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摘要：本文就带状GPS控制网的构网特点和构网原则进行了简单阐述，对长输管线的工程特点及长输管线带状首级GPS控制网的优化设计进行了简单探讨。
关键词：带状GPS控制网；优化设计；探讨
中图分类号：P228.4文献标识码：A 文章编号：
GPS 静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点，其相对于常规控制测量无与论比的优越性决定了它在控制测量中的主导地位，例如：选点灵活、受客观条件影响小，全天侯作业，观测时间短、节省人力物力财力等等，对控制网的优化设计及高效完成起着主导性的作用。随着社会的不断发展，公路、铁路、水利、电力、石油运输、市政管线等等一些投资大、定位精度要求高的工程对测量技术提出的要求越来越高。这些工程最大的特点就是处于狭长的带状区域或偏远的山区，传统的三角网或导线网很难满足工程的需要，而且效率低、费用高。带状 GPS 网与块状 GPS 网最大的区别在于，块状 GPS 网控制点分布均匀，各基线的长度相差不大。而带状 GPS 控制网控制点总体呈带状分布，基线长度相差比较大。如本工程控制网中最长基线与最短基线长度相差 8 公里左右。这将造成各基线对网的作用相差较大。
1 长输管线GPS控制网的构网特点与构网原则
一般的长距离输油、输气管线长度都能达到数百公里甚至上千公里，测量工作贯穿工程建设的可行性研究、初步设计、施工测绘、管线施工、竣工图测绘等各个阶段，为管线设计提供中线两侧各100米左右狭长带状分布的全线带状地形图、线路全程纵断面图、局部穿跨越放大平面图，局部放大纵断面图、站场及阀室地形图等现场测绘资料。因此，为满足工程需要长输管线GPS控制网一般沿线路按点对布设，构成由大地四边形或中心多边形延伸的覆盖管道中线的带状网。
2 长输管线GPS网的优化设计
长输管线GPS控制网的优化设计，是在限定精度、可靠性和费用等质量标准下，寻求网设计的最佳极值。与经典控制网的优化设计不同， GPS网是一种非层次结构的，可一次扩展到所需的密度；对天观测卫星，不需要点间相互通视；测量精度与网形无关，与观测卫星的几何分布密切相关。
2.1 基准优化设计
GPS网的基准优化设计主要是对坐标未知参数进行设计。基准选取的不同将会对网的精度产生直接影响，其中包括GPS网基线向量解中位置基准的选择，以及GPS网转换到地方坐标系所需的基准设计。由于GPS尺度往往存在系统误差，也应对GPS网的尺度基准进行优化设计。
GPS基线向量解算中作为位置基准的固定点误差是引起基线误差的一个重要因素，使用测量时获得的单点定位值作为起算坐标其误差较大，且使用不同点作为基准时其基线向量差可达数厘米，因此必须对网的位置基准进行优选设计。
位置基准优化方案：
2.1.1 采用网中具有较准确WGS-84系坐标的点作为GPS网的固定位置基准。
2.1.2 采用网中具有较高单点定位的Doppler点或SLR站点GPS网中的一点或多点基准。
2.1.3 无任何其他起算数据时，可采用网中一点多次GPS观测的伪距坐标作为网的位置基准。
2.2 精度优化设计
GPS网的精度不受网点所构成的几何图形的影响，即其精度与网中各点的坐标及边与边之间的角度无关，而只与网中各点所发出的基线数目及基线的权阵有关。GPS网的精度设计是根据偶然误差传播定律，按照一定的精度设计方法，分析网中各未知点平差后预期能达到的精度。管道GPS控制测量分为国家等级点的加密控制测量（D级）和线路控制测量（E）级两级。GPS网相邻点间弦长精度通常表示为：
在满足工程需求的前提下，设计合理的测量精度不但可以极大地节约成本，而且能够圆满的完成工程的预期目标。
2.3 施测方案优化设计
GPS野外观测工作主要是接收GPS卫星信号数据，由于GPS观测精度与所接收信号的卫星的几何分布及所观测的卫星数目密切相关。而作业的效率与所选用的接收机数目、观测的时间、观测的顺序密切相关。因此，在进行GPS外业观测之前做好卫星星历预报，拟定观测调度计划，对于保证观测工作的顺利完成、保障观测结果的精度及提高作业效率是及其重要的。
优化方案：
2.3.1 紧扣测量目的布网。对于长输管线而言应尽量布设成大地四边形或中心多边形延伸的带状网，在满足工程要求以及GPS测量相关规定的前提下尽量把点位布设在交通便利，易于擺站，工程利用方便的地方。
2.3.2 预测最佳观测时间。卫星星历预报要准确的预测观测当天测区的卫星GDOP值，可见卫星数量和时间以及天气状况等，以便于选取最佳的观测时段，保证观测成果质量。
2.3.3 安排最佳上点计划。GPS网平差计算要求每个时段必须进行同步观测，即每台接收机同时观测同一组卫星足够的时间，这就需要对每一组仪器设备的上点路线，到达时间，进行科学准确的计划安排，有一点失误都会影响到整个观测方案的顺利实施。
3 GPS 网的可靠性与精度分析
增加观测期数（增加独立基线数）。在布设 GPS 网时，适当增加观测期数（时段数）对于提高 GPS 网的可靠性非常有效。因为，随着观测期数的增加，测得的独立基线数就会增加，而独立基线数的增加，对网的可靠性的提高是非常适宜的。
保证一定的重复设站次数，可确保 GPS 网的可靠性。一方面，通过在同一测站上的多次观测，可有效地发现设站、对中、整平、量测天线高等粗差；另一方面，重复设站次数的增加，也意味着观测期数的增加。不过，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，以更好地消除各种人为操作误差和错误。
保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测站具有较高的可靠性。
在布设 GPS 网时，各个点的可靠性与点位无直接关系，而与该点上所连接的基线数有关，点上所连接的基线数越多，点的可靠性则越高。
要使网中所有最小异步环的边数不大于 6 条。 在布设 GPS 网时， 检查 GPS 观测值（基线向量）质量的最佳方法是异步环闭合差，而随着组成异步环的基线向量数的增加，其检验质量的能力将逐渐下降。
提高 GPS 网精度的方法：
3.1 为保证 GPS 网中各相邻点具有较高的相对精度，对网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线。
3.2 为提高整个 GPS 网的精度，可以在全网之上布设框架网，以框架网作为整个 GPS网的骨架。
3.3 在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于 6 条。
3.4 在布设 GPS 网时，引入高精度激光测距边，作为观测值与 GPS 观测值（基线向量）一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。
3.5 若要采用高程拟合的方法，测定网中各点的正常高/正高，则需在布网时，选定一定数量的水准点，水准点的数量应尽可能的多，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，将整个网包含在其中。
3.6 为提高 GPS 网的尺度精度，可采用如下方法：增设长时间、多时段的基线向量。
4 结束语
GPS作为一项全新的测量定位技术已经被广泛的应用在工程建设的各个领域。GPS测量技术在长输管线测量中的应用革新了传统的长输管线测量模式，改善了测量精度，降低了劳动强度，提高了工作效率，为管线工程建设提供了有力的保障。但是，随着西气东输、川气东输、海气登陆等诸多大型工程的全线开工，长输管线工程建设规模在不断扩大，线路穿越各种地形、地质情况复杂以及水系发达区域，对长输管线工程测量的质量和进度都提出了很高的要求。因此，构建全线优化合理的GPS控制网对提高测绘精度、保证工程质量、加快作业进度、节约工程成本起到至关重要的作用。
参考文献：
[1] 张勤，李家权.全球定位系统GPS测量原理及其数据处理基础[J]，测绘技术，2011，（2）..
[2] 长距离输油输气管道测量规范[D]，2007.
[3] 李征航，黄劲松.GPS测量原理及应用[D].武汉大学出版社，2005.
[4] 田青文，刘万林.控制测量学[D].西安地图出版社，2008.
关键词：带状GPS控制网；优化设计；探讨
中图分类号：P228.4文献标识码：A 文章编号：
GPS 静态定位在测量中主要用于测定各种用途的控制点，其相对于常规控制测量无与论比的优越性决定了它在控制测量中的主导地位，例如：选点灵活、受客观条件影响小，全天侯作业，观测时间短、节省人力物力财力等等，对控制网的优化设计及高效完成起着主导性的作用。随着社会的不断发展，公路、铁路、水利、电力、石油运输、市政管线等等一些投资大、定位精度要求高的工程对测量技术提出的要求越来越高。这些工程最大的特点就是处于狭长的带状区域或偏远的山区，传统的三角网或导线网很难满足工程的需要，而且效率低、费用高。带状 GPS 网与块状 GPS 网最大的区别在于，块状 GPS 网控制点分布均匀，各基线的长度相差不大。而带状 GPS 控制网控制点总体呈带状分布，基线长度相差比较大。如本工程控制网中最长基线与最短基线长度相差 8 公里左右。这将造成各基线对网的作用相差较大。
1 长输管线GPS控制网的构网特点与构网原则
一般的长距离输油、输气管线长度都能达到数百公里甚至上千公里，测量工作贯穿工程建设的可行性研究、初步设计、施工测绘、管线施工、竣工图测绘等各个阶段，为管线设计提供中线两侧各100米左右狭长带状分布的全线带状地形图、线路全程纵断面图、局部穿跨越放大平面图，局部放大纵断面图、站场及阀室地形图等现场测绘资料。因此，为满足工程需要长输管线GPS控制网一般沿线路按点对布设，构成由大地四边形或中心多边形延伸的覆盖管道中线的带状网。
2 长输管线GPS网的优化设计
长输管线GPS控制网的优化设计，是在限定精度、可靠性和费用等质量标准下，寻求网设计的最佳极值。与经典控制网的优化设计不同， GPS网是一种非层次结构的，可一次扩展到所需的密度；对天观测卫星，不需要点间相互通视；测量精度与网形无关，与观测卫星的几何分布密切相关。
2.1 基准优化设计
GPS网的基准优化设计主要是对坐标未知参数进行设计。基准选取的不同将会对网的精度产生直接影响，其中包括GPS网基线向量解中位置基准的选择，以及GPS网转换到地方坐标系所需的基准设计。由于GPS尺度往往存在系统误差，也应对GPS网的尺度基准进行优化设计。
GPS基线向量解算中作为位置基准的固定点误差是引起基线误差的一个重要因素，使用测量时获得的单点定位值作为起算坐标其误差较大，且使用不同点作为基准时其基线向量差可达数厘米，因此必须对网的位置基准进行优选设计。
位置基准优化方案：
2.1.1 采用网中具有较准确WGS-84系坐标的点作为GPS网的固定位置基准。
2.1.2 采用网中具有较高单点定位的Doppler点或SLR站点GPS网中的一点或多点基准。
2.1.3 无任何其他起算数据时，可采用网中一点多次GPS观测的伪距坐标作为网的位置基准。
2.2 精度优化设计
GPS网的精度不受网点所构成的几何图形的影响，即其精度与网中各点的坐标及边与边之间的角度无关，而只与网中各点所发出的基线数目及基线的权阵有关。GPS网的精度设计是根据偶然误差传播定律，按照一定的精度设计方法，分析网中各未知点平差后预期能达到的精度。管道GPS控制测量分为国家等级点的加密控制测量（D级）和线路控制测量（E）级两级。GPS网相邻点间弦长精度通常表示为：
在满足工程需求的前提下，设计合理的测量精度不但可以极大地节约成本，而且能够圆满的完成工程的预期目标。
2.3 施测方案优化设计
GPS野外观测工作主要是接收GPS卫星信号数据，由于GPS观测精度与所接收信号的卫星的几何分布及所观测的卫星数目密切相关。而作业的效率与所选用的接收机数目、观测的时间、观测的顺序密切相关。因此，在进行GPS外业观测之前做好卫星星历预报，拟定观测调度计划，对于保证观测工作的顺利完成、保障观测结果的精度及提高作业效率是及其重要的。
优化方案：
2.3.1 紧扣测量目的布网。对于长输管线而言应尽量布设成大地四边形或中心多边形延伸的带状网，在满足工程要求以及GPS测量相关规定的前提下尽量把点位布设在交通便利，易于擺站，工程利用方便的地方。
2.3.2 预测最佳观测时间。卫星星历预报要准确的预测观测当天测区的卫星GDOP值，可见卫星数量和时间以及天气状况等，以便于选取最佳的观测时段，保证观测成果质量。
2.3.3 安排最佳上点计划。GPS网平差计算要求每个时段必须进行同步观测，即每台接收机同时观测同一组卫星足够的时间，这就需要对每一组仪器设备的上点路线，到达时间，进行科学准确的计划安排，有一点失误都会影响到整个观测方案的顺利实施。
3 GPS 网的可靠性与精度分析
增加观测期数（增加独立基线数）。在布设 GPS 网时，适当增加观测期数（时段数）对于提高 GPS 网的可靠性非常有效。因为，随着观测期数的增加，测得的独立基线数就会增加，而独立基线数的增加，对网的可靠性的提高是非常适宜的。
保证一定的重复设站次数，可确保 GPS 网的可靠性。一方面，通过在同一测站上的多次观测，可有效地发现设站、对中、整平、量测天线高等粗差；另一方面，重复设站次数的增加，也意味着观测期数的增加。不过，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，以更好地消除各种人为操作误差和错误。
保证每个测站至少与三条以上的独立基线相连，这样可以使得测站具有较高的可靠性。
在布设 GPS 网时，各个点的可靠性与点位无直接关系，而与该点上所连接的基线数有关，点上所连接的基线数越多，点的可靠性则越高。
要使网中所有最小异步环的边数不大于 6 条。 在布设 GPS 网时， 检查 GPS 观测值（基线向量）质量的最佳方法是异步环闭合差，而随着组成异步环的基线向量数的增加，其检验质量的能力将逐渐下降。
提高 GPS 网精度的方法：
3.1 为保证 GPS 网中各相邻点具有较高的相对精度，对网中距离较近的点一定要进行同步观测，以获得它们间的直接观测基线。
3.2 为提高整个 GPS 网的精度，可以在全网之上布设框架网，以框架网作为整个 GPS网的骨架。
3.3 在布网时要使网中所有最小异步环的边数不大于 6 条。
3.4 在布设 GPS 网时，引入高精度激光测距边，作为观测值与 GPS 观测值（基线向量）一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。
3.5 若要采用高程拟合的方法，测定网中各点的正常高/正高，则需在布网时，选定一定数量的水准点，水准点的数量应尽可能的多，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，将整个网包含在其中。
3.6 为提高 GPS 网的尺度精度，可采用如下方法：增设长时间、多时段的基线向量。
4 结束语
GPS作为一项全新的测量定位技术已经被广泛的应用在工程建设的各个领域。GPS测量技术在长输管线测量中的应用革新了传统的长输管线测量模式，改善了测量精度，降低了劳动强度，提高了工作效率，为管线工程建设提供了有力的保障。但是，随着西气东输、川气东输、海气登陆等诸多大型工程的全线开工，长输管线工程建设规模在不断扩大，线路穿越各种地形、地质情况复杂以及水系发达区域，对长输管线工程测量的质量和进度都提出了很高的要求。因此，构建全线优化合理的GPS控制网对提高测绘精度、保证工程质量、加快作业进度、节约工程成本起到至关重要的作用。
参考文献：
[1] 张勤，李家权.全球定位系统GPS测量原理及其数据处理基础[J]，测绘技术，2011，（2）..
[2] 长距离输油输气管道测量规范[D]，2007.
[3] 李征航，黄劲松.GPS测量原理及应用[D].武汉大学出版社，2005.
[4] 田青文，刘万林.控制测量学[D].西安地图出版社，2008.