摘要：GPS控制網的優化設計，是實施控制測量工作的第一步，是一項基礎性的工作。本文全面系統地研究GPS控制網的布設，總結了GPS控制網的特點及優化設計的原則，著重從可靠性、精度及經濟性等方面分析，提出了GPS控制網優化設計的措施
　　關鍵詞:GPS控制網；布設方法；優化設計
　　
　　
　　當第一顆GPS試驗衛星于1978年入軌運行開始，測繪界的專家、學者很快就認識到GPS衛星在測量方面的作用。由于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，而且現今的GPS控制網的布設還具有效率高、費用低、工期短、精度高等優越性，所以GPS技術已成為了大地測量的主要手段。[1]
　　1.GPS控制網的設計
　　1.1GPS控制網的特點與布設原則
　　1）GPS控制網的特點。GPS控制網的網形與衛星空間分布的幾何圖形相關，具有非層次結構性，以及沒有誤差積累且分布均勻簡單易行的必要基準條件。
　　2）GPS控制網的布設原則
　　（1）效率優先原則，在進行GPS網的設計時，應采用效率指標來衡量設計方案的效率，以及在采用布網方案作業中所需要的時間消耗等問題。
　　（2）高精度性原則，GPS控制網的高精度性是工程測量的基石，也是其最明顯的優勢之一在布設時，要做到高精度性原則：先確定GPS網的網形，再根據GPS網的網形，得到GPS網的設計矩陣B，從而得到GPS網的協因數陣Q=(BTPB)，由此做到GPS控制網的高精度性原則。
　　（3）可靠性原則，可靠性原則是GPS控制網布設的重要原則之一在進行實際GPS網的設計時，一般采用一種反映GPS網可靠性的數量指標，結合各項精度指標，以達到改善網的質量的目的。
　　1.2GPS控制網的精度設計。對于GPS網的精度要求，主要取決于網的用途和定位技術所能達到的精度，精度指標通常是以相鄰點間弦長的標準差來表示，即（1-1）式中—GPS基線向量的弦長中誤差，；—GPS接收機標稱精度中的固定誤差，；—GPS接收機標稱精度中的比例誤差系數，；—GPS定位網中相鄰點間距離，。
　　.3GPS控制網的圖形設計
　　根據不同的用途，GPS網的布設按網的構成形式主要可分為：星形連接、點連式、邊連式及邊點混合連接等。選擇何種網形，取決于工程所要求的精度、外業觀測條件及GPS接收機數量等因素。
　　1）點連式。點連式是指相鄰同步圖形之間僅有一個公共點的連接，所構成的網形抗粗差定位能力差，網的幾何強度也較弱。如圖1-1所示。
　　
　　圖1-1點連接示意圖
　　
　　2）邊連式。邊連式是指相鄰同步圖形之間通過2個公共點相連，即同步圖形由1條公共基線連接，用邊連式布網方式布設的GPS網的幾何強度較高，具有良好的自檢能力，能夠有效發現測量中的粗差，具有較高的可靠性。如圖1-2所示。
　　
　　圖1-2邊連接示意圖
　　
　　3）邊點混合連接式。邊點混合連接式是指把點連式與邊連式有機地結合起來，組成GPS網以保證網的幾何強度，提高網的可靠指標，它實際上是點連式、邊連式和網連式的一個綜合應用。這樣既減少了外業工作量，又降低了成本，是一種較為理想的布網方法。如圖1-3所示。[2]
　　
　　圖1-3邊點混合連接示意圖
　　
　　1.4GPS控制網的基準設計。GPS網的基準設計，一般主要是指確定網的位置基準問題。確定網的位置基準，通常可根據情況，選取以下方法：
　　1）選取網中一點的坐標值并加以固定，或給以適當的權；
　　2）網中的點均不固定，通過自由網偽逆平差，確定網的位置基準；
　　3）在網中選若干點的坐標值并加以固定；
　　4）選網中若干點（直至全部點）的坐標值并給以適當的權。[3]
　　2.GPS控制網的優化設計措施
　　2.1提高GPS網精度的方法。要保證GPS網中各相鄰點的相對精度。在全面網之上布設框架網；制定一個子區和子環路的實測方案。在布設GPS網時，作為觀測值與GPS觀測值(基線向量)一同進行聯合平差。然后采用高程擬合的方法測定網中各點的正常高／正高。水準點的數量盡可能多，在網中均勻分布，網中的四周將整個網包含在其中。
　　2.2提高GPS網可靠性的方法。首先，增加觀測期數。這樣測得的獨立基線數就會增加，可以提高控制網的可靠性精度。
　　其次，保證一定的重復設站次數。原因有二：①通過在同一測站上的多次觀測，可有效地發現設站對中、整平、量測天線高等人為錯誤；②當同一臺接收機在同一測站上連續進行多個時段的觀察時，各個時段必須重新安置儀器，以更好地消除各種人為操作誤差和錯誤。
　　最后，保證每個測站獨立基線相連在3條以上。3條以上的獨立基數相連，可使測站具有較高的可靠性。
　　2.3布設GPS網時起算點的選取與分布。首先，科學確定起算點的數量。一般來說，若要求所布設的GPS網的成果與舊成果吻合，則起算點數量越多越好；若沒有這樣的要求，則一般可選3~5個起算點。這樣，既可以保證新老坐標成果的一致性，也可以保持GPS網的原有精度。
　　其次，合理確定起算點的位置。起算點的位置與精度直接相關，為保證整網的點位精度均勻，起算點一般應均勻地分布在GPS網的周圍，要避免分布在網中一側。
　　以上分析可以看出，測量單位在進行GPS控制測量時，在考慮質量合格的前提下，也應通過對GPS控制網的優化設計，來達到減少工作量、提高經濟效益的目的。[4]
　　3結論
　　對于不同精度、不同面積的GPS控制網有不同的布設方法。在GPS控制網的布設中采用不同的方法，會使得作業效率不同，費用也不相同。如果采用了正確的布網方法，不但能夠提高作業的效率，還能夠降低作業的成本。
　　
　　參考文獻
　　[1]劉立龍，林文介.GPS控制網優化設計的研究[J].桂林工學院學報.2002年7月.
　　[2]北京測繪設計研究院.CJJ73297全球定位系統城市測量技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社，2007.