工程控制网优化设计方案

论GPS控制网的布设与优化

摘要：文章通过分析gps网特点及优化设计原则，进一步提出了gps控制网的优化设计的措施。

关键词：gps 控制网；布设原则；优化设计

近年来，gps技术被广泛应用到测量领域，是现代测绘工程建设项目中一项非常重要的技术进步。与传统控制测量方法相比，gps技术具有点位精度高、观测时间短、操作简便、可全球全天候作业等优点，但并不等于gps控制网就无需像传统控制测量方法那样进行控制网的优化设计。gps网优化设计是实施gps测量的基础性工作，在网的精确性、可靠性和经济性等方面,寻求设计的最佳方案。

1 gps控制网的特点

（1）网形与卫星空间分布的几何图形相关。gps控制网的精度与网中的点所构成的几何图形没有关系，与观测权相关程度不大，与边和边所构成的角度无关，主要取决于网中个点发出基线的数目及基线的权阵。

（2）具有非层次结构性。根据采用仪器类型和作业模式不同，得到不同精度的观测值，这与经典控制网的“逐级控制”、“分级施测”没有关系，gps网可用相同精度一次扩展达到所需的密度设计要求。

（3）没有误差积累且分布均匀。误差积累是经典控制网存在特性之一，而gps网则没有误差的积累，而且误差分布比较均匀，各

边的方位和边长的相对精度基本是相同的。

（4）简单易行的必要基准条件。gps网的观测数据(基线向量)中包含了尺度和方位信息，理论上只需要一个已知点的坐标即可确定gps网的平移。

2 gps 控制网布设应坚持的原则

2.1 效率优先原则

在进行gps网的设计时，应采用效率指标来衡量设计方案的效率，以及在采用布网方案作业中所需要的时间、消耗等问题。

2.2 高精度性原则

gps控制网的高精度性是工程测量的基石，也是其最明显的优势之一。在布设时，要做到高精度性原则：先确定gps网的网形，再根据gps网的网形，得到gps网的设计矩阵b，从而得到gps网的协因数阵q=(btpb)，由此做到gps 控制网的高精度性原则。

何惠生等：珊溪水电站施工控制网的模拟计算和优化设计　工　ｊ一　

珊溪水电站胞工控制网昀螟拟计算和优化设计　

何惠生刘光朝　张正禄张松林张军　

（华东勘测设计研究院测绘研究分院杭州３１００３０）（武汉大学测绘学院武汉４３００７９）　

摘要：本文从对网形、观测精度　网的精度、可靠性、费用及其相互关系等分析出发，结合珊溪水电站施工控制网进行了较深　入的研究，并按基于观测值内部可靠性的方法对该网进行了模拟计算和优化设计：　关键词：珊溪水电站施工控制网精度可靠性模拟计算优化设计　Ｔｉｔｌｅ：Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ／／ｂｙ　Ｈｅ　Ｈｕｉｓｈｅｎｇ　ａｎｄ　Ｌｉｕ　Ｇｕａｎｇｃｈａｏ／／Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｅ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｎｅｔ　ｆｉｇｕｒｅ，ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｃｃｕｒａｃｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｏｓｔ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎ－　ｓｔｒｕｅｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｂｅｔｗｏｒｋ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｎｅｒ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｈａｎｘｉ　Ｈｙｄｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｃｃｕｒａｃｙ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　中图分类号：ＴＵ１９８．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１－１０９２（２００２）０５－００４３－０４　

控制网优化设计

一、GPS卫星定位的基本原理

GPS定位时，把卫星看成是―飞行‖的已知控制点，利用测量的距离进行空间后方交会，便得到接收机的位置。卫星的瞬时坐标可以利用卫星的轨道参数计算。

二、在进行载波相位观测时，在不同观测时段，载波可以划分为哪几部分？

首次观测值00)(~Fr

后继量测值)()(~FrInt

通常表示为)()(~00FrIntNN

三、坐标系之间的转换过程

举例:WGS—84大地坐标系至80平面直角坐标系：

方法一：先将WGS—84大地坐标系转换成WGS—84空间直角坐标系，再将WGS—84大地坐标系，利用七参数（三个平移参数，三个旋转参数，一个尺度变换参数）转变成80空间直角坐标系，在将80空间直角坐标系转换成80大地坐标系，通过高斯投影，输入相应中央子午线经度L0，将其转换成80平面直角坐标系。

方法二; 通过高斯投影，输入相应中央子午线经度L0，先将WGS—84大地坐标系转换成WGS—84平面直角坐标系，再利用四参数（两个平移参数，一个旋转参数，一个缩放参数）将WGS—84平面直角坐标系转化成80平面直角坐标系。

四、GPS网数据处理的基本过程

1、数据传输

2、建立坐标系统

1）打开TGO软件，功能—Coordinate System Manager，进入坐标系统管理器。

2）增加椭球，输入椭球名称、长半轴、扁率

3）增加基准转换（Molodensky），创建新的基准转换组。

4）增加坐标系统组

5）选择投影方式：横轴墨卡托投影

6）文件保存退出

3 、新建项目

1）新建项目

2）选择模板(Metric米制单位模板).

3）改变坐标系统，选择需要的坐标系统。

4、导入静态观测数据(*.dat或RINEX)数据

1）文件/导入

2）修改测站名，天线高度，天线类型，测量方法。

5、处理Timeline

6、处理GPS基线

1 一种基于可靠性的工程控制网优化设计新方法*

张正禄 罗年学 黄全义 梅文胜 巢佰崇

（武汉大学测绘科学与技术学院，武汉市珞瑜路129号，430079）

摘要：在论述工程控制网优化设计方法及网的精度、可靠性、灵敏度以及费用等准则的基础上，提出了一种基于观测值内部可靠性指标的工程控制网模拟法优化设计的新思想和算法，指出了该方法的优点和特点；介绍了该优化设计方法所采用的“科傻”软件，并用实例说明了用该方法进行工程控制网优化设计的计算步骤、优化效益以及优化设计的必要性。

关键词：工程控制网；优化设计；可靠性；多余观测分量

* 收稿日期 2001-2-23

国家测绘局教学研究项目（编号97GH01） 1 概述

按用途划分，工程控制网可分为测图控制网、施工控制网、安装控制网和变形监测网；按基准或已知数据划分，可分为独立网（或称经典自由网）和约束网（或称强制网），独立网只固定一个点和一个方向，即已知一点的坐标和一条边的方位角，网的尺度由测边确定；约束网有两个或两个以上已知点。一般工程控制网以采用独立网为宜，已知点和已知方位角可以在假定坐标系给定，也可以采用国家或地方坐标系的一个已知点和一个已知方位角。

工程控制网可以采用地面测量技术或空间测量技术（主要是GPS技术）建立，它的优化设计是一个古老而又时新的问题，所涉及的内容非常广。本文主要讨论用地面测量技术建立平面施工控制网和变形监测网的优化设计问题，且又以独立网为重点。

网的优化设计有解析法和模拟法两种，它们都需要依靠程序在计算机上作大量和复杂的计算，显然都是机助法。

解析法是以最优化理论为基础的严密方法，其数学模型一般表示为

0)(0)(min)(XXXf （1）

第一式称目标函数，第二、三式称约束条件。优化设计的实质是在给定的约束条件通过求目标函数的极值而得到最优解。目标函数可以是精度、可靠性、灵敏度或费用等指标，约束条件也可以是上述指标。人们总以为解析法的结果是最优的，实际上并非如此。因为目标函数和约束条件都是一种经过简化的数学模型，总不能完全反映客观实际。最有代表性的例子是以费用为目标函数或约束条件时，都是以观测值的权的总和来代表建网费用。实际上这是很粗糙的。而且，绝大多数情况下，解析法是对观测值的权进行最佳分配，优化后还存在取整的问题，同一测站上还要划为便于操作的等权观测问题。经过取整和调整后的观测方案不再是最优的了。解析法不但存在上述缺点，同时还因优化任务不同，目标函数和约束条件的数学模型也不尽相同，故研制通用的解析法优化设计通用软件的难度较大。尽管解析法优化设计方面的研究已很多，却难于推广，在实际生产中也鲜有应用。