摘要
本文主要讨论了GPS控制网的优化设计问题，同时还介绍了GPS卫星定位系统的组成、GPS卫星定位的基本原理、GPS控制网的构网特点和构网方式、GPS控制网网形设计的一般原则。
控制网优化设计的目的就是在各种设计方案中选择即可满足精度、可靠性要求,又能使整个建网费用最少。因而本文论述了控制网基准优化、精度估算、经费估算、可行性分析等方面的理论与方法, 介绍了GPS网优化设计的方法和步骤，探讨了优化设计的数学模型。并介绍了经典控制网优化的质量标准，经典控制网优化设计的分类和方法。通过比较，论述GPS网优化设计的特点和优点。
随着GPS网的广泛应用，人们开始着手研究GPS网的优化设计问题，本为把GPS网与常规网比较，分析了他们的异同点。探讨了GPS网的优化设计问题。在GPS作业前，应设计出一种比较实用的既能满足一定精度和可靠性要求,又有较高精度指标的布网作业计划，这就是GPS网的优化设计问题
为了解决控制网优化设计问题, 得出在布网方案和平差模型方面都与经典网不同的情况下, 控制网优化设计的方法, 本文从经典控制网优化设计着手, 总结了控制网优化设计的数学模型, 推导了控制网优化设计的精度估算指标、可靠性估算指标和经费估算指标, 并在此基础上总结出了控制网优化设计的方法与具体步骤。最后给出了一个应用实例。
关键词：GPS控制网;优化设计;估算指标
I
THE OPTIMIZATION AND DESIGN OF GPS
CONTROL NETWORKS
XIE Ya-qi
Abstract: This paper main discussed the problem of optimal design of GPS network, It also presents
the GPS Satellite positioning system components、the basic principles of GPS Satellite positioning system、Network configuration features and mode of GPS network characteristics、the general principles of GPS network net-shaped design.
the purpose of the optimal design of GPS network is, in various design options select to meet the accuracy and reliability requirements, and it also enabled the least-cost network building. Thus This article discusses the control network benchmark optimization、accuracy of estimates、funds of estimates、feasibility analysis and other areas of theory and method, Introduced the methods and specific steps of optimal design of GPS network, Discussed a mathematical model of optimal design. And introduced quality standards of classical optimal design, the categories and method of classical optimal design. By comparison, describes the characteristics and advantages of optimal design of GPS network.
According to the wide application of GPS network,people start to notice the importance of the optimization and design of GPS control networks. Comparing traditional networks with GPS ones,this paper analyzes their difference an sinilarty.And discussion. The optimal design of GPS control network. Before the GPS Operating, Should design a more practical can meet the requests of some precision and reliability,also have high precision of the cloth net operating plan, This is the problem of optimal design of GPS network
In order to solve the problem of optimal design of GPS network, the method of optimal design of optimal design of GPS network is obtained under the condition of much more difference between GPS network and traditional network not only in strategy of designing network, but in adjustment models as well. From optimal design of traditional network, the paper sums up the optimized mathematical model of GPS network, and derives the accuracy estimation indicators and reliability estimation indicators and cost estimation indicators of optimal design of GPS network. On this basis, the paper sums up methods and specific steps of optimal design of GPS network. Finally, an application example.
Key word: GPS network; optimal design; indicators of estimation
II
目录 第1章 绪论 .......................................... 1
1.1 选题目的及研究意义 ................................................................................................................. 1 1.2 研究现状及存在的问题 ............................................................................................................. 2 1.3 本文的工作 .................................................................................................................................... 2
第2章 GPS概论 ...................................... 3
2.1 GPS卫星定位系统组成 .............................................................................................................. 3 2.1.1 GPS工作卫星及星座 .......................................................................................................... 3 2.1.2 地面监控系统 ....................................................................................................................... 4 2.1.3 GPS信号接收机 ................................................................................................................... 5 2.2 GPS卫星定位基本原理 .............................................................................................................. 6
第3章 GPS控制网的优化设计 .......................... 8
3.1 GPS网的简介 ................................................................................................................................. 8 3.2 GPS控制网网形设计的一般原则 ......................................................................................... 10 3.3 GPS控制网优化设计的内容 ................................................................................................... 12 3.3.1 GPS控制网基准的优化设计 .......................................................................................... 12 3.3.2 GPS网的精度设计 ............................................................................................................. 13 3.3.3 GPS控制网可靠性设计 ................................................................................................... 15 3.3.4 经费估算 .............................................................................................................................. 20 3.3.5 实例........................................................................................................................................ 20
第4章 GPS控制网优化设计的方法与具体步骤 ............ 22
4.1 GPS控制网优化设计的方法 ................................................................................................... 22 4.2 GPS控制网优化设计的具体步骤 ......................................................................................... 22
第5章 GPS控制网优化设计的数学模型与实例 ............ 23
5.1 GPS控制网优化设计的数学模型 ......................................................................................... 23 5.2 大同矿区GPS控制网设计实例 ............................................................................................. 23 5.2.1 任务来源及工作量............................................................................................................ 23 5.2.2 测区概况 .............................................................................................................................. 24
III
5.2.3 布网方案 .............................................................................................................................. 25 5.2.4 方案比较 .............................................................................................................................. 28
5.2.5 所选方案的精度分析 ........................................... 30
第6章 经典控制网的优化设计 ......................... 35
6.1 简述 ............................................................. 35 6.2 控制网的质量标准 ................................................. 35 6.3 优化设计的分类和方法 ............................................. 36
第7章 GPS控制网较经典控制网优化的不同 ............. 39 总结与展望 .......................................... 40 致谢 ................................................ 41 参考文献 ............................................ 42
IV
第1章 绪论 1.1 选题目的及研究意义
20 世纪80 年代GPS(Global Positioning System) 的出现给大地测量带来了一场新的革命，由于其具有控制点间不需要相互通视、测量速度快、精度高、能全天候作业等常规测量方法无法比拟的优点，在城市或工程控制网的测量中，它基本已取代了常规的测量方法，因此对GPS控制网的设计与优化进行研究具有较强的现实意义。
在测绘学科方面，控制网的优化设计一直是人们感兴趣的课题之一。随着对控制网的质量标准问题进行了深入的研究， Baarda提出了评价控制网质量的三项标准， 即精度、可靠性（即抵抗观测粗差及其影响的能力）和经济性，并于1971年首先引入了准则矩阵的概念，提供了一种更为全面和精密的精度标准。Grafarend对控制网优化设计问题作了广泛的理论研究，提出了现己为国际上所公认的四阶段优化分类概念， 系统地应用了各种数学规划方法来解决控制网优化设计问题。近年来，随着GPS技术的出现，由于其具有控制点间不需要相互通视、测量速度快、精度高、能全天候作业等常规测量方法无法比拟的优点，它的应用越来越广泛，但是GPS无论是在布网方案还是在平差模型方面，都与经典网有许多不同之处，导致了网的优化设计和常规控制网的优化设计有很多的不同。例如：经典网的一级优化时，要求网的几何角度为60 度左右，这对网的精度是十分重要的，而GPS网的精度与网形基本没什么关系。再如：经典网在网形设计之后注重对观测权的优化设计，而GPS 网则不同，因为在GPS 观测过程中，当整周模糊度确定之后，再延长观测时间，观测量的权也不会有明显的变化了。因此对GPS网的优化设计进行研究具有较强的现实意义和广阔的应用前景。
应用全球定位系统(GPS)建立控制网已经非常普遍。GPS控制网技术设计是进行定位的基础性工作，它是依据测量任务书提出的网的用途、精度、密度和经济指标，结合国家有关测量规程的规定，经过现场踏勘，在确定的地形、地物、交通等条件下，对控制网的坐标基准投影面、投影带、网形、外业观测调度等方面进行具体设计，并根据所设计的控制网图形和所选择接收机的精度进行控制网精度、可靠性的估算。在各种设计方案中选择即可满足精度、可靠性要求，又能使整个建网费用最少。达到控制网优化设计的目的。本论文将阐述研究GPS控制网的优化设计。
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