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基础控制测量中GPS控制网的优化策略分析李意民

发表时间：2021/4/20 来源：《基层建设》2020年第32期作者：李意民

[导读] 摘要：GPS系统是一种高精度的全球定位系统，本身具有良好的特性，从其被开发到使用，经过长期发展，其理论和实践都具有一定高度。

        身份证号码：13072419880102xxxx 河北省张家口市 076550
        摘要：GPS系统是一种高精度的全球定位系统，本身具有良好的特性，从其被开发到使用，经过长期发展，其理论和实践都具有一定高度。已经不再局限于地图测绘、地形测量等工作，而是朝着精密工程与海洋测绘领域发展，其本身的效应也在不断应用中日益显著。为了更好的实现GPS控制网在基础控制测量中的布设要求，基于现有的性能进一步进行优化设计，这对于现实测绘工作具有重要的现实意义。
        关键词：基础控制测量；GPS控制网；优化策略
        1GPS测绘技术基本概述与基本原理
        1.1基本概述
        GPS全称为GIobal Positioning System，即“全球定位系统”，GPS并不是特指某一物体，而是指能够定时测距的专业空间交汇定位系统的统称，此系统能够将具有连续性、时效性的三维位置、速度、时间等相关数据信息发送给全球范围内的用户。GPS在测量过程中，主要是通过将接收机有效安装到固定位置上，随后与GPS卫星所发射导航电文相结合，对某一时间段内所显现定位距离加以科学化测量，从而形成最终的相应三维坐标，并切实达到精准定位这一目标。
        1.2基本原理
        经由上文所述，GPS主要是通过接收机结合卫星电文形成三维坐标，最终精准定位，而在GPS测绘技术作用之下，这一坐标可以划分为两种类型，分别为低地固定坐标与空间固定坐标，二者可自由互换，从而实现控制点具体位置精准判断。除此之外，由于不同定位方式之间存在一定差异，因此也可以分为相对定位方式与绝对定位方式两种。其中，相对定位方式主要是将空间几何理论作为基础，通过三颗卫星特定距离与已知测量点，通过相关数学知识对测量点具体位置展开计算。而绝对定位方式则是将海拔信息与经纬度作为基础，通过位置坐标具体位置，对测量点实际位置加以判断。
        2GPS相对定位的误差源
        GPS测量中会受到多种误差的综合性干扰因素的影响，降低GPS定位的精准性。而高精度的GPS定位结果则可以有效减少以及消除各种误差产生的不良影响。对此，要分析了解GPS误差来源以及主要处理对策，分析误差特征以及其主要的影响规律特征，进行信息数据处理过程中要减少或者消除误差造成的不良影响。通过GPS定位测量分析影响因素，其主要可以分为卫星误差、信号传播过程误差以及设备误差问题等。根据误差性质可以划分为系统误差以及偶然性误差两种类型，其系统误差主要有卫星轨道、卫星、接收机、大气折射导致的误差等。为了有效提升测量结果精准度，就要通过修正系统误差，减弱误差造成的不良影响，根据不同的误差问题采取完善的对策与手段。在一般状况之下，其主要措施如下：通过引入未知参数信息，在数据信息处理中联合其他未知参数进行计算分析，根据以往经验构建理想的误差模型，达到改正观测量的目的。通过对不同观测站间对相同的同步观测值进行差分计算分析，达到消除或者减弱系统误差因素的目的，在其精准度不高的时候可以忽略一些影响较小的系统误差。
        3GPS工程控制网的优化设计
        3.1精度评定
        GPS控制网的精度评定标准是根据控制网的综合用途，作业时对于定位技术的精准度要求等，精度以临近点间距标准差表示。
        3.2GPS控制网的选择
        GPS控制网在应用的过程中，合理设计网型是非常重要的环节。GPS观测无需通视技术，因此需要结合实际的需求、时间等因素进行设计。
        （1）点连式。点连式是将临近图形中找到仅有的公共点，进行有效连接，但是连接构成的网型各项能力都较弱，应用性不高。
        （2）边连式。边连式在两个临近同步的图形之间找寻公共点，通过基线将两个点进行有效连接。使用边连式进行控制网布设几何强度较高，并且拥有较好的可靠性，可以对测量工作进行自检，及时发现存在的误差问题。

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        （3）网连式。网连式就是在两个临近的图形之间，寻找到两个以上的公共点，进行有效连接。因为是公共点，连接后的图形也会互相存在一部分相叠的内容，两个图形中各有对方的一部分图形，这种连接方式可以保障良好的作业强度，但是实施效率并不是十分高效。
        3.3GPS网基准设计
        GPS网基设计关键要素就是网络位置是否基准，这样能通过网络基准位置提升测绘的精确度。实际实践的过程中可以通过以下四种方式进行处理：固定网络坐标值；在控制网中违逆平差，确保网络位置的精准；综合网络为测绘点选择多个坐标值固定其位置；给予坐标值适当的权。
        3.4GPS控制工程网布设方式
        （1）点位分布。测绘区域范围相对较大时，为了保障测绘网点数据的精准度，通过GNSS大地测量来对控制网进行分析，合理进行布设，从而在控制网内形成图形。对于精准度要求较高的情况下，就需要将各个点进行有效连接，使其成为一个边；布设的点在控制网中分布不均匀时，需要分别进行处理。
        （2）基线长度对点位坐标精度影响。所测量地质点位会受到边长影响导致精度出现变化，边长长度越长影响越明显，当边长超过40km后，出现的误差非常明显并逐渐扩大，高程也会受到误差波动的影响。这是由于电离层因素会根据基线长度产生不同的影响，基线增长，电离层影响也会随之增大。
        （3）已知点分布控制点精度影响。在对GPS控制网进行布设时，需要根据实际的情况合理对各个点进行布设，不同的点对于控制网产生的精准度有直接影响。
        3.5提高可靠性和精度的措施
        （1）提高可靠性的措施。通过可靠性指标计算可以分析出基线的相关数据，这有利于测点进一步对增加基线的工作进行处理。进行GPS控制网布设工作时，适当在网中增加观测，可以提升控制网的可靠性。基于相同的控制网上，进行多次观测分析，有助于分析出运行过程中存在的问题。其中一台GPS接收机如果在同一位置观测多次，并且在不同时间段，则需要在不同时间段重置设备，避免误差和人为操作不当等问题。
        （2）提高GPS网精度的方法。为了临近GPS之间的精准度，就需要在网中对距离比较近的点实施同步观测。根据观测得出分析结果，确定基线。可以在全面网上布设大框架，再对框架内的点进行分析。测定的时候要保障框架内各个点都是正常运行的状态，选择足够多的水准点，使其均匀的分布在网内。为了提升GPS控制网尺寸的精准度，可以增加观测时段，对布设的点进行向量分析，因此，在实际工程中还需要结合工程实际情况来分析。
        （3）GPS优化设计目标函数与流程。控制网优化设计中较为常见的方式就是解析法与模拟法两种类型。从数学原理角度来说，在以最优化理论为基础的精密方法支持之下其计算结果也是最优。模拟法就是根据优化任务以及专业知识制定设计方案，进行模拟观测预算分析，根据不同需求设定目标函数。在控制网优化设计中，以追求费用为主要目标，将精度、效率、时间等综合因素作为优化目标，赋予适当权重，在量化之后选择合理的方案实现对观测方案的评价精度分析。
        结语
        综上所述，通过分析GPS工程控制网对临川区基础控制测量工作进行优化设计。根据相应的理论对精度以及可靠性指标加以分析，对于整体工程施工质量有直接影响。根据当地的实际情况对GPS系统进行合理的布设和分析，通过深入分析布设，进一步优化控制网，提升工作效率，有效降低整体作业的使用成本。在实践中要系统分析控制网，通过优化设计加强GPS的精度控制，对实际测绘有重要意义。
        参考文献：
        [1]姚芬.城市GPS控制网的优化设计研究[J].现代电子技术，2014，37（12）：81-83.
        [2]凌成.GPS控制网优化设计探讨与分析[J].山西建筑，2013，39（08）：189-191.
        [3]郭英起，张振海，王杨.建立GPS控制网观测方案优化的研究[J].测绘工程，2011，20（03）：12-14.