1、王敏 2、龚军
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摘要：GPS是全球定位系统，具备较强的三维导航与定位功能，连续性、全球性、全能性优势显著，且保密性、抗干扰性良好。GPS技术被广泛应用到城市测量、航空测量等工程中。本文主要介绍GPS控制网设计相关问题，仅供参考。
关键词：GPS控制网；优化设计
GPS控制网是以GPS卫星定位技术建设的控制网，具备多种应用优势，测量结果精度高、载波相位测量，各测量点无需相互通视，可以灵活选择控制点。GPS测量可以实现全天候测量，确保测量工作的计划性。整个工程观测时间短，且数据获取速度快。GPS测量可以实现自动化记录，具备较高的自动化程度。
1、GPS控制网设计原则
在建立GPS网络时，设计属于基础内容，可以维护GPS质量可靠性。GPS网络设计原则，涉及到以下几点：
1.1分析GPS控制网应用范围
针对工程建设GPS网，应当深入分析到勘测设计需求，分析施工放样环节需求。针对城市GPS控制，应当分析近期建设与规划需求、远期发展需求，以此发挥出GPS网络、测绘工作的作用和价值。
1.2应用分级布网方案
分级设置GPS网络，按照测区实际需求、远期发展需求，确保全网结构呈现长边、短边结合模式。和全网短边形成全面网，以此减少网络边缘位置误差积累，也可以分阶段处理GPS网数据，检验成果。分级布网，是建设常规测量控制网基础方法。为了确保GPS网络可靠性，不同级GPS网络应当布设为闭合图形网，为单独GPS基线向量边构成。闭合图形可以采用多边形模式，同时包含附和路线。在GPS网中，严禁出现支线。
1.3GPS测量精度标准
我国实施全球定位系统测量规范，可以将GPS网测量精度划分为不同等级。其中，国家级GPS控制网，主要为AA、A、B级；大中城市、工程测量控制网，主要为C级；中小城市、城镇、建筑施工，主要为D级、E级。在GPS网设计中，按照测区大小、用途，优化设计控制网等级、精度标准。
1.4坐标系统与起算数据
GPS测量，可以获取GPS基线向量，可以获取坐标值。因此，在优化设计GPS网络技术时，需要掌握GPS控制网基准。GPS网基准，和常规控制网基准相同，涉及到方位、位置、尺度等。GPS网络位置基准，一般由给定起算点坐标明确。方位基准，能够借助起算方位角确定，同时将GPS基线向量方位作为基准。尺度基准，由地面电磁波测距边确定，也可以由起算点间距确定、向量距离确定等。
1.5GPS点高程
为了获取GPS点正常高度值，应当确保GPS点和水准点重合，也可以对GPS点联测水准。为了确保水准联测效果，做好GPS观测，全面提升GPS作业效率，需要在交通便利位置设置GPS点。
1.6GPS网络基本形式
第一，三角形网：具备较强几何强度、自检能力，可以及时发现观测成果相差，维护网络结构可靠性。平差处理后，网络邻近点基线向量精度均匀分布。然而此种形式的观测作业量比较多，接收机数量较少时，会延长观测时间。只有确保网络精度、可靠性较高时，才可以应用此种图形结构网络。第二，环形网：当存在多个独立观测闭合环网时，则为环形网。图形结构强度不及三角网，且观测作业量小，可靠性、自检性良好。邻近基线精度分布不均，且环形网自检能力、可靠性与基线边数量相关。按照结构网精度要求，限制基线边数量。三角网、环形网为基本应用图形。
2、GPS控制网优化设计方案
2.1GPS点位选择
GPS点位选择时，遵循国家GPS测量规程实施，同时满足以下要求：第一，GPS点位应当与测量对象保持间距，环境因素对GPS测量影响比较大，会产生多路径偏差问题。测量人员、测量设备安全问题也比较多。第二，GPS点位应当规避高大构筑物，避免阻碍测量信号，从而产生周跳问题，影响测量准确性。第三，在设置GPS点位时，应当确保周边建筑物不会反射无线电信号，由于无线电信号会造成GPS多路径测量偏差问题，致使信号产生失锁问题，屏蔽信号。第四，在GPS控制网中，设置对应定向点、核查点，同时分析点间通视因素。为了避免出现基线过长问题，需要将多个GPS点设置在基线中间，以此截开基线长度，确保长度控制在10km以内。
2.2确定网形结构
优化设计GPS控制网时，应当了解网形结构。第一，明确同步图形，利用GPS接收机数量，确定基本形状。第二，合理选择连接形式，同步图形连接方式，涉及到点连接、边连接、点边连接。针对边连接，是同步图像基线相互连接，形式GPS控制网。利用此种连接方式，可以形成GPS控制网，涉及到较多复测基线路，同时形成若干个异步闭合环，检查闭合判断观测差、大小。图形强度比较大，涉及到多个观测期数，时间与精力花费时间多。边连接GPS控制网具备较高可靠性，且几何强度大，可以应用到高精度要求作业中。针对点连接，在相近同步环间共同点连接下，可以形成GPS控制网。采用此种连接方式建设GPS控制网络，只存在一个异步闭合环，控制网结构单薄，且粗差观察能力薄弱。针对点边连接，可以结合点连接、边连接方式，从而形成综合GPS控制网。当精度要求较高时，通过点边连接方式，合理设置控制网。此种控制网布设的测量基线比较多，可以确保图形处于封闭状态，以此加强网形结构强度，维护控制网运行可靠性。
2.3计算观测期数
确定GPS控制网点位、网形结构后，能够对期数进行观测，科学计算同步图形数量。合理计算观测期数，优化配置人员、设备、资金使用情况，对外业车辆配置、观测时间的作用显著。计算控制网观测期数，可以提升GPS控制网测量效率与质量，使运作成本降低。在此种情况下，不管是GPS控制网结构采用何种连接方式，都可以应用固定公式计算观测期数，即：Sp=1+INT[(n-m)、(m·p)]。在上式中，N—控制点数量；M—接收机数量；INT—函数值。控制网网形结构采用点连接法时，p取值为1；控制网网形结构采用边连接法时，p取值为2。
2.4选择观测时间
在测量作业开展之前，应当科学分析和确定控制网最佳观测时间。一般来说，测量人员认为观测时间越长，则结果精度就越高。观测时间求解相位，可以显示出模糊度。在采集数据量时，当观测时间越长时，则数据采集量就越多。观测数据采集结束后，可以求解模糊度，提升延长控制网观测时间，无法加强观测质量。控制网接收机内保部，应用晶体振荡器，运行频率具备较高稳定性。当控制网观测时间较长时，将会加大模糊度偏差。所以，科学控制观测时间、测量精度、接收机、基线长度，可以改变观测时间。
3、结束语
综上所述，为了提升GPS控制网设计效果，设计人员必须优化设计过程，掌握控制网设计原则，合理选择GPS点位，掌握网形结构，以此确保GPS控制运行可靠性与精确度。
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