中国冶金地质总局地球物理勘查院 河北省保定市 071051
摘要：随着科学技术的快速发展，全球定位系统在测绘工程中的应用越来越广泛，在城市控制网中扮演的角色也越来越重要，受到各界的关注。然而，GPS控制网在模型上也完全不同于传统的控制网。本文先对GPS控制网进行概述，分析了其特点，然后阐述了GPS控制网的布设原则，针对具体的情况对GPS控制网的布设进行了优化设计。
关键词：GPS控制网；布设原则；优化设计
引言
随着GPS三维定位系统的广泛应用，其已经成为了当前社会测绘工程中极其重要的一项技术。与传统的测角网等传统测绘工具相比，全球定位系统虽然具有定位准确、速度快、操作简便、不易受限等优点，但和传统工具一样仍需要对GPS控制网进行优化设计。通过对精密程度、数据来源可靠程度、布控范围、成本费用等环节的优化，使其不断发展完善，适应城市发展的需要。
一、GPS控制网概述
（一）GPS控制网布设的目的
GPS三维定位系统为我国大地测量、地壳运动研究等提供了可靠的数据来源，并且为建立三维地心坐标体系奠定了基础。GPS控制网布设的目的和意义：将我国陆地和海洋的测绘基础进行统一；与其他方法相结合准确测量大地水准面；准确建立三维地心坐标等等。为我国测绘行业的发展提供了发展方向和发展前景。
（二）GPS控制网布设的特点
（1）GPS控制网的形状与卫星空间分布图形相关联，即控制网中网点发出的基线数量和权阵。
（2）GPS控制网的非层次结构性。在具体的监测过程中，结合不同的方法，使用不同的仪器设备，采取不同的工作模式，都会使得到的监测值精密程度出现偏差。GPS控制网能够将相同的精密程度通过一定的技术扩展方法，一次性达到人们所需的精密程度要求。
（3）监测点分布均匀，不存在误差逐级累积的现象。在传统控制网中，各个环节存在的误差逐级累积，导致误差越来越大，对最终的监测结果造成巨大影响。而GPS控制网则消除了误差逐级累积这一特点，各个监测点的精密程度大体相同，不存在较大误差。因此，最终的监测结果是可靠的。
（4）就理论而言，实际GPS监测过程中只需要确定一个网点的坐标就可以判断出GPS控制网的平移活动。
二、GPS控制网的布设原则
（一）注重效率原则
GPS控制网中效率原则是最重要的原则，在对控制网布设方案进行评估时，应以效率指标（e=最少监测时段数/设计监测时段数）为第一设计指标，并且考虑在进行布设时所需要的时间和成本费用等问题。
（二）高精密程度原则
在城市测绘工程中，高精密程度原则是测绘基础，运用GPS布设控制网最主要就是利用GPS的高精密性。在实践过程中，首先，我们应当确认GPS控制网的形状，其次以控制网的形状为基础进行矩阵设计，可以得到GPS控制网的协因数阵Q=（BTPB）-1，在GPS控制网的设计阶段我们可以采用sqrt（tr（Q））作为衡量GPS控制网的精密程度指标。
（三）可靠性原则
通常我们可以采用可靠性指标对其进行衡量：可靠性指标=整网的多余基线数（Br）/独立基线总数（Ba）。作为GPS控制网布设的重要原则，它可以优化数据来源和数据结构，从而改善控制网的整体质量水平。
（四）成本费用可控原则
GPS控制网的建设是一项成本极大的测绘工程，为保证资金的充分性，在最初对控制网进行布设时应该注重成本费用可控原则，对成本的控制应该从GPS网点的选择和分布情况入手分析，争取以最低成本费用创造出精密程度较高的GPS控制网。
三、GPS控制网的优化设计
在对GPS控制网进行优化设计时，应充分考虑到GPS控制网的布设原则，不能顾此失彼，在保证质量的前提下，提高效率，提高精密程度同时控制成本费用，在布设原则中寻求平衡方案。
（一）提高 GPS控制网精密程度
（1）在布设时应当确保各个GPS网点之间的相对精密程度。按照相关要求设计规划控制网的整体框架，以整体框架为基础对整个GPS控制网进行优化设计；
（2）将GPS三维定位与激光侧边距相结合，将其数值进行联合平差；
（3）将水准点作为控制网点测量标准，选取多个水准点，使其均匀分布在各个控制网点中，有意识地将整个控制网包含其中，利用高程拟合方式测量出准确的网点高度。
例如，城市某工程建设GPS控制网，该控制网区域设置在城市市中区域，整个控制网共设置8个GPS监测点，其中三个监测点位于城市周围，分别为A1、A2、A3，另外五个监测点位于城镇工厂，分别为A4、A5、A6、A7、A8，如图1所示。同时，测绘工程中使用六台Ashtech Stp-1单频GPS 接收机，将监测时间段分为三个时段，每个时段三小时，监测时间为五天，对相关数据的采集时间间隔为十五秒。此方法适用于监测区域范围不大，易于控制的地区，而对于范围较大的区域，则多采取大地测量方法对GPS控制网进行布设，从而保证控制网的精密程度，提高测绘质量。
（二）提高GPS控制网的可靠性
（1）增加监测数据量。通过增加监测期数的方式增加监测独立基数，从而增加数据量，提高GPS控制网的可靠性。
（2）多次重复设立控制网站。一方面，设立重复的控制网站，可以及时发现相同站点以往在对中、整平以及测量方面的错误；另一方面，通过对同一站点的多次数据采集数据分析，进行多时段的监测，可以有效消除数据的不准确性，提高数据质量。
（3）在控制网布设上应当保证三条以上的独立基线，异步环边数适当。一方面，控制网的可靠程度直接与独立基线的分布和数量相关联，基线越多可靠性越大。实践证明在布设时，独立基线达到三条以上则可以使GPS控制网具有较高的可靠性。另一方面，异步环边数应控制在合适的范围内，研究表明，异步环的不断增加将会导致GPS控制网的质量检测难以控制，最佳的异步环边数应控制在六条以内。
（三）GPS控制网计算起点的选择
（1）对计算起点数量的选择。由于GPS控制网也需要进行更新和完善，所以在选择起算点时，通常起算点越多越好，这样可以在保持新旧网点的一致性的同时保证控制网的精密程度。
（2）对计算起点位置的选择。计算起点位置的合理选择可以保证GPS控制网的精度。一般而言，对起算点位置的分布应该均匀分布在控制网内，将整个控制网“包围”起来。
结束语
对于GPS控制网的优化，我们应当建立在把握基本布设原则的基础上，对控制网的精密程度、可靠性、数据来源等等方向进行优化设计，从而不断提高控制网质量。
参考文献：
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[2]崔巨月，沈春波.浅议GPS控制网的布设原则及优化设计[J].工程技术：引文版，2016（8）：00287-00287.
[3]王瑛.关于城市GPS控制网的布设方案及优化设计措施探讨[J].城市建设理论研究：电子版，2013（1）.
论文作者:霍印峰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/1
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