【摘　要】　討論GPS控制網技術設計的一般原則和圖形設計，結論認為：傳統的控制測量方法將被GPS技術所取代。

【關鍵詞】　GPS 控制網 技術設計原則 圖形設計

　　1 引言

　　GPS是英文Navigation Satellite Timing and Ranging/Global Positioning System的字頭縮寫詞NAVSTAR/GPS的簡稱。它的含義是：利用導航衛星進行測時和測距，以構成全球定位系統。GPS具有全能性、全球性、全天候、連續性和實時性的精密三維導航與定位功能，而且具有良好的抗干擾性和保密性。因此，GPS技術在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領域得到了廣泛的應用，本文根據多年的實踐經驗介紹GPS控制網在工程測量中的布設方法，以供大家參考。

　　2 技術設計的一般原則

　　建立城市或其它局部性GPS控制網是一項重要的基礎性工作，而技術設計則是建立GPS網的第一步，是保證GPS網能夠滿足經濟建設需要，并保證GPS成果質量可靠的關鍵性工作。因此，必須科學地、嚴謹地作好這一工作。GPS網設計設計的一般原則包括以下幾個方面。

　　2.1 充分考慮建立GPS控制網的應用范圍

　　對于工程建設的GPS網，應該既考慮勘測設計階段的需要，又要考慮施工放樣等階段的需要。對于城市GPS控制，既要考慮近期建設和規劃的需要；又要考慮遠期發展的需要；還可以根據具體情況擴展GPS控制網的功能，充分發揮GPS網和測繪工作在城市建設中的作用。

　　2.2 采用分級布網的方案

　　適當地分級布設GPS網，有利于根據測區的近期需要和遠期發展分階段布設，而且可以使全網的結構呈長短邊相結合的形式。與全網均由短邊構成的全面網相比，可以減少網的邊緣處誤差的積累，也便于GPS網的數據處理和成果檢核分階段進行。分級布網是建立常規測量控制網的基本方法，因為GPS測量有許多優越性，所以并不要求GPS網按常規控制網分很多等級布設。例如，大城市的GPS控制網可以為三級：首級網中相鄰點的平均距離大于5km；次級網中相鄰點平均距離為1~5km；三級網相鄰點平均距離可小于1km，且可采用GPS與全站儀相結合的方法布設。對于小城市，分兩級布設GPS網即可。

　　為提高GPS網的可靠性，各級GPS網必須布設成由獨立的GPS基線向量邊（或簡稱為GPS邊）構成的閉合圖形網，閉合圖形可以是三邊形、四邊形或多邊形，也可以包含一些附和路線，GPS網中不允許存在支線。

　　2.3 GPS測量的精度標準

　　GPS測量的精度標準通常用網中相鄰點之間的距離中誤差表示，其形式為：

　　
　　式中：σ——距離中誤差（mm）；
　　　　　a——固定誤差（mm）；
　　　　　b——比例誤差系數（ppm）；
　　　　　d——相鄰點的距離（km）。

　　2001年實施的“全球定位系統（GPS）測量規范”將GPS的測量精度分為AA~E六級（見表1）。其中AA、A、B三級是國家GPS控制網，C級主要用于大、中城市及工程測量的基本控制網，D、E級主要用于中、小城市、城鎮及測圖、勘測、建筑施工等控制測量。

表1
　　在GPS網的技術設計中，應根據測區大小，GPS網的用途，來設計網的等級和精度標準。

　　2.4 坐標系統與起算數據

　　GPS測量得到的是GPS基線向量，是屬于WGS84坐標系的三維坐標差，而我們需要得到的是屬于國家坐標系或地方獨立坐標系的坐標。為此，在GPS網的技術設計中，必須說明GPS網的成果所采用的坐標系統和起算數據，也就是說明GPS網所采用的基準。

　　GPS網的基準與常規控制網的基準類似，包括位置基準、方位基準和尺度基準。

　　當測區有舊的地面控制點成果時，應既考慮充分利用舊資料，又要使新建的高精度GPS控制網不受舊資料精度較低的影響。為此，應將新的GPS網與舊控制點進行聯測，聯測點一般不應少于2個。

　　GPS望的坐標系統應盡量與測區過去采用的坐標系統一致，如果采用的是地方獨立坐標系，一般應該了解以下幾個參數：

　　a.所采用的參考橢球體，一般是以國家坐標系的參考橢球為基礎；

　　b.坐標系的中央子午線的精度值；

　　c.縱、橫坐標的加常數；

　　d.坐標系的投影面高程及測區平均高程異常值；

　　e.起算點的坐標。

　　GPS網的位置基準，通常都是由給定的起算點坐標確定。方位基準可以通過給定起算方位角值確定，也可以由GPS基線向量的方位作為方位基準，尺度基準可以由地面的電磁波測距邊確定，或由兩個以上的起算點之間的距離確定，也可以由GPS基線向量的距離確定。

　　2.5 GPS點的高程

　　為了得到GPS點的正常高，應使一定數量的GPS點與水準點重合，或者對部分GPS點聯測水準。為了便于進行水準聯測，且便于進行GPS觀測，提高GPS作業效率，GPS點一般應設在交通方便的地方。

　　3 GPS控制網的圖形設計

　　網的圖形設計主要是根據網的用途和用戶要求，側重考慮如何保證和檢核GPS數據質量；同時還要考慮接收機類型、數量和經費、時間、人力及后勤保障條件等因素，以期在滿足要求的前提條件下，取得最佳的效益。

　　3.1 設計的一般原則

　�。�1）GPS網一般應采用由獨立觀測邊構成的閉合圖形。例如三角形、多邊形或附和線路，以構成檢核條件，提高網的可靠性。
　　（2）GPS網點盡量與原有的地面控制網點相重合。重合點數應多于3個，以便可靠地確定GPS網與地面網之間的轉換參數。
　　（3）GPS網點應考慮與水準點相重合，而非重合點一般應根據要求以水準測量方法進行聯測。
　　（4）為便于觀測和水準聯測，GPS網點一般應設在視野開闊和交通方便的地方。
　　（5）為了便于用常規方法聯測或擴展，C、D、E級控制網點應有1~2個方向通視。

　　3.2 GPS網的基本形式

　　根據GPS測量的不同用途，GPS網的幾何圖形結構，有以下三種形式。

　　（1）三角形網
　　如圖1所示。圖中各三角形邊是由非同步觀測的獨立邊所組成。這種網的幾何圖形結構強，具有良好的自檢能力，能有效地發現觀測成果的粗差，確保網的可靠性。經平差后網中相鄰點間基線向量的精度分布均勻。

圖1 GPS三角網

　　這種網的主要缺點是觀測工作量較大，尤其當接收機的數量較少時，將使觀測工作的時間大為延長。因此，通常只有當網的可靠性和精度要求較高時，才單獨采用這種圖形結構的網。

　�。�2）環形網

　　由若干個含有多條獨立觀測邊的閉合環所組成的網，稱為環形網，如圖2所示。這種網的圖形結構強度較三角網差，其優點是觀測工作量較小，具有較好的自檢性和可靠性。其缺點主要是非直接觀測的基線邊（或稱間接邊）精度較直接觀測邊低，相鄰點間的基線精度分布不均勻。由于環形網的自檢能力和可靠性與閉合環中所含基線邊的數量有關，所以，一般根據網的精度要求，規定閉合環中包含的基線邊的數量。表2是相應于表1所列精度要求所提出的規定。

表2 閉合環基線邊數的限值

　　三角網和環形網是大地測量和精密工程測量普遍采用的兩種基本圖形。通常，根據實際情況往往采用上述兩種圖形的混合網形。

圖2 GPS環形網

　�。�3）附和線路和星形網

　　在GPS高級網中需進一步加密控制點時，可采用附和線路，如圖3所示。為保證可靠性和精度，附和線路所包含的邊數也不能超過一定限制。

圖3 附合線路

　　星形網的幾何圖形如圖4所示。其圖形簡單，直接觀測邊之間不構成任何閉合圖形，所以檢驗和發現粗差的能力差。這種圖形的主要優點是觀測中只需要兩臺GPS接收機，作業簡單。它廣泛地應用于工程測量、邊界測量、地籍測量和碎部測量等方面，定位中采用快速定位的作業模式。

圖4 星形網

　　4 結束語

　　隨著科學技術的發展，傳統的測量方法正被日益發展的GPS技術所取代，控制網的布設方法越來越靈活、簡單�？刂凭W布設方法應根據網的不同用途選擇采用，同時還要考慮接收機類型、數量和經費、時間等，這樣才能揚長避短，取得最佳的經濟效益。

參考文獻：

[1] 周忠謨，GPS衛星測量原理與應用
[2] GB/T 18314-2001《全球定位系統（GPS）測量規范》