[摘要]本文以对GPS测量技术的认识为基础，分析探讨了GPS控制网优化的主要指标，指出了关于GPS控制网优化设计的的四类技术。
[关键词]GPS测量技术 优化 设计
1GPS测量技术与GPS控制网测量
1.1GPS测量技术
GPS RTK（Real Time Kinematic） 技术开始于 90 年代初 ，是一种全天候、全方位的新型测量系统，称载波相位动态实时差分技术，是目前适时、准确地确定待测点的位置的最佳方式，是基于载波相位观测值基础上的实时动态定位技术。GPS RTK 具有定位精度高且精度分布均匀，速度快、效率高，观测时间短，方便灵活，测程不受限制，不受通视条件影响等优点。
1.2GPS控制网测量
GPS 控制网网形比较灵活 ，可以根据实际地理条件 ，建筑物条件以及相应的测区情况来布设。连接方式可以为点连式的、边连式的、混连式的、中点多边形等连接方式。GPS 控制测量点间不要求通视，图形结构灵活， 因此选点工作要比传统控制测量的选点简便容易得多。GPS 点的选定不以相邻点间的通视作为先决条件 ，给选点带来极大的灵活性，但也有具体的要求。 点位应当保证观测时卫星信号不能受到干扰，选点时做到点位周围视场内最好没有高度角大于 15°的障碍物，尤其是不能有成片的障碍物， 远离大功率的无线发射台和高压电线，没有大面积的水域或对电磁波反射（或吸收）的物体。
观测作业的主要任务是捕获 GPS 卫星信号对其进行跟踪、接收和处理，以获取所需的定位和观测数据。开机后，等待接收机初始化完成并进行记录数据状态，然后每隔几分钟便查看一下接收机的工作是否正常。 在观测作业中认真作到：观测组按照计划表规定时间作业，确保同步观测；开机前后各量取天线高一测回，每测回从不同部位量取三次，两测回天线高之差不大于 3mm；天线高的量取部位，按作业前的统一规定量取，并在记录薄中详细记录；一个时段观测中，不能够关机又重新启动、自测试、改变卫星高度角及数据采样间隔、改变天线位置，关闭或删除文件等；原始观测值和记录项目，按规定现场记录，字迹清楚，不的涂改、转抄；观测期间防止接收机震动，防止人员和其他物体碰动天线或阻挡信号。
2GPS控制网的优化设计
控制网的优化设计是指在限定精度、可靠性和费用等质量标准下， 寻求网设计的最佳极值。与经典控制网相似， GPS 控制网的设计也存在优化的问题。但是， 由于 GPS 测量无论是在测量方式上，还是在构网方式上均完全不同于经典控制测量， 因而其优化设计的内容也不同于经典优化设计。
2.1GPS控制网的优化指标
（1）效率指标。GPS控制网的效率指标为Cmin，如果GPS控制网的总点数是n，用m台接收机进行同步观测，则该网的最小观测期数（同步观测的次数）为： 。
（2）可靠性指标。可靠性是指在控制网中设置一定数量的多余观测，使其对于观测中的粗差具有自检能力，并限制其对目标成果的影响。对于GPS控制网中的n点，观测基线向量参数为J必=n-1： 。每点设站次数为k，则观测时段数为：C=n・k/m 。而m台接收机观测到的独立观测基线向量数为：j独=C・（m-1） 。则控制网中多余的观测基线向量参数为：j独=C・（n-1）/（m-1） 。GPS控制网多余观测数与独立基线向量观测值总数之比为： G=（J多/J独）≥1/3。
（3）精度指标。网点坐标的协因数阵Qx包含了全网精度情况的全部信息，通常采用最优性标准 A、最优性标准 D、最优性指标E和最优性标准F作为纯量精度优化标准来建立优化设计精度目标函数。实际上代表的是2点间的相对点位精度，它一般在接收机接收到信号并解算出基线向量后一起计算出。影响它的主要因素是接收时间的长短以及卫星的GDOP数据（几何精度因子），由基线向量协因数阵和观测方程可以推导出GPS控制网的整体点位精度 ，从而考察GPSQx控制网的整体质量指标。
（4）经费指标。经济指标是指用较少的人力、物力和财力实现对GPS控制网精确性与可靠性的控制。经费取决于控制网中点的总数和重复设站率，如果1台接收机观测1期的平均费用为T，则总费用为：F=T・Cmin。
2.2GPS控制网优化设计的分类
由于GPS控制网同经典网有诸多不同，导致了GPS 控制网的优化设计不完全等同于经典控制网的优化设计，一般可分为四级。
零级优化设计是在已知 GPS 控制网平差模型中的系数阵 A 和权阵 P 的基础上， 求解协因数阵 Qxx的过程。这实际上是一个平差的过程， 除了一些形变观测网和特殊网以外， 对于一般实际应用的GPS 控制网来说没有太大的意义。
一级优化设计是在大致确定了总点数、总基线数的基础上，通过对网形的优化设计求出数学模型中系数阵 A， 以使得Qxx达到设计要求的过程。因为 GPS 网的精度与网形和传递三角形的角度没有太大的关系， 所以不改变基线的连接方式， 只单纯地改变点的位置对精度的提高没有意义。而当改变基线连接方式的时候，异步环的边数、个数和形式就会有所改变， 这样就对网的精度和可靠性产生了影响。因此对系数阵 A 的设计是很有意义的。
二级优化设计是在已确定网形， 即确定了系数阵 A 和未知数协因数阵 Qxx 后， 优化设计权阵 P的过程。因为 GPS 控制网中的权与基线的长度没有直接关系， 而当确定了整周模糊度之后，再增加观测时间也不会明显提高观测值的权， 因此对 GPS 控制
网进行优化设计， 尤其是不同作业模式不同精度类型的 GPS 接收机联合作业的 GPS 控制网的优化设计中， 权阵 P 的设计也就有了一定的意义。
三级优化设计是对精度没有达到限差要求的GPS 控制网进行网的加密和改进，使其逐渐达到精度要求，也就是对网形结构强度的优化设计。综上所述， GPS 控制网的优化设计主要归结为二类内容的设计 GPS 控制网基准的优化设计； GPS 控制网图形结构强度的优化设计，包括网的精度设计、网的抗粗差能力的可靠性设计、网发现系统差能力的强度设计。
参考文献
[1] 张勤，李家权.GPS 测量原理及应用[M].北京：科学出版社，2005.
[2]周庚福.浅议地形测量和测绘技术自动化技术.中国论文下载中心，2010，07.
[关键词]GPS测量技术 优化 设计
1GPS测量技术与GPS控制网测量
1.1GPS测量技术
GPS RTK（Real Time Kinematic） 技术开始于 90 年代初 ，是一种全天候、全方位的新型测量系统，称载波相位动态实时差分技术，是目前适时、准确地确定待测点的位置的最佳方式，是基于载波相位观测值基础上的实时动态定位技术。GPS RTK 具有定位精度高且精度分布均匀，速度快、效率高，观测时间短，方便灵活，测程不受限制，不受通视条件影响等优点。
1.2GPS控制网测量
GPS 控制网网形比较灵活 ，可以根据实际地理条件 ，建筑物条件以及相应的测区情况来布设。连接方式可以为点连式的、边连式的、混连式的、中点多边形等连接方式。GPS 控制测量点间不要求通视，图形结构灵活， 因此选点工作要比传统控制测量的选点简便容易得多。GPS 点的选定不以相邻点间的通视作为先决条件 ，给选点带来极大的灵活性，但也有具体的要求。 点位应当保证观测时卫星信号不能受到干扰，选点时做到点位周围视场内最好没有高度角大于 15°的障碍物，尤其是不能有成片的障碍物， 远离大功率的无线发射台和高压电线，没有大面积的水域或对电磁波反射（或吸收）的物体。
观测作业的主要任务是捕获 GPS 卫星信号对其进行跟踪、接收和处理，以获取所需的定位和观测数据。开机后，等待接收机初始化完成并进行记录数据状态，然后每隔几分钟便查看一下接收机的工作是否正常。 在观测作业中认真作到：观测组按照计划表规定时间作业，确保同步观测；开机前后各量取天线高一测回，每测回从不同部位量取三次，两测回天线高之差不大于 3mm；天线高的量取部位，按作业前的统一规定量取，并在记录薄中详细记录；一个时段观测中，不能够关机又重新启动、自测试、改变卫星高度角及数据采样间隔、改变天线位置，关闭或删除文件等；原始观测值和记录项目，按规定现场记录，字迹清楚，不的涂改、转抄；观测期间防止接收机震动，防止人员和其他物体碰动天线或阻挡信号。
2GPS控制网的优化设计
控制网的优化设计是指在限定精度、可靠性和费用等质量标准下， 寻求网设计的最佳极值。与经典控制网相似， GPS 控制网的设计也存在优化的问题。但是， 由于 GPS 测量无论是在测量方式上，还是在构网方式上均完全不同于经典控制测量， 因而其优化设计的内容也不同于经典优化设计。
2.1GPS控制网的优化指标
（1）效率指标。GPS控制网的效率指标为Cmin，如果GPS控制网的总点数是n，用m台接收机进行同步观测，则该网的最小观测期数（同步观测的次数）为： 。
（2）可靠性指标。可靠性是指在控制网中设置一定数量的多余观测，使其对于观测中的粗差具有自检能力，并限制其对目标成果的影响。对于GPS控制网中的n点，观测基线向量参数为J必=n-1： 。每点设站次数为k，则观测时段数为：C=n・k/m 。而m台接收机观测到的独立观测基线向量数为：j独=C・（m-1） 。则控制网中多余的观测基线向量参数为：j独=C・（n-1）/（m-1） 。GPS控制网多余观测数与独立基线向量观测值总数之比为： G=（J多/J独）≥1/3。
（3）精度指标。网点坐标的协因数阵Qx包含了全网精度情况的全部信息，通常采用最优性标准 A、最优性标准 D、最优性指标E和最优性标准F作为纯量精度优化标准来建立优化设计精度目标函数。实际上代表的是2点间的相对点位精度，它一般在接收机接收到信号并解算出基线向量后一起计算出。影响它的主要因素是接收时间的长短以及卫星的GDOP数据（几何精度因子），由基线向量协因数阵和观测方程可以推导出GPS控制网的整体点位精度 ，从而考察GPSQx控制网的整体质量指标。
（4）经费指标。经济指标是指用较少的人力、物力和财力实现对GPS控制网精确性与可靠性的控制。经费取决于控制网中点的总数和重复设站率，如果1台接收机观测1期的平均费用为T，则总费用为：F=T・Cmin。
2.2GPS控制网优化设计的分类
由于GPS控制网同经典网有诸多不同，导致了GPS 控制网的优化设计不完全等同于经典控制网的优化设计，一般可分为四级。
零级优化设计是在已知 GPS 控制网平差模型中的系数阵 A 和权阵 P 的基础上， 求解协因数阵 Qxx的过程。这实际上是一个平差的过程， 除了一些形变观测网和特殊网以外， 对于一般实际应用的GPS 控制网来说没有太大的意义。
一级优化设计是在大致确定了总点数、总基线数的基础上，通过对网形的优化设计求出数学模型中系数阵 A， 以使得Qxx达到设计要求的过程。因为 GPS 网的精度与网形和传递三角形的角度没有太大的关系， 所以不改变基线的连接方式， 只单纯地改变点的位置对精度的提高没有意义。而当改变基线连接方式的时候，异步环的边数、个数和形式就会有所改变， 这样就对网的精度和可靠性产生了影响。因此对系数阵 A 的设计是很有意义的。
二级优化设计是在已确定网形， 即确定了系数阵 A 和未知数协因数阵 Qxx 后， 优化设计权阵 P的过程。因为 GPS 控制网中的权与基线的长度没有直接关系， 而当确定了整周模糊度之后，再增加观测时间也不会明显提高观测值的权， 因此对 GPS 控制
网进行优化设计， 尤其是不同作业模式不同精度类型的 GPS 接收机联合作业的 GPS 控制网的优化设计中， 权阵 P 的设计也就有了一定的意义。
三级优化设计是对精度没有达到限差要求的GPS 控制网进行网的加密和改进，使其逐渐达到精度要求，也就是对网形结构强度的优化设计。综上所述， GPS 控制网的优化设计主要归结为二类内容的设计 GPS 控制网基准的优化设计； GPS 控制网图形结构强度的优化设计，包括网的精度设计、网的抗粗差能力的可靠性设计、网发现系统差能力的强度设计。
参考文献
[1] 张勤，李家权.GPS 测量原理及应用[M].北京：科学出版社，2005.
[2]周庚福.浅议地形测量和测绘技术自动化技术.中国论文下载中心，2010，07.
