工程GPS控制网设计

工程GPS控制网设计我们知道，控制测量方法主要有三种：三角测量、导线测量、GPS测量。相信大家都不陌生，GPS为全球定位系统，可为各位用户提供精密的三维坐标、三维速度和时间信息。它的应用领域相当广泛，可以进行海、空和陆地的导航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间的传递和速度的测量。现在卫星定位技术已经成为全球、区域、及局部地区高精度定位的主要技术手段。那么，与常规控制测量方法相比，GPS测量有哪些优点呢？不要求控制点间通视；网的几何图形及点之间的距离长短可以不受限制；外业时间短且基本上不受天气条件的约束；内外业结合且自动化程度高等。所以，我们有必要了解如何进行工程GPS控制网的设计。一、 GPS网的基准设计在前面的学习中我们已经了解，GPS卫星的坐标是WGS-84坐标系统的坐标。而城市和工程测量一般需要国家或地方坐标系坐标，所以设计GPS网时应当明确GPS定位测量最终提供的点位坐标属于什么坐标系统和高程系统，以便将观测的GPS点的WGS-84坐标转换为国家或地方坐标，将GPS大地高程转化为水准高程，这就是GPS网基准设计的基本内容。在基准设计中，应注意四个问题：（1）为求定GPS点在地面坐标系中的坐标，应在地面坐标系中选定起算数据和联测原有地方控制点用以坐标转换。在选择联测点时既要考虑充分利用已有资料，又要使新建的高精度GPS网不受就资料精度较低的限制。因此，大中城市的GPS控制网至少应与附近的国家控制点联测3个以上。而小城市或工程控制可以联测23个点。（2）为确保GPS网进行约束平差后坐标精度的均匀性以及减少尺度比误差影响，对GPS网内重合的高等级国家点或原城市控制网点，应对他们构成图形观测。（3）GPS网经平差计算后，即可以得到GPS点在地面参照坐标系中的大地高程，但要求得GPS点的正常高程，可根据具体情况联测高程控制点，联测的高程控制点需均匀分布于网中。具体高程控制点联测宜采用不低于四等水准或与其精度相当的方式进行。GPS点高程在经过误差分析处理后可供测图或其他方面使用。（4）新建GPS网的坐标系应尽量与测区已有的坐标系统一致，如果采用的是地方独立或工程坐标系，一般还应了解以下参数：所采用的参考椭球；坐标系所采用的中央子午线经度；纵横坐标的加常数；坐标系所采用的投影面高程及测区平均高程异常值；起算点的坐标值等。二、 GPS网形设计我们先来介绍几个有关的概念观测时段：测站上接收机开始观测到结束的时间段，简称时段；同步观测：两台及两台以上的接收机对同一组卫星进行的观测；同步观测环：三台或三台以上的接收机同步观测获得的基线构成的闭合环，简称同步环；在构成多边形环路的基线向量中，只要有非同步观测基线，则该多边形环路叫异步观测环，简称异步环； 独立基线：N台接收机观测构成的同步环，有/条同步观测环，但只有（N-1）条是独立基线。 在用相同台数GPS接收机进行多个时间段观测的GPS网形结构中，重复观测边越多，工作量越多，精度也越高。 GPS网形设计是采用点连接、边连接或边、点混合连接的方式将各时间段观测的基线连接成一定的图形，采用边连接的GPS网有较多的重复观测基线，网的精度比采用点连接的GPS网精度高。高精度的工程控制网设计时，应采用边连接的网形结构，一般测图控制网采用边点混合连接即可保证精度要求。三、 GPS网精度估算设计GPS网的观测图形，根据精度要求，确定观测方案；列误差方程式；确定基线向量中误差及其权；计算法方程系数及其逆阵；求未知数权倒数，计算未知数中误差。四、 GPS网观测纲要设计根据前面的了解，我们可以知道，工程GPS测量步骤为：技术设计、外业观测、内业处理。技术设计要点包括：选点、布设方案、及观测技术要点。1、 选点 基本要求为：点位周围垂直角+15度以上天空应无障碍物；点位周围应无强烈反射无线电波的金属或其他障碍物或大范围水面；点位远离强功率电台、电视发射台、微波中继站，也应远离高压电线、变电所等；在有标架的点上观测时应先拆除标架；2、 布网方案GPS网的扩展和延伸是通过同步图形之间的连接进行的，其方式一般有点连式、边连式和网连式，不同的连接方法有不同的网形结构。若同步图形中有N台接收机，则有/条基线向量观测值，但其中只有（N-1）条是独立基线。要求由独立基线构成尽可能多的闭合环，以保证GPS网有较高的内符合精度和可靠性。独立基线的选取应该说是任意的，但作为最优的选取应保证独立基线选取后GPS网不存在自由基线，不仅在同步环中基线向量闭合差检查通过，而且在异步环中也要检查通过。如果超限，可更改原布网原则。根据设计的GPS网形和精度等级，确定观测时间段的长度，制定观测实施计划。观测日期拟定后，用GPS接收机数据处理软件依据测区概略经纬度和高程做出卫星预报，最终确定观测时间段。3、 观测技术在工程测量中，主要采用静态观测法。为消除电离层延迟影响，应采用双频接收机。这些接收机应具有同时跟踪4颗以上卫星的能力；选择PDOP（一般小于5）值小的那一组星进行观测；观测时段数不应少于2，每时段不应短于两小时，有效星数跟踪时间不得少于0.8小时，重复设站率不少于50%，重复基线观测率不少于30%，构成闭合环的基线数不多于7条，每个环包括异步基线数不少于3条，卫星高度角大于15度，每次观测重新量取天线高，对中精度小于1mm，每时间段测量气象元素不少于3次，气象仪表要经法定单位检核等。GPS网设计的最后部分应提出用何种软件进行数据处理及最终提供的结果。由于对空中观测条件的限制，GPS定位测量不能完全取代工程控制测量，因此，GPS定位测量与导线测量和水准测量相结合，是工程控制测量的主要方法。 参考文献：1控制测量学（第二版）孔祥元，梅是义，武汉大学出版社2应用大地测量学 中国矿业大学出版社