gps工程控制网的优化设计研究

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1、万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1研究背景与研究意义第1章绪论众所周知，全球定位系统(GPS)具有实时性强的高精度空间导航与定位功能，而且具有良好的抗电磁干扰能力及保密性⋯。从立项到投入使用，再到如今，经过五十多年的发展和完善，GPS定位技术在理论上和应用上均获得了长足的发展，不仅在传统的地籍测绘、地形图测绘及大地测量工作中应用越来越广泛，其在精密工程测量和海洋测绘等领域中的作用也日益显著。随着国民经济的迅猛发展，目前国内在工程建设过程中遇到的长大跨海桥梁或者隧道越来越多，如杭州湾跨海大桥、厦金跨海大桥、青岛海湾大

2、桥以及拟建的渤海海峡跨海隧道等。在这些工程的设计和建设过程中，如何将大陆与海岛联系起来，从而保证跨海大桥、隧道的合拢、贯通，是测量工作面临的一个课题【2】。传统的隧道施工控制网的建立方法，主要有三角测量方法，精密导线法等。但是，这些常规方法的局限性较大，易受通视条件、图形条件、地形条件等诸多因素的影响[3】。随着GPS技术的改进和完善以及新一代GPS卫星的发射，GPS测量无需两点间通视、受天气影响小、可以直接获得高精度的三维坐标，高效、易用等特点，使得GPS技术广泛应用于各类工程测量控制网、大地测量控制网的建立、加强和改造。由于G

3、PS在隧道洞外平面控制测量方面的优势，使得现代长大隧道几乎全部采用GPS平面控制网进行洞外控制测量[4]。鉴于GPS控制网在跨海工程中的广泛应用，同时GPS控制网在布网方案和平差模型方面与经典网均有一定程度的不同，因此经典网的布设和优化方法不完全适用于GPS网。此外，实际生产中，目前一般都采用近似的方法估算横向贯通中误差，如导线法、基线及方位角精度法等。这些方法的共同点是，都将GPS网当作传统的控制网，使用不严密的理论模型进行横向贯通中误差的近似计算，没有考虑GPS网的自身特性，也忽略了GPS网点间的相互关系【4J。针对上述情况，

4、同时为满足以后跨海工程GPS控制网布设需求，研究GPS控制网优化设计的分类、方法以及评定标准有着重要的现实意义。同时在建设跨海隧道的过程中，为了能够准确的预测跨海隧道的横向贯通误差，研究充分考虑GPS控制网控制点少、点位精度高、观测周期短等优点，并能够准确预测跨海隧道横向贯通误差的通用严密计算方法，对实际测绘工作也有十分重大的意义。万方数据西南交通大学硕士研究生学位论文第2页1．2国内外研究现状1．2。1GPS控制网优化设计研究现状对控制网优化设计的研究已经由来已久。1868年Helmert教授就发表了关于“测量的合理性研究”的论

5、文；1882年Shreiber教授曾提出过著名的“基线网最适当权分配”的方法，对基线扩大网的测角观测方案进行了优化设计，这是对测量控制网的优化设计所作的开创性工作【5J。但是受限于当时科学技术的落后和计算机计算能力以及图形显示能力的低下，控制网优化设计的深入研究陷入了停滞阶段。直到20世纪60年代后期，控制网优化设计问题才又重新引起了科研人员的重视。此后，国内外众多学者对控制网的优化设计问题进行了一系列深入的研究。1976年，在第七届精密工程测量国际会议中，荷兰的Baarda教授提出了评价控制网质量的三项标准，即精度、可靠性与经济

6、性，并引入准则矩阵的概念，为控制网的优化设计工作提供了一种更为合理的精度标准[6。7891。斯图加特大学的Grafarend教授在对控制网优化设计问题进行深入研究的基础上，将优化问题分为四类，并在1972年和Schaffin教授一起提出了著名的Taylor-Karman结构，按照TK结构构造的准则矩阵具有均匀和各向精度相同的特点【lo11J。为了加强国际合作，lAG分别于1979年和1980年成立了重点研究控制网优化设计的具体实施方案的“大地网计算辅助优化设计”专题研究小组和偏重于探讨控制网优化设计理论的“大地网最优化设计”专题研

7、究小组。20世纪80年代开始，我国的众多学者也开始对测量控制网的优化设计进行深入的研究：顾孝烈等人首先探讨了工程边角网的优化设计问题[12】：李德仁研究了顾及精度与可靠性的测量控制网优化设计理论【l习；1990年，陶本藻在分析了我国控制网二类优化设计的进展后，提出了今后进一步的研究方向【14J；1992年，周秋生根据控制网机助优化设计系统原理，研制了一个机助设计系统【l引。随着GPS技术广泛应用于大地测量领域和工程测量领域，GPS控制网的优化设计问题越来越引起国内外学者的重视。于来法，郑国宁研究了应用点位精度矩阵相关性优化GPS网

8、的数学模型【l6J；周拥军，施一民比较了GPS网与常规网的异同点，给出了GPS网平差及优化设计的数学模型【17J；刘立龙，林文介分析了GPS控制网设计的指标，运用了蒙特卡洛法进行优化设计【l8】；张松林，张正禄等学者基于全边角网和全边方位角网模拟法