袁彬

因?yàn)镚PS觀測(cè)是通過接收天空衛(wèi)星信號(hào)實(shí)現(xiàn)定位測(cè)量，一般情況下，不要求觀測(cè)站之間進(jìn)行通視。且由于GPS觀測(cè)精度主要受觀測(cè)衛(wèi)星的幾何狀況的影響，與地面構(gòu)成的幾何狀況無關(guān)。其結(jié)果要求外業(yè)工作中，GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)達(dá)到更好的優(yōu)化。

一、當(dāng)前GPS測(cè)量的特點(diǎn)

GPS網(wǎng)是一種非層次結(jié)構(gòu)，其相對(duì)定位測(cè)量是若干臺(tái)GPS接收機(jī)同時(shí)對(duì)天空衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)，從而獲得接收機(jī)間的基線向量。并可以一次擴(kuò)展到所需的密度。GPS網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)的精度不受網(wǎng)點(diǎn)所構(gòu)成的幾何圖形的影響，其精度與網(wǎng)中各點(diǎn)的坐標(biāo)及邊與邊之間的角度無關(guān)，而只與網(wǎng)中的各點(diǎn)所發(fā)出的基線數(shù)目和基線的權(quán)陣有關(guān)。

GPS控制網(wǎng)所需的數(shù)據(jù)包括：一點(diǎn)的坐標(biāo)，用于網(wǎng)的定位；一條邊的方位，用于網(wǎng)的定向；一條邊的長度，用于確定網(wǎng)的尺度。

GPS定位測(cè)量主要優(yōu)勢(shì)在于高精度、高效率和低成本，而這些優(yōu)勢(shì)建立在測(cè)前科學(xué)的技術(shù)設(shè)計(jì)和測(cè)后精確可靠的數(shù)據(jù)處理為基礎(chǔ)的。因此為確保精確，GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)需考慮到諸多因素，其核心就是考慮網(wǎng)形構(gòu)造、精度、基準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，還應(yīng)考慮到觀測(cè)時(shí)段、時(shí)間、測(cè)站位置的選擇等。

二、GPS控制網(wǎng)網(wǎng)形設(shè)計(jì)原則

（一）GPS控制網(wǎng)不應(yīng)存在自由基線。自由基線主要指的是不構(gòu)成閉合圖形的基線，由于自由基線不具備發(fā)現(xiàn)粗差的能力，因而必須避免出現(xiàn)自由基線，也就是GPS控制網(wǎng)一般應(yīng)通過獨(dú)立基線構(gòu)成閉合圖形。

（二）GPS控制網(wǎng)中的閉合條件中基線數(shù)不應(yīng)太多。網(wǎng)中的各點(diǎn)最好有三條或更多基線分支，以保證檢核條件，使網(wǎng)的精度、可靠性較均勻，提高網(wǎng)的可靠性。

（三）按照需要和理論要求進(jìn)行觀測(cè)。GPS控制網(wǎng)應(yīng)以“每個(gè)點(diǎn)至少獨(dú)立設(shè)站觀測(cè)兩次”的原則布網(wǎng)。這樣不同接收機(jī)數(shù)測(cè)量構(gòu)成網(wǎng)的精度和可靠性指標(biāo)更加接近。

（四）至少應(yīng)與地面網(wǎng)有二個(gè)重合點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)GPS控制網(wǎng)與地面網(wǎng)之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，GPS控制網(wǎng)至少應(yīng)與地面網(wǎng)有二個(gè)重合點(diǎn)。通過實(shí)踐證明，三至五個(gè)精度較高、分布均勻的地面點(diǎn)作為GPS網(wǎng)的一部分，以便GPS成果較好地轉(zhuǎn)換至地面網(wǎng)中，同時(shí)，還應(yīng)與相當(dāng)數(shù)量的地面水準(zhǔn)點(diǎn)重合，以提供大地水準(zhǔn)面的研究資料，實(shí)現(xiàn)GPS大地高向正常高的轉(zhuǎn)換。

（五）為GPS點(diǎn)選擇正確的位置。GPS點(diǎn)應(yīng)選擇在交通便利、視野開闊、容易到達(dá)的地方，以便于觀測(cè)和數(shù)據(jù)的聚合整理。盡管GPS網(wǎng)的觀測(cè)不需要考慮通視的問題，但是為了便于用經(jīng)典方法擴(kuò)展，至少應(yīng)與網(wǎng)中的另一點(diǎn)通視。

三、對(duì)GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一）GPS網(wǎng)基準(zhǔn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

GPS網(wǎng)基準(zhǔn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括位置的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)和尺度的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。其中位置的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)有：一是建立WGS-84系坐標(biāo)作為GPS網(wǎng)的固定位置基準(zhǔn)。這是如果網(wǎng)中點(diǎn)具有較準(zhǔn)確的國家坐標(biāo)系或地方坐標(biāo)系坐標(biāo)，可以通過它們所屬坐標(biāo)系與WGS-84坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)求得該點(diǎn)的WGS-84系坐標(biāo)，把它作為GPS網(wǎng)的固定位置基準(zhǔn)；二是如果網(wǎng)中某點(diǎn)是Doppler點(diǎn)或SLR站，由于其定位精度較GPS偽距單點(diǎn)定位高得多，可將其聯(lián)至GPS網(wǎng)中作為一點(diǎn)或多點(diǎn)基準(zhǔn)；三是如果網(wǎng)中無任何其他類已知起算數(shù)據(jù)時(shí)，可將網(wǎng)中一點(diǎn)多次GPS觀測(cè)的偽距坐標(biāo)作為網(wǎng)的位置基準(zhǔn)。

（二）GPS網(wǎng)尺度的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于GPS網(wǎng)尺度隨著時(shí)間和區(qū)域變化，而發(fā)生尺度系統(tǒng)誤差，因此，在消除此類誤差必須對(duì)其進(jìn)行尺度基準(zhǔn)進(jìn)行優(yōu)化：一是提供外部尺度基準(zhǔn)，對(duì)于邊長小于50km的GPS網(wǎng)，可用較高精度的測(cè)距儀施測(cè)2-3條基線邊，作為整網(wǎng)的尺度基準(zhǔn)，對(duì)于大型長基網(wǎng)，可采用SLR站的相對(duì)定位觀測(cè)值和VLBI基線作為GPS網(wǎng)的尺度基準(zhǔn)；二是提供內(nèi)部尺度基準(zhǔn)，在無法提供外部尺度基準(zhǔn)的情況下，仍可采用GPS網(wǎng)觀測(cè)值作為GPS網(wǎng)的尺度基準(zhǔn)。

（三）GPS網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)

測(cè)量精度是用來衡量網(wǎng)的坐標(biāo)參數(shù)估值受觀測(cè)偶然誤差影響程度的指標(biāo)。網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)是根據(jù)偶然誤差傳播規(guī)律，按照一定的精度設(shè)計(jì)方法，分析網(wǎng)中的各個(gè)未知點(diǎn)平差后預(yù)期能達(dá)到的精度。這也常被稱為網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和分析。一般常用坐標(biāo)的方差—協(xié)方差陣來分析，也常用誤差橢圓和相對(duì)誤差橢圓來描述坐標(biāo)點(diǎn)的精度情況，或用點(diǎn)之間方位、距離和角度的標(biāo)準(zhǔn)差來定義。對(duì)于許多大地網(wǎng)、工程控制網(wǎng)僅有點(diǎn)之間距離的相對(duì)精度要求，還是不夠的，通常以網(wǎng)中的各點(diǎn)點(diǎn)位精度，或者網(wǎng)的平均點(diǎn)位精度作為表征網(wǎng)精度的特征指標(biāo)，這種精度指標(biāo)可由網(wǎng)中點(diǎn)的坐標(biāo)之方差—協(xié)方差陣構(gòu)成描述精度的純量精度標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則矩陣來實(shí)現(xiàn)。純量精度標(biāo)準(zhǔn)是選擇一個(gè)描述全網(wǎng)總體精度的一個(gè)不變量，做出不同選擇，構(gòu)成了不同的純量精度標(biāo)準(zhǔn)，并用其來建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的精度目標(biāo)函數(shù)。準(zhǔn)則矩陣是將網(wǎng)中點(diǎn)的坐標(biāo)方差—協(xié)方差陣構(gòu)造成具有理想結(jié)構(gòu)的矩陣，代表了網(wǎng)的最佳精度分布，具有更細(xì)致描述網(wǎng)的精度結(jié)構(gòu)的控制標(biāo)準(zhǔn)。

（作者單位：大慶市城鄉(xiāng)規(guī)劃局）