【GPS控制網(wǎng)的設(shè)計9500字（論文）】

GPS控制網(wǎng)的設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u18461摘要 1167591緒論 1249821.1研究背景與意義 1300461.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2213841.3研究內(nèi)容 3191252相關(guān)理論概述 3219182.1GPS定位的方法與觀測量 3131232.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計分類 4287092.3控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的一般流程 513393GPS控制測量中的數(shù)據(jù)處理 6151583.1GPS數(shù)據(jù)預(yù)處理 7287333.2GPS起算基準(zhǔn)選取 8266773.3GPS網(wǎng)平差處理 10100682.網(wǎng)平差的實際進行，這部分是軟件自動完成的; 11287523.4GPS網(wǎng)比較分析 12204844GPS控制網(wǎng)設(shè)計的案例分析 13224934.1項目概括 1317014.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計原則 13137704.3GPS控制網(wǎng)設(shè)計方案 1327064.4選擇最佳觀測時間段 16264995結(jié)論 1630980參考文獻 17摘要眾所周知，利用GPS系統(tǒng)實測各種用途的控制網(wǎng)可以達(dá)到降低外業(yè)勞動強度，提高工作效率，獲得較高的相對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，這也是達(dá)到此目的的關(guān)鍵。本文從GPS控制網(wǎng)的點位選擇，圖形設(shè)計及觀測方案等方面入手，探討了GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計問題。關(guān)鍵詞：1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，GPS(GlobalPositioningSystem)與人們的生活和社會的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。GPS具有全時段、自動化、高精度等顯著特點，能夠?qū)崿F(xiàn)海、陸、空三維導(dǎo)航與定位，廣泛應(yīng)用于軍事、交通導(dǎo)航、大地測量、攝影測量、野外考察探險、土地利用調(diào)查和日常生活等不同方面和領(lǐng)域。GPS與現(xiàn)當(dāng)代通信技術(shù)相結(jié)合，測定地球表面點位三維坐標(biāo)的方法，由靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，由數(shù)據(jù)后處理發(fā)展到實時的定位和導(dǎo)航，極大地拓展了應(yīng)用的廣度和深度。GPS技術(shù)中的載波相位差分法，可以極大提高相對定位精度，在小范圍內(nèi)可以達(dá)到厘米級精度。GPS技術(shù)的發(fā)展為大地測量提供了一種新的高精度的測量手段。GPS測量不需要兩點間通視、不受天氣影響、能直接獲得三維坐標(biāo)、精度高、速度快、費用省、操作簡便，GPS技術(shù)已成為大地測量的重要手段。1.1.2研究意義作為大地測量的起始工作，實地踏勘和選點是非常重要的，在對實地情況有了認(rèn)識和掌握之后，就可以根據(jù)相關(guān)規(guī)范，進行測量工作的技術(shù)設(shè)計和外業(yè)工作;而技術(shù)設(shè)計階段，如何最合理的布設(shè)控制點和選擇最優(yōu)的觀測方案，這是測繪工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。同樣，在GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計中，合理優(yōu)化配置GPS網(wǎng)觀測方案，對目前的實際工作具有十分重要的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀對控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的研究己經(jīng)由來己久。1868年Helmert教授就發(fā)表了關(guān)于“測量的合理性研究”的論文;1882年Shreiber教授曾提出過著名的“基線網(wǎng)最適當(dāng)權(quán)分配”的方法，對基線擴大網(wǎng)的測角觀測方案進行了優(yōu)化設(shè)計，這是對測量控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計所作的開創(chuàng)性工作。但是受限于當(dāng)時科學(xué)技術(shù)的落后和計算機計算能力以及圖形顯示能力的低下，控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計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)計問題才又重新引起了科研人員的重視。此后，國內(nèi)外眾多學(xué)者對控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計問題進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議中，荷蘭的Baarda教授提出了評價控制網(wǎng)質(zhì)量的三項標(biāo)準(zhǔn)，即精度、可靠性與經(jīng)濟性，并引入準(zhǔn)則矩陣的概念，為控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計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教授在對控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計問題進行深入研究的基礎(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。為了加強國際合作，IAG分別于1979年和1980年成立了重點研究控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的具體實施方案的“大地網(wǎng)計算輔助優(yōu)化設(shè)計”專題研究小組和偏重于探討控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計理論的“大地網(wǎng)最優(yōu)化設(shè)計”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)者也開始對測量控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計進行深入的研究: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)計的進展后，提出了今后進一步的研究方向。1992年，周秋生根據(jù)控制網(wǎng)機助優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)原理，研制了一個機助設(shè)計系統(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，給出了GPS網(wǎng)平差及優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型;劉立龍，林文介分析了GPS控制網(wǎng)設(shè)計的指標(biāo)，運用了蒙特卡洛法進行優(yōu)化設(shè)計;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)計的計算思想，提出了一種GPS平面控制網(wǎng)的模擬設(shè)計方法。此外，還有眾多學(xué)者對此問題進行了研究，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2相關(guān)理論概述2.1GPS定位的方法與觀測量2.1.1定位方法的分類利用GPS進行定位的方法有多種。若按參考點的不同位置，則可分為:(1)絕對定位(或單點定位):即在地球協(xié)議坐標(biāo)系統(tǒng)中，確定觀測站相對地球質(zhì)心的位置，這時可認(rèn)為參考點與地球質(zhì)心相重合。(2)相對定位:即在地球協(xié)議坐標(biāo)系統(tǒng)中，確定觀測站與某一地面參考點之間的相對位置。若按用戶接收機在作業(yè)中所處的狀態(tài)，則定位方法可分為:(1)靜態(tài)定位:即在定位過程中，接收機的位置是固定的，處于靜止?fàn)顟B(tài)。不過，嚴(yán)格說，靜止?fàn)顟B(tài)只是相對的。在衛(wèi)星大地測量學(xué)中，所謂靜止?fàn)顟B(tài)，通常是指待定點的位置，對其周圍的點位沒有發(fā)生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測期內(nèi)(例如數(shù)天或數(shù)周)可以忽略。(2)動態(tài)定位:即在定位過程中，接收機天線處于運動狀態(tài)。而在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態(tài)與動態(tài)兩種方式。為了縮短觀測時間，提高作業(yè)效率，除上述基本定位方式外，還有一些快速定位的方法，如準(zhǔn)動態(tài)相對定位法和快速靜態(tài)相對定位法等。2.1.2GPS基本觀測量利用GPS定位，無論以何種方法，都是通過觀測GPS衛(wèi)星而獲得的某種觀測量采買現(xiàn)的。GPS衛(wèi)星信號含有多種定位信息，根據(jù)不同的要求，可以從中獲得不同的觀測量，其中主要包括:·根據(jù)碼相位觀測得出的偽距；·根據(jù)載波相位觀測得出的偽距；·由積分多普勒計數(shù)得出的偽距差；·由干涉法測量得出的時間延遲。不過，當(dāng)采用積分多普勒計數(shù)法進行定位時，其所需的觀測時間一般較長(例如數(shù)小時)，同時在觀測過程中，接收機的振蕩器要求保持高度穩(wěn)定。而用干涉法測量時，所需的設(shè)備尚比較昂貴；數(shù)據(jù)處理也較為復(fù)雜。所以這兩種方法，目前在GPS定位中，尚難以獲得廣泛的應(yīng)用。目前廣泛采用的基本觀測量主要有兩種，即碼相位觀測量和載波相位觀測量。所謂碼相位觀測，即測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號(C/A碼或P碼)，到達(dá)用戶接收機天線(觀測站)的傳播時間，因此這種觀測方法，也稱為時間延遲測量。2.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計分類控制網(wǎng)的解析優(yōu)化設(shè)計法即通過對實際問題的具體分析，確定目標(biāo)函數(shù)，列出約束條件，從而建立優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學(xué)模型，選擇合適的搜索尋優(yōu)算法，求出問題的嚴(yán)格最優(yōu)解的過程。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)計也可分為四類：第一，零類設(shè)計問題，又稱基準(zhǔn)選擇問題，即為一個己確定網(wǎng)型與觀測方案的自由網(wǎng)選擇一個最優(yōu)的參考系，包括投影而、投影帶、起算點等。己知設(shè)計矩陣A和權(quán)陣P，確定站點坐標(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)計問題，又稱圖形結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，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)計矩陣A。第三，二類設(shè)計問題，又稱觀測值權(quán)的分配問題，即確定最優(yōu)的GPS控制網(wǎng)觀測方案。本階段已知控制網(wǎng)的設(shè)計矩陣A，需要設(shè)計的是權(quán)陣P。第四，三類設(shè)計問題，即己有GPS控制網(wǎng)的改造方案的設(shè)計問題?？刂凭W(wǎng)的改造包括加密、擴展、補測等。三類設(shè)計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)費一定的情況下，如何使網(wǎng)的改造效果最佳。在實際的優(yōu)化設(shè)計問題中，實際上很難將問題簡單的歸為哪一類設(shè)計問題，通常是不同類設(shè)計的交叉綜合，比如三類設(shè)計問題可以看成是一類和二類的混合，又如進行一、二、三類設(shè)計之前必須解決零類設(shè)計問題。因此，各類設(shè)計問題通常是不能嚴(yán)格分開的。2.3控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的一般流程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計可分為四個部分的內(nèi)容，要制訂一個優(yōu)化方案須對由四部分內(nèi)容組成的迭代過程求解。這四部分內(nèi)容為：(1)提出優(yōu)化的任務(wù)(2)制定網(wǎng)的設(shè)計方案(3)進行方案評價(4)進行方案優(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)計方案實地勘察是否滿足一些要求在實地能否變動網(wǎng)形改善優(yōu)化結(jié)束圖2-1控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的一般流程3GPS控制測量中的數(shù)據(jù)處理衛(wèi)星定位的數(shù)據(jù)處理，一般均可借助相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件自動完成。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化程度不斷增強和提高。數(shù)據(jù)處理的基本流程如圖3-1所示，包括數(shù)據(jù)的粗加工和預(yù)處理、基數(shù)向量計算和基線網(wǎng)平差計算，坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換或與地面網(wǎng)的聯(lián)合平差。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)是工程施工建設(shè)的總控制網(wǎng)，其網(wǎng)點的穩(wěn)定、準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到工程施工的質(zhì)量。因此，必須結(jié)合施工的具體要求，對GPS地面控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)進行優(yōu)化處理，并分析控制網(wǎng)點的穩(wěn)定性，做到網(wǎng)點點位布設(shè)合理。3.1.1基線向量解算基線向量解算(baselinevectorsolution)是指在衛(wèi)星定位中，利用載波相位觀測值或其差分觀測值，求解兩個同步觀測的測站之間的基線向量坐標(biāo)差的過程。此前須進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除觀測值中的粗差，即進行周跳的探測與修復(fù)。由于待定測站的近似坐標(biāo)相對于基站的精度較低而影響衛(wèi)地距離及傳播時間的計算，須逐次迭代不斷提高測站近似坐標(biāo)精度，以修正衛(wèi)星信號發(fā)射時刻及相應(yīng)的星歷坐標(biāo)，使整周待定值趨近于整數(shù)以獲得良好的基線向量成果。有按單基線解算，和取用一測段內(nèi)所有非基星相對于基星的雙差觀測值聯(lián)合解算全部基線的兩種方法。GPS基線向量解算時要顧及觀測時段中信號間斷引起的數(shù)據(jù)剔除、觀測數(shù)據(jù)粗差的發(fā)現(xiàn)及剔除、星座變化引起的整周未知參數(shù)的增加，進一步消除傳播延遲改正以及對接收機鐘差重新評估等問題。GPS基線向量的解算采用LEICA接收機隨機提供的商用軟件LGO軟件，對每天的觀測數(shù)據(jù)及時進行處理。對解算結(jié)果不好的基線進行了單獨解算，采用改選衛(wèi)星，去掉信一號接收條件較差、周跳出現(xiàn)較多的某顆衛(wèi)星，截去衛(wèi)星信號不好的時段和改變高度角等方法改善基線解算結(jié)果，對于單獨解算不滿意的基線作重測或刪除處理。鐵路GPS外業(yè)基線解算采用廣播星歷、相位觀測值雙差分技術(shù)，解算數(shù)據(jù)采用率達(dá)99%以上?；€結(jié)果采用雙差固定解，表示精度的殘差(Rms)均小于1cm，滿足規(guī)范規(guī)定要求，表示固定解可靠性因子(Ratio)達(dá)98%以上。3.1.2基線質(zhì)量評定除在計算GPS基線向量時，根據(jù)一定的指標(biāo)(Rms，Ratio)對計算結(jié)果進行檢查外，為提高GPS測量的精度與可靠度，必須對基線解算質(zhì)量進行檢核，一般包括以下幾項檢核：1)同步環(huán)坐標(biāo)分量及全長相對閉合差的檢查坐標(biāo)分量閉合差限差:全長相對閉合差限差：式中n為同步環(huán)的邊數(shù)，為相應(yīng)級別規(guī)定的觀測精度(按平均邊長計算)。2)非同步環(huán)坐標(biāo)分量及全長相對閉合差的檢查坐標(biāo)分量閉合差限差:全長相對閉合差限差:適中n為獨立環(huán)邊數(shù)：3.2GPS起算基準(zhǔn)選取GPS控制網(wǎng)的建設(shè)，要依托現(xiàn)有控制網(wǎng)。如果起算點與擬建的GPS網(wǎng)不兼容，將會引起GPS控制網(wǎng)的扭曲和變形，損害GPS網(wǎng)精度。因此，如何選取合適的高等級控制點作為GPS擴展網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)會直接影響擴展網(wǎng)的精度，或?qū)е翯PS控制網(wǎng)的失控和相對超控。根據(jù)控制網(wǎng)布設(shè)原則，選取地面起算點必須充分分析己有地面控制網(wǎng)的資料，綜合考慮控制網(wǎng)的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)，進行優(yōu)化選取。在實際GPS控制網(wǎng)測量中，由于受測區(qū)范圍、測區(qū)控制點成果資料等影響，測區(qū)情況比較復(fù)雜。特別是鐵路工程控制網(wǎng)等控制范圍較大的GPS網(wǎng)，為了滿足設(shè)計精度要求，不得不選取不同的地面控制點作為起算點。這些情況容易引起地面起算點與GPS網(wǎng)的不兼容性，引起GPS網(wǎng)變形，不能滿足相應(yīng)的GPS觀測精度。數(shù)據(jù)處理過程中，要得到可靠的測量成果，必須對地面起算點進行效容分析。3.2.1地面起算控制點取舍根據(jù)規(guī)范規(guī)定，在約束平差中基線向量的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差必須滿足:dV△X、dV△Y、dV△Z(為相應(yīng)等級GPS網(wǎng)的邊長精度)，當(dāng)超限時可以認(rèn)為約束的起算數(shù)據(jù)與GPS網(wǎng)不兼容，需要進行地面起算控制點的取舍。根據(jù)GPS網(wǎng)兼容性分析要求(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)較差絕對值較大的基線分量應(yīng)與兼容性不好的起算點相關(guān))，采用模擬法進行地面起算控制點的取舍，利用計算機快速而準(zhǔn)確的信息加工能力，并顧及相關(guān)性影響，通過人工分析、判斷和修正，不斷地調(diào)整選取方案，使得目標(biāo)值逼近極值，從而形成最優(yōu)化選取方案，具體取舍流程如圖3-2所示：…………..全網(wǎng)起算點等權(quán)約束平差GPS網(wǎng)精度失控或相對超控輸出平差結(jié)果剔除兼容性不好的起算控制點起算控制點補測圖3-2起算點兼容性模擬法分析流程分析滿足兼容性要求后的地面起算點情況及最后一次約束平差結(jié)果，如果能滿足設(shè)計精度要求，即可把該次成果作為約束平差成果。在分析選取過程中，有時會遇到多種兼容方案，當(dāng)平差結(jié)果精度相差不大的情況下一般選取地面點分布較合理的方案。如果在選取中去掉不兼容點后，原網(wǎng)有大面積失控或精度超過限差，應(yīng)加測部分起算點后再進行兼容性分析，直到滿足設(shè)計精度要求為止。3.2.2兼容性計算分析這里，以武廣客運專線某段控制網(wǎng)為實例進行分析。在測區(qū)范圍內(nèi)可供選擇的高級聯(lián)測點有二等三角點(A031、A035、A038，A041、A050、A080)，起算點兼容性分析如下：1)先把全網(wǎng)6個二等三角點(A031，A035，A038，A041、A050、A080)作為已知點進行GPS網(wǎng)約束平左，平差結(jié)果中發(fā)現(xiàn)與A041有關(guān)的4條墓線向量中有3條的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對值超過2，其中1條為全網(wǎng)較差絕對值最大值；與A031有關(guān)的6條基線向量中4條的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對值超過2，即確定A031，A041點為兼容性不好的起算點。2)把A031作為未知點，以其余5點作為己知點進行約束平差，平差結(jié)果中發(fā)現(xiàn)與A080有關(guān)的6條基線向量中3條的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對值超過2，即確定A080點也為兼容性不好的起算點。3)把A031，A041作為未知點，以其余4點作為己知點再進行約束平差，平差結(jié)果中未發(fā)現(xiàn)基線向量的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對值超過2的GPS基線，但是與A050有關(guān)的3條基線向量的改正數(shù)與無約束平差結(jié)果(剔除粗差后)的同名基線相應(yīng)改正數(shù)較差絕對值相對較大，可能A050點的兼容性不是太好，但在兼容性要求范圍內(nèi)。4)分析滿足兼容性要求后的地面起算點情況及最后一次約束平差結(jié)果，平差后的各項精度指標(biāo)滿足設(shè)計要求，把該次成果作為約束平差成果。在分析選取過程中，有時會遇到多種兼容方案，當(dāng)平差結(jié)果精度相差不大的情況下一般選取地面點分布較合理的方案。如果在選取中去掉不兼容點后，原網(wǎng)有大面積失控或精度超過限差，應(yīng)加測部分起算點后再進行兼容性分析，直到滿足設(shè)計精度要求為止。3.3GPS網(wǎng)平差處理從圖3-3中可以看到，網(wǎng)平差實際上可以分為三個過程：1.前期的準(zhǔn)備工作，這部分是用戶進行的。即在網(wǎng)平差之一前，需要進行坐標(biāo)系的設(shè)置、并輸入己知點的經(jīng)緯度、平面坐標(biāo)、高程等;2.網(wǎng)平差的實際進行，這部分是軟件自動完成的;3.對處理結(jié)果的質(zhì)量分析與控制，這部分也是需要用戶分析處理的過程。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)平差過程為了全面考察GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度，探測可能存在的粗差，在WGS-84坐標(biāo)系下進行三維無約束平差。在基線解算質(zhì)量檢核的基礎(chǔ)上，進一步評定GPS網(wǎng)的內(nèi)部符合精度與外業(yè)觀測的質(zhì)量，利用基線向量改正數(shù)進行粗差的檢驗。三維無約束平差對基線向量質(zhì)量的檢查一般可以通過分析基線向量三個分量的殘差、最弱點點位誤差、最弱邊相對中誤差以及驗后單位權(quán)中誤差等來判斷。利用商用軟件LGO在WGS-84坐標(biāo)系下進行三維無約束平差，三維無約束平差以A031的單點定位解為起算數(shù)據(jù)，精度統(tǒng)計如表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維基線相對誤差、三維點位誤差相對誤差區(qū)間＜1/100萬1-100-1/50萬＞1-50萬最佳值最差值總數(shù)區(qū)間個數(shù)3723231/5556萬1/16萬83占總數(shù)百分比44.627.727.7100%點位誤差＜1.0cm1.0-2.02.0最大值最小值總數(shù)區(qū)間個數(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)比較分析主要是分析兩期的GPS平面網(wǎng)的直角坐標(biāo)是否有明顯差異。根據(jù)規(guī)范中最弱點精度要求(小于士1.2cm)，GPS網(wǎng)兩期點位較差的允許值為：根據(jù)網(wǎng)的兩期二維平差坐標(biāo)，計算點位較差：故兩期網(wǎng)點較差應(yīng)滿足：分析GPS控制網(wǎng)的外符合精度，統(tǒng)計4個二等三角點與原測控制網(wǎng)坐標(biāo)較差值的情況，如表3-3所示。表3-3控制網(wǎng)的外符合精度點號A031A035A050A080dx(cm)-2.41-0.41-2.97-0.64dy(cm)1.061.630.01-2.49d△(cm)2.631.682.972.57從3-3中說明，GPS控制網(wǎng)的內(nèi)、外符合精度均較高，整體網(wǎng)形結(jié)構(gòu)均較強，且精度都能充分滿足工程的精度要求，兩期點位較差值最大值為2.97cm，最小值1.68cm，控制點的點位較差值均滿足《客運專線無碴軌道鐵路工程測量暫行規(guī)定》限差要求(與原有控制點的坐標(biāo)較差＝50mm)，從而說明GPS網(wǎng)的點位誤差較小，證明GPS控制網(wǎng)的點位是可靠的。4GPS控制網(wǎng)設(shè)計的案例分析4.1項目概括煙臺經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)位于膠東半島東北部，面積約200。受開發(fā)區(qū)委托，我院施測了三等GPS控制網(wǎng)作為首級平面控制網(wǎng):因面積大，且多為山地、丘陵地，為提高觀測遨變和可靠性，采用DL-102C電子水準(zhǔn)儀建立了三等水準(zhǔn)網(wǎng)作為首級高程控制網(wǎng)，用三等水準(zhǔn)聯(lián)測過的GPS控制點(CGPS水準(zhǔn)點)作為GPS高程擬合的起算點。測區(qū)中央位于121°07’子午線附近，成圖范圍地勢有平地、丘陵地、山地和高山地，平均高程為150米左右，大地水準(zhǔn)面相對于1980西安坐標(biāo)系參考橢球面的高度約為9.6米。按常規(guī)的投影(中央子午線為1200)，邊長投影到高斯平面的長度變形值大于2.5cm/km的規(guī)定。4.2GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計原則GPS控制網(wǎng)的布設(shè)應(yīng)視其目的，要求的精度，衛(wèi)星狀況，接收機類型和數(shù)量，測區(qū)已有的資料，測區(qū)地形和交通狀況綜合考慮，即網(wǎng)的設(shè)計應(yīng)在效率性、可靠性、精確性和經(jīng)濟性等方面力圖實現(xiàn)用戶的要求。4.3GPS控制網(wǎng)設(shè)計方案4.3.1選擇有利的GPS點位選擇合理的GPS點位是進行GPS控制網(wǎng)測量的一個必不可少的先決條件，GPS點位選擇得恰當(dāng)與否將直接影響到GPS測量的精度、費用和下級測量工作。所以在實測GPS控制網(wǎng)之前，進行踏勘選點時，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，還應(yīng)注意以下幾點:GPS點位應(yīng)該離公路稍遠(yuǎn)一些。因為在公路上行駛的車輛很容易給路邊GPS觀測造成多路徑誤差，同時觀測人員及儀器設(shè)備也很危險。GPS點位應(yīng)遠(yuǎn)離枝葉茂盛的大樹。因為茂盛的樹枝和樹葉容易遮擋信號，特別是在枝葉潮濕時極易引起信號失鎖，產(chǎn)生周跳，造觀測誤差。GPS點位應(yīng)盡量遠(yuǎn)離對無線電信號有反射作用的建筑物及具有發(fā)射無線電信號功能的電視臺、電臺等。無線電信號易使GPS測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生多路徑誤差，甚至使信號失鎖，產(chǎn)生屏蔽。單從GPS觀測的特點出發(fā)，沒必要保證相鄰點間的通視，但是GPS網(wǎng)往往作為各種用途的首級控制網(wǎng)，后續(xù)工作很有可能利用GPS點使用常規(guī)儀器進行發(fā)展，此時應(yīng)保證有定向點和檢核點，所以在選擇GPS點位時應(yīng)該考慮某些點間的通視問題。在布設(shè)GPS網(wǎng)時，有時可能會遇到基線長度超過50km的情況。這時整周未知數(shù)的解算和周跳的探測與修復(fù)都十分困難，此時應(yīng)該在長基線中間增加幾個GPS點。使被截開的各基線長度保持在10km與15km以內(nèi)，利用這些短基線來解算整周未知數(shù)，從而解決了長基線所產(chǎn)生的困難。4.3.2三等GPS控制網(wǎng)對起算點的精度檢核對起算點的檢核聯(lián)測略圖詳見圖4-2的粗長實線部分。首先用GPS對4個國家二等三角點II是顧家圍子山(點號為100)，II是九目山(點號為101)，II炮山(點號為102)，II是磁山(點號為104)，進行內(nèi)部符合精度的檢測。固定100號點、101號點、102號點、104號點中任意一點平差后的精度統(tǒng)計情況詳見表4-1：表4-1對起算點的精度檢測統(tǒng)計表基線邊號理論邊長實測邊長差值△S（m）相對精度△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中可以看出號點與號點的點位精度較低，號點與號點的內(nèi)符精度最高，故選定號點與號點這兩點作為全網(wǎng)平差的起算點。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，點位中誤差統(tǒng)計表詳見表4-4。表4-2基線向量改正數(shù)精度統(tǒng)計表基線向量改正數(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基線相對精度統(tǒng)計表誤誤差區(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位中誤差統(tǒng)計表中誤差類別X中誤差MxY中誤差MyZ中誤差Mz點位中誤差Wp最大值（cm）0.821.141.151.82點號20202020在一坐標(biāo)系下的三維無約束平差的最弱點為20號點，其點位中誤差為1.82cm，最優(yōu)點點號為38號點，其點位中誤差為0.50cm。下面以一個簡單的網(wǎng)圖加以說明，見圖4.1。設(shè)A，B，C為國家高級三角點，都有規(guī)標(biāo)，G01、G02、G03、G04、為新布設(shè)的GPS網(wǎng)點，新布設(shè)各點的周圍基本上沒有障礙物，則按3臺GPS接收機進行觀測，都是6個測段，而1-a圖形方案要優(yōu)于1-b圖形方案。因為1-b方案中AB、BC、CA3段基線在同一時段觀測，A、B、C3點都有規(guī)標(biāo)，都對觀測時間有特殊要求，較難滿足。而1-a圖形方案除一個時段外，其他每一個時間段內(nèi)都只有一個點有障礙物，較容易取得滿足要求的時間段。圖4-1原圖圖4-2優(yōu)化后圖4.4選擇最佳觀測時間段在GPS正式投入運行后，GPS衛(wèi)星能達(dá)到全球三維覆蓋，也不一定能有較好的分布圖形。因此，在測量之前，需計算出一天中可見衛(wèi)星的情況和可見衛(wèi)星分布情況及GDOP值，以便制定觀測計劃，也就是選擇最佳觀測時間段，使GDOP值達(dá)到最小。一般認(rèn)為觀測時間段越長對于提高觀測精度是