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GPS控制网优化技术及坐标转换研究 　　摘 要：随着科学技术的不断发展，GPS技术在各行各业都已经广泛应用，并且在很多领域都起到非常关键的作用。但是目前的GPS技术仍存在很多问题，需要进一步优化和更新。本文就简单阐述了GPS控制网的建立和定位原理，并进一步分析了GPS控制网优化设计的方法，最后对GPS测量常用坐标系以及坐标的转换展开讨论，以供参考。 　　关键词：GPS控制网；优化技术；坐标转换 　　全球定位系统不仅应用在导航领域，也广泛应用于通讯和测绘等各个行业，随着科学技术的发展，目前已经使用卫星定位系统代替了传统的大地测量定位方法，这也促进了GPS卫星定位技术的深层次发展，GPS控制网的优化和坐标转换的研究事宜也随之提上日程。 　　一、GPS控制网的设计原则及特点 　　GPS控制网的概念，就是通过对GPS定位技术的应用而建立的控制网。主要包括全国性高精度GPS控制网和区域性GPS控制网两类。一般而言，GPS控制网技术设计的原则主要包括以下几点：一是对其应用范围要充分考虑；二是布网要分级，控制要逐级；三是严格按照精度标准执行；四是确定起算数据和坐标系统。 　　二、关于GPS控制网优化技术和坐标转换的研究现状 　　（一）关于GPS控制网优化技术的研究现状 　　作为大地测量的经典研究课题，控制网的优化自20世纪中期就受到各国的高度重视。当时大地测量学者对控制网优化的研究成果主要包括三点：一是将控制网设计分为零类设计、一类设计、二类设计和三类设计四类；二是对控制网评价标准加以确定；三是确定了机助法和解析法两种设计控制网的方法。 　　GPS技术应用之后，各国学者提出很多研究方法，包括从基线向量、点位位置、多余观测量、观测精度等各个方面入手，但提出的研究方法都非常复杂，在实际测量作业中的应用效果并不好。 　　（二）关于GPS坐标转换方面的研究现状 　　GPS定位成果是WGS-84坐标系的一部分，必须通过转换坐标系，一方面满足军队对国家坐标系的需求，另一方面满足工程施工对地方坐标系的要求。 　　一般而言，目前常用的GPS坐标转换方法包括相似变换法、直接参数法、综合变换法、多项式逼近法以及正形变换法等。关于GPS坐标转换为地方独立坐标系时，多采用平面四参数法、高斯投影转换法等方法。 　　三、GPS控制网优化设计探讨 　　作为工程建设的基础性工作，建立局域GPS控制网至关重要，而GPS控制网建立的核心和前提，就是GPS控制网的设计环节。GPS控制网的优化设计，也就是在尚未进行GPS测量工作时，就根据经济性、可靠性以及精度性等原则，来制定GPS控制网的最佳设计方案。 　　（一）简述GPS控制网优化设计应当注意的指标和常用方法 　　对GPS控制网进行优化设计，应当注意一下四方面的指标： 　　一是效率指标；二是可靠性指标，包括外可靠性和内可靠性两方面，前者是指GPS控制网对粗差进行抵御的性能，后者是指GPS控制网对粗差进行发现的性能；三是精度指标，一般而言，一旦确定了GPS控制网的观测作业方式和布网方式，也就确定了GPS控制网的网形，进而获取其协因数阵；四是费用指标，通常情况下，GPS控制网中重复设站率和网点总数共同决定了经费的高低。 　　GPS控制网优化设计的方法主要分为两种，即解析法与模拟法。 　　解析法是一种非常严密的设计方法，其基础理论是最优化理论。虽然解析法的结果在数学原理上是最优解，但实际情况并非如此，因为其约束条件和目标函数都只是简化之后的数学模型，而且其优化后会进行取整，也影响了结果的最优性。加之解析法的优化设计软件很难开发，这也导致了解析法虽然研究很多，但始终没能真正投入实践当中。 　　模拟法与解析法不同，它更多的算作一种试算法。它的基本过程可以表述为： 　　设计者结合经验知识和优化任务设计初始方案→根据模拟观测值对初始方案平差计算→评价平差结果→修改初始设计方案→反复重新计算修改→得出最佳方案。需要注意的是，模拟法的目标函数可以以费用，或者未知数的函数，或者特征值作为目标函数。 　　（二）不同类的GPS控制网设计的注意事项 　　不同类的GPS控制网设计的注意事项也不同。针对GPS控制网零类优化设计，应当注意GPS控制网的基准设置，包括尺度基准、方位基准和位置基准；针对GPS控制网一类优化设计，应当注重GPS的网形设计，一般包括环形网、三角形网和星形网三种；针对GPS控制网二类优化设计，要遵守设计在先，施工在后的原则，要准确估计GPS控制网的网点位精度和基线协方差阵；针对GPS控制网三类优化设计，主要是面对对GPS控制网进行加密的问题，加密有利于提升观测值对可靠性和精度的影响。 　　四、关于GPS常用坐标系和坐标转换的研究 　　前面我们已经提到，GPS定位成果是WGS-8