GPS網(wǎng)的優(yōu)化設計

山西科技SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY2004年第5期9月5日 出版C 0信息技術(shù)GPS網(wǎng)的優(yōu)化設計趙玉太1)王燕2) 胡志剛3)(山西煤田地質(zhì)綜合普查隊)摘要:文章介紹了GPS網(wǎng)的設計指標,提高GPS網(wǎng)精度的方法,布設GPS網(wǎng)時(shí)起算點(diǎn)的選取與分布,高程擬合法適用范圍。關(guān)鍵詞:GPS網(wǎng);優(yōu)化設計;精度;高程擬合中圖分類(lèi)號:TP302文獻標識碼:A文章編號:1004- 6429(2004)05- 19-02CPS網(wǎng)設計的出發(fā)點(diǎn)是在保證質(zhì)量的前提下,盡可能地提整網(wǎng)的多余獨立基線(xiàn)數與總的獨立基線(xiàn)數的比值,稱(chēng)為整網(wǎng)的高效率,努力降低成本。因此,在進(jìn)行GPS網(wǎng)的設計和測設時(shí)，平均可靠性指標(η), 即既不能脫離實(shí)際的應用需求,盲目地追求不必要的高精度和高η= L/可靠性,也不能為追求高效率和低成本,而放棄對質(zhì)量的要求。其中:L,為多余的獨立基線(xiàn)數;h為總的獨立基線(xiàn)數。1 GPS 網(wǎng)設計指標1.4 精度指標。當GPS網(wǎng)布網(wǎng)方式和觀(guān)測作業(yè)方式確定后，1.1 選點(diǎn)GPS網(wǎng)的網(wǎng)形就確定了,根據已確定的GPS網(wǎng)的網(wǎng)形，可以得1)為保證對衛星的連續跟蹤觀(guān)測和衛星信號的質(zhì)量,要求到GPS網(wǎng)的設計矩陣B,從而可以得到GPS網(wǎng)的協(xié)因數陣Q =測站上空應盡可能的開(kāi)闊,在10~159高度角以上不能有成片(B"PB),在GPS網(wǎng)的設計階段可以采用r( Q)作為衡量GPS網(wǎng)的障礙物。精度的指標。.2)為減少各種電磁波對CPS衛星信號的干擾,在測站周?chē)?優(yōu)化GPS網(wǎng)設計的方法約200m的范圍內不能有強電磁波干擾源,如大功率無(wú)線(xiàn)電發(fā)2.1 提高CPS網(wǎng)可靠性的方法射設施、高壓輸電線(xiàn)等。1)觀(guān)測期數(增加獨立基線(xiàn)數)。在布設GPS網(wǎng)時(shí),適當增3)為避免或減少多路徑效應的發(fā)生,測站應遠離對電磁波加觀(guān)測期數(時(shí)段數)對于提高GPS網(wǎng)的可靠性非常有效。因信號反射強烈的地形、地物,如高層建筑成片水域等。為,隨著(zhù)觀(guān)測期數的增加,所測得的獨立基線(xiàn)數就會(huì )增加,而獨4)為便于觀(guān)測作業(yè)和今后的應用,測站應選在交通便利，立基線(xiàn)數的增加,對網(wǎng)的可靠性的提高是非常有益的。上點(diǎn)方便的地方。2)保證- -定的重復設站次數。保證- -定的重復設站次數,5)測站應選擇在土質(zhì)堅實(shí)、易于保存的地方?？纱_保GPS網(wǎng)的可靠性。-方面,通過(guò)在同- -測站上的多次觀(guān)1.2 效率指標。 在進(jìn)行GPS網(wǎng)的設計時(shí),我們經(jīng)常采用效率測,可有效地發(fā)現設站、對中、整平、量測天線(xiàn)高等人為錯誤;另指標來(lái)衡量某種網(wǎng)設計方案的效率,以及在采用某種布網(wǎng)方案一方面,重復設站次數的增加,也意昧著(zhù)觀(guān)測期數的增加。不作業(yè)時(shí)所需要的作業(yè)時(shí)間、消耗等。在布設-一個(gè) GPS網(wǎng)時(shí),在過(guò),需要注意的是,當同一臺接收機在同一測站上連續進(jìn)行多點(diǎn)數接收機數和平均重復設站次數確定后,該網(wǎng)測設所需的個(gè)時(shí)段的觀(guān)測時(shí),各個(gè)時(shí)段間必須重新安置儀器,以更好地消理論最少觀(guān)測期數就可確定。但是,當按照某個(gè)具體的布網(wǎng)方除各種人為操作誤差和錯誤。式和觀(guān)測作業(yè)方式進(jìn)行作業(yè)時(shí),要按要求完成整網(wǎng)的測設,所3)保證每個(gè)測站至少與三條以上的獨立基線(xiàn)相連,這樣可需的觀(guān)測期數與理論上的最小觀(guān)測期數會(huì )有所差異,理論最少以使得測站具有較高的可靠性。在布設GPS網(wǎng)時(shí),各個(gè)點(diǎn)的可觀(guān)測期數與設計的觀(guān)測期數的比值,稱(chēng)之為效率指標(e),靠性與點(diǎn)位無(wú)直接關(guān)系,而與該點(diǎn)上所連接的基線(xiàn)數有關(guān),點(diǎn)即:e= Sma/Ss .上所連接的基線(xiàn)數越多,點(diǎn)的可靠性越高。其中:Smin為理論最少觀(guān)測期數;Sg為設計觀(guān)測期數。4)布網(wǎng)時(shí)要使網(wǎng)中所有最小異步環(huán)的邊數不大于6條。該指標可用來(lái)衡量GPS網(wǎng)設計的效率。在布設GPS網(wǎng)時(shí),檢查CPS觀(guān)測值(基線(xiàn)向量)質(zhì)量的最佳方法1.3可靠性指標。 GPS 網(wǎng)可靠性,可分為內可靠性和外可靠是異步環(huán)閉合差,而隨著(zhù)組成異步環(huán)的基線(xiàn)向量數的增加,其性。所謂GPS網(wǎng)的內可靠性就是指所布設的GPS網(wǎng)發(fā)現粗差檢驗質(zhì)量的能力將逐漸下降。的能力,即可發(fā)現的最小粗差的大小;所謂GPS網(wǎng)的外可靠性2.2 提高GPS網(wǎng)精度的方法就是指CPS網(wǎng)抵御粗差的能力,即未剔除的粗差對CPS網(wǎng)所1)為保證GPS網(wǎng)中各相鄰點(diǎn)具有較高的相對精度,對網(wǎng)中距造成的不良影響的大小。關(guān)于內、外可靠性的問(wèn)題,可以從一離較近的點(diǎn)- -定要進(jìn)行同步觀(guān)測,以獲得它們間的直接觀(guān)測基線(xiàn)。些相關(guān)書(shū)籍上找到更為詳細的敘述,并且還給出了內、外可靠2)為提高整個(gè)GPS網(wǎng)的精度,可以在全面網(wǎng)之上布設框架性指標的算法。由于內、外可靠性指標在計算上過(guò)于繁瑣,因網(wǎng)，以框架網(wǎng)作為整個(gè)CPS網(wǎng)的骨架。此,我們在實(shí)際的GPS網(wǎng)的設計中采用了另外一個(gè)計算較為中國煤化工異步環(huán)邊數不大于6條。簡(jiǎn)單的反映GPS網(wǎng)可靠性的數量指標,這個(gè)可靠性指標就是YHC N M H G度激光測距邊,作為觀(guān)測值與Gr規測值(基線(xiàn)問(wèn)重)一問(wèn)進(jìn)行聯(lián)合平差,或將它們作為起1) 趙玉太,男,1967年出生,1990年畢業(yè)于中國礦業(yè)大算邊長(cháng)。學(xué),工程師,030600,晉中市榆次區5)若要采用高程擬合的方法,測定網(wǎng)中各點(diǎn)的正常高/正高，收稿日期:2004-05-11則需在布網(wǎng)時(shí),選定- -定數量的水準點(diǎn),水準點(diǎn)的數量應盡可能的19●山西科技SHANXI SCIENCE AND TECHNOLOGY2004年第5期9月5 日出版多,且應在網(wǎng)中均勻分布,還要保證有部分點(diǎn)分布在網(wǎng)中的四周，平原地區) ,其擬合的準確度可達到-一個(gè)分米以?xún)?。對于高程將整個(gè)網(wǎng)包含在其中。異常變化劇烈的地區(如山區),這種方法的準確度有限,這主6)提高GPS網(wǎng)的尺度精度,可采用如下方法:增設長(cháng)時(shí)間、要是因為在這些地區,高程異常的已知點(diǎn)很難將高程異常的特多時(shí)段的基線(xiàn)向量。征表示出來(lái)。2.3 布設CPS網(wǎng)時(shí)起算點(diǎn)的選取與分布3.2 選擇合適的高程異常已知點(diǎn)。所謂高程異常的已知點(diǎn)的1)若要求所布設的GPS網(wǎng)的成果與舊成果吻合最好,則起高程異常值- -般是通過(guò)水準測量測定正常高,通過(guò)GPS測量算點(diǎn)數量越多越好,若不要求所布設的GPS網(wǎng)的成果完全與測定大地高后獲得的。在實(shí)際工作中,- -般采用在水準點(diǎn)上布舊成果吻合,則-般可選3~ 5個(gè)起算點(diǎn),這樣既可以保證新老設GPS點(diǎn)或對GPS點(diǎn)進(jìn)行水準聯(lián)測的方法來(lái)實(shí)現,為了獲得坐標成果的一致性,也可以保持GPS網(wǎng)的原有精度。好的擬合結果要求采用數量盡量多的已知點(diǎn),它們應均勻分2)為保證整網(wǎng)的點(diǎn)位精度均勻,起算點(diǎn)- - 般應均勻地分布布,并且最好能夠將整個(gè)GPS網(wǎng)包圍起來(lái)。在GPS網(wǎng)的周?chē)?避免所有起算點(diǎn)分布在網(wǎng)中一側的情況。3.3高程異常 已知點(diǎn)的數量。若要用零次多項式進(jìn)行高程擬2.4布設GPS網(wǎng)時(shí)起算邊長(cháng)的選取與分布合時(shí),要確定1個(gè)參數,因此,需要1個(gè)以上的已知點(diǎn);若要采用在布設GPS網(wǎng)時(shí),可以采用高精度激光測距邊作為起算一次多項式進(jìn)行高程擬合,要確定3個(gè)參數,需要3個(gè)以上的已邊長(cháng),激光測距邊的數量可在3~5個(gè)左右，它們可設置在GPS知點(diǎn);若要采用二次多項式進(jìn)行高程擬合,要確定6個(gè)參數,則網(wǎng)中的任意位置。但激光測距邊兩端點(diǎn)的高差不應過(guò)分懸殊。需要6個(gè)以上的已知點(diǎn)。大多軟件用二次多項式進(jìn)行高程擬2.5 布設GPS網(wǎng)時(shí)起算方位的選取與分布合,因此大范圍GPS網(wǎng)布設時(shí)需要6個(gè)以上的高程已知點(diǎn)為好。在布設GPS網(wǎng)時(shí),可以引人起算方位,但起算方位不宜太3.4 分區擬合法。若擬合區域較大,可采用分區擬合的方法,即多,起算方位可布設在GPS網(wǎng)中的任意位置。將整個(gè)GPS網(wǎng)劃分為若干區域,利用位于各個(gè)區域中的已知點(diǎn)分3 GPS 網(wǎng)設計中GPS高程擬合的注意事項別擬合出該區域中的各點(diǎn)的高程異常值,從而確定出它們的正常3.1 適用范圍。GPS高程擬合的方法,是理論上的一種純幾高。這樣GPS網(wǎng)擬合高程會(huì )更接近真實(shí)值。何方法,因此,-般僅適用于高程異常變化較為平緩的地區(如(校對: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況況況況況風(fēng)況況況況況況況況況況易況況況況公況況況況況況況況況狠況況況風(fēng)迅迅織況況況況決況況恐觀(guān)(上接第7頁(yè))燾崇信道教,曾-度滅佛興道。并且迎請嵩山道士寇謙之到京其三獨特的建筑方法。從外觀(guān)仰看,層層疊疊的殿閣,全都平城(今大同)設立道壇。太平十五年,孝文帝拓跋宏下詔將依仗那些不足碗口粗的明柱支撐,難免令人倒吸涼氣,心驚肉天師道場(chǎng)移到了恒山,按照寇謙之臨終遺言:修建一座空中寺跳。其實(shí),全部建筑的著(zhù)力點(diǎn)都在山體之上。先在巖體上鑿院,以“.上延霄客,下絕囂浮”,即上達天庭,下離塵囂,超凡脫俗，洞,洞口小肚大,然后在洞中放置錐形的木楔,把橫梁的--端加海納百川。修成后,這座空中樓閣集儒釋道三教合- ,成為三工成剪刀形,再猛力砸人石洞,木楔就被嵌入橫梁,外力越大，教信徒的圣地,也順理成章地得到歷代統治者的重視和保護。咬合就越緊。這樣- -來(lái),橫梁的承重事實(shí)上借用了巖體的巨大其二獨特的建筑選址。懸空寺背靠翠屏山,面對恒山,建托力。橫梁被叫做“鐵扁擔" ,是用當地特產(chǎn)的質(zhì)地密實(shí)堅硬的在山腰中間的凹處,大風(fēng)吹不進(jìn)去,空氣卻很流通;屋頂有山峰鐵衫木加工而成的。木材彈性大、抗震性能好，變形能力強。遮陰,能見(jiàn)到日頭,但又不暴曬。夏天,只有上午的三個(gè)多小時(shí)事先已用桐油浸過(guò)所以不怕白蟻蛀蟲(chóng),還能防腐。其實(shí),這就能照射陽(yáng)光,避光而又不潮濕。雨季,山上的積水,沿著(zhù)寺頂橫是古代修筑棧道的方法,懸空寺事實(shí)上就是棧橋式懸壁建筑。列突出的巖石,向遠離殿閣的地方瀉走。正常天氣時(shí),寺廟建至于我們看到的那一根根明柱,也并非故弄玄虛，每條柱子與筑還可承受到少量的天然雨水，得到甘露- -樣的滋潤。 所以，橫梁的連接點(diǎn)都是經(jīng)過(guò)精心計算的,或承重、或起平衡作用。這地方避風(fēng)避光又避水。這就是寺廟的建筑材料不霉不爛、尤其是 當建筑的負荷增大時(shí),它們才真正發(fā)揮作用。不裂不脆,能夠經(jīng)久不朽的原因。懸空寺真是利用建筑力學(xué)的一大杰作! (校對:安 平)The Brightness of Science and Technology in Shanxi' sScenic Sports and Historical SitesZhang Xia, Zhang中國煤化工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