GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計思路及組網(wǎng)方案優(yōu)選

曹正偉 喬亞奇 于詩深

（1.天津華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)二四七大隊；2.內(nèi)蒙古霍林河露天煤業(yè)股份有限公司）

GPS是20世紀(jì)70年代由美國國防部研制的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個高精度、全天候和全球性的導(dǎo)航、定位、定時的多功能系統(tǒng)[1-4]。為提高GSP組網(wǎng)效率和精度，本研究通過詳細(xì)分析GSP網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計思路，并結(jié)合實例進(jìn)行組網(wǎng)方案優(yōu)選。

1 GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計思路

1.1 GPS網(wǎng)基準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計

傳統(tǒng)控制網(wǎng)在設(shè)計基準(zhǔn)時，需要考慮到外部配置，即需滿足一定的要求，在優(yōu)化基準(zhǔn)時，主要通過優(yōu)化設(shè)計點位坐標(biāo)參數(shù)實現(xiàn)。不同的基準(zhǔn)選擇，會直接影響組網(wǎng)精度。GPS網(wǎng)基準(zhǔn)設(shè)計主要包含GPS網(wǎng)基線向量解中的位置基準(zhǔn)設(shè)計以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中的基準(zhǔn)設(shè)計[5-8]。

1.2 GPS網(wǎng)圖形結(jié)構(gòu)強度優(yōu)化設(shè)計

(1)GPS網(wǎng)精度設(shè)計。精度主要是對觀測中偶然誤差的影響程度進(jìn)行衡量。GPS網(wǎng)精度設(shè)計主要是根據(jù)偶然誤差傳播規(guī)律，并基于精度設(shè)計方法，對未知點平差后預(yù)期能夠達(dá)到的精度進(jìn)行分析。一般來說，可對坐標(biāo)點的精度利用誤差橢圓和相對誤差橢圓進(jìn)行描述。

(2)GPS網(wǎng)可靠性設(shè)計。GPS網(wǎng)可靠性概念與傳統(tǒng)的可靠性概念有所差異，主要是對抵抗粗差影響的能力以及識別粗差的能力進(jìn)行衡量，包含了外可靠性和內(nèi)可靠性2個方面。GPS控制網(wǎng)觀測作業(yè)中，由于衛(wèi)星軌道誤差、信號發(fā)射和傳播誤差、周跳及整周未知數(shù)的確定均會導(dǎo)致觀測向量帶有粗差。因此，在GPS控制網(wǎng)設(shè)計階段，應(yīng)考慮控制網(wǎng)的可靠性，根據(jù)一定的可靠性指標(biāo)，進(jìn)行控制網(wǎng)設(shè)計。GPS網(wǎng)可靠性取決于網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)和基線向量權(quán)陣。因此，可根據(jù)GPS網(wǎng)的特點，在設(shè)計階段應(yīng)充分考慮控制網(wǎng)的可靠性，以便發(fā)現(xiàn)盡可能小的粗差和減少不可發(fā)現(xiàn)的粗差對控制網(wǎng)的精度影響。

2 實例分析

本研究對某地1個由14個點組成的GPS網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。首先，按照布網(wǎng)的實際目的進(jìn)行選點，之后在野外進(jìn)行布點，確保所選擇的點位能夠滿足野外觀測以及測量任務(wù)的要求，并且還可以直接獲取二維坐標(biāo)。本研究中將網(wǎng)形布設(shè)為5種不同邊點混合連接的形式，即方案Ⅰ～Ⅴ，通過對各方案的點位精度進(jìn)行綜合分析比較，確定最優(yōu)組網(wǎng)方案。本研究14點的近似坐標(biāo)見表1，各組網(wǎng)方案如圖1～圖5所示。各方案的點位精度解算結(jié)果見表2。分析表2可知：方案Ⅰ的點位精度與方案3相當(dāng)，且優(yōu)于其余方案，但由于方案Ⅲ中點位精度分布不均勻，故方案Ⅰ最優(yōu)。

表1 測點近似坐標(biāo) m

圖1 組網(wǎng)方案Ⅰ

圖2 組網(wǎng)方案Ⅱ

圖3 組網(wǎng)方案Ⅲ

圖4 組網(wǎng)方案Ⅴ

圖5 組網(wǎng)方案Ⅴ

3 結(jié) 語

分析了GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計思路，并結(jié)合實例，設(shè)計了5種GPS控制網(wǎng)組網(wǎng)方案，經(jīng)過點位平差解算，優(yōu)選出了最佳組網(wǎng)方案，對于類似工程實踐有一定的參考價值。

表2不同方案點位精度

方案編號起算點編號點位精度/mm1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#Ⅰ14#8.312.713.713.812.410.910.37.010.111.111.410.99.60.0Ⅱ7#9.015.718.119.88.86.906.514.011.99.67.26.28.2Ⅲ13#8.815.617.919.79.38.87.16.58.69.08.46.606.5Ⅳ1#012.815.617.66.77.97.310.612.813.713.913.512.47.1Ⅴ14#13.919.020.922.511.69.26.47.19.610.29.98.86.10