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【摘 要】采用分级布网方法,建立了康平电厂可研阶段GPS控制网.首级网将三个区域纳入统一的坐标系中,实现一个工程多个工程点坐标系的统一,又在首级网控制下三个区域内独立加密控制网,满足工程对控制点的要求.
【关 键 词】GPS控制网；设计指标；技术设计
0.引言
GPS测量技术是目前建立平面控制网的主要方法之一.本设计是对康平电厂可研阶段GPS控制网的技术设计,按照有关技术规范分别进行了GPS控制网设计,设计采用的技术方法先进,正确地依据了测量技术标准,内容全面,可以指导该测绘工程施工.
GPS测量不像常规测量的网形设计那样,需要考虑点间通视、边的相似、观测角的大小等众多因素,它的网形设计很灵活、方便.但是,这并不是说GPS测量的网形不用设计,可以随意地连线成网,它同样也要求充分考虑一些综合因素.GPS网的布设根据用户的不同要求,作业时的卫星状况,预期达到的精度,成果的可靠性以及效率等综合因素来考虑,按照技术先进、经济合理、质量可靠、长期适用的优化设计的原则进行.网的控制面积、精度等级既要考虑现阶段,又要顾及中长期发展的需要.
1.GPS网的设计指标
在布设GPS网时,除了遵循一定的设计原则外,还需要一些定量的指标,例如：效率指标、可靠性指标和精度指标.
1.1效率指标
在布设一个GPS网时,在测量点数、GPS接收机数和平均重复设站次数确定后,完成该测量所需的理论最少观测期数就可以确定.但是,当按照某个具体的布网方式和观测作业方式进行作业时,要按要求完成整网的测量,所需的观测期数与理论上的最少观测期数会有所差异,理论最少观测期数与设计的观测期数的比值,称之为效率指标（e）.
设GPS的总点数是n,有m台接收机参加同步观测,则该网所需最少观测期数为：
如重复设站率以R表示,则理论观测期数为：
R≥2
实际观测中,观测期数以S表示,则应S大于.
GPS网的效率指标定义有如下：
是网中最少观测期数与规定R观测期数之比,是网的理论设计效率,取决于R,R愈大,愈小,理论设计效率愈低,为实际设计效率,R给定,也就确定,实际观测期数S应与一致,按时完成最好,一般应大于0.9,否则实际的R与给定的R相差太大,不符合设计要求.e为总效率,是、的乘积经过研究实测网分析,当R等于2时,e一般应接近0.6.
1.2可靠性指标
GPS基线向量由于周跳修补不完善,整周模糊度参数搜索结果不佳等原因,难免不发生粗差,因此网的设计必需保证能检测粗差,这就要求引入可靠性指标.
对于网中n点,必要观测基线向量数是n-1,m台接收机,S期观测,总的独立观测基线向量数p等于S（m-1）,只有m-1是一期的独立观测基线向量数.则网中多余基线向量数为：
r等于S（m-1）-（n-1）
定义下式为全网平均可靠性指标
当S等于时,等于1,实际设计效率最高,此时
重复设站率R越高,可靠性越高,也随着增大.当R等于2时,平均可靠性达到0.34以上,已有很好的可靠性了.所以网的平均可靠性指标宜在0.33以上.
1.3精度指标
GPS网平差后的精度与常规测量类同,用网中最弱边相对中误差,最弱方位角中误差,最弱点位中误差等反映.各级GPS网测量精度用相邻点弦长中误差表示,公式为：
式中a为与接收设备有关的常量误差（mm）,b为比例误差,d为相邻点间距离（km）.
根据平差理论,一个网的观测量在网平差前后的权比平均值,从整体上反映了平差带来的精度增益,对于GPS网也就反映了网形结构强度带来的精度效益.为此,可用下述精度指标：
当K等于1时,平差值与观测值精度一致,K愈小,精度平均增益愈大,η也愈大,说明可靠性与精度指标已知,他们均取决于设站重复率R.
经费也取决于网点总数和重复设站率,设一台接收机观测一期（一个时段）的平均费用为C,则总费用为
S为观测期数,为接收机台数,当S等于、等于1时有最高设计效率,这时：
2.GPS控制网方案
布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和数量、效率指标、精度指标、可靠性指标和经费等因素,以及在满足要求的前提条件下,取得最佳的效益.
GPS控制网的布设要保证实际效率、可靠性和精度的要求,在能保证实测网质量要求的前提下以最经济为原则,这就要合理地确定重复设站率及具体在网上分配重复设站次数.并且,GPS网的基线长短相差不宜太大.
本次GPS控制网以边连接为主,点连接为辅的边点混连式.这样提高了GPS网的可靠性,同时也减少了外业工作量.GPS控制网布设情况如图1所示.
图1GPS控制网设计图
本GPS控制网考虑到测区面积较大,点位远近相差较大,为达到所得的基线远近适当,故将两个备选厂区和一个排灰厂中各取点,构成四等GPS控制网作为首级控制网.
首级网以边连接方式构成4个同步环,分别为：敖宝、GB1、HC3、B3；GB1、HC3、H、拉马屯；HC3、H、HC2、B2；H、HC2、郝官屯西岗、HC1.
次级GPS控制网为城市一级,以点连接方式构成4个同步环,分别为：B1、B2、B3、B4；GB1、GB2、GB3、GB4；郝官屯西岗、HC2-1、HC6、HC1-1；HC6、HC3-1、HC5、H-1.
计算上述所建GPS网指标如表1所示.
表1设计指标表
设计指标效率指标可靠性指标精度指标费用指标
数值0.750.170.8331.9C
C为接收机观测一期（一个时段）的平均费用.
由表中可以看出此时GPS网的精度和可靠性较差.为提高GPS控制网的可靠性,增加两个观测时段,构成的两个同步环为：拉马屯、H-1、HC3-1、GB4；B1、GB2、HC5、HC2-1.
此GPS控制网中总的独立观测基线30条,多余的观测基线10条.此GPS控制网的设计指标如表2所示.
表2设计指标表
设计指标效率指标可靠性指标精度指标费用指标
数值0.70.330.6739.9C
C为接收机观测一期（一个时段）的平均费用.
此外,增加观测时段,网的可靠性和精度可以有明显的提高.一般GPS网的平均可靠性指标宜在0.33以上,所以此GPS网的可靠性已满足了要求.考虑到经济费用等问题,不需再增加观测时段.
3.结论
本文根据康平电厂可研阶段的工程需要,应用GPS技术设计了平面控制网.应用四个指标（效率指标、可靠性指标、精度指标、费用指标）对布设的GPS网进行了评估,在保证可靠性和精度前提下,以最经济形式设计了GPS网.