对GPS工程测量控制网建设的探讨

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【摘 要】本文在对gps网布设的基本形式、基本原则及控制网点位的选择方法进行阐述后，又介绍了GPS的数据处理和避免数据产生错误的方法，以此希望为工程测量行业的相关人员提供有意义的借鉴。

【关键词】GPS；工程测量；控制网

随着科技信息的进步和GPS技术的不断优化，GPS定位系统已经实现了毫米级别的定位，并以其低廉的人力、物力、财力消耗等优点，普遍应用到各个领域，例如道桥工程勘测施工、水利水电工程勘测施工、控制测量、变形观测等。

1 GPS网的图形布设

1.1 GPS网的基本形式

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四种基本方式，也有布设成星形连接、附合导线连接、三角锁形连接等。

三角网。三角网中各三角形边是由非同步观测的独立边组成。这种网的几何图形结构强，具有良好的自检能力，能有效地发现观测成果的粗差，确保网的可靠性。缺点是观测工作量较大，特别是当接收机的数量较少时，观测时间将会延长。因此，只有对网的可靠性和精度有较高要求时，才会采用这种结构网。

环形网。环形网是由若干个含有多条独立观测边的闭合环所组成的。这种网的图形结构强度较三角网差，优点是观测工作量较小，具有较好的自检性和可靠性。缺点是非直接观测的基线边精度比直接观测边低，相邻点间的基线精度分布不均匀。

附和线路和星形网。当GPS高级网需要进一步加密控制点时，可采用附和线路。为确保可靠性和精度，附和线路的边数要有一定限制。星形网的几何图形简单，观测中只需要两台GPS接收机，作业简单。但各直接观测边间不构成任何闭合图形，所以检验和发现粗差的能力较差。

1.2 GPS网布设的基本原则

通常情况下，GPS网的布设要遵循以下原则：通过独立观测边构成闭合图形，闭合环边3～7个，有一定数量的重复观测边；GPS网点尽量与原有GPS点网点重合；GPS应该考虑布设一些水准连测点；网点应设置于视野开阔的地方；在网点附近布设一个通视良好的方位点，以便连测。

GPS网的布设应注意以下几个问题：GPS基线长度相差不要过大，确保GPS的测量精度分布均匀；GPS网应构成封闭式闭合环和子环路；GPS天线的设置应避开强反射的环境，如山谷、山坡等；设站应远离雷达站、电台等，避开强电磁波干扰。

1.3 控制网点位的选择

工程控制网的布设，原则上和大地控制网是一致的，但也有一些区别。通常情况下，工程控制网的范围不是很大，点位选择的机动性较小，埋石时由于点位精度要求不是很高，可灵活处理。工程网的布设可分为三种：点位集中在一块区域、点位分布在几个区域、点位呈线状分布。当测区范围较大时，为保证控制网点的整体精度，应使用经典大地测量方法布设控制网。控制点要与高等级控制点构成图形，控制网点与点之间也要构成图形；当精度要求较高时，点与点之间应构成直接边；当布设的点位不均匀时，在施测过程和数据处理时，点位的布设应分别进行；无论测区是面状还是线状，都应首先根据点位分布情况选择若干点做一骨架网，再利用该网进行工程网的布设；一般工程控制网点不需要均匀分布，而是按其需要进行布点，可以布成一个或几个独立的点群。

另外，较大测区工程控制网布设时，在考虑图形结构的基础上，采用逐步推进的方法进行布设，否则整个控制网易产生扭曲。

1.4 已知点的分布

一般工程控制网都需要高等级控制点对其进行控制，并提供起算坐标，已知点分布不同，平差计算的精度也会不同。已知点应均匀地布设于测区或测区的周围，避免成直线状，其点间距离应大于工程网点与点间的最大距离。高等级控制点应布设在控制网的周围，并形成等边三角形，一个工程网的已知点应选3～4个高等级控制点，确保整个控制网点精度的统一。如果整个控制网没有已知点，在做自由网平差时，固定点应设置在整个网的中心点或选择网的质心。

2 GPS测量的数据处理

2.1 GPS的数据处理

原始观测数据的读入。在进行基线解算时，首先需要读取原始的GPS观测值数据。通常情况下，接收机附带的数据处理软件，可直接处理从接收机中传输出来的GPS原始观测数据。而第三方的数据处理软件，则需要进行格式转换；外业输入数据的检查与修改。在读入GPS观测数据后，需要对观测数据的测站名、点号、测站坐标、天线高等进行检查，避免外业操作时出现操作失误；基线解算的控制参数。基线解算控制参数的设定，是基线解算时的重要环节，通过基线解算控制参数，可以明确数据处理软件的处理方法，并通过设定控制参数，实现基线的精化处理；基线解算；基线质量的检验基线解算完毕后，要对基线的质量进行检验，检验通过RATIO、RODP、RMS、同步环闭与差、异步环闭、差和重复基线进行比较，质量合格后再用于后续的数据处理。如果不合格，则需要对基线进行重新解算或重新测量；平差进行精度评定，得到各测站平差后坐标；成果转化。根据实际生产需要，转化为当地坐标。

2.2 GPS网平差

根据平差所进行的坐标空间，可将GPS网平差分为三维平差和二维平差，根据平差时所采用的观测值和起算数据的数量和类型，可将平差分为无约束平差、约束平差和联合平差等。

2.2.1 三维平差和二维平差

（1）三维平差，所谓三维平差是指平差在空间三维坐标系中进行，观测值为三维空间中的观测值，解算出的结果为点的三维空间坐标。GPS网的三维平差，一般在三维空间直角坐标系或三维空间大地坐标系下进行。

（2）二维平差，所谓二维平差是指平差在二维平面坐标系下进行，观测值为二维观测值，解算出的结果为点的二维平面坐标。

2.2.2无约束平差、约束平差和联合平差

（1）无约束平差GPS网的无约束平差指的是在平差时不引入会造成GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。常见的GPS网的无约束平差，一般是在平差时没有起算数据或没有多余的起算数据。

（2）约束平差GPS网的约束平差指的是平差时所采用的观测值完全是GPS观测值（即GPS基线向量），而且，在平差时引入了使得GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。

（3）联合平差GPS网的联合平差指的是平差时所采用的观测值除了GPS观测值以外，还采用了地面常规观测值，这些地面常规观测值包括边长、方向、角度等观测值等。

2.3 GPS网平差的过程

2.3.1 在使用数据处理软件进行GPS网平差时，需要按以下几个步骤来进行：提取基线向量，构建GPS基线向量网要进行GPS网平差，首先必须提取基线向量，构建GPS基线向量网。提取基线向量时需要遵循以下几项原则：

（1）必须选取相互独立的基线，若选取了不相互独立的基线，则平差结果会与真实的情况不相符合。

（2）选取的基线应构成闭合的几何图形。

（3）选取质量好的基线向量，基线质量的好坏，可以依据RMS、RDOP、RATIO、同步环闭和差、异步环闭和差和重复基线较差来判定。

（4）取能构成边数较少的异步环的基线向量。

（5）取边长较短的基线向量。

2.3.2 三维无约束平差在构成了GPS基线向量网后，需要进行GPS网的三维无约束平差，通过无约束平差主要达到以下几个目的：

（1）根据无约束平差的结果，判别在所构成的GPS网中是否有粗差基线，如发现含有粗差的基线，需要进行相应的处理，必须使得最后用于构网的所有基线向量均满足质量要求。

（2）各基线向量观测值的权，使得它们相互匹配。

2.3.3 约束平差/联合平差在进行完三维无约束平差后，需要进行约束平差或联合平差，平差可根据需要在三维空间进行或二维空间中进行。

2.4 质量分析与控制

进行GPS网质量的评定，可以采用下面的指标：

（1）基线向量的改正数。根据基线向量的改正数的大小，可以判断出基线向量中是否含有粗差。具体判定依据是，若：含有粗差。

（2）邻点的中误差和相对中误差。若在进行质量评定时发现有质量问题，需要根据具体情况进行处理，如果发现构成GPS网的基线中含有粗差，则需要采用删除含有粗差的基线、重新对含有粗差的基线进行解算或重测含有粗差的基线等方法加以解决；如果发现个别起算数据有质量问题，则应该放弃有质量问题的起算数据。

3 结束语

GPS定位测量技术作为一种全新的高精度测量方法，在很大程度上降低了劳动作业的强度，减少了工作量，提高了作业效率。而随着连续观测站数量的增加，各连续观测站间的距离也会越来越近。因此，利用连续观测站对固定站进行GPS控制网的布设，变的更加简单，应用前景也必将会越来越广阔。

参考文献：

[1]李雷.GPS定位技术在工程测量中的应用[J].金属矿山，2003（8）.

[2]张延安，段常在.GPS定位原理及误差分析概述[J].内蒙古水利， 2006（2） .

作者简介：

黎金峰（1986.07-）男，汉族，大学本科，助理工程师，从事测绘工程技术工作。

廖正康（1986.12-）男，汉族，大学本科，助理工程师，从事测绘工程技术工作。