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1、目录前言11 绪论21.1 GPS定位技术概述21.2 国内外研究现状31.3 本文主要研究的问题42 GPS测量控制网的优化设计62.1 GPS网精度的评定62.2 GPS网的图形设计72.3 GPS网的基准设计93 GPS工程网的布设113.1工程控制网的布设原则113.2 控制网点的分布113.2.1 点位分布113.2.2 实例分析123.3 基线长度对点位坐标精度的影响153.4 已知点分布对控制点精度的影响163.4.1 已知点的选择163.4.2 不同控制点的精度分析173.5 坐标系统转换214 大同矿区GPS控制网布设实例234.1 任务来源及工作量234.2 测区概况234
2、.3 布网方案244.3.1 技术设计的依据与基准设计244.3.2 方案设计的技术分析244.4 GPS网的布设254.4.1 GPS网的设计原则254.4.2 方案设计264.4.3 方案比较265 结论与展望305.1 结论305.2 展望30致 谢32参考文献33附录A34附录B42前言当第一颗GPS试验卫星于1978年2月22日入轨运行后，测绘界的专家、学者很快就认识到GPS卫星在测量方面的作用;自1980年第一台商用GPS接收机问世以来，随着GPS试验卫星和工作卫星的不断入轨，GPS信号日渐广泛地应用于陆海空领域的导航和定位测量。GPS技术的发展为大地测量提供了一种新的高精度的测量
3、手段。由于GPS测量不需要两点间通视、不受天气影响、能直接获得三维坐标等优点，GPS技术已成为大地测量的主要手段。本文共分五章，重在论述GPS工程控制网的布设方法。不同精度、不同面积的GPS控制网有着不同的布设方法。在GPS控制网布设中其方法不同，作业效率不同，费用也不同。采用正确的布网方法，能够提高作业效率，降低作业成本。GPS工程网布设，一般点位选择灵活性较差，活动范围较小，观测时间较短。本文中结合实际工程，对GPS工程网的布设，提出了三点建议，一是要注意高精度点的分布;二是注意网的图形结构:三是当进行坐标系统转换或高程拟合时，注意重合点的分布和精度。结合大同矿区GPS控制网布设实例进行详
4、细研究，做到合理优化设计。对我国工程网的布设进行研究，提出切实可行的方法，将在提高网的精度、降低布网的投入等方面有重要意义;现在许多工程的施工需要的地方坐标系、我军试验基地需要地心坐标系，GPS坐标和区域坐标系关系的研究确定它们之间的转化关系，可为经济建设和试验基地提供快速精确的区域坐标。1 绪论1.1 GPS定位技术概述 GPS全球定位系统(Global Positioning System)是美国国防部U. S. Department of Defense (DOD)为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。是结合美国海军的“Timation”计划和美国空军的
5、“621-B”计划而研制，这两个计划在六十年代中期就已确定要用测距的方式来发展一种被动导航系统。该系统真正始建于1973年，经过方案论证、工程研制和生产作业等三个阶段，历经二十余年，耗资三百多亿美元于1994年全部建成。 GPS作为继子午卫星系统发展起来的新一代卫星导航与定位系统，具有全球性、全天候、连续性等优点的三维导航和定位能力，以及具有良好的抗干扰性和保密性。它己成为美国导航技术现代化的最重要标志，并被视为20世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。 在测量领域较早就开始采用GPS技术，最初，它主要用于建立各种类型和等级的测量控制网，目前它除了仍大量用于这些方面外，
6、在测量领域的其它方面也得到了充分的应用，如:用于各种类型的施工放样、测图、变形观测、航空摄影测量、海测和地理信系统中地理数据的采集等。尤其在各种类型的测量控制网的建立这一方面，GPS定位技术已基本上取代了常规测量手段，成为主要的技术手段。1997年由国家测绘局完成了A级、B级网的布设与平差，全网由756点组成，其中A级网27点，基线水平方向相对精度为210-8，垂直分量相对精度710-8。布设A级网的目的就是在全国范围内确定精确的地心坐标，建立起我国新一代地心参考框架及其与国家坐标系的转换参数，作为高精度卫星大地网的骨架，并奠定地壳运动及地球动力学研究的基础。作为我国高精度坐标框架的补充以及为
7、满足国家建设的需要，在国家A级网的基础上，建立了国家B级网。经整体平差后，点位地心坐标精度达士0. lm, B级点基线水平分量精度优于410-7, 垂直分量精度优于810-7。新布设成的国家A, B级网己成为我国现代大地测量和基础测绘的基本框架。1998年由总参测绘局完成了一级网与二级网的布设与平差，全网共534点(其中一级网44点)，均匀分布于全国(除台湾省外)。由异步环计算的相对误差，一级网为310-8；二级网60%以上为110-8，其它为1210-7 。1997年由中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局开始建立的全国GPS控制网，由25个基准站、56个基本站、1000个区域网点组
8、成。基准站间基线年变化测定精度为2mm，基本站间基线测定精度水平分量为35mm，垂直分量1015mm， 2001年完成。上述三网经联合平差后取名为GPS2000网，其成果是经过严格的数据处理，精度很高，作为我国现代大地坐标框架。可见GPS在将在国民经济建设中发挥越来越重要的作用。11.2 国内外研究现状北斗卫星导航系统BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，地面段包括主控站、注入站和监测站等若干个
9、地面站，用户段由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧洲GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端组成。中国此前已成功发射四颗北斗导航试验卫星和三颗北斗导航卫星，将在系统组网和试验基础上，逐步扩展为全球卫星导航系统。自八十年代末，随着全球定位系统(GPS)的广泛应用，世界各发达国家和地区都相继建立了区域性的、高精度GPS网。美国自80年代起先后建立了国家大地测量(NGS)的跟踪网、美国海岸防护队(USCG)的差分网、联邦航空管理(FAA)的WAAS网以及美国工程兵(USACE)的跟踪网等局部网，这些网由美国大地测量局统一负责，称为“连续运行参考站”系统，它由137个基准站组成，
10、该系统计划发展到250个基准站，平均站距为100200公里，覆盖全美，构成新一代动态国家参考系统。该系统的数据和信息包括每个观测站接收到的卫星伪距、相位信息、站坐标、站移动矢量、GPS星历、站四周的气象数据等，用户可以很方便地通过信息网络得到。它的主要目的是:使全美领域内的用户更方便地利用该系统实现厘米级的水平定位和导航;促进用户利用空间参考系统来发展GIS;监测地壳形变:支持遥感的应用;求定大气中的水汽分布;监测电离层中自由电子浓度和分布;通过与水准测量结合，实时确定点位的正常高。英国于1992年建立了由700个站组成的国家GPS网，并建立了近30个GPS连续观测站;加拿大大地测量局在本土建
11、立了由十几个永久站组成的GPS跟踪网;德国也在全国范围内建立了由100个永久GPS跟踪站组成的卫星定位网，平均站距为40公里:日本在全国建成了由近1200个GPS站组成的综合服务系统，该系统的永久跟踪站平均距离30公里，构成了一个格网式的GPS永久站排列，是日本国家的重要基础设施。上述国家的GPS网应用于许多方面，如地震的监测和预报、控制测量、工程控制和监测、测图和地理信息系统的更新、气象监测和预报、研究地球动力等等，为军事、工农业各方面提供服务。目前，利用高精度、连续运行的GPS网站建立和维持全球统一的地心大地测量坐标系，己成为大地测量发展的新趋势。 我们知道大地控制网优化一般分为四类: 0
12、类设计，研究大地网基准的优化。 1类设计，设计大地网图形，选择最佳的点位和合理的观测类型。 2类设计，研究网中各类观测的最佳分布、密度和观测精度。 3类设计，研究对原大地网的进一步加强，即研究在网中加入新的观测量的类型和最佳配置。 一般作业中使用较多的是2, 3类设计，但无论那一种设计，其目的是使用最少的人力、物力、财力来使控制网达到最高的精度和可靠性。大地控制网的优化设计实际上是利用各种条件(参数)来求极值。GPS控制网外业实施方案的优化也是一个求极值的问题，所不同的是制订外业实施方案，考虑的环境因素很多，其极值关系很难求取，主要是经验值。另外，由于其技术要求已有具体规定，所测点位已选好，一
13、般不存在点位变动问题。若在实际观测中出现点位破坏或异常情况需要变化点位的位置时，则要考虑该点与其它的构图情况。GPS外业实施方案制定时，主要考虑两个方面，一是技术方面;二是测区环境方面。技术方面决定了控制网的精度，测区环境方面决定了控制网的作业时间长度、进度和经费。1.3 本文主要研究的问题GPS测量是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作，实施这项工作总的原则是，在满足用户对测量精度和可靠性等要求的情况下，尽可能的减少经费、时间和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作都要精心设计，精心组织和实施。GPS网的优化设计，是实施GPS测量工作的第一步，是一项基础性的工作，也是在网的精确性、可靠性和经济
14、性方面，实现用户要求的重要环节。所以本文首先从精度指标的合理确定，网的图形设计和网的基准设计对GPS网的优化进行探讨。由于GPS测量技术精度高、效率高、灵活性强，其应用越来越广泛，在工程测量、形变监测、地壳运动监测、天文测量等方面得到了广泛的应用。GPS工程网是目前应用最广泛的控制网，本文重点对GPS工程网从控制网点的分布、已知点的选择及坐标系统的转换等方面进行探讨，研究基线长度对点位坐标精度的影响以及已知点分布对控制点精度的影响。结合大同矿区GPS控制网布设实例进行论述。提出既精度高、效率高、布网投入又少的最优方案。2 GPS测量控制网的优化设计GPS网的优化设计，是实施GPS测量工作的第一
15、步，是一项基础性的工作，也是在网的精确性、可靠性和经济性方面，实现用户要求的重要环节。这项工作的主要内容包括，精度指标的合理确定，网的图形设计和网的基准设计。2.1 GPS网精度的评定对于GPS网的精度要求，主要取决于网的用途和定位技术所能达到的精度，精度指标通常是以相邻点间弦长的标准差来表示，即 （2-1）式中 GPS基线向量的弦长中误差，mm；GPS接收机标称精度中的固定误差，mm；GPS 接收机标称精度中的比例误差系数，ppmGPS定位网中相邻点间的距离，km。GPS卫星定位网虽然不存在常规控制网的那种逐级控制问题，但是由于不同的GPS网的应用和目的不同，其精度标准也不同。根据传统的习惯
16、做法，人们将GPS卫星定位网划分几个等级。根据修订后的规范规定，GPS测量按其精度划分为AA、A、B、C、D、E六级，其中AA级主要用于全球性的地球动力学研究、地壳变形测量和精度定轨，是建立地心参考框架的基础；A级主要用于区域性的地球动力学研究、地壳形变测量；B级主要用于局部形变监测和各种精密工程测量；C级主要用于国家大中城市及工程测量的基本控制网；D、E级多用于中小城市、城镇及测图、地籍、土地、信息、房产、物探、勘测、建筑施工控制网测量。表2-1 GPS测量技术指标Tab. 2-1 GPS Survey Specifications 级别项目 AAABCDE固定误差a /mm35810101
17、0比例误差系数b /ppm0.010.1151020相邻点间平均距离d /km10003007010155100.25用于城市或工程的GPS控制网可根据相邻点的平均距离和精度参照全球定位系统城市测量规程中的二、三、四等和一、二级要求，见表2-2表2-2 GPS网的主要技术要求Tab. 2-2 GPS network of the main technical requirements等级平均距离/kma/mmb/ppm最弱边相对中误差二 9102 1/12万 三 5105 1/8万 四 21010 1/4.5万一级 11010 1/2万二级 11520 1/1万2.2 GPS网的图形设计GPS
18、网的图形设计主要是根据网的用途和用户要求，侧重考虑如何保证和检核GPS数据质量；同时还要考虑接收机类型、数量和经费、时间、人力及后勤保障条件等因素，以期在满足要求的前提条件下，取得最佳的效益。GPS网形的基本形式有三角形网、环形网和星形网。当GPS网测站数多于所使用的接收机数时，就不得不采用分区观测。同一分区各点的观测同步进行，分区与分区之间有连接点。同步图形扩展式的作业方式具有作业效率高、图形强度好的特点，它是目前在GPS测量中普遍采用的一种布网形式。采用同步图形扩展式布设GPS基线向量网时的观测作业方式有点连式、边连式、网联式和混连式。1）点连式点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连
19、接，如图2-1所示。图2-1 点连接示意图Fig.2-1 Point of connection diagram任一个由n个点组成的网，由m台接收机观测，则完成该网至少要S个同步图形：，网的必要观测基线数为，而网中n个同步图形总共有条独立基线。点连式的优点是作业效率高，图形扩展迅速；缺点是图形强度低，如果连结点出现问题，将会对后面的网形产生系统误差。图2-1中有13个定位点，没有多余观测（无异步检核条件），最少观测时段6个（同步环），最少必要观测基线为条，6个同步图形中总共有12条独立基线。显然，以这种方式布网，没有或者仅有少量的异步图形闭合条件。因此，所构成的网形抗粗差定位能力差，网的几何强
20、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。2）边连式边连式布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，如图2-2所示。图2-2 边连接示意图Fig.2-2 Edge connection diagram任一个由n个点构成的网，若用m台（m3）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S为： （ m3 ）相应观测获得的总基线数为其中独立基线数为，而网的多余观测基线数为。这种布网方案，网的几何强度较高有较多的复测边和非同步图形闭合条件
21、。边连式具有较高的图形强度和作业效率，但若连接边有问题，则可能会出现网的整体平移。图2-2中有13个定位点，12个观测时段，9个重复边，3个异步环。最少观测同步图形为11个，总基线为33条。独立基线数22条。多余基线数10条。比较边连式与点连式布网方法，可以看出，采用边连式布网方法有较多的非同步图形闭合条件，以及大量的重复基线边，因此，用边连式布网方式布设的GPS网的几何强度较高，具有良好的自检能力，能够有效发现测量中的粗差，具有较高的可靠性。3）网连式所谓网连式布网方法，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相互重叠的部分，即某一同步图形的一部分是另一同步图形中的一
22、部分。网连式几何强度很高，但作业效率低。4）边点混合连接式边点混合连接式是指把点连式与边连式有机地结合起来，组成GPS网以保证网的几何强度，提高网的可靠指标，它实际上是点连式、边连式和网连式的一个综合应用。这样既减少了外业工作量，又降低了成本，是一种较为理想的布网方法。图2-3 边点混合连接示意图Fig.2-3 Schematic diagram of edge points mixed connectivity图2-3是在点连接图2-1的基础上加测四个时段，把边连式与点连式结合起来，得到的几何强度改善的布网设计方案。图2-3所示三台接收机的观测方案共有10个同步三角形，2个异步环，6条复测边
23、，总基线为30条，独立基线数为20条，多余基线数为8条，必要基线数为12条。显然该图线呈封闭状，可靠性指标提高，外业工作量也比边连式有一定的减少。2.3 GPS网的基准设计网的基准包括网的位置基准、方向基准和尺度基准。而确定网的基准，是通过网的整体平差来实现的。在GPS网的优化设计中，应当根据网的用途，提出确定网的基准的方法和原则。一般来说，在GPS网的整体平差中，可能含有两类观测量，即相对观测量（如基线向量）和绝对观测量（如点在WGS-84中的坐标值）。在仅含有相对观测量的GPS网中，网的方向基准和尺度基准，由在平差计算中作为相关观测量的基线向量唯一的确定；而网的位置基准，则决定于所取网点坐
24、标的近似值系统和平差方法。在GPS网包含点的坐标观测量的情况下，网的位置基准，将取决于这些网点的坐标值及其精度。GPS网的基准设计，一般主要是指确定网的位置基准问题。确定网的位置基准，通常可根据情况，选取以下方法：1）选取网中一点的坐标值并加以固定，或给以适当的权；2）网中的点均不固定，通过自由网伪逆平差，确定网的位置基准；3）在网中选若干点的坐标值并加以固定；4）选网中若干点（直至全部点）的坐标值并给以适当的权。前两种方法，对GPS网定位的约束条件最少，所以，通常称为最小约束法；而后两种方法，对平差计算则存在若干约束条件，其约束条件的多少，取决于在网中所选点的数量，这种方法，通常称为约束法。
25、以最小约束法进行GPS网的平差，对网的定向与尺度没有影响，也就是说，不管采用上述哪种最小约束法，平差后网的方向和尺度，以及网中元素（边长、方位或坐标差）的相对精度都是相同的，但网的位置及点位精度却不相同。约束平差法，在确定网的位置基准的同时，对GPS网的方向和尺度也会产生影响，其影响程度，与约束条件的多少，及所取观测值的精度有关。当网中已知点的坐标含有较大的误差，或其权难以可靠地确定时，将会对网的定向与尺度产生不利的影响。虽然从理论上说，在网的平差计算中，给所有的已知位置以适当的权，是最为严格的方法，但是，如何适当的确定已知位置的权，及其与网中其它观测量权的比例关系，则是一个需要慎重考虑的问题
26、。所以，一般只有对于一个大范围的GPS网，而且要求精确地位于WGS-84协议地球坐标系时，或者在具有一组分布适宜的，高精度的已知点时，为改善GPS网的定向和尺度，约束平差法才具有重要意义。在一般情况下，对于一些区域性的GPS网，如城市、矿山和工程GPS网，其是否精确位于地心坐标系统，并不特别重要，因此，这时多采用最小约束平差法。而且为了与经典地面网相联合，通常以采用固定点的经典自由网平差法为宜。23 GPS工程网的布设3.1 工程控制网的布设原则目前，工程控制网主要应用于城市控制测量、军事工程测量、形变监测、矿山、公路、铁路控制网测量等等，随着GPS技术的发展，其应用也越来越广泛。近十年来的实
27、践证明，GPS测量在工程控制网的布设中具有效率高、费用低、工期短、精度高等优越性。工程控制网可分为两种：一种是在各项工程建设的规划设计阶段，为测绘大比例尺地形图而建立的控制网，叫做工测控制网；另一种是为工程建筑物的施工放样或变形观测等专门用途而建立的控制网，我们称其为专用控制网。建立这两种控制网时应遵守下列布设原则：1）要有足够的密度不论大比例尺测图还是工程上的专门用途，都要求在测区范围内，有足够多的控制点。所以工程控制网的控制点密度要比国家控制网的控制点密度大得多，即工程控制网的边长较同等级的国家控制网的边长短的多；2）要有足够的精度工测控制网的点位精度随测图比例尺而定。按0.1mm的制图精
28、度要求，则测图比例尺愈大，控制点的精度要求愈高，如测制1:500地形测图时，控制点点位误差为0.1mm500=5cm。为精密放样或变形观测服务的专用控制网，其点位精度则要求更高。由此可见，工程控制网的点位精度往往比国家控制网的点位精度要求高的多；3）分级布网、逐级控制对于工测控制网，通常先布设精度要求最高的首级控制网，随后根据测图需要，分阶段进行下一级控制点的加密。分级的多少还要根据测区面积而定。用于工程建筑物放样的专用控制网，往往也分二级布设，第一级作总体控制，第二级直接为建筑物放样而设；用于变形观测或其它专门用途，通常就不必分级。33.2 控制网点的分布工程控制网的点位分布情况视工程需要而
29、定，一般来讲，工程控制网的范围和点位隔距都不是很大，点位选择的机动性较小，但对点位的要求与大面积控制网基本相同，埋石时由于点位精度要求不是很高，可灵活处理。当测区范围不太大时，由于GPS测量受地面图形影响很少，可以灵活布设，点位选择时则根据工程需要布点，而不必考虑点距及点的通视情况。3.2.1 点位分布 当测区范围较大，点位分布不均匀时，为保证控制网点的整体精度，应根据点位分布情况首先布设骨架网，然后用骨架网控制其它点位。一般工程控制网点不需要均匀分布，而是按其需要进行布点，可以布成一个或几个独立的点群。 虽然GPS测量不受地面图形影响，但布网时也应考虑点位的图形结构，这是因为: 1）较大测区
30、工程控制网布设时，不可能一次完全选点，而是采用逐步推进的方法，若不考虑图形结构，最后整个控制网则易产生扭曲。 2）为三角形异步边闭合差的检验提供条件。 3）由于许多工程完成后需要用常规测量进行测量，因此布点时根据需要确定点位的位置，并考虑其图形结构。 一般工程网的布设基本上分为三种(见图3-1) （1）点位集中在一块区域 （2）点位分布在几个区域 （3）点位成线状分布图3-1点位分布示意图Fig.3-1 Point and the distribution diagram3.2.2 实例分析例如某工程测量控制网，测区位于某城市市区内，全网共施测8个GPS点，3个己知控制点:A001, A002
31、 , A003，控制点分布于城市周围；5个待测点:A004A008，位于某工业厂区内，其中A008有己知坐标(见图3-2)。外业使用6台AshtechStep-1单频GPS接收机观测5天，分为两个同步观测区:每天3个时段，每个时段3小时，观测卫星高度截止角15，采样间隔15秒。图3-2 控制网示意图Fig.3-2 Control network diagram当测区范围较大时(几百平方公里)，为保证控制网点的整体精度，应使用经典大地测量方法布设控制网，控制网点要与高等级控制点构成图形，并且控制网点与点之间也要构成图形，如精度要求较高时，点与点之间应构成直接边。当布设的点位不均匀时，即点间距离差
32、别较大时，在施测过程和数据处理中应分别进行。无论测区是面状还是线状，都应首先根据点位分布情况选择若干点做一骨架网，然后再利用该网进行工程网的布设，也就是分成二级控制(见图3-3)。 国家等级点 骨架网控制点 工程控制网点 National rating point Skeleton network control point Project Control Points图3-3控制网示意图Fig.3-3 Control network diagram 如某基地控制网分为两部分(图3-4)，首区(1个点AX)和落区(8个点BS, DF，DS， DZ，GH，HB，HK，YM)，两者相距160多公里
33、:AX距28，10公里左右，163距落区90公里左右。落区内相邻点距离10-15公里。要求两区坐标系统一:本次任务参测仪器为5台，根据点位的分布情况，选择了3个点(BS, 163, 28)作为一级控制点，利用周围的三个基准站(22，20，19)对其进行控制，由于基准站是连续观测站，在野外观测过程中，可以不考虑它。然后用3个一级控制点控制其它网点。整个测区分为3个分区(见图3-4)，每个分区观测三个时段，每时段3小时，采样间隔30秒，卫星高度角10度。图3-4 点位分布示意图Fig.3-4 Point and the distribution diagram数据处理。第一步解算3个一级控制点，由
34、于点距较远，解算时利用GAMIT和GLOBK软件分别进行基线解算和平差计算。其精度见表3-1。 表3-1 一级控制点精度表 单位：米Tab. 3-1 A control point accuracy table Unit: m点号XYZ280.00700.01070.0081BS0.00850.01110.00931630.00860.01130.0092220.00.00.0200.00.00.0190.00.00.0第二步，由于控制网点位间距较近，基线解算和平差计算采用的是工程软件GPPS和Fillnet，利用3个点28，BS，163作为控制点(已知点)，解算其它点位坐标，点位精度见表3-
35、2。 表3-2 控制网精度表 单位: mTab. 3-2 Control Network Accuracy Unit: m点号XYZ点号XYZAX 1.1 2.3 1.8 HB 2.8 5.7 4.5 BS 0.0 0.0 0.0 HK 2.5 5.0 3.8 DF 4.1 8.1 5.6 YM 2.7 5.2 4.0 DS 3.7 6.7 5.1 163 0.0 0.0 0.0 DZ 4.8 10.2 7.7 28 0.0 0.0 0.0 GH 3.9 8.0 6.2从数据处理结果可看出，这种布网方法其点位精度可满足大部分工程控制网的要求。3.3 基线长度对点位坐标精度的影响为了比较不同长度
36、的基线对点位坐标的影响，我们选择了14条不同长度的基线进行实验，为了能说明问题，这14条基线及点位坐标都有高精度的已知值(观测时间24小时以上，GAMIT软件解算的结果)。试验中连续观测3小时，采样间隔为30秒。由于在工程网的数据处理时，一般采用随机软件、广播星历、L1解算，这次试验我们利用的是GPS后处理软件，Ll解算方式，没有进行网平差，而是由基线的一个端点计算另一端点的点位坐标，解算的结果与己知结果比较(见表3-3 ) 。表3-3 边的长度对点位精度的影响Tab. 3-3 The length of side effects on the location precision边序号距离K
37、Mdx /m dy/m dh/m1 9 0.0097 0.0015 0.03462 10 -0.0024 -0.0458 0.08893 11 0.0372 -0.0020 -0.05444 14 0.0107 -0.0443 0.12805 17 0.0362 0.0429 -0.14676 20 0.1076 -0.0290 0.13417 21 -0.0038 0.1111 0.16628 30 -0.1593 -0.0634 -0.00539 36 -0.0915 0.1472 0.068610 39 -0.1600 -01639 -0.185011 46 -0.3054 0.4638
38、 -0.273012 81 0.2970 0.0413 -0.496513 85 0.3149 0.0615 -0.404014 89 0.3939 0.1030 -0.5490图3-5 边长对点位精度影响示意图Fig.3-5 Side effects on the location precision of the diagram 从图3-5中可以看出，边长对点位精度的影响基本上呈现出随着边长越长其影响越大的趋势，当边长超过40公里时，其误差明显有增大的趋势，在高程方向趋势更为明显。分析其原因，一是电离层的影响，随着基线长度的增长，电离层影响增大。二是没有进行网平差，缺少了网的控制，致使X,
39、 Y方向误差增大。 因此，在布设GPS工程网时，若采用随机处理软件、广播星历，不能对电离层影响进行修正时，网的边长不易超过40公里。3.4 已知点分布对控制点精度的影响 一般工程控制网都需要高等级控制点对其进行控制，并提供起算坐标。在我国，由于高等级控制点的间距较大，二等以上的GPS点一般间距在100公里以上。而大部分工程控制网面积都不太大，若高等级控制点选择较多，则所需的费用和时间也会随之增加，选择较少，则不易保证精度。那么高等级控制点选择几个?如何分布?才能保证使用最少的已知点满足工程控制网所需要的精度，这是本节研究的主要问题。3.4.1 已知点的选择对于工程控制网的高等级控制点(己知点)
40、，其分布不同最后平差计算的精度也不同：一般来讲，己知点应较均匀地布设在测区或测区的周围(见图3-7)，这样利用这些己知点解算控制网点时，一是控制网不会发生扭曲;二是可以提高控制网点的精度。图3-6 理想化布设图形Fig.3-6 Ideal layout graphics 图3-6是一个理想化的图形，一般情况下很难找到这么规则的图形。 已知点选择对控制网点的精度有着直接的影响，下面举例说明这个问题。如某控制网分为两部分(图3-7 )，东部(1个点01)和西部(7个点02，03，04，05，06，07 ，08)，两者相距150多公里:己知点3个分别是11，12，13，己知点12在东部，距01号点1
41、0公里左右；13号在南部，距西部点群90公里左右；11号点在北部，距点群15公里左右，点群内7个点相邻点距离10-15公里。图3-7 点位分布图Fig.3-7 Point and distribution3.4.2 不同控制点的精度分析 本控制网的数据处理过程中，我们对控制点选择的情况做了部分试验，根据控制点分布情况进行了10种不同的选择，选择不同控制点进行平差时，对其精度进行了比较，下面是选择不同控制点时的情况。控制网的基线解算采用的是工程软件GPPS，平差计算采用的软件是Fillnet。当固定3个已知点(11，12，13)进行平差时，点位精度见表3-4。表3-4 选择3个控制点（11, 1
42、2，13） 单位：mTab. 3-4 Select 3 control points (11, 12, 13) Unit: m点号 dxdy dh010.0011 0.0023 0.001811固定点 0.0 0.0 0.003 0.0041 0.0081 0.005602 0.0037 0.0067 0.005105 0.0048 0.0102 0.0077080.0039 0.0080 0.006207 0.0028 0.0057 0.0045060.0025 0.0050 0.003804 0.0027 0.0052 0.004013固定点0.0 0.0 0.012固定点 0.0 0.0
43、 0.0从(表3-4)中可以看出，当固定3个控制点时，未知点的点位精度除05号点在Y方向稍差（lcm)外，其它点位在三个方向都是毫米级。表3-5 选择一个控制点（11） 单位：mTab. 3-5 Select a control point (11) Unit: m点名 dxdy dh01-0.04345 -0.28833 0.2262311固定点 0.0 0.0 0.003 0.00806 -0.06806 0.0036602 -0.02981 -0.01831 0.0142705 -0.00604 -0.07901 0.01265080.02689 0.02271-0.1615307 0.
44、03269 -0.02108 -0.05667060.03783 -0.02129 -0.0285304 0.02652 -0.05332 0.01396130.19225 -0.03729 -0.4220012 -0.04215 -0.28669 0.20100从表3-5中可以看出，由于控制点(11)在测区的一边，在东方向距其160公里的2个点(01，12)，它们的误差在Y和h方向均达到了2个分米，南面距离其100公里的13点在X和h方向误差较大，分别是0.19分米和一0.422分米。其它点位因距11号点的距离不超过30公里，所以它们的误差在三个方向均为厘米级。表3-6 选择一个控制点（13） 单位：mTab. 3-6 Select a control point (13) Unit: m点名 dxdy dh01-0.24279 -0.26371 0.6462311 -0.19900
