学文网摘要：GPS技术在工程控制网的布设中具有效率高、费用低、工期短、精度高等优越性。GPS工程控制网优化设计，是实施其控制测量工作的第一步，是一项基础性的工作。全面系统地研究GPS工程控制网的布设，探讨工程控制网的设计方法，提出GPS工程控制网的野外观测方案和布网的优化方法。采用正确的布网方法，能够提高作业效率，降低作业成本。
关键词: GPS工程控制网；优化设计；布设方法
中***分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
目前，工程控制网主要应用于城市控制测量、***事工程测量、形变监测、矿山、公路、铁路控制网测量等等，随着GPS技术的发展，其应用也越来越广泛。近十年来的实践证明，GPS测量在工程控制网的布设中具有效率高、费用低、工期短、精度高等优越性。
GPS工程控制网的优化设计
1.GPS网精度的评定
对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度，精度指标通常是以相邻点间弦长的标准差来表示，即
式中 ——GPS基线向量的弦长中误差，mm；
——GPS接收机标称精度中的固定误差，mm；
——GPS接收机标称精度中的比例误差系数，ppm；
——GPS定位网中相邻点间距离，km。
用于城市或工程的GPS控制网可根据相邻点的平均距离和精度参照《全球定位系统城市测量规程》中二、三、四等和一、二级要求，见下表。
GPS网的主要技术要求
2．GPS网的***形设计
1）.点连式
点连式是指相邻同步***形之间仅有一个公共点的连接，所构成的网形抗粗差定位能力差，网的几何强度也较弱。如***2-1所示。
***2-1 点连接示意***
2）.边连式
边连式是指相邻同步***形之间通过2个公共点相连，即同步***形由1条公共基线连接，用边连式布网方式布设的GPS网的几何强度较高，具有良好的自检能力，能够有效发现测量中的粗差，具有较高的可靠性。如***2-2所示。
***2-2 边连接示意***
3）.网连式
所谓网连式布网方法，是指相邻同步***形之间有两个以上公共点相连接，相邻同步***形之间存在相互重叠的部分，即某一同步***形的一部分
是另一同步***形中的一部分。网连式作业强度很高，但作业效率低。
4）.边点混合连接式
边点混合连接式是指把点连式与边连式有机
地结合起来，组成GPS网以保证网的几何强度，提高网的可靠指标，它实际上是点连式、边连式和网连式的一个综合应用。这样既减少了外业工作量，又降低了成本，是一种较为理想的布网方法。
***2-3 边点混合连接示意***
3.GPS网的基准设计
GPS网的基准设计，一般主要是指确定网的位置基准问题。确定网的位置基准，通常可根据情况，选取以下方法：
1）选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权；
2）网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差，确定网的位置基准；
3）在网中选若干点的坐标值并加以固定；
4）选网中若干点（直至全部点）的坐标值并给以适当的权。
二、GPS控制工程网的布设方法
1.点位分布
当测区范围较大时(几百平方公里)，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，控制网点要与高等级控制点构成***形，并且控制网点与点之间也要构成***形，如精度要求较高时，点与点之间应构成直接边。当布设的点位不均匀时，即点间距离差别较大时，在施测过程和数据处理中应分别进行。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，然后再利用该网进行工程网的布设，也就是分成二级控制。由于许多工程完成后需要用常规测量进行测量，因此布点时根据需要确定点位的位置，并考虑其***形结构。
2.基线长度对点位坐标精度的影响
边长对点位精度的影响基本上随着边长越长其影响越大的趋势，当边长超过40公里时，其误差明显有增大的趋势，在高程方向趋势更为明显。分析其原因，一是电离层的影响，随着基线长度的增长，电离层影响增大。二是没有进行网平差，缺少了网的控制，致使X, Y方向误差增大。
在布设GPS工程网时，若采用随机处理软件、广播星历，不能对电离层影响进行修正时，网的边长不易超过40公里。
3.已知点分布对控制点精度的影响
在GPS控制网的布设中，已知点的选择是非常重要的，己知点的选择不同，其控制网点的精度也不一样:一个工程网的已知点应选3-4个高等级控制点，高等级控制点应布设在控制网的周围，尽可能形成等边三角形，只有这样才能保证整个控制网点精度的统一。已知点的选择应避免成直线状，其点间距离应大于工程网点与点间的最大距离。如果整个控制网没有己知点，做自由网平差时其固定点的选择应选在整个网的中心点或选择网的质心(即所有点X, Y方向的平均值)。
4.坐标系统转换
用GPS测量布设工程控制网时，获得的是WGS-84坐标系统，这就需要将GPS测量的WGS-84坐标转换成地方坐标。 坐标系统转换的方法一般根据测区范围的大小和精度要求而定。
1）空间强制符合法
例如测区内已知点坐标为“北京五四坐标系”，平差前首先将这些点的大地坐标转换成直角坐标，平差时以这些已知点作为固定点，与GPS观测值一起平差。这样在平差过程中，同时完成了WGS-84空间直角坐标系向“五四坐标系”的转换。然后，将平差后的大地坐标投影到高斯平面上。
此种方法只使用于小面积的测区。
2）空间平差空间转换法
本方法是首先将GPS观测量在空间坐标系下进行平差，求出已知大地点上的空间直角坐标，然后利用己知大地点上的两种坐标(WGS-84和北京54)，用转换模型求出空间转换参数，而后利用转换参数求解其它点的北京54坐标，这样就将平差后的结果转换到了北京54坐标系上，最后将此结果投影到高斯平面上。
GPSG工程控制网的优化设计对整个测量工程施工有着非常重要的影响，不同精度、不同面积的控制网有不同的布设方法，在GPS控制网布设中其方法不同，作业效率不同，费用也不同。采用正确的布网方法，能够提高作业效率，降低作业成本。
参考文献
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