gps控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　龍巖學(xué)院</b></p><p>　　資源工程學(xué)院畢業(yè)論文</p><p>　　題目：GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　資源工程學(xué)院</b></p><p>　　GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘要】隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)

2、和通訊技術(shù)的發(fā)展，對GPS的使用提出了更高的要求，隨著GPS網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，我們需要研究如何優(yōu)化GPS網(wǎng)，本文探討了GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。在具體的運(yùn)用GPS進(jìn)行地理信息作業(yè)前，需要先設(shè)計(jì)科學(xué)的控制網(wǎng)來作為作業(yè)的基礎(chǔ)和條件，這就是GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。該論文以優(yōu)化設(shè)計(jì)傳統(tǒng)控制網(wǎng)為角度，重點(diǎn)探討控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)深層原則、有效方法和具體步驟。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】GPS；控制網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計(jì)</p>

3、<p><b>　　1 引言1</b></p><p><b>　　1.1研究背景1</b></p><p><b>　　1.2研究目的1</b></p><p><b>　　1.3研究意義1</b></p><p>　　2 GPS及

4、相關(guān)概述1</p><p>　　2.1 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)組成1</p><p>　　2.1.1 GPS的工作衛(wèi)星1</p><p>　　2.1.2地面監(jiān)控站1</p><p>　　2.1.3 GPS信號接收機(jī)2</p><p>　　2.2 GPS定位的基本原理2</p><p>　

5、　3控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1 GPS控制網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3</p><p>　　3.2 GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則4</p><p>　　3.2.1明確GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍4</p><p>　　3.2.2采用分級布網(wǎng)原則4</p><p>　　3.2.3其他原則4</p>&

6、lt;p>　　4 GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法5</p><p>　　4.1 GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法5</p><p>　　4.1.1解析法設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.1.2模擬法5</p><p>　　4.2 GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的具體步驟6</p><p>　　4.3提高GPS控制網(wǎng)精度和可靠性的

7、方法6</p><p>　　4.4 GPS控制網(wǎng)的基本形式7</p><p><b>　　5總結(jié)8</b></p><p><b>　　致謝語9</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p><b>　　1

8、 引言</b></p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p>　　1980年代出現(xiàn)的GPS改變了全球的地理信息和測繪作業(yè)，對于傳統(tǒng)的測繪作業(yè)和研究帶來了極大的進(jìn)步，使得現(xiàn)在大多數(shù)的工程作業(yè)、地理測繪、大眾位置導(dǎo)航、商業(yè)導(dǎo)航等，都依賴于GPS的位置定位，所以現(xiàn)在對GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化就顯得極為重要。</p><p

9、><b>　　1.2研究目的</b></p><p>　　我們都知道，使用全球定位系統(tǒng)(GPS)建立控制網(wǎng)現(xiàn)在已經(jīng)是為大眾熟知的方式。作為開啟定位和地理位置信息的基石工作——GPS控制網(wǎng)，按照文書在有關(guān)目標(biāo)網(wǎng)的社會用途、財(cái)務(wù)預(yù)算的相關(guān)要求，結(jié)合實(shí)際情況，如目標(biāo)實(shí)際區(qū)域的地貌、交通狀況等，有針對性的改良原來的設(shè)計(jì)，再以歷經(jīng)考核的設(shè)計(jì)圖紙構(gòu)畫控制網(wǎng)新圖形，與此同時(shí)，依據(jù)對應(yīng)的接收機(jī)的精度估

10、算控制網(wǎng)的精度和可靠性。選擇滿足良好精度、完美可靠性要求且經(jīng)費(fèi)最少的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的完美轉(zhuǎn)變。</p><p><b>　　1.3研究意義</b></p><p>　　本論文通國對GPS控制網(wǎng)的原理和操作的說明，闡述研究GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，對以后在布設(shè)GPS控制網(wǎng)時(shí)具有參考意義。</p><p>　　2 GPS及相關(guān)概述<

11、;/p><p>　　2.1 GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)組成</p><p>　　GPS(Global Positioning System)，是美利堅(jiān)合眾國國防部研制的一套衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以及時(shí)完成全方位、全時(shí)段、高精度的實(shí)景定位和導(dǎo)航，以及相關(guān)的測速工作。</p><p>　　2.1.1 GPS的工作衛(wèi)星</p><p>　　在GPS衛(wèi)星系統(tǒng)由24顆地

12、位平等的衛(wèi)星組成——21顆主要工作衛(wèi)星加上3顆充當(dāng)候補(bǔ)隊(duì)員的備用衛(wèi)星。這24顆衛(wèi)星平均分布在6個(gè)傾角為55度的軌道平面，兩兩相鄰的軌道平面間距為60度，此為升交點(diǎn)赤經(jīng)差值。每個(gè)軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差90度。這樣可以保證所有地點(diǎn)都可以看到至少4顆以上的衛(wèi)星，這也是保證了位置信息定位的準(zhǔn)確性。</p><p>　　由于GPS衛(wèi)星系統(tǒng)是以地球自轉(zhuǎn)2倍的速度快速運(yùn)動，因此，我們在地面上觀測的結(jié)果是：每日都會

13、早4min觀測到同一顆衛(wèi)星。然而，根據(jù)時(shí)段和地理位置的不同，觀測到的衛(wèi)星數(shù)目也是會有變化的，例如對于位處地平面以上的衛(wèi)星的觀測數(shù)目就是4顆到11顆。使用GPS導(dǎo)航系統(tǒng)時(shí)，有且必有4顆衛(wèi)星才能得到算測站的具體位置坐標(biāo)，這同樣是在地球上任何位置觀測都至少有4顆衛(wèi)星的原因。當(dāng)然，并不是所有地方或者所有時(shí)刻，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都可以準(zhǔn)確精確及時(shí)的定位，也會出現(xiàn)一定的盲區(qū)，但這種盲區(qū)出現(xiàn)的時(shí)間非常短，范圍非常小，所以基本不會影響GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

14、工作的效率和準(zhǔn)確性。</p><p>　　2.1.2地面監(jiān)控站</p><p>　　對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是在太空中進(jìn)行信息監(jiān)測和傳輸，而在地面會有相應(yīng)不同種類的監(jiān)控站進(jìn)行監(jiān)控，分別有主控站、注入站和監(jiān)控站組成。記錄衛(wèi)星的運(yùn)動軌跡結(jié)合其軌道的相關(guān)參數(shù)即可精確算出GPS衛(wèi)星的具體位置。然而任意一個(gè)導(dǎo)航衛(wèi)星的升空軌跡、起始發(fā)射位置、運(yùn)行軌跡都是由地面監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)的，后面的位置信息定

15、位、傳輸和處理也是GPS導(dǎo)航衛(wèi)星將數(shù)據(jù)傳回地面監(jiān)控站由地面監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析和處理，最后獲得相應(yīng)的結(jié)果，這一結(jié)果才是用戶所能夠直接運(yùn)用的。通過地面控制站對衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，記錄有效時(shí)間點(diǎn)，得出鐘差，經(jīng)地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，再轉(zhuǎn)展傳輸導(dǎo)航電文到用戶設(shè)備。其中不可或缺的是地面控制系統(tǒng)，它一方面控制指揮衛(wèi)星的正常運(yùn)行和完成各種工作任務(wù)；另一方面，也是更為重要的一方面，控制每一顆衛(wèi)星都處在GPS時(shí)間系統(tǒng)中。</p><p>

16、　　GPS地控體系統(tǒng)由主控站一座，加上三座地面注入站和五座實(shí)時(shí)監(jiān)控站組成。</p><p>　　主控站。主站是GPS導(dǎo)航系統(tǒng)地面監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它設(shè)立在美國的科羅拉多。主控站非常重要，一邊收集各種數(shù)據(jù)一邊整合處理其他監(jiān)控站采集的工作資料，設(shè)計(jì)出每顆衛(wèi)星獨(dú)一無二的星歷以及相應(yīng)的GPS時(shí)間系統(tǒng)，并把估算的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，如衛(wèi)星時(shí)間與地面時(shí)間的鐘差，軌道運(yùn)行速率等轉(zhuǎn)換成導(dǎo)航電文傳輸相應(yīng)的地面注入站內(nèi)，供下一步操作順利進(jìn)行

17、。主控站同時(shí)需要糾正衛(wèi)星的軌道偏離，在一定情況下需要調(diào)度衛(wèi)星的所在位置和運(yùn)行軌跡，替換衛(wèi)星。主控站是控制和連接注入站、監(jiān)控站的樞紐，需要定期檢測注入站和監(jiān)控站的信息和工作狀態(tài)。</p><p>　　注入站。三座注入站分布在三片海域，依次是阿松森島（大西洋）、卡瓦加蘭島嶼（太平洋）和哥加西亞島嶼（印度洋）。接收主控站的導(dǎo)航電文，并迅速把數(shù)據(jù)注入匹配的目標(biāo)衛(wèi)星的儲存裝置內(nèi)，是注入站的主要工作。工作頻率和任務(wù)量是一天進(jìn)

18、行三次注入操作，每一次注入時(shí)長為14個(gè)自然日的星歷。同時(shí)，注入站還需要向主控站匯報(bào)自己的工作情況，以便能夠正常的運(yùn)行。</p><p>　　監(jiān)控站。在數(shù)量上取勝的監(jiān)控站，重要職能是提供主控站所需的觀測數(shù)據(jù)。其中四座坐落于主控站及注入站的附近，剩余一座處于太平洋的夏威夷島。它每6分鐘運(yùn)用信號接收機(jī)的偽距測量功能和積分多普勒觀測技術(shù)，采集所有衛(wèi)星的運(yùn)行速率、氣象要素等。在主控站的實(shí)時(shí)監(jiān)督控制下，每隔15分鐘將所得數(shù)據(jù)

19、平滑一次，處理得出間隔每2min的觀測數(shù)據(jù)，最終給主控站傳輸核對修正過的精確結(jié)果。</p><p>　　2.1.3 GPS信號接收機(jī)</p><p>　　GPS信號在由導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行信息采集和傳輸，主控站、監(jiān)控站和注入站進(jìn)行信息處理之后并再次傳輸出來，這個(gè)時(shí)候GPS信號需要由一定的設(shè)備進(jìn)行接收。這就是GPS信號接收機(jī)。GPS信號接收機(jī)是獲取衛(wèi)星位置信息，并進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，使得整個(gè)流程末端的終

20、端機(jī)能夠采集到待監(jiān)測目標(biāo)衛(wèi)星的精確信號數(shù)據(jù)（并要求是依照一定衛(wèi)星高度截止角所對應(yīng)的衛(wèi)星信號），實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)測目標(biāo)衛(wèi)星的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，放大、處理、轉(zhuǎn)換后整合得出具體的位置信息。生活中不管是隨處可見的人手一部的手機(jī)，還是馬路上的一臺臺汽車導(dǎo)航儀乃至飛機(jī)的駕駛導(dǎo)航儀等設(shè)備都含有GPS的信號接收設(shè)備，但這些都不是完整的接收機(jī)，而只是接收機(jī)的載體。</p><p>　　2.2 GPS定位的基本原理</p><

21、p>　　在無線電信號往返于發(fā)射臺和衛(wèi)星之間，這樣簡單的兩點(diǎn)一線來回就構(gòu)成了單獨(dú)一顆衛(wèi)星的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。根據(jù)無線電的測距交會機(jī)制，從任意三個(gè)或以上控制臺即可交會得出一顆衛(wèi)星的位置，同樣的道理，任意三個(gè)及以上的已知衛(wèi)星空間能夠輕易簡潔地交會得出接收機(jī)客戶端的坐標(biāo)。測距信號和包含有衛(wèi)星坐標(biāo)的導(dǎo)航電文被GPS衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)射出去以后，某一臺用戶端口的GPS接收設(shè)備在某一具體時(shí)刻，同一時(shí)間點(diǎn)會接收到三個(gè)或以上的GPS信號，并測量出接收天線中心P

22、到那三個(gè)或以上的衛(wèi)星的直線距離，綜合精確計(jì)算出該衛(wèi)星的三維坐標(biāo)，再回來采用距離交會法獲得接收天線中心的實(shí)際位置。如圖2-1，設(shè)在時(shí)刻在測站P用GPS接收機(jī)同時(shí)測得P點(diǎn)至三顆GPS衛(wèi)星S1，S2，S3的距離P1，P2，P3，通過GPS電文解譯出該時(shí)刻三顆GPS衛(wèi)星的三維坐標(biāo)分別為，，，，j=1，2，3。采用距離交會法計(jì)算接收天線中心P的空間坐標(biāo)，求解P點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）的觀測方程為：</p><p>　　圖

23、2-1 GPS定位原理</p><p>　　立體坐標(biāo)法是GPS常用的定位方法，由于定位工作時(shí)常是在快速運(yùn)動狀態(tài)中完成的，故得出的位置坐標(biāo)也是隨時(shí)間不斷改變。在這樣的工作原理和環(huán)境下，對GPS系統(tǒng)的效率和計(jì)算結(jié)果的需要一定要求的精確度。因此，對每一時(shí)段，每一時(shí)間點(diǎn)，以及最新時(shí)間點(diǎn)的測量站與衛(wèi)星間的距離，和由主控站發(fā)出的導(dǎo)航電文中解碼的衛(wèi)星三維坐標(biāo)值，還有最終對測量點(diǎn)的位置計(jì)算都有著更快速更精準(zhǔn)的要求。針對某一待測定

24、的位置點(diǎn)，按照它運(yùn)動狀態(tài)，GPS定位分為靜態(tài)和動態(tài)。</p><p>　　靜態(tài)定位，將一臺接收機(jī)安置于一個(gè)固定不動的帶定點(diǎn)，實(shí)時(shí)觀測一段時(shí)長，得到空間坐標(biāo)，也稱絕對定位，當(dāng)用相同的方法確定一定時(shí)長兩個(gè)裝有接收機(jī)的固定點(diǎn)之間的相對位置時(shí)，則稱之為相對定位；</p><p>　　動態(tài)定位，是指觀測對象中至少一臺接收機(jī)處于運(yùn)動狀態(tài)，得出的結(jié)果也是運(yùn)動狀態(tài)中的接收機(jī)的坐標(biāo)點(diǎn)位，一個(gè)待測點(diǎn)叫絕對點(diǎn)位

25、，兩個(gè)待測點(diǎn)之間的相對位置則叫相對點(diǎn)位。</p><p>　　不管是衛(wèi)星信號還是載波相位，都能夠準(zhǔn)確靜態(tài)定位。實(shí)踐中，對定位結(jié)果的影響因素有很多，如衛(wèi)星的軌道誤差、電離層與對流層的折射誤差還有各種鐘差等，然而此時(shí)常常利用載波相位法定位，當(dāng)選取載波相位所觀測到的各種線性分差值進(jìn)行解算，就能夠得到準(zhǔn)確度極高的GPS坐標(biāo)差。</p><p><b>　　3控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)</b&

26、gt;</p><p>　　3.1 GPS控制網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　在對控制網(wǎng)進(jìn)行研發(fā)的過程中，需要根據(jù)度量統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而對網(wǎng)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，并對外業(yè)工作計(jì)劃進(jìn)行合理擬定。GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)涉及的因素非常多，但其最主要的目標(biāo)就是完成相關(guān)的測繪任務(wù)。GPS網(wǎng)的設(shè)計(jì)包括網(wǎng)形構(gòu)造、精度、基準(zhǔn)等方面的設(shè)計(jì)。不僅如此，還需要在落實(shí)具體項(xiàng)目中，在基于理論層面對控制網(wǎng)的開發(fā)條件進(jìn)行全面思考之上，對觀

27、測時(shí)刻、觀測方位和交通后勤等諸多因素進(jìn)行綜合衡量。</p><p>　　基于當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r來講，控制測量一般會應(yīng)用相對定位這一測量手段。而這則至少需要兩臺或兩臺以上接收機(jī)在同一時(shí)間范圍內(nèi)不間斷追蹤同一個(gè)衛(wèi)星組，這就是同步觀測。在進(jìn)行同步觀測的過程中，所有點(diǎn)構(gòu)筑的圖像即為同步圖像。多臺接收機(jī)同步觀測相同時(shí)間域時(shí)，就會構(gòu)成下述不同同步圖像結(jié)構(gòu)，詳情可參考圖。總體而言，在臺接收機(jī)進(jìn)行同步觀測而最終獲取的同步圖像總共包含n

28、條基線，而表示為n=T(T-1)/2。</p><p>　　a.2臺接收機(jī) b.3臺接收機(jī) c.4臺接收機(jī) d.5臺接收機(jī)</p><p>　　圖3-1 同步圖形示例</p><p>　　同步圖形構(gòu)成GPS網(wǎng)的基本圖形。而在組成同步圖形的n條基線中，只要（T-1）條是獨(dú)立基線，其余基線均為非獨(dú)立基線，可由獨(dú)立基線計(jì)算出結(jié)果。

29、因此，也就在同步圖形中形成了若干坐標(biāo)閉合差條件，我們把這叫做同步圖形閉合差。因?yàn)橥綀D形是在相同的時(shí)間觀測相同的衛(wèi)星所獲得的基線解形成的，基線之間是相關(guān)的觀測量。所以，同步圖像閉合差無法被視為度量精度的一個(gè)參考指標(biāo)，不過可通過它了解野外的觀測水平與實(shí)際應(yīng)用條件。在進(jìn)行測量的過程中，相對于同步圖像而言，亦存在非同步圖像（還被稱作異步圖像），簡而言之，指的是通過多個(gè)時(shí)段的基線而組建的圖像。通過異步圖像而構(gòu)成的坐標(biāo)閉合差條件被視為異步圖像閉合

30、差。在其中1條基線被超過2個(gè)時(shí)段進(jìn)行觀測時(shí)，繼而構(gòu)成重疊基線坐標(biāo)閉合差條件。其中異步圖像閉合條件與重疊基線坐標(biāo)閉合條件度量精度和系統(tǒng)差以及檢驗(yàn)粗差的主要參考指標(biāo)。</p><p>　　3.2 GPS控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)原則</p><p>　　基于上述控制網(wǎng)的開發(fā)條件可知，當(dāng)還未進(jìn)行GPS運(yùn)作時(shí)，首先要制定一套可操性強(qiáng)、精度高、滿足基本要求的布網(wǎng)作業(yè)方案，即為GPS網(wǎng)的完善開發(fā)問題，在參考基本理論

31、并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，歸納了若干個(gè)控制網(wǎng)開發(fā)需要遵循的準(zhǔn)則。</p><p>　　3.2.1明確GPS控制網(wǎng)的應(yīng)用范圍</p><p>　　首先需要確定控制網(wǎng)使用領(lǐng)域，就工程建設(shè)所用的網(wǎng)而言，應(yīng)對不同時(shí)期與目標(biāo)控制網(wǎng)的運(yùn)行內(nèi)容與應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)行全面分析，進(jìn)而合理設(shè)計(jì)。對于不同類型的工作內(nèi)容與實(shí)施項(xiàng)目而言，其所應(yīng)用的控制網(wǎng)無論是使用條件還是使用領(lǐng)域都存在很大差異，以城市控制為例，需要在關(guān)注

32、短期發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，對未來發(fā)展進(jìn)行全面考慮。此外，還需要考慮是不是應(yīng)該進(jìn)一步豐富控制網(wǎng)所擁有的功能。由于城市網(wǎng)擁有非常良好的精度，且無需通視，部分城市計(jì)劃把城市網(wǎng)發(fā)展成同時(shí)擁有監(jiān)察三維形變功能的一種控制網(wǎng)。而這不僅能夠更好地保障城市安全，還能夠切實(shí)促進(jìn)網(wǎng)與測繪工作的全面應(yīng)用。</p><p>　　3.2.2采用分級布網(wǎng)原則</p><p>　　分級布網(wǎng)采用合理，不僅可以有效地完成各階段或

33、者各級別的測繪信息工作，還能夠減少作業(yè)時(shí)間和成本。合理地分級部署網(wǎng)，可基于測量目的地的短期需求與未來發(fā)展需求而分階段地進(jìn)行部署，使得該網(wǎng)的結(jié)構(gòu)能夠保持長短邊彼此融合的模式。相對于全國皆采用短邊組建全面網(wǎng)而言，能夠有效降低網(wǎng)邊緣部位偏差的累積，且有利于使得網(wǎng)中的成果檢驗(yàn)與數(shù)據(jù)信息處理能夠按照階段進(jìn)行分別運(yùn)行。分級布網(wǎng)是創(chuàng)建普通測量控制網(wǎng)的普遍手段，由于測量擁有諸多優(yōu)勢，因此無需 網(wǎng)根據(jù)普通控制網(wǎng)進(jìn)行不同等級部署安排。比如，可將大城市中的控

34、制網(wǎng)劃分成3級：一級網(wǎng)內(nèi)各個(gè)鄰近點(diǎn)相距均值是超過；二級網(wǎng)內(nèi)各個(gè)鄰近點(diǎn)相距均值在之間；三級網(wǎng)各個(gè)鄰近點(diǎn)相距均值可不足，并可通過和全站儀彼此融合的方式進(jìn)行部署組織。就小城市而言，可將網(wǎng)劃分成兩級。旨在切實(shí)提升網(wǎng)的安全性與可靠性，不同級網(wǎng)皆需部署為通過獨(dú)立運(yùn)行的基線向量邊組建的閉合圖像網(wǎng)，閉合圖像嚴(yán)格限定，可呈三邊形；亦可為四邊形，網(wǎng)中不得擁有支線。</p><p><b>　　3.2.3其他原則</b

35、></p><p>　　網(wǎng)內(nèi)的閉合條件中基線數(shù)是有限制的，不宜太多。網(wǎng)內(nèi)不同點(diǎn)可擁有超過3條或更多基線分支，進(jìn)而確保滿足檢驗(yàn)條件，促進(jìn)網(wǎng)運(yùn)行安全性、可靠性的提升，保障網(wǎng)的運(yùn)行精度與運(yùn)行均衡性。需要按照“各點(diǎn)起碼設(shè)定設(shè)定獨(dú)立站進(jìn)行2次觀測”的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行網(wǎng)部署?；诖硕鴺?gòu)筑的，無論是在精度方面，還是可靠性方面，皆和指標(biāo)非常的接近。此外，旨在促進(jìn)網(wǎng)和地面網(wǎng)兩者坐標(biāo)順利的轉(zhuǎn)換，網(wǎng)起碼要和地面網(wǎng)中存在2個(gè)重合點(diǎn)。其中實(shí)

36、驗(yàn)分析與實(shí)際工作證明，需要將各精度較為理想、排列均衡的地面點(diǎn)看作是網(wǎng)的構(gòu)成要素，進(jìn)而促使成果能夠更順利地轉(zhuǎn)換到地面網(wǎng)內(nèi)。此外，還需要和一定數(shù)目的地面水準(zhǔn)點(diǎn)保持高度重合，進(jìn)而獲取更多與大地水準(zhǔn)面相關(guān)的分析資料，便于大地水準(zhǔn)面大地高轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)高。再者，為了更好地進(jìn)行觀測，點(diǎn)最好能夠位于視野廣闊、交通發(fā)達(dá)的區(qū)域。雖然網(wǎng)進(jìn)行觀測時(shí)根本無需顧及通視這一點(diǎn)，不過為了能夠促使傳統(tǒng)方式的擴(kuò)展，起碼要和網(wǎng)內(nèi)的某一點(diǎn)保持通視。</p><

37、;p>　　4 GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法</p><p>　　4.1 GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法</p><p>　　在現(xiàn)有的各種設(shè)計(jì)方式中，控制網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化研發(fā)時(shí)，通常會應(yīng)用到2種方法：一是解析法；二是機(jī)助模擬法。</p><p>　　4.1.1解析法設(shè)計(jì)</p><p>　　解析法設(shè)計(jì)的運(yùn)行機(jī)制在于：預(yù)先在圖紙上把線路上的交點(diǎn)和特征點(diǎn)

38、的坐標(biāo)算出，然后根據(jù)坐標(biāo)到實(shí)地上去定線放樣，在某些城市測量城市規(guī)劃和管理工作做得比較完善，設(shè)立了統(tǒng)一的城市坐標(biāo)系統(tǒng)，采用這種方法定線，可使點(diǎn)線關(guān)系建立在可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，得到比較高的精確度。為處于不同時(shí)期的研發(fā)，結(jié)合固定參數(shù)和相關(guān)約束要求，而通過待定參數(shù)獲取最理想的解，在此一般通過線性規(guī)劃法獲取待定參數(shù)，解析法盡管可以比較詳細(xì)低闡述相關(guān)事物的本質(zhì)，不過受具體控制網(wǎng)約束需求多樣，未知因素繁瑣，數(shù)學(xué)模型創(chuàng)建難度大等相關(guān)因素的影響，解析法通常

39、只是在較小領(lǐng)域的精密工程控制網(wǎng)中進(jìn)行使用。</p><p><b>　　4.1.2模擬法</b></p><p>　　模擬法指的是就最初明確的網(wǎng)形和觀測精度，通過平差模型以及控制網(wǎng)的研究模型，仿真分析一組原始信息和觀測信息，將其輸至計(jì)算機(jī)，并基于平差理論而獲取未知參數(shù)和相關(guān)函數(shù)的具體精度，預(yù)測成本，且對觀測信息的可靠性等諸多信息進(jìn)行深入計(jì)算，在和預(yù)期設(shè)定的精度條件、成

40、本限制、可靠性限制等進(jìn)行對比，結(jié)合計(jì)算機(jī)發(fā)出的信息和研發(fā)工作人員掌握的經(jīng)驗(yàn)，而對控制網(wǎng)的網(wǎng)形和基準(zhǔn)以及觀測精度等諸多參數(shù)實(shí)施校正，之后多次計(jì)算，一直持續(xù)到獲取滿足所有設(shè)計(jì)條件的研發(fā)方案為止。</p><p>　　在此對一個(gè)由8個(gè)點(diǎn)組成的GPS模擬網(wǎng)（圖4-1），進(jìn)行網(wǎng)的精度設(shè)計(jì)。</p><p>　　圖4-1 GPS模擬網(wǎng)</p><p>　　表4-2 GPS模擬網(wǎng)

41、坐標(biāo)值</p><p>　　根據(jù)圖4-1獨(dú)立基線構(gòu)成的GPS網(wǎng)形結(jié)構(gòu)，求出網(wǎng)的平均點(diǎn)位誤差為2.9cm，和測量任務(wù)書中要求相比未達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求。所以在在網(wǎng)中增加新基線，并重新計(jì)算平均點(diǎn)位誤差（表4-4）</p><p>　　表4-3 GPS基線長、方位和高差精度</p><p>　　表4-4 增加新基線計(jì)算協(xié)因數(shù)及平均點(diǎn)位誤差</p><p&g

42、t;　　由以上的計(jì)算結(jié)果可見，只要加測3~5,4~6和4~5等三條基線后，就可以達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求。雖然達(dá)到了精度要求，但是受數(shù)學(xué)模型創(chuàng)建困難大，所要求的計(jì)算量較大等原因的影響，所以我們在建設(shè)GPS控制網(wǎng)之時(shí)，一定要根據(jù)具體的精度要求和時(shí)間、預(yù)算等因素再進(jìn)一步考慮。</p><p>　　4.2 GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)的具體步驟</p><p>　　基于上述分析，可將 控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體流程進(jìn)行歸

43、納：</p><p>　?、倩诓季W(wǎng)目標(biāo)，于圖上合理選取點(diǎn)，進(jìn)行野外實(shí)際勘察，進(jìn)而確保所選點(diǎn)位能夠符合布網(wǎng)條件以及野外觀測需求，進(jìn)而對獲取實(shí)際測量的概略點(diǎn)位；</p><p>　?、诨诟鼽c(diǎn)發(fā)出3條獨(dú)立基線、邊長均衡部署等相關(guān)準(zhǔn)則，且在聯(lián)合接收機(jī)具體臺數(shù)與布網(wǎng)等原則的基礎(chǔ)上，設(shè)定網(wǎng)的具體觀測圖形，并選定可能要追加施測的基線；</p><p>　?、蹖π枰獫M足的精度標(biāo)

44、準(zhǔn)與可靠性參數(shù)展開科學(xué)計(jì)算，一直持續(xù)到滿足設(shè)計(jì)需求，而后獲取增多獨(dú)立觀測基線之后的終極施測規(guī)劃。</p><p>　　4.3提高GPS控制網(wǎng)精度和可靠性的方法</p><p>　　為了確保網(wǎng)內(nèi)所有鄰近點(diǎn)達(dá)到一定的精度要求。在全面網(wǎng)內(nèi)部署框架網(wǎng)，將其看作是全網(wǎng)的主要框架；擬定一個(gè)適用于子區(qū)與子環(huán)路的實(shí)際測量計(jì)劃。而后，引進(jìn)高精度激光測距邊。在進(jìn)行GPS網(wǎng)部署的過程中，將它看作是觀測值和GPS

45、觀測值展開聯(lián)合平差，或者是把它們看作是起算邊長。隨后，通過高程擬合這一方式對網(wǎng)內(nèi)不同點(diǎn)的正常高進(jìn)行科學(xué)測定。水準(zhǔn)點(diǎn)的數(shù)目最好能夠更多一些，均衡地分布于網(wǎng)內(nèi)，網(wǎng)中的四周把全網(wǎng)囊括在內(nèi)。</p><p>　　增強(qiáng)觀測期數(shù)確保可靠性。基于此而獲取的獨(dú)立基線數(shù)則會處于增多狀態(tài)，可有效促進(jìn)控制網(wǎng)可靠性精度的提升。而后，確保存在相應(yīng)的重復(fù)設(shè)站次數(shù)。它能夠保證網(wǎng)的可靠性，其原因主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：①基于相同測站而進(jìn)行的反復(fù)觀測

46、，能夠察覺測站對中、整平、量測天線高等存在的人為失誤；②在相同接收機(jī)于相同測站內(nèi)展開不間斷、不同時(shí)段的監(jiān)查的過程中，所有時(shí)段皆需要重新部署安排儀器，進(jìn)而將所有人為操作引起的偏差控制到最小。此外，確保各測站獨(dú)立基線至少相連于3條。超過3條的獨(dú)立基數(shù)保持相連狀態(tài)，能夠有效提升測站的可靠性。在對網(wǎng)進(jìn)行部署的過程中，所有點(diǎn)的可靠性和其點(diǎn)上實(shí)際連接的基線數(shù)目存在密切聯(lián)系，兩者之間成正相關(guān)聯(lián)系。還有，在進(jìn)行布網(wǎng)的過程中，需要確保網(wǎng)內(nèi)全部異步環(huán)的邊數(shù)

47、低于6條。在對網(wǎng)進(jìn)行部署的過程中，由于構(gòu)成異步環(huán)的基線向量數(shù)的持續(xù)增加，它的檢驗(yàn)質(zhì)量水平會處于持續(xù)降低狀態(tài)。</p><p>　　4.4 GPS控制網(wǎng)的基本形式</p><p>　　基于測量的具體應(yīng)用方向，可將控制網(wǎng)劃分成下述不同形式。</p><p><b>　　三角形網(wǎng)</b></p><p>　　在此圖內(nèi)，所有三角

48、形邊皆通過非同步觀測的獨(dú)立邊而進(jìn)行構(gòu)筑。此網(wǎng)形成的幾何圖形其結(jié)構(gòu)非常強(qiáng)，擁有非常理想的自我檢測能力，可及時(shí)察覺觀測成果中存在的偏差，保障網(wǎng)的安全性與可靠性。在進(jìn)行平差之后，網(wǎng)內(nèi)各個(gè)鄰近點(diǎn)的基線向量擁有較為均衡的精度分布。可參考圖4-1。</p><p>　　圖4-1 GPS三角網(wǎng)</p><p>　　此網(wǎng)的最大不足之處在于是觀測工作量非常繁多，特別是在接收機(jī)數(shù)目不多的情況下，會導(dǎo)致觀測時(shí)間

49、延遲很長時(shí)間。所以，一般唯在對網(wǎng)的精度與可靠性要求非常嚴(yán)格的情況下應(yīng)用此網(wǎng)。</p><p><b>　　環(huán)形網(wǎng)</b></p><p>　　通過多個(gè)存在不同條獨(dú)立觀測邊的閉合環(huán)而構(gòu)筑的網(wǎng)被稱作環(huán)形網(wǎng)，可參考圖4-2。</p><p>　　圖4-2 GPS環(huán)形網(wǎng)</p><p>　　相對于三角網(wǎng)而言，此網(wǎng)的圖形結(jié)構(gòu)強(qiáng)度偏

50、低，它的優(yōu)勢在于：觀測工作量不大，其可靠性較為理想，并且具有理想的自我檢測能力。其不足之處在于：相對于直接觀測而言，間接觀測的基線邊精度偏小，鄰近點(diǎn)間的基線擁有不是非常理想的精度分布。因?yàn)榄h(huán)形網(wǎng)的自我檢檢測水平、可靠性等皆和閉合環(huán)內(nèi)存在的基線邊數(shù)目存在密切聯(lián)系，因此，通?；诰W(wǎng)的精度需求，對其基線邊數(shù)目進(jìn)行充分明確。三角網(wǎng)與環(huán)形網(wǎng)皆廣泛應(yīng)用于大地測量以及精密工程測量。一般而言，在實(shí)際工作中，通常會應(yīng)用這2種圖像的融合圖形。</p&

51、gt;<p><b>　　附和線路和星形網(wǎng)</b></p><p>　　在高級網(wǎng)應(yīng)該加強(qiáng)對控制點(diǎn)的加密強(qiáng)度，在此過程中可應(yīng)用附和線路，可參考圖4-3。為了確保其精度與可靠性，附和線路中存在的邊數(shù)以不可過多。</p><p><b>　　圖4-3 附合線路</b></p><p>　　星形網(wǎng)中所顯示的幾何圖形，

52、可參考圖4-4。該圖形較為簡單，直接觀測邊間不會組建成閉合圖形，因此在檢驗(yàn)與察覺粗差方面不夠理想。</p><p><b>　　圖4-4 星形網(wǎng)</b></p><p>　　此圖形的優(yōu)勢在于：在進(jìn)行觀測時(shí)，僅需2臺接收機(jī)，運(yùn)作便捷。在于工程測量和地籍測量等方面被普遍應(yīng)用，在進(jìn)行定位時(shí)通常使用快速定位的運(yùn)作方法。</p><p><b>

53、;　　5總結(jié)</b></p><p>　　GPS導(dǎo)航是現(xiàn)在最為普遍和應(yīng)用最為廣泛的位置信息服務(wù)，它具有綜合性的多種優(yōu)點(diǎn)，使得GPS定位技術(shù)在測量中的應(yīng)用越來越廣泛，因而對GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究是十分必要的。本論文研究的就是關(guān)于GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化，通過學(xué)習(xí)研究優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法，在文章中總結(jié)了GPS控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體步驟和原則方法。最近幾年，GPS定位技術(shù)獲得了更大的發(fā)展和改進(jìn)，GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì)

54、的技術(shù)也取得了非常多的成績。不過，控制網(wǎng)設(shè)計(jì)依舊存在諸多不足之處，還需要持續(xù)完善。相信在未來的發(fā)展中，會在智能程度、定位精度等相關(guān)方面得到有效提升，定位技術(shù)亦會變得更加強(qiáng)大、更加可靠，它會在未來的日子中受測量工作者對控制網(wǎng)優(yōu)化的關(guān)注與重視而得到深入分析，控制網(wǎng)的優(yōu)化研發(fā)手段亦會變得更加多樣化、便捷化，且逐步發(fā)展為一套統(tǒng)一、權(quán)威的優(yōu)化體系。</p><p><b>　　致謝語</b></

55、p><p>　　本論文在選題、資料收集、撰寫和定稿階段能得以順利完成，離不開導(dǎo)師的幫助與支持。感謝我的導(dǎo)師，本文從選題、構(gòu)思到寫作的整個(gè)過程，導(dǎo)師都悉心指導(dǎo)，提了很多寶貴意見，謝謝您。</p><p>　　感謝我的舍友，在我寫論文的過程中遇到的不懂問題，他們都悉心幫我解決，在和你們相處的時(shí)間里，我從你們身上學(xué)到了很多，十分珍惜和你們一起學(xué)習(xí)生活的美好回憶。</p><p&g

56、t;　　感謝我的家人，可以讓我無憂無慮地度過大學(xué)生活，讓我有了美好的四年的回憶，很珍惜這段時(shí)光。</p><p>　　由于本人專業(yè)知識不夠深厚，論文難免有紕漏，敬請各位老師批評指正，謝謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王天倉，張照杰，李月寶.GPS控制網(wǎng)的布設(shè)原則及優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].測繪通報(bào)，20

57、09</p><p>　　[2] 葉達(dá)忠，廖超明.桂中引水灌區(qū)工程三維GPS控制網(wǎng)建設(shè)技術(shù)研究[J].測繪通報(bào)，2009</p><p>　　[3] 張兵，趙瑞.GPS控制網(wǎng)起算點(diǎn)兼容性分析方法研究與實(shí)踐[J].測繪科學(xué)，2010</p><p>　　[4] 王建敏,石金蜂.GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì).遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)[J],2006年11月</p>

58、<p>　　[5] 李秀紅，馬文淵.橋梁GPS控制網(wǎng)的布設(shè)研究[J].民營科技，2010</p><p>　　[6] 劉振華.GPS控制網(wǎng)起算點(diǎn)的粗差探測[J].測繪信息與工程,2006年31期</p><p>　　[7] 李輝.高精度GPS控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].北京交通大學(xué)，2009</p><p>　　[8] 徐杰,孟黎,唐詩華.控制網(wǎng)選點(diǎn)系統(tǒng)的

59、研究[J].四川測繪第30卷第4期2007年8月</p><p>　　[9] 李輝.三級GPS大地控制網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量檢測[J].測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào),第24卷第2期2007年4月</p><p>　　[10] 吳迪軍.GPS橋梁施工控制網(wǎng)設(shè)計(jì)和施測方法研究[J].橋梁建設(shè)，2009</p><p>　　【Abstract】Along with the developme

60、nt of the Internet and modern communication technology, the use of GPS is put forward higher requirements, with the widely application of the GPS network, we need to study how to optimize the GPS network, this paper disc

61、usses the optimal design of GPS network problems. In specific geographic information operations, the use of GPS control network to need to design science as the basis of operation and condition, this is the optimal desig