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GPS 网第五章 GPS 控制网的设计与外业工作 GPS 定位测量的高精度、高效率和低成本是以测前科学的技术设计和测后精确可靠的数据处理为基础的。 GPS 测量的技术设计是按照 GPS 测量规范要求, 兼顾精度、可靠性、经济性等指标, 在测量前制定严格、科学、切实可行的布网及观测方案。目前的 GPS 控制测量, 基本上都是采用相对定位的测量方法。这就需要两台及两台以上的 GP S 接收机在相同的时间段内同时连续跟踪相同的卫星组, 即实施所谓同步观测。同步观测时各 GPS 点组成的图形称为同步图形。不同台数 GPS 接收机同步观测一个时段, 便组成以下各种同步图形结构,如图 5-1 所示。总之,当 T 台接收机同步观测获得的同步图形由 n条基线构成,其中 n为图 5-1 同步图形示例在 GPS 测量中, 与同步图形相对应的, 还有非同步图形或称为异步图形, 即由不同时段的基线构成的图形。由异步图形形成的坐标闭合差条件称为异步图形闭合差。当某条基线被两个或多个时段观测时, 就形成了重复基线坐标闭合差条件。异步图形闭合条件和重复基线坐标闭合条件是衡量精度、检验粗差和系统差的重要指标。 控制网的构网方式图 5-2 星形网图形 1 星形图星形网的图形如图 5-2 所示。这种网形在作业中只需要两台 GPS 接收机, 作业简单, 是一种快速定位作业方式, 常用在快速静态定位和准动态定位中。但由于各基线之间不构成任何闭合图形, 所以其抗粗差的能力非常差。一般只用在工程测量、边界测量、地籍测量和碎部测量等一些精度要求较低的测量中。 2 点连式网所谓点连式网,就是相邻同步图形间仅由一个公共点连接成的网,其网形如图 5-3 所示。任一个由 m 点组成的网,由T 台接收机观测, 则完成该网至少要 n个同步图形: 例如,当 m=30 时,采用 3、4、5 台接收机最少同步图形为 15、 10、 8 。网的必要观测基线数为 m-1, 而网中 n 个同步图形总共有 n*(T-1) 条独立基线。显然, 以这种方式布网, 没有或仅有少量的异步图形闭合条件。因此, 所构成的网形抗粗差能力仍不强, 特别是粗差定位能力差, 网的几何强度也较弱。在这种网的布设中, 可以在 n 个同步图形的基础上, 再加测几个时段, 增加网的异步图形闭合条件的个数, 从而提高网的几何强度, 使网的可靠性得到改善。 3. 边连式网边连式网方法是指相邻同步图形之间通过 2 个公共点相连, 即同步图形由 1 条公共基线连接。任一个由 m 个点构成的网,若用 T台(T3) 接收机采用边连式布网方法进行观测,则完成该测量任务的最少同步图形个数 n为相应观测获得的总基线数为 n*(T-1)*T/2 (5-4) 其中独立基线数为 n*(T-1), 而网的多余观测基线数为 n*(T-1)-(m-1) 。边连式构网图形如图 5-4 所示。图 5-4 边连式网 4 网连式网所谓网连式网布网方法, 是指相邻同步图形之间有两个以上公共点相连接, 相邻同步图形之间存在互相重迭的部分, 即某一同步图形的一部分是另一同步图形中的一部分。这种布网方式通常需要 4 台或更多的 GPS 接收机, 这样密集的布网方法, 其几何强度和可靠性指标是相当的, 但其观测工作量以及作业经费均较高,仅适用于网点精度要求较高的测量。 GPS 控制网网形设计的一般原则由于自由基线不具备发现粗差的能力,因而必须避免出现,也就是分支, 以保证检核条件, 提高网的可靠性, 使网的精度、可靠性较均匀。收机数测量构成的网之精度和可靠性指标比较接近。个重合点。研究和实践表明, 应有 3~5 个精度较高、分布均匀的地面时, 还应与相当数量的地面水准点重合, 以提供大地水准面的研究资料,实现 GPS 大地高向正常高的转换。 5) 为了便于观测, GPS 点应选择在交通便利、视野开阔、容易倒地的地方, 法扩展,至少应与网中的另一点透视。 GPS 控制网的优化设计控制网的优化设计,是在限定的精度、可靠性和费用等质量标准下, 寻求网设计的最佳极值。经典控制网优化设计包括零类设计( 基准问题), 一类设计( 图形问题), 二类设计( 观测权问题)、三类设计( 加密问题)。 GPS 测量的特点以及优化设计的内容 测量的特点 GP S 相对定位测量是若干台 GP S 接收机同时对天空卫星进行观测, 从而获得接收机间的基线向量。因此, 个点之间不许通视。另外,在 GPS 测量中, 当整周模糊度确定之后, 观测量的权不再随观测时间增长而显著提高, 所以, 经典控制网观测权的优化设计在 GP S 测量中已不再具有显著的意义。故仍可将其归结为对图形结构强度的优化设计。力的可靠性设计,网发现系统差能力的强度设计。经