GPS控制网的技术设计——优化方案

GPS控制网的技术设计是建立GPS网的第一步,其内容上包括以下几个方面。

1.充分考虑建立控制网的应用范围

应根据工程的近期、中期、长期的需要确定控制网的应用范围。

2.GPS测量精度标准及分类

(1)GPS测量精度分类。目前,按全球定位系统(GPS)测量规范将GPS测量分为5个等级,即A级、B级、C级、D级和E级,见表7-9。

表7-9　GPS测量精度分类

(2)GPS测量的精度标准。通常是以网中相邻点之间的距离中误差mD来表示,其形式为

式中:mD为距离中误差,mm；a为固定误差,mm；b为比例误差系数,ppm,10-6；D为相邻点间的距离,km。

用于城市或工程GPS网可根据相邻点间的平均距离和精度参照卫星定位城市测量技术规范中的规定执行,见表7-10。

表7-10　城市或工程GPS控制网的精度指标

(3)GPS点的密度主要考虑任务要求对象,可参照表7-11的规定执行。

表7-11　GPS控制网中相邻点间距　单位:km(www.xing528.com)

3.坐标系统与起算数据

GPS测量获得的是GPS基线向量(两点的坐标差),其坐标基准为WGS-84坐标系,而实际工程中,需要的是国家坐标系或地方独立坐标系的坐标。为此,在GPS网的技术设计中,必须明确GPS网的成果所采用的坐标系统和起算数据。

WGS-84系统与我国的1954年北京坐标系统和1980年国家大地坐标系相比,彼此之间采用的椭球、定位、定向均不相同。因此,GPS测量获得的坐标是不同于我们常用的大地坐标的。为了获得大地坐标,必须在两坐标之间进行转换。为解决两坐标系间的转换,可采用类似区域网平差中绝对定向的方法,即在该需要转换区域内选择3个以上均匀分布的控制点,已知它们在两个坐标系中的坐标,通过空间相似变换求得7个待定系数:3个平移参数、3个旋转参数和一个缩放参数。但在我国的大部分地区,转换精度较低。常用的方法是首先对GPS网在WGS-84坐标中单独平差处理,然后再以两个以上的地面控制点作为起始点,在大地坐标系(1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系)中进行一次平差处理,可以获得较高的控制测量精度。

4.GPS点的高程

GPS测定的高程是WGS-84坐标系中的大地高,与我国采用的1985年国家高程基准正常高之间也需要进行转换。为了得到GPS点的正常高,应使一定数量的GPS点与水准点重合,或者对部分GPS点联测水准。若需要进行水准联测,则在进行GPS布点时应对此加以考虑。

5.GPS网的图形设计

常规测量中对控制网的图形设计是一项非常重要的工作,而GPS测量因无需相邻点间互相通视,故在GPS图形设计时具有较大的灵活性。GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接这四种基本形式。

(1)点连式。点连式是指相邻同步图形(同步环)之间仅用一个公共点连接,如图7-14(a)所示。这样构成的图形其检核条件少、几何强度弱,一般不单独使用。

(2)边连式。边连式是指相邻同步图形之间由一条公共边连接,如图7-14(b)所示。这样构成的图形其几何强度高,有较多的复测边,非同步图形的观测边可组成异步观测环(异步环),异步环常用于观测成果质量的检查。因此,边连式较点连式可靠。

图7-14　GPS网的布设形式

(a)点连式；(b)边连式；(c)边点混合连接式

(3)边点混合连接式。边点混合连接式是把点连式和边连式有机地结合,组成GPS网,如图7-14(c)所示。这种网的布设特点是周围的图形尽量采用边连式,在图形内部形成多个异步环,这样既能保证网的几何强度和提高网的可靠性,又能减少外业工作量和降低成本,是一种较为理想的布网方法。

(4)网连式。网连式是指相邻同步图形之间两个以上的公共点连接。这种方法需要4台以上的接收机。这种布网方法的几何强度和可靠性指标相当高,但花费的时间和经费多,一般用于布设高精度的控制网。