【正文】 征值:式中C為觀測時段數(shù)，n為網(wǎng)的總點數(shù)，m為每點設(shè)站數(shù)，N為接受機數(shù)。⑦GPS網(wǎng)必須由非同步獨立觀測邊構(gòu)成若干個閉合環(huán)或附和線路。⑤為了便于GPS的測量觀測和水準(zhǔn)聯(lián)測，減少多路徑影響，GPS網(wǎng)點一般應(yīng)設(shè)在視野開闊和交通便利的地方。重合點一般不少于3個，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(zhuǎn)換參數(shù)。②GPS網(wǎng)作為測量控制網(wǎng)，其相鄰點間基線向量的精度，應(yīng)分布均勻。這種模型的特點是：觀測過的基線邊構(gòu)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。1ppm，滿足精度要求。根據(jù)D級GPS網(wǎng)的要求我們采用邊點結(jié)合的混合式布網(wǎng)方法。 GPS網(wǎng)的時段設(shè)計有點連式、邊連式和網(wǎng)連式三種基本方法。30′，投影面與54北京坐標(biāo)系相同而建立的坐標(biāo)系統(tǒng)。因此需要結(jié)合測區(qū)概況和已有資料(圖41),進行GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計。(1）技術(shù)設(shè)計的依據(jù)2001年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布的《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》 。1989年航攝，1992年成圖，1994年縮編成圖。礦區(qū)原有國家二等三角網(wǎng)8個，經(jīng)野外踏勘，發(fā)現(xiàn)有3個已明顯被破壞或受采動影響；現(xiàn)只有代家溝、孫家溝、羊坊、懷仁、土臺山5個點的標(biāo)石保存完好（如圖41）。礦區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)煤礦55處，其中國有重點煤礦18處，設(shè)計能力3645萬噸/年。礦區(qū)供水水源以第四系潛水為主，現(xiàn)有大同市的白馬城水源地以及時莊水源地，供水量嚴重不足，需另找新的水源。 通往礦區(qū)的鐵路有大同—王村、大同—燕子山兩條礦區(qū)專用線，各煤礦集運站都分散在兩條專用線周圍。境內(nèi)主要山脈有七峰山、雞爪山、大鐘山、馬武山等；主要河流有口泉河、十里河，均為季節(jié)性河流。區(qū)內(nèi)為平緩的丘陵地貌，西南高，東北低。該網(wǎng)不但要滿足日常采礦生產(chǎn)需要,而且還要顧及遠景規(guī)劃及預(yù)測區(qū)，控制面積約600平方公里，測量范圍（如圖41）為：圖41 已知點分布圖東至：550km(大同礦區(qū)獨立坐標(biāo)系)南至：4415km西至：534km北至：4439km大同礦區(qū)位于山西省大同市西南，地跨大同、朔州兩市，地處東經(jīng)112度53分─113度12分，北緯39度55分─40度08分，距市區(qū)12。但是該礦區(qū)原有測量控制網(wǎng)為90年代建立，歷經(jīng)十幾年的采礦影響，認為破壞及地貌變化，使原有控制點大部分失去控制作用，使得服務(wù)于日常生產(chǎn)的多項測量工作難以正常進行，遠遠不能滿足礦山生產(chǎn)和工程建設(shè)的需要。因此進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時，已知大地控制點應(yīng)選擇相同等級的點，這樣求得的轉(zhuǎn)換參數(shù)才能滿足需要 。這3組結(jié)果雖然表現(xiàn)形式不同，但他們之間是互相等價的，他們之間存在著嚴格的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系，利用其中一種可以解算出其他兩種因此在網(wǎng)平差中，可以根據(jù)自己的需要選取。在工程網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理中，我們一般使用GPS接收機的隨機處理軟件。如需要正常高，還應(yīng)與若干水準(zhǔn)點重合，或?qū)PS點進行水準(zhǔn)聯(lián)測。用GPS測量布設(shè)工程控制網(wǎng)時，獲得的是WGS 84坐標(biāo)系統(tǒng) ，這就需要將GPS測量的WGS 84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地方坐標(biāo)，因此布網(wǎng)時，一些網(wǎng)點需要與部分具有地方坐標(biāo)的點位重合。GPS數(shù)據(jù)處理就是從原始觀測值出發(fā)得到最終的測量定位成果，其數(shù)據(jù)處理大致分為GPS測量數(shù)據(jù)的基線解算、GPS基線向量網(wǎng)平差以及GPS網(wǎng)平差或與地面網(wǎng)聯(lián)合平差幾個階段。若采樣間隔為15s，則每15s記錄一組觀測值，一臺接收機連續(xù)觀測一小時將有240組觀測值。 在點位上方無高壓輸電線，距點位100米范圍內(nèi)不能有變電站；遠離大功率的電臺、微波中繼站等輻射電源。 點位應(yīng)避開大型金屬物體、大面積水域和其它易反射電磁波等物體，以避免產(chǎn)生多路徑效應(yīng)誤差。了解站位所在地的規(guī)劃情況、社會情況、風(fēng)土人情，根據(jù)實際情況確定點位的位置。點位應(yīng)選在交通方便的地方，一是在觀測時上點方便；二是節(jié)約搬站時間，同時也節(jié)約了測量費用；三是方便利用，能充分發(fā)揮點位的效率。在實地選點時，首先要避開斷裂帶，避開地質(zhì)不穩(wěn)定的地方，這些地方不能確定其運動的方向和速率，在數(shù)據(jù)處理時無法進行地殼運動改正：因此選址時，要選在地質(zhì)相對穩(wěn)定的地方，如巖石上、基巖上：在沒有基巖的地方，建立土層點時．也要考慮當(dāng)?shù)赝临|(zhì)的穩(wěn)定性，如避開松軟的土層等。 點位的地質(zhì)條件?；咀裱韵略瓌t： l、站點周圍的地理環(huán)境。 控制網(wǎng)的點位選擇 GPS網(wǎng)點的選擇在整個網(wǎng)的布設(shè)中是關(guān)鍵的一步，也是非常重要的，不僅關(guān)系整個網(wǎng)的精度，也關(guān)系到控制網(wǎng)完成后的利用效率和產(chǎn)生的經(jīng)濟效益。 GPS網(wǎng)的精度設(shè)計 對于 GPS 網(wǎng)的精度要求，主要取決于網(wǎng)的用途和定位技術(shù)所能達到的精度，精度設(shè)計時，根據(jù)任務(wù)要求和具體的服務(wù)對象以滿足工程要求為前提。在沒有外部尺度基準(zhǔn)的情況下，在網(wǎng)中選擇一條長基線，并對該基線進行長時間、多次觀測，最后取多次觀測時段所得到的基線的平均值，以其邊長作為網(wǎng)的尺度基由于它是不同時段的平均值，尺度誤差基本上可以抵消。對于邊長小于50km的GPS網(wǎng)，可用較高精度的測距儀測量2—3條基線邊，作為整網(wǎng)的尺度基準(zhǔn)。 盡管GPS觀測的基線向量本身已含有尺度信息，但由于GPS網(wǎng)的尺度含有系統(tǒng)誤差，為有效地降低或消除這種尺度誤差，還需要提供外部尺度基準(zhǔn)。在一般情況下，對于一些區(qū)域性的GPS網(wǎng)，如城市、礦山和工程GPS網(wǎng)，其是否精確位于地心坐標(biāo)系統(tǒng)，并不特別重要，因此，這時多采用最小約束平差法。雖然從理論上說，在網(wǎng)的平差計算中，給所有的已知位置以適當(dāng)?shù)臋?quán)，是最為嚴格的方法，但是，如何適當(dāng)?shù)拇_定已知位置的權(quán)，及其與網(wǎng)中其它觀測量權(quán)的比例關(guān)系，則是一個需要慎重考慮的問題。 約束平差法，在確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)的同時，對GPS網(wǎng)的方向和尺度也會產(chǎn)生影響，其影響程度，與約束條件的多少，及所取觀測值的精度有關(guān)。 前兩種方法，對GPS網(wǎng)定位的約束條件最少，所以，通常稱為最小約束法；而后兩種方法，對平差計算則存在若干約束條件，其約束條件的多少，取決于在網(wǎng)中所選點的數(shù)量，這種方法，通常稱為約束法。GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)設(shè)計，一般主要是指確定網(wǎng)的位置基準(zhǔn)問題。在僅含有相對觀測量的GPS網(wǎng)中，網(wǎng)的方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)，由在平差計算中作為相關(guān)觀測量的基線向量唯一的確定；而網(wǎng)的位置基準(zhǔn)，則決定于所取網(wǎng)點坐標(biāo)的近似值系統(tǒng)和平差方法。在GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)網(wǎng)的用途，提出確定網(wǎng)的基準(zhǔn)的方法和原則。 網(wǎng)的基準(zhǔn)包括網(wǎng)的位置基準(zhǔn)、方向基準(zhǔn)和尺度基準(zhǔn)。根據(jù)GPS測量特點分析可知，GPS網(wǎng)需要以一個點的坐標(biāo)為定位基準(zhǔn)，而此點的精度高低直接影響到網(wǎng)中各基線向量的精度和網(wǎng)的最終精度。GPS網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計主要歸結(jié)為兩大內(nèi)容的設(shè)計：(1)GPS網(wǎng)的基準(zhǔn)優(yōu)化設(shè)計。GPS控制網(wǎng)的精度與其幾何圖形結(jié)構(gòu)無關(guān)，且與觀測權(quán)相關(guān)甚小，而其精度主要取決于網(wǎng)中各點發(fā)出基線的數(shù)目及基線的權(quán)陣。根據(jù)GPS測量特點可知，GPS網(wǎng)至少需要一個點的坐標(biāo)為定位基準(zhǔn)，而此點的精度高低直接影響到網(wǎng)中各基線向量的精度和網(wǎng)的最終精度。由于許多工程完成后需要進行常規(guī)測量，因此布點時根據(jù)需要確定點位的位置，并考慮其圖形結(jié)構(gòu)。雖然GPS 測量不受地面圖形影響，但布網(wǎng)時也應(yīng)考慮點位的圖形結(jié)構(gòu)，這是因為:較大測區(qū)工程控制網(wǎng)布設(shè)時，不可能一次完全選點，而是采用逐步推進的方法，若不考慮圖形結(jié)構(gòu),最后整個控制網(wǎng)易產(chǎn)生扭曲。無測區(qū)是面狀還是線狀，都應(yīng)首先根據(jù)點位分布情況選擇若干點做一骨架網(wǎng)，然后再利用該網(wǎng)進行工程網(wǎng)的布設(shè)，也就是分成二級控制。如精度要求較高時，點與點之間應(yīng)構(gòu)成直接邊。當(dāng)測區(qū)范圍較大時（幾百平方公里），為保證控制網(wǎng)點的整體精度，應(yīng)使用經(jīng)典大地測量方法布設(shè)控制網(wǎng)。但也應(yīng)注意以下幾個問題：①除了特殊需要，一般GPS 基線長度相差不要過大，這樣可以使GPS 測量的精度分布均勻；②GPS 網(wǎng)不要有開放式的網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，應(yīng)構(gòu)成封閉式閉合環(huán)和子環(huán)路；③應(yīng)盡量消除多路徑影響，防止GPS信號通過其他物體反射到GPS 天線上，因此應(yīng)避開強反射的地面，避開強反射環(huán)境，如山谷、山坡、建筑物等；④避開強電磁波干擾，設(shè)站應(yīng)遠離雷達站、電臺、微波中繼站等。 （5）在網(wǎng)點附近布設(shè)一個通視良好的方位點，以便方便連測。 （3）GPS 應(yīng)該考慮布設(shè)一些水準(zhǔn)連測點。 GPS布設(shè)的一般原則 （1）通過獨立觀測邊構(gòu)成閉合圖形，閉合環(huán)邊3—7 個，有一定數(shù)量的重復(fù)觀測邊。小城市或工程控制網(wǎng)可聯(lián)測2～3個點。表31《規(guī)范》規(guī)定的閉合環(huán)或附合線路邊數(shù)級別ABCDE閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)≤5≤6≤6≤8≤10表32《規(guī)程》規(guī)定的閉合環(huán)或附合線路邊數(shù)[3]等級二等三等四等一級二級閉合環(huán)或附合路線的邊數(shù)≤6≤8≤10≤10≤10 （4）為求得GPS點在地面坐標(biāo)系的坐標(biāo)，應(yīng)在地面坐標(biāo)系中選定起算數(shù)據(jù)和聯(lián)測原有地方控制點若干個。各等級GPS網(wǎng)中每個閉合環(huán)或附合線路中的邊數(shù)應(yīng)符合表65和表66的規(guī)定。網(wǎng)布點要求的舊有控制點，應(yīng)充分利用其標(biāo)石。 （2）在布網(wǎng)設(shè)計中應(yīng)顧及原有測繪成果資料以及各種大比例尺地形圖的沿用，宜采用原有坐標(biāo)系統(tǒng)。GPS因此，GPS網(wǎng)形設(shè)計布設(shè)應(yīng)遵循一定的原則： （1）GPS顯然該圖線呈封閉狀，可靠性指標(biāo)提高，外業(yè)工作量也比邊連式有一定的減少。 圖33 邊點混合連接示意圖圖33是在點連接圖31的基礎(chǔ)上加測四個時段，把邊連式與點連式結(jié)合起來，得到的幾何強度改善的布網(wǎng)設(shè)計方案。4．邊點混合連接式 邊點混合連接式是指把點連式與邊連式有機地結(jié)合起來，組成GPS網(wǎng)以保證網(wǎng)的幾何強度，提高網(wǎng)的可靠指標(biāo)，它實際上是點連式、邊連式和網(wǎng)連式的一個綜合應(yīng)用。3．網(wǎng)連式 所謂網(wǎng)連式布網(wǎng)方法，是指相鄰?fù)綀D形之間有兩個以上公共點相連接，相鄰?fù)綀D形之間存在相互重疊的部分，即某一同步圖形的一部分是另一同步圖形中的一部分。多余基線數(shù)10條。最少觀測同步圖形為11個，總基線為33條。邊連式具有較高的圖形強度和作業(yè)效率，但若連接邊有問題，則可能會出現(xiàn)網(wǎng)的整體平移。2．邊連式 邊連式布網(wǎng)方法是指相鄰?fù)綀D形之間通過2個公共點相連，即同步圖形由1條公共基線連接，如圖32所示。因此，所構(gòu)成的網(wǎng)形抗粗差定位能力差，網(wǎng)的幾何強度也較弱。圖31中有13個定位點，沒有多余觀測（無異步檢核條件），最少觀測時段6個（同步環(huán)），最少必要觀測基線為12條，6個同步圖形中總共有12條獨立基線。1．點連式 點連式是指相鄰?fù)綀D形之間僅有一個公共點的連接，如圖31所示。同步圖形擴展式的作業(yè)方式具有作業(yè)效率高、圖形強度好的特點，它是目前在GPS測量中普遍采用的一種布網(wǎng)形式。當(dāng)GPS網(wǎng)測站數(shù)多于所使用的接收機數(shù)時，就不得不采用分區(qū)觀測。側(cè)重考慮如何保證和檢核GPS數(shù)據(jù)質(zhì)量；同時還要考慮接收機類型、數(shù)量和經(jīng)費、時間、人力及后勤保障條件等因素，以期在滿足要求的前提條件下，取得最佳的效益。也有布設(shè)成星形連接、附合導(dǎo)線連接、三角鎖形連接等。而在GPS 圖形設(shè)計時，因GPS 同步觀測不要要通視，所以其圖形設(shè)計具有較大的靈活性?？刂凭W(wǎng)布設(shè)方法應(yīng)根據(jù)網(wǎng)的不同用途選擇采用，同時還要考慮接收機類型、數(shù)量和經(jīng)費、時間等，這樣才能揚長避短，取得最佳的經(jīng)濟效益。它廣泛地應(yīng)用于工程測量、邊界測量、地籍測量和碎部測量等方面，定位中采用快速定位的作業(yè)模式。而星形網(wǎng)的幾何圖形簡單，直接觀測邊之間不構(gòu)成任何閉合圖形，所以檢驗和發(fā)現(xiàn)粗差的能力差。 在GPS 高級網(wǎng)中需進一步加密控制點時，可采用附和線路。其缺點主要是非直接觀測的基線邊精度較直接觀測邊低，相鄰點間的基線精度分布不均勻。 由若干個含有多條獨立觀測邊的閉合環(huán)所組成的網(wǎng)，稱為環(huán)形網(wǎng)。這種網(wǎng)的主要缺點是觀測工作量較大，尤其當(dāng)接收機的數(shù)量較少時，將使觀測工作的時間大為延長。這種網(wǎng)的幾何圖形結(jié)構(gòu)強，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。GPS觀測工作可以在任何地點、任何時間連續(xù)地進行，一般也不受天氣狀況的影響。 (5)GPS測量的自動化程度很高，在觀測中測量員的主要任務(wù)只是安裝并開關(guān)儀器、量取儀器高和監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)和采集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其他觀測工作，如衛(wèi)星的捕獲、跟蹤觀測等均由儀器自動完成。 (4)目前，利用經(jīng)典靜態(tài)定位方法，完成一條基線的相對定位所需要的觀測時間，根據(jù)要求的精度不同，一般約為1～3h。 (3)定位精度高。GPS測量雖不要求觀測站之間相互通視，但必須保持觀測站的上空開闊，以使接收GPS衛(wèi)星的信號不受干擾。傳統(tǒng)測量要求測站點之間既要保持良好的通視條件，又要保障三角網(wǎng)的良好結(jié)構(gòu)。用戶站接收GPS衛(wèi)星的載波相位與來自基準(zhǔn)站的載波相位，并組成相位差分觀測值進行實時處理，能實時給出厘米級的定位結(jié)果。它能實時提供觀測點的三維坐標(biāo)，并達到厘米級的高精度。隨之而來的是更加精密的測量技術(shù)—載波相位差分技術(shù)。差分GPS的出現(xiàn)，能實時給定載體的位置，精度為米級，滿足了引航、水下測量等工程的要求。這些技術(shù)的應(yīng)用對推動精密GPS測量起了促進作用。于是探求快速測量的方法應(yīng)運而生。但為了可靠地求解出相位模糊度，要求靜止觀測一兩個小時或更長時間。 3. 載波相位差分原理。與位置差分相似，偽距差分能將兩站公共誤差抵消，但隨著用戶到基準(zhǔn)站距離的增加又出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差，這種誤差用任何差分法都是不能消除的。然后將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽距。在基準(zhǔn)站上的接收機要求得它至可見衛(wèi)星的距離，并將此計算出的距離與含有誤差的測量值加以比較。幾乎所有的商用差分GPS接收機均采用這種技術(shù)。 2. 偽距差分原理。以上先決條件是基準(zhǔn)站和用戶站觀測同一組衛(wèi)星的情況。基準(zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)發(fā)送出去，由用戶站接收，并且對其解算的用戶站坐標(biāo)進行改正。安裝在基準(zhǔn)站上的GPS接收機觀測4顆衛(wèi)星后便可進行三維定位，解算出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)。 1. 位置差分原理。這三類差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對其測量結(jié)果進行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。在