GPS网的优化设计

山西科技SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY2004年第5期9月5日 出版C 0信息技术GPS网的优化设计赵玉太1)王燕2) 胡志刚3)(山西煤田地质综合普查队)摘要:文章介绍了GPS网的设计指标,提高GPS网精度的方法,布设GPS网时起算点的选取与分布,高程拟合法适用范围。关键词:GPS网;优化设计;精度;高程拟合中图分类号:TP302文献标识码:A文章编号:1004- 6429(2004)05- 19-02CPS网设计的出发点是在保证质量的前提下,尽可能地提整网的多余独立基线数与总的独立基线数的比值,称为整网的高效率,努力降低成本。因此,在进行GPS网的设计和测设时，平均可靠性指标(η), 即既不能脱离实际的应用需求,盲目地追求不必要的高精度和高η= L/可靠性,也不能为追求高效率和低成本,而放弃对质量的要求。其中:L,为多余的独立基线数;h为总的独立基线数。1 GPS 网设计指标1.4 精度指标。当GPS网布网方式和观测作业方式确定后，1.1 选点GPS网的网形就确定了,根据已确定的GPS网的网形，可以得1)为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量,要求到GPS网的设计矩阵B,从而可以得到GPS网的协因数阵Q =测站上空应尽可能的开阔,在10~159高度角以上不能有成片(B"PB),在GPS网的设计阶段可以采用r( Q)作为衡量GPS网的障碍物。精度的指标。.2)为减少各种电磁波对CPS卫星信号的干扰,在测站周围2优化GPS网设计的方法约200m的范围内不能有强电磁波干扰源,如大功率无线电发2.1 提高CPS网可靠性的方法射设施、高压输电线等。1)观测期数(增加独立基线数)。在布设GPS网时,适当增3)为避免或减少多路径效应的发生,测站应远离对电磁波加观测期数(时段数)对于提高GPS网的可靠性非常有效。因信号反射强烈的地形、地物,如高层建筑成片水域等。为,随着观测期数的增加,所测得的独立基线数就会增加,而独4)为便于观测作业和今后的应用,测站应选在交通便利，立基线数的增加,对网的可靠性的提高是非常有益的。上点方便的地方。2)保证- -定的重复设站次数。保证- -定的重复设站次数,5)测站应选择在土质坚实、易于保存的地方。可确保GPS网的可靠性。-方面,通过在同- -测站上的多次观1.2 效率指标。 在进行GPS网的设计时,我们经常采用效率测,可有效地发现设站、对中、整平、量测天线高等人为错误;另指标来衡量某种网设计方案的效率,以及在采用某种布网方案一方面,重复设站次数的增加,也意昧着观测期数的增加。不作业时所需要的作业时间、消耗等。在布设-一个 GPS网时,在过,需要注意的是,当同一台接收机在同一测站上连续进行多点数接收机数和平均重复设站次数确定后,该网测设所需的个时段的观测时,各个时段间必须重新安置仪器,以更好地消理论最少观测期数就可确定。但是,当按照某个具体的布网方除各种人为操作误差和错误。式和观测作业方式进行作业时,要按要求完成整网的测设,所3)保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连,这样可需的观测期数与理论上的最小观测期数会有所差异,理论最少以使得测站具有较高的可靠性。在布设GPS网时,各个点的可观测期数与设计的观测期数的比值,称之为效率指标(e),靠性与点位无直接关系,而与该点上所连接的基线数有关,点即:e= Sma/Ss .上所连接的基线数越多,点的可靠性越高。其中:Smin为理论最少观测期数;Sg为设计观测期数。4)布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于6条。该指标可用来衡量GPS网设计的效率。在布设GPS网时,检查CPS观测值(基线向量)质量的最佳方法1.3可靠性指标。 GPS 网可靠性,可分为内可靠性和外可靠是异步环闭合差,而随着组成异步环的基线向量数的增加,其性。所谓GPS网的内可靠性就是指所布设的GPS网发现粗差检验质量的能力将逐渐下降。的能力,即可发现的最小粗差的大小;所谓GPS网的外可靠性2.2 提高GPS网精度的方法就是指CPS网抵御粗差的能力,即未剔除的粗差对CPS网所1)为保证GPS网中各相邻点具有较高的相对精度,对网中距造成的不良影响的大小。关于内、外可靠性的问题,可以从一离较近的点- -定要进行同步观测,以获得它们间的直接观测基线。些相关书籍上找到更为详细的叙述,并且还给出了内、外可靠2)为提高整个GPS网的精度,可以在全面网之上布设框架性指标的算法。由于内、外可靠性指标在计算上过于繁琐,因网，以框架网作为整个CPS网的骨架。此,我们在实际的GPS网的设计中采用了另外一个计算较为中国煤化工异步环边数不大于6条。简单的反映GPS网可靠性的数量指标,这个可靠性指标就是YHC N M H G度激光测距边,作为观测值与Gr规测值(基线问重)一问进行联合平差,或将它们作为起1) 赵玉太,男,1967年出生,1990年毕业于中国矿业大算边长。学,工程师,030600,晋中市榆次区5)若要采用高程拟合的方法,测定网中各点的正常高/正高，收稿日期:2004-05-11则需在布网时,选定- -定数量的水准点,水准点的数量应尽可能的19●山西科技SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY2004年第5期9月5 日出版多,且应在网中均匀分布,还要保证有部分点分布在网中的四周，平原地区) ,其拟合的准确度可达到-一个分米以内。对于高程将整个网包含在其中。异常变化剧烈的地区(如山区),这种方法的准确度有限,这主6)提高GPS网的尺度精度,可采用如下方法:增设长时间、要是因为在这些地区,高程异常的已知点很难将高程异常的特多时段的基线向量。征表示出来。2.3 布设CPS网时起算点的选取与分布3.2 选择合适的高程异常已知点。所谓高程异常的已知点的1)若要求所布设的GPS网的成果与旧成果吻合最好,则起高程异常值- -般是通过水准测量测定正常高,通过GPS测量算点数量越多越好,若不要求所布设的GPS网的成果完全与测定大地高后获得的。在实际工作中,- -般采用在水准点上布旧成果吻合,则-般可选3~ 5个起算点,这样既可以保证新老设GPS点或对GPS点进行水准联测的方法来实现,为了获得坐标成果的一致性,也可以保持GPS网的原有精度。好的拟合结果要求采用数量尽量多的已知点,它们应均匀分2)为保证整网的点位精度均匀,起算点- - 般应均匀地分布布,并且最好能够将整个GPS网包围起来。在GPS网的周围,避免所有起算点分布在网中一侧的情况。3.3高程异常 已知点的数量。若要用零次多项式进行高程拟2.4布设GPS网时起算边长的选取与分布合时,要确定1个参数,因此,需要1个以上的已知点;若要采用在布设GPS网时,可以采用高精度激光测距边作为起算一次多项式进行高程拟合,要确定3个参数,需要3个以上的已边长,激光测距边的数量可在3~5个左右，它们可设置在GPS知点;若要采用二次多项式进行高程拟合,要确定6个参数,则网中的任意位置。但激光测距边两端点的高差不应过分悬殊。需要6个以上的已知点。大多软件用二次多项式进行高程拟2.5 布设GPS网时起算方位的选取与分布合,因此大范围GPS网布设时需要6个以上的高程已知点为好。在布设GPS网时,可以引人起算方位,但起算方位不宜太3.4 分区拟合法。若拟合区域较大,可采用分区拟合的方法,即多,起算方位可布设在GPS网中的任意位置。将整个GPS网划分为若干区域,利用位于各个区域中的已知点分3 GPS 网设计中GPS高程拟合的注意事项别拟合出该区域中的各点的高程异常值,从而确定出它们的正常3.1 适用范围。GPS高程拟合的方法,是理论上的一种纯几高。这样GPS网拟合高程会更接近真实值。何方法,因此,-般仅适用于高程异常变化较为平缓的地区(如(校对:安平)Optimum Design of GPS NetZhao Yutai, Wang Yan, Hu ZhigangABSTRACT :This paper intoduces the design indexes of GPS net, and puts forward some methods of increasing the precision of GPS net,expounds the selection and distribution of the initial point for the arangement of GPS net, and describes the aplicability of the elevation fitingmethod.KEY WORDS:GPS net; optirmum design; precision; elevation fting况况况况况风况况况况况况况况况况易况况况况公况况况况况况况况况狠况况况风迅迅织况况况况决况况恐观(上接第7页)焘崇信道教,曾-度灭佛兴道。并且迎请嵩山道士寇谦之到京其三独特的建筑方法。从外观仰看,层层叠叠的殿阁,全都平城(今大同)设立道坛。太平十五年,孝文帝拓跋宏下诏将依仗那些不足碗口粗的明柱支撑,难免令人倒吸凉气,心惊肉天师道场移到了恒山,按照寇谦之临终遗言:修建一座空中寺跳。其实,全部建筑的着力点都在山体之上。先在岩体上凿院,以“.上延霄客,下绝嚣浮”,即上达天庭,下离尘嚣,超凡脱俗，洞,洞口小肚大,然后在洞中放置锥形的木楔,把橫梁的--端加海纳百川。修成后,这座空中楼阁集儒释道三教合- ,成为三工成剪刀形,再猛力砸人石洞,木楔就被嵌入横梁,外力越大，教信徒的圣地,也顺理成章地得到历代统治者的重视和保护。咬合就越紧。这样- -来,横梁的承重事实上借用了岩体的巨大其二独特的建筑选址。悬空寺背靠翠屏山,面对恒山,建托力。横梁被叫做“铁扁担" ,是用当地特产的质地密实坚硬的在山腰中间的凹处,大风吹不进去,空气却很流通;屋顶有山峰铁衫木加工而成的。木材弹性大、抗震性能好，变形能力强。遮阴,能见到日头,但又不暴晒。夏天,只有上午的三个多小时事先已用桐油浸过所以不怕白蚁蛀虫,还能防腐。其实,这就能照射阳光,避光而又不潮湿。雨季,山上的积水,沿着寺顶横是古代修筑栈道的方法,悬空寺事实上就是栈桥式悬壁建筑。列突出的岩石,向远离殿阁的地方泻走。正常天气时,寺庙建至于我们看到的那一根根明柱,也并非故弄玄虚，每条柱子与筑还可承受到少量的天然雨水，得到甘露- -样的滋润。 所以，横梁的连接点都是经过精心计算的,或承重、或起平衡作用。这地方避风避光又避水。这就是寺庙的建筑材料不霉不烂、尤其是 当建筑的负荷增大时,它们才真正发挥作用。不裂不脆,能够经久不朽的原因。悬空寺真是利用建筑力学的一大杰作! (校对:安 平)The Brightness of Science and Technology in Shanxi' sScenic Sports and Historical SitesZhang Xia, Zhang中国煤化工ABSTRACT:Through excavating the scenific and tchnologcal contentYHC N M H Gand historical sites, this paperdermonstrates the height that the ancient Shanxi had reached in the field of the pigment chemistry , the mallurgical foundry , and the civilengineering, reached in the field of the pigment chemistry, the malallurgical foundry，and the civil engineering, etc.KEY WORDS: Shanxi;scenic sprts and hstorical sites; science and technology ;20