【文章內容簡介】 根據(jù)大同礦區(qū)近期發(fā)展與遠景規(guī)劃相結合的戰(zhàn)略目標，按照現(xiàn)階段礦區(qū)建設的需要，采用大同礦區(qū)獨立坐標系 ,中央子午線經(jīng)度為 112176。 30′ ,投影面與 54 北京坐標系相同而建立的坐標系統(tǒng)。 方案設計的技術分析 1）等級確定 根據(jù)中華人民共和國測繪行業(yè)標準《全球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程》、《煤礦測量規(guī)程》和大同礦區(qū)的具體情況，確定該測區(qū)可建立 D級 GPS 網(wǎng) [10]，有關技術要求見表 31： 表 31 基本技術要求 項目 技術要求 平均邊長 (km) 5～ 10 a(mm) ≤ 10 b(mm) ≤ 10 最弱邊相對中誤差 1/45000 2）技術設計 I．時段設計 根據(jù)規(guī)范對 D級網(wǎng)的要求，采用快速靜態(tài)相對定位，時段長度根據(jù)邊長而定，具體時間見表 36。 GPS 網(wǎng)的時段設計有點連式、邊連式和網(wǎng)連式三種基本方法。點連式所構成的圖形幾何強度太弱；網(wǎng)連式布網(wǎng)冗贅，工作量太大；邊連式布網(wǎng)有太多的非同步閉合條件，工作量適中。根據(jù) D級 GPS 網(wǎng)的要求我們采用邊點結合的混合式 布網(wǎng)方法。 II．觀測方法 GPS 網(wǎng)的觀測采用載波相位快速靜態(tài)相對定位模式 ,作業(yè)儀器采用 4 臺 Timble5700 雙頻 GPS 接受機 ,它的標稱精度可達 5 mm177。 1ppm,滿足精度要求。作業(yè)方法是 :將 GPS 四套接收機設備分別安置在網(wǎng)中四邊形的各個端點上 ,對基線邊同步觀測 4 顆衛(wèi)星。這種模型的特點是 :觀測過的基線邊構成一個閉合圖形 ,便于觀測成果的檢驗 ,從而提高觀測成果的可靠性和 GPS 網(wǎng)平差后的精度。 [9] GPS 網(wǎng)的設計及施測方法 1） GPS 網(wǎng)的設計 I．設計原則 ① GPS 網(wǎng)一般應采用獨立觀測邊構成 閉合圖形，如三角形、多邊形或附合線路，以增加檢核條件，提高網(wǎng)的可靠性。 ② GPS 網(wǎng)作為測量控制網(wǎng)，其相鄰點間基線向量的精度，應分布均勻。 ③ GPS 網(wǎng)點應盡量與原有地面控制點相結合。重合點一般不少于 3 個（不足時應聯(lián)測），且在網(wǎng)中分布均勻，以可靠地確定 GPS 網(wǎng)與地面之間的轉換參數(shù)。 ④ GPS 網(wǎng)點應考慮與水準點重合，而非重合點，一般應根據(jù)要求以水準測量（或相當精度的測量方法）進行聯(lián)測，或在網(wǎng)中布設一定密度的水準聯(lián)測點。 ⑤為了便于 GPS 的測量觀測和水準聯(lián)測，減少多路徑影響， GPS 網(wǎng)點一般應設在視野開闊和交通便利的地方。 ⑥為了便于用經(jīng)典方法聯(lián)測或擴展，可在 GPS 網(wǎng)點附近布設一通視良好的方位點以建立聯(lián)測方向，方向點與觀測站距離一般應大于 300 米。 ⑦ GPS 網(wǎng)必須由非同步獨立觀測邊構成若干個閉合環(huán)或附和線路。各級 GPS 網(wǎng)中每個閉合環(huán)或附和線路中的邊數(shù)應符合表 32 的規(guī)定。 表 32 最簡獨立閉合環(huán)或附和線路邊數(shù)的規(guī)定 [7] 級別 A B C D E 閉合環(huán)或附和線路的邊數(shù) ≤ 5 ≤ 6 ≤ 6 ≤ 8 ≤ 10 II 方案設計（圖中 120 為同步環(huán)） 圖 32 方案設計一 圖 33 方案設計二 方案比較 A 基本特征值比較 根據(jù) R. A sany 提出的公式計算 GPS 網(wǎng)的主要特征值 : C= nm/N 式中 C 為觀測時段數(shù) ,n 為網(wǎng)的總點數(shù) , m 為每點設站數(shù) ,N 為接受機數(shù)。在網(wǎng)中 : 總基線數(shù) : J 總 =C*N*(N1)/2 必要基線數(shù) :J 必 = n1 獨立基線數(shù) :J 獨 =C*(N1) 多余基線數(shù) :J 多 =C*(N1)(n1)[2] 總體可靠性指標 =J 多 /J 獨 計算的兩個方案的主要特征值見表 33: 表 33 兩個方案的主要特征值 方案一 方案二 總點數(shù) 38 38 總基線數(shù) 120 114 獨立基線數(shù) 60 57 必要觀測基線數(shù) 37 37 多余觀測基線數(shù) 23 20 復測基線數(shù) 7 3 觀測時段數(shù) 20 19 平均每點設站率 2 總體可靠性指數(shù) 最短邊 (km) 最長邊 (km) 平均邊長 (km) 最簡獨立閉合環(huán)邊數(shù) 4 5 B 設計方案比較 兩個設計方案都以大同礦區(qū)為重點 ,布設 GPS 控制網(wǎng)，在重點發(fā)展區(qū)域網(wǎng)點密度稍大。方案一采用點連接和邊連接的混合連接形式 ,構成異步環(huán)和復測邊，異步環(huán)具有良好的自檢能力 ,能有效地發(fā)現(xiàn)觀測成果的粗差 ,確保網(wǎng)的可靠性 ,復測邊連接時幾何強度較高。方案二是在方案一的基礎上 ,也采用邊點混合連接方式 ,但較方案一的連接方式不同 ,方案設計的指導思想是在滿足精度的基礎上 ,盡量減少人力、物力、財力。 C 成本比較 成本取決于網(wǎng)點總數(shù)和重復設站率，設一臺接收機觀測一期的平均費用為 C，則總費用為 : f=C*S*m 由于方案設站數(shù)多 ,數(shù)據(jù)處理平差費多 ,方案一比方案二多花費大約 1 萬元。 D 精度比較 對于兩種方案的精度 ,因為點位相差不大 ,邊長也相差不大 ,所以兩種方案的精度也相差不大。 利用相鄰點間弦長精度計算公式 : [2] 式中 , GPS 基線向量的弦長中誤差 (mm),亦即等效距離誤差 。 aGPS 接受機標稱精度中的固定誤差 (mm)。 bGPS 接受機標稱精度中的比例誤差系數(shù) (ppm)。 dGPS 網(wǎng)中相鄰點間的距離 (km)。 可計算出 ,方案一最弱邊邊長相對中誤差為 1/ 10 ,平均邊長相對中誤差為 1/ 10 。方案二最弱邊邊長相對中誤差為 1/ 10 ,平均邊長相對中誤差為 1/ 10 ,兩者幾乎無差別 ,且都符合四等城市測量規(guī)范的要求。 E 效率比較 一個 GPS 網(wǎng)中 ,在測量點數(shù)、 GPS 接收機數(shù)和平均重復設站次數(shù)確定后，完成該測量所需的理論最少觀測期數(shù)就可以確定。但是，當按照某個具體的布網(wǎng)方式和觀測作業(yè)方式進行作業(yè)時，要按要求完成整網(wǎng)的測量，所需的觀測期數(shù)與理論上的最少觀測期數(shù)會有所差異，理論最少觀測期數(shù)與設計的觀測期數(shù)的比值，稱之為效率指標 (e)。 [2] 設 GPS 網(wǎng)中點的個數(shù)為 n,用 m 臺接收機進行觀測，則該網(wǎng)的最少觀測期數(shù)為 [11] 如重復設站率以 R 表示，則理論觀測期數(shù)為 R≥ 2 網(wǎng)的效率指標定義如下 : 式中， 是理論設計效率 , 是實際效率， e 是總效率。 根據(jù)以上公式 ,可計算出方案一的可靠性為 : =, =1,e= 方案二的可靠性為 : =, =1,e= 顯然 ,方案二的可靠性比方案一略好。 從以上分析可以看出 ,方案二比方案一花費少 ,技術指標相差不大 ,精度都能滿足要求 ,所消耗的人力、物力、財力、時間都比方案一少 ,所以 ,方案二比方案一要優(yōu) ,故本設計選擇方案二。 所選方案的精度分析 根據(jù)所選方案的獨立基線邊構成的 GPS網(wǎng)成圖 (圖 34),統(tǒng)計出該網(wǎng)中有 38個控制點 ,其中 5個為已知 。57條基線。 圖 34