)處理的基本流程如圖3-1所示，包括數(shù)據(jù)粗加工和預(yù)處理，基矢量計(jì)算和基線網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換或與地面網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合調(diào)整。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集粗加工預(yù)處理基線解算定時(shí)定位數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)的聯(lián)合處理，高程問題的解決

數(shù)據(jù)庫圖3-1數(shù)據(jù)處理流程3.1GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理鐵路，公路等GPS地面控制網(wǎng)絡(luò)是施工總體控制網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性或與施工質(zhì)量無直接關(guān)系。因此，有必要結(jié)合具體的施工要求，優(yōu)化GPS地面控制網(wǎng)絡(luò)的觀測資料，分析控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性使網(wǎng)絡(luò)布局合理。3.1.1基線向量解算基線向量解是使用衛(wèi)星相位觀測或其在衛(wèi)星定位中的差分觀測來解決兩次同時(shí)觀測之間的基線矢量坐標(biāo)差的過程。在數(shù)據(jù)預(yù)處理之前，刪除觀察值的總值，即循環(huán)的檢測和修復(fù)[6]。由于要測量的站的近似坐標(biāo)相對(duì)于基站的精度相對(duì)較低，并且影響站的距離和傳播時(shí)間的計(jì)算，因此有必要連續(xù)迭代以提高站的近似坐標(biāo)精度以校正衛(wèi)星信號(hào)傳輸時(shí)間和相應(yīng)的星歷坐標(biāo)。整個(gè)星期更接近整數(shù)，以獲得良好的基線矢量結(jié)果。通過計(jì)算基線和計(jì)算測量部分相對(duì)于基數(shù)的所有非基線的總基線，可以通過兩種方式來解決所有基線。GPS基線矢量計(jì)算考慮了觀察期間信號(hào)不連續(xù)性造成的數(shù)據(jù)消除，發(fā)現(xiàn)和刪除觀測總數(shù)據(jù)，由星座變化引起的未知參數(shù)增加，進(jìn)一步消除傳播延遲校正和接收機(jī)的混響評(píng)估等問題。GPS基線矢量解決方案采用LEICA接收機(jī)提供商業(yè)軟件LGO軟件，及時(shí)觀察數(shù)據(jù)。基線結(jié)果的解決是一個(gè)單獨(dú)的解決方案，采用改選衛(wèi)星，去掉信一號(hào)接收條件較差、周跳出現(xiàn)較多的某顆衛(wèi)星，切斷衛(wèi)星信號(hào)不是很好的時(shí)間和變化高度角提高基線結(jié)算結(jié)果的方法，對(duì)于單獨(dú)的解決方案，對(duì)于重新測試或刪除處理的基線不滿意。軌道GPS現(xiàn)場基地結(jié)算采用廣播星歷，相位觀測雙差分技術(shù)，解決方案數(shù)據(jù)采用率達(dá)到99％以上。使用雙差分固定溶液的基線結(jié)果表明，剩余殘留量（Rms）小于1厘米，以滿足規(guī)格要求[7]，固定溶液的可靠性因子為98％以上。3.1.2基線質(zhì)量評(píng)定為了提高GPS測量的精度和可靠性，有必要對(duì)基線計(jì)算的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)一些指標(biāo)（RMS、比值）對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。一般包括以下幾項(xiàng)檢核：1)同步環(huán)坐標(biāo)分量及全長相對(duì)閉合差的檢查坐標(biāo)分量閉合差限差：全長相對(duì)閉合差限差：式中n為同步環(huán)的邊數(shù)，為相應(yīng)級(jí)別規(guī)定的測量精度(按平均邊長計(jì)算)。2)非同步環(huán)坐標(biāo)分量及全長相對(duì)閉合差的檢查坐標(biāo)分量閉合差限差：全長相對(duì)閉合差限差：適中n為獨(dú)立環(huán)邊數(shù)：3.2GPS起算基準(zhǔn)選取GPS控制網(wǎng)的建設(shè)依賴于現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)。如果起始點(diǎn)與所提出的GPS網(wǎng)絡(luò)不兼容，就會(huì)造成GPS控制網(wǎng)的失真和失真，造成GPS網(wǎng)的精度受到破壞。因此，如何選擇合適的高電平控制點(diǎn)作為GPS擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的初始數(shù)據(jù)，將直接影響到擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的精度，或者導(dǎo)致GPS控制網(wǎng)絡(luò)失控和控制過多。根據(jù)控制網(wǎng)布設(shè)原則，在選定地面起始點(diǎn)時(shí)，必須充分分析現(xiàn)有地面控制網(wǎng)的信息，并考慮控制網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[8]。在實(shí)際的GPS控制網(wǎng)測量中，測量區(qū)控制點(diǎn)的結(jié)果是由于測量區(qū)域的范圍，調(diào)查區(qū)比較復(fù)雜。特別是在鐵路工程控制網(wǎng)等大型GPS網(wǎng)絡(luò)控制下，為了滿足設(shè)計(jì)精度要求，有必要選擇不同的地面控制點(diǎn)作為出發(fā)點(diǎn)。這些情況很可能造成地面起始點(diǎn)和GPS網(wǎng)的不兼容，導(dǎo)致GPS網(wǎng)變形，無法滿足相應(yīng)的GPS測量精度。在數(shù)據(jù)處理過程中，為了獲得可靠的測量結(jié)果，必須在地面起始點(diǎn)進(jìn)行性能分析。3.2.1地面起算控制點(diǎn)取舍根據(jù)規(guī)范，基線向量約束調(diào)整校正不限調(diào)整結(jié)果（不包括同一名稱的總誤差校正）參考對(duì)應(yīng)的數(shù)字：dV△X、dV△Y、dV△Z(為相應(yīng)等級(jí)GPS網(wǎng)的邊長精度)，當(dāng)可以考慮兼容的初始數(shù)據(jù)和GPS網(wǎng)約束時(shí)需要選擇地面控制點(diǎn)。根據(jù)GPS網(wǎng)絡(luò)兼容性要求的分析(約束平差GPS叢線向量的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對(duì)值較大的基線分量應(yīng)與兼容性不好的起算點(diǎn)相關(guān))，使用從地面起點(diǎn)模擬方法，信息處理能力的計(jì)算機(jī)快速、準(zhǔn)確，并考慮通過人工分析相關(guān)的影響，進(jìn)行判斷和校正，不斷調(diào)整選擇的過程中，目標(biāo)值是接近極限，從而形成最優(yōu)的解決方案[9]，具體過程如圖3-2所示：…………..全網(wǎng)起算點(diǎn)等權(quán)約束平差GPS網(wǎng)精度失控或相對(duì)超控輸出平差結(jié)果剔除兼容性不好的起算控制點(diǎn)起算控制點(diǎn)補(bǔ)測圖3-2起算點(diǎn)兼容性模擬法分析流程分析了滿足現(xiàn)場兼容性要求后的出發(fā)點(diǎn)和最終約束調(diào)整結(jié)果。若能滿足設(shè)計(jì)精度，則可作為約束調(diào)整結(jié)果。在分析和選擇過程中，有時(shí)會(huì)遇到一些兼容的過程。當(dāng)差分結(jié)果相差較大時(shí)，一般比較合理地選擇地面點(diǎn)分布的程序。如果在選擇中刪除不兼容點(diǎn)，原網(wǎng)絡(luò)有大面積失控或超出公差精度，應(yīng)進(jìn)行部分兼容性分析，確定出發(fā)點(diǎn)之后，直至滿足設(shè)計(jì)要求。3.2.2兼容性計(jì)算分析這里，以武廣客運(yùn)專線某段控制網(wǎng)為實(shí)例進(jìn)行分析。在測區(qū)范圍內(nèi)可供選擇的高級(jí)聯(lián)測點(diǎn)有二等三角點(diǎn)(A031、A035、A038，A041、A050、A080)，起算點(diǎn)兼容性分析如下：1)作為已知的GPS網(wǎng)約束平左，與四向量與三修正結(jié)果無限調(diào)整先把全網(wǎng)6個(gè)二等三角點(diǎn)(A031，A035，A038，A041、A050、A080)的小于2的相同的基準(zhǔn)修正的絕對(duì)值，其中1條為全網(wǎng)較差絕對(duì)值最大值，而修改四線參考向量和無約束平差的相關(guān)A031（不包括相同的總差異）。基線校正的絕對(duì)值大于2，即A031和A041是兼容性差的出發(fā)點(diǎn)[10]。2)把A031為未知點(diǎn)，其余5點(diǎn)為約束點(diǎn)的調(diào)整，在A080和6條基線校正的校正結(jié)果，三無約束平差結(jié)果（剔除異常值）相同的基線校正數(shù)的絕對(duì)值大于2，確定A080點(diǎn)兼容性差。3)把A031、A041為未知點(diǎn)，其余4點(diǎn)為觀察點(diǎn)，然后調(diào)整限制，調(diào)整結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)基線向量校正和無約束平差結(jié)果（不包括總誤差）對(duì)GPS大于2倍基線校正后的絕對(duì)值，但三基線向量與A050數(shù)目有關(guān)，沒有修正約束平差結(jié)果（不包括基線校正的總誤差）的絕對(duì)值比較大，A050兼容性不是很好，但兼容性要求。4)在分析了兼容性要求后，分析了地面起點(diǎn)和最終約束調(diào)整的結(jié)果。調(diào)整后的精度指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)其結(jié)果是約束調(diào)整的結(jié)果。3.3GPS網(wǎng)平差處理從圖3-3中可以看到，網(wǎng)平差實(shí)際上可以分為三個(gè)過程：1.前期的準(zhǔn)備工作，這部分是由用戶進(jìn)行的。也就是說在網(wǎng)絡(luò)調(diào)整前，建立坐標(biāo)系，已知經(jīng)緯度點(diǎn)、平面坐標(biāo)、高程等；2.網(wǎng)平差的實(shí)際進(jìn)行，這部分是軟件自動(dòng)完成的；3.分析和控制結(jié)果的質(zhì)量，這是用戶分析和處理的一部分。坐標(biāo)系、網(wǎng)平差設(shè)置坐標(biāo)系、網(wǎng)平差設(shè)置已知坐標(biāo)輸入，如經(jīng)緯度、平面坐標(biāo)、高程等提取基線向量構(gòu)建GPS基線向量網(wǎng)網(wǎng)圖檢查三維無約束平差

三維

二維

水準(zhǔn)擬合

質(zhì)量分析和控制圖3-3網(wǎng)平差過程為了研究GPS網(wǎng)的內(nèi)部精度綜合，可能總誤差可以被檢測到，和WGS-84坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整[11]。在基線計(jì)算質(zhì)量驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)GPS網(wǎng)的內(nèi)部精度和現(xiàn)場測量質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)，并用總矢量校正法檢驗(yàn)了總誤差。通過分析基線向量三分量、最弱點(diǎn)誤差、最弱邊相對(duì)誤差和后單位權(quán)誤差的殘差，可以確定三維無約束平差基線向量的質(zhì)量。利用商用軟件LGO在WGS-84坐標(biāo)系下進(jìn)行三維無約束平差，三維無約束平差以A031的單點(diǎn)定位解為起算數(shù)據(jù)，精度統(tǒng)計(jì)如表3-1、表3-2所示。表3-1三維基線殘差基線殘差＜1.0（cm）1.0-2.0（cm）＞2.0（cm）最大誤差最小誤差總數(shù)X基數(shù)百分比7940-1.25-0.0183占總數(shù)百分比85.2%4.80%100%Y基數(shù)百分比73912.630.0383占總數(shù)百分比88.0%10.8%1.2%100%Z基數(shù)條數(shù)701212.00-0.0183占總數(shù)百分比84.3%14.5%1.2%100%表3-2維基線相對(duì)誤差、三維點(diǎn)位誤差相對(duì)誤差區(qū)間＜1/100萬1-100-1/50萬＞1-50萬最佳值最差值總數(shù)區(qū)間個(gè)數(shù)3723231/5556萬1/16萬83占總數(shù)百分比44.627.727.7100%點(diǎn)位誤差＜1.0cm1.0-2.02.0最大值最小值總數(shù)區(qū)間個(gè)數(shù)131101.590.5024占總數(shù)百分比54.2%45.80100%3.4GPS網(wǎng)比較分析GPS網(wǎng)的對(duì)比分析主要是分析兩階段GPS平面網(wǎng)的直角坐標(biāo)有顯著差異。根據(jù)規(guī)范要求的最小精度（≤1.2cm），兩個(gè)點(diǎn)的GPS網(wǎng)絡(luò)允許值如下：根據(jù)網(wǎng)的兩期二維平差坐標(biāo)，計(jì)算點(diǎn)位較差：故兩期網(wǎng)點(diǎn)較差應(yīng)滿足：分析GPS控制網(wǎng)的外符合精度，統(tǒng)計(jì)4個(gè)二等三角點(diǎn)與原測控制網(wǎng)坐標(biāo)較差值的情況，如表3-3所示。表3-3控制網(wǎng)的外符合精度點(diǎn)號(hào)A031A035A050A080dx(cm)-2.41-0.41-2.97-0.64dy(cm)1.061.630.01-2.49d△(cm)2.631.682.972.57可以從3-3看到，GPS控制網(wǎng)和高精度，整個(gè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)，精度完全能滿足工程精度要求分到最大2.97厘米，最小值為1.68cm、差異的控制點(diǎn)是滿足“《客運(yùn)專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》限差要求(與原有控制點(diǎn)的坐標(biāo)較差＝50mm)，說明GPS點(diǎn)誤差較小的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，證明GPS控制網(wǎng)的可靠性。4GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的案例分析4.1項(xiàng)目概括煙臺(tái)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)位于膠東半島東北部，面積約二百平方米，受開發(fā)區(qū)委托，我們測量GPS控制網(wǎng)作為首級(jí)平面控制網(wǎng)：由于面積大，山地為主，丘陵地區(qū)，為了提高變化可靠性測試，使用電子水準(zhǔn)儀建立第三級(jí)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)是一級(jí)的高程控制網(wǎng)，三級(jí)測量GPS控制點(diǎn)作為GPS高程擬合的起點(diǎn)[12]。測量中心位于121度07度子午線附近。地圖呈水平平坦、丘陵、山地和高山，平均海拔約150米，相對(duì)于1990坐標(biāo)系，大地水準(zhǔn)面高度約為9.6米。根據(jù)常規(guī)投影（中央子午線為1200），高斯平面的長投影長度大于2.5米/公里。4.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)原則GPS控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)根據(jù)其用途、準(zhǔn)確，所需的衛(wèi)星狀態(tài)，類型和數(shù)量的接收器，調(diào)查區(qū)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)，測量地形和交通條件，即網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)應(yīng)在效率、精度和經(jīng)濟(jì)性，從而達(dá)到用戶的要求。4.3GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案4.3.1選擇有利的GPS點(diǎn)位選擇合理的GPS點(diǎn)是GPS控制網(wǎng)測量必不可少的前提。GPS點(diǎn)的正確選取將直接影響GPS測量的精度、成本和二次測量。因此，除了遵循《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》（以下簡稱《規(guī)范》外，在GPS控制網(wǎng)之前，還要注意以下幾點(diǎn)：GPS點(diǎn)應(yīng)該遠(yuǎn)離公路。由于道路上的車輛容易受到路邊GPS測量造成的多徑誤差，而測量人員和設(shè)備也非常危險(xiǎn)。GPS點(diǎn)應(yīng)該遠(yuǎn)離茂密的樹木。由于茂密的樹木和樹葉往往阻礙信號(hào)，特別是在枝葉潮濕時(shí)極易引起信號(hào)失鎖，產(chǎn)生周跳，造測量誤差。GPS點(diǎn)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離建筑物的無線電信號(hào)反射，并具有電視臺(tái)、電臺(tái)等的無線電信號(hào)功能。無線電信號(hào)造成GPS測量數(shù)據(jù)的多徑誤差，甚至信號(hào)丟失被鎖定，從而導(dǎo)致屏蔽。沒有必要確保相鄰點(diǎn)之間的可見性，但在第一控制網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常使用GPS網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)各種目的。為了確保有定向點(diǎn)和檢查點(diǎn)，所以在選擇GPS點(diǎn)時(shí)，你應(yīng)該考慮點(diǎn)之間的視覺問題。在部署GPS網(wǎng)絡(luò)時(shí)，有時(shí)可能遇到的基線長度超過50km。在這一點(diǎn)上，一周內(nèi)未知的解決方案和周期性的跳躍檢測和修復(fù)是非常困難的，這一次應(yīng)該增加長基線中間的GPS點(diǎn)的數(shù)量。因此，攔截基線的長度在10km和15km以內(nèi)，利用這些短基線來解決未知的整周問題，從而解決了長基線的困難。4.3.2三等GPS控制網(wǎng)對(duì)起算點(diǎn)的精度檢核對(duì)起算點(diǎn)的檢核聯(lián)測略圖詳見圖4-2的粗長實(shí)線部分。首先用GPS對(duì)4個(gè)國家二等三角點(diǎn)II是顧家圍子山(點(diǎn)號(hào)為100)，II是九目山(點(diǎn)號(hào)為101)，II炮山(點(diǎn)號(hào)為102)，II是磁山(點(diǎn)號(hào)為104)，進(jìn)行內(nèi)部符合精度的檢測。固定100號(hào)點(diǎn)、101號(hào)點(diǎn)、102號(hào)點(diǎn)、104號(hào)點(diǎn)中任意一點(diǎn)平差后的精度統(tǒng)計(jì)情況詳見表4-1：表4-1對(duì)起算點(diǎn)的精度檢測統(tǒng)計(jì)表基線邊號(hào)理論邊長實(shí)測邊長差值△S（m）相對(duì)精度△S/SI100-10415417.717615417.72310.00551/2803221100-10218688.274318688.06430.21131/88444100-1018186.67808166.71430.03541/230754101-1047636.26757636.54260.27511/27758從表4-1中可以看出號(hào)點(diǎn)的準(zhǔn)確度、點(diǎn)數(shù)和號(hào)點(diǎn)的準(zhǔn)確度都是最高的，所以從一開始就對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了號(hào)點(diǎn)和號(hào)點(diǎn)的調(diào)整。4.3.3三維無約束平差該網(wǎng)的總基線數(shù)為條，基線向量改正數(shù)詳見表4-2，表4-3，點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)表詳見表4-4。表4-2基線向量改正數(shù)精度統(tǒng)計(jì)表基線向量改正數(shù)誤差區(qū)間0-11-22-33-4Vx百分比97.66%2.34%0%0%Vy個(gè)數(shù)、百分比98.44%1.56%0%0%Vz百分比98.44%1.56%0%0%表4-3基線相對(duì)精度統(tǒng)計(jì)表誤誤差區(qū)間間1/10萬-1/20萬1/10萬-1/50萬1/150萬百分比0%8.7%91.3%最弱邊為一，其相對(duì)精度為遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于完全滿足精度要求。表4-4三維無約束平差點(diǎn)位中誤差統(tǒng)計(jì)表中誤差類別X中誤差MxY中誤差MyZ中誤差Mz點(diǎn)位中誤差Wp最大值（cm）0.821.141.151.82點(diǎn)號(hào)20202020在坐標(biāo)系統(tǒng)的三維無約束平差的薄弱點(diǎn)是點(diǎn)20點(diǎn)誤差1.82cm，最佳點(diǎn)是38號(hào)點(diǎn)，并且誤差0.50cm。下面是一個(gè)簡單的圖表描述，如圖4-1、4-2所示。G01、G02和G03、G04，為新開發(fā)的GPS網(wǎng)絡(luò)，新的布局點(diǎn)基本上是沒有障礙的，按三的GPS接收機(jī)測量，分別測量6段，1圖形程序優(yōu)于1-B圖形程序。因?yàn)?-b方案中AB、BC、CA3段基線在同一時(shí)段測量，A、B、C3點(diǎn)都有規(guī)標(biāo)，測量時(shí)間有特殊要求，導(dǎo)致很難滿足。除了一段時(shí)間外，間隔時(shí)間只有一個(gè)點(diǎn)，而且更容易得到滿足要求的時(shí)間。圖4-1原圖圖4-2優(yōu)化后圖4.3.4選擇最佳測量時(shí)間段GPS投入運(yùn)行后，GPS衛(wèi)星可以達(dá)到全球三維覆蓋，不一定具有更好的圖形分布。因此，在測量前，需要計(jì)算衛(wèi)星的天數(shù)和可見的衛(wèi)星分布和GDP值，以制定測量計(jì)劃，即選擇最佳測量周期，將GDP值降至最低。通常認(rèn)為測量周期越長，有利于提高測量精度；然而，測量周期的長度對(duì)于正確解決相位歧義是重要的。從獲得的數(shù)據(jù)量來看是毫無疑問，測量周期越長越好。然而，當(dāng)收集足夠數(shù)量的測量數(shù)據(jù)并且可以正確地解決歧義時(shí)，持續(xù)測量時(shí)間并且不能增加測量時(shí)間并且不能測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量。相反，從另一方面來看，接收機(jī)在晶體振蕩器中使用，頻率穩(wěn)定只能達(dá)到10-8次。測量周期越長，由接收機(jī)時(shí)鐘誤差引起的誤差引起的誤差越大。以這種方式，測量周期的長度的選擇存在問題，以前沒有注意到。另一方面，測量時(shí)間段取決于測量任務(wù)書中所需的精度，基線長度的差異以及使用的GPS接收機(jī)之間的差異。通過大量的不規(guī)則性增加測量時(shí)間來提高測量精度也是沒有用的，這也浪費(fèi)人力。無法實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率，低成本的GPS測量。5結(jié)論