GNSS控制网设计最重要的是确定控制网的等级。GNSS测量规范比较多，有国家标准也有行业标准。由于不同的规范对等级的规定不一致，比如《全球定位系统（GPS）测量规范》中规定的等级为B、C、D、E（A级为连续运行参考站网），《全球定位系统（GPS）铁路测量规程》也是B、C、D、E四级，《卫星定位城市测量技术规范》、《城市测量规范》和《工程测量规范》中规定的精度级别为二等、三等、四等、一级、二级，《公路全球定位系统(GPS)测量规范》中规定的等级为一级、二级、三级、四级。所以要确定GNSS控制网的等级，首先要确定采用的技术依据，也就是用哪个规范。这个就要根据实际的需求来进行确定，如果实在不确定采用哪个规范，可以直接采用国家标准《全球定位系统（GPS）测量规范》。
图1 《全球定位系统（GPS）测量规范》中的精度等级规定
图2 《工程测量规范》中的精度等级规定
二、控制点选点及埋石
控制点的选点和埋石是外业工作的第一步，看似简单但很重要，也是一个非常重要的形象工程。因为使用控制点的肯定是专业人士，控制点的选埋质量不高，给大家的使用带来不便，就会造成很不好的印象，一般还会嘀咕几句。为了耳根清净，我们也要把这件事儿重视起来。
其实不管是控制点的选点还是埋石，在规范里都比较有比较详细的规定，严格按规范操作就不会有什么问题。控制点的选点，首先要注意稳定性，也就是选在不容易发生位移和破坏的地方，紧靠道路的两侧，耕地里，积水的低洼处，沙丘上是绝对不能的。其次是注意点位周边的环境，距离高压线、高功率无线电发射源超过200米，以防电磁干扰。附近不能有大面积的水面及平整的金属反射面，以防多路径效应。还要注意点位的上空要开阔，以防遮挡卫星信号。再次就是保证一定的便利性，交通方便，车辆能够到达，背着仪器要走几公里的控制点肯定是没人愿意用的。最后还要考虑控制点是否要进行水准联测，如果要联测水准，就要选在地势相对平坦的地方，如果选在一个山包上，跑水准的肯定要骂死你的。
控制点的点位选好后，埋实就是力气活了，关键点就是不能偷懒，要按照设计的要求标标准准的埋好。这会儿省一点力，将来将要付出若干倍的努力，也不一定能挽回损失。我就曾经遇到过这样一件事情，是冬天埋设GPS D级点的标石。地表都冻住了，埋石的人为了省事，挖的坑深度不够，然后上面用土培住，等到第二年春天使用的时候，发现所有的标石露在外面一大截，有的标石用脚使劲一蹬就能晃动。最后只能挖出来重埋， GPS和水准重新连测，教训不可谓不深刻。埋石过程中还有一个关键的工序是点之记的制作，一定要在现场绘制点位略图、量注栓距、拍摄点位照片。
三、GNSS控制网观测
GNSS控制网观测前要做一些准备。首先是接收机的设置和检查。在观测前要把接收机设置为静态观测模式，并设置好相应的采样间隔。采样间隔就是两次记录数据之间的时间间隔，不同等级有不一样的规定，有的是15秒，有的是30秒。接收机设置好要到户外进行观测检查，观测一个时段的数据后，把记录数据传输到数据处理软件进行检查，没有问题就可以了。其次是配件的检查。检查脚架有无松动，基座有无损坏。重要的是要对基座的对点器进行检校，对点器的对点误差不能超过1毫米，如果超过就需要进行校准。最后在观测前还要准备好外业记录手簿，手簿的格式按设计和规范执行。
图2 某测区GNSS控制网观测计划图
GNSS静态数据观测是相对来说最简单的一个环节。关键是要做好接收机的对中整平，对中误差不应大于1毫米。同一台接收机在一个站点连续进行多次观测时，每次观测都应该重新架设仪器。在观测的同时应该认真细致地做好观测手簿各项记录，一定要注意仪器高和点号的记录要准确，仪器高必须按要求测前测后分别进行认真量测。点号和仪器高记录错误是最常发生的，也是对后期数据处理工作影响最大的问题。另外观测时段长度应该确保同步观测的时长要求，不是仅仅单台接收机达到就可以。在观测期间做好仪器的看护和运行状态监视，发生意外情况时，及时报告作业调度者，及时制定补救方案。
图2 《全球定位系统GPS测量规范》规定的观测要求
每日外业观测完成后应及时将接收机内的观测数据文件传输到计算机，进行数据完整性检查。传输后的数据要转换为rinex公用数据格式，转换过程中录入的测站点号和仪器高数据一定要认真检查，确保无误。外业观测手簿要进行收集整理，妥善保存。整理好观测数据文件后，就可以转入观测数据处理阶段。
四、观测数据处理
观测数据处理阶段的主要任务是进行基线解算，检查重复基线、同步环和异步环闭合差。C、D、E级（同等级别）控制网一般采用接收机随机配备的商用软件，A、B级（同等级别）控制网需要采用专业的高精度数据处理软件。专业的高精度数据处理软件常用的是瑞士伯尔尼大学研制的Bernese，美国麻省理工学院（MIT）和SCRIPPS海洋研究所（SIO）共同开发的GAMIT，专业性比较强，使用起来比较复杂。所以一般平时低等级的GNSS控制网的数据处理基本上是采用随机的商用软件，使用比较方便，简单易学。随机商用软件如Trimble的TBC，Lica的LGO，中海达的HDS2003、HGO，南方的SOUTH、华测的CGO等。虽然种类比较多，但基本的处理方法和步骤大同小异。主要是建立工程、导入数据、基线处理、重复基线和闭合环检查等。本想找一款随机商用软件进行数据处理步骤的详细介绍，但因为疫情原因被封控在家快两个月了，手头没有数据，只能是对数据处理的主要步骤进行简要介绍。
首先要新建工程项目。输入项目名称，指定项目文件的存储目录。大多数国产软件还可以设置采用的规范及精度等级。其次是导入观测数据。已经转换为公用数据格式的，直接导入就可以了。没有转为公共数据格式的原始数据，需要在导入时根据外业观测手簿的记录输入点号及仪器高信息。导入观测数据后就可以看到能够进行处理的基线信息，在观测图形中检查点号及基线是否与我们的设计、观测一致，不一致的要认真对照观测手簿进行检查，大多情况是由于点号输入错误所致。
接下来就可以进行基线处理了，这一步是数据处理中重要的核心。在处理前先进行基线处理的参数设置，主要有采样间隔、高度角、电离层和对流层的改正模型、组合方案的选择等。如果要采用精密星历进行基线处理，还要首先准备好精密星历数据。精密星历数据可以从IGS网站或武汉大学IGS数据中心进行下载。精密星历分为事后星历，快速星历和预报星历三种。事后精密星历大约要在观测后11天得到，精度小于5厘米。快速精密星历在17小时后即可获取，精度也可以达到5厘米，预报精密星历可以实时获取，精度达到25厘米。在进行C、D、E级的基线数据处理时，采用快速精密星历比较合适，既可以达到高精度又不用等很久。基线处理的参数设置完成后即可进行进行处理。基线处理都是自动进行的，一般可以选择好自己需要的基线进行处理，也可以一次性把所有基线全部进行处理。基线处理完成后查看基线处理结果，对处理不合格的基线需要重新处理。重新处理前要对观测数据的周跳进行处理，对基线处理的参数设置重新选定，以获得最好的基线处理结果。如果经多次处理还不能获得合格的基线，则需要考虑剔除该基线或者重新进行观测。
基线处理合格后，要进行重复基线和闭合环的检查。重复基线是指两点间多时段观测形成的多条基线。闭合环是由三条以上的基线构成的闭合图形，构成闭合环的基线都是同一时段观测的称为同步环，由不同时段观测的基线构成的闭合环称为异步环。不同等级的GNSS控制网对重复基线较差和闭合环闭合差有不同的要求，要检查他们是否符合规定要求，如果超限，则要重新处理相关基线。重复基线和闭合环的检查全部合格后，观测数据处理完成，即可进行控制网平差计算。
五、GNSS控制网平差
GNSS控制网的本质是边角网，可以看作传统控制网中三角网和导线网的综合体，这也是GNSS控制网精度高的原因。GNSS控制网的平差既可以采用随机软件，也可以采用专用的平差软件，比如武汉大学的CosaGPS、同济大学的TGGPS等。不管采用哪种软件进行平差，一定要保证完成两个平差过程。其一是无约束平差，其二是约束平差。在实际操作中要先进行无约束平差，再进行约束平差。
无约束平差是以控制网中的一点的三维坐标（国内一般采用CGCS2000大地坐标）作为起算，通过平差计算，获得网中所有点的三维坐标，各基线向量改正数及其精度。无约束平差主要检核控制网的内符合精度，能够真实的反映控制网的观测质量和精度水平。一般认为无约束平差合格即该控制网观测及数据处理没有问题。
约束平差即是在控制网的平差过程中，加入起算控制点坐标的约束条件进行的平差，约束平差能够获得我们最终需要的控制点成果。一般CGCS2000国家坐标系采用三维约束平差，1980西安坐标系、1954年北京坐标系和独立坐标系，一般采用二维约束平差。在二维约束平差中，要注意设置好控制网的投影参数。在录入起算控制点的坐标成果后，通过约束平差计算，可以获得三维、二维坐标，基线向量改正数及相应的精度。无约束平差的精度合格，基本上约束平差也不会有大问题。如果约束平差的精度达不到要求，一般是起算点的精度不够，应对起算点进行筛选，或重新联测起算点进行计算。
六、成果整理
GNSS控制网观测与平差的成果应主要包括 GNSS控制点成果表、点之记，外业观测数据、手簿，计算数据、手簿等。除计算手簿外，其他成果都比较容易整理。计算手簿整理时应注意包含控制网的概况（等级、坐标系统、控制点数量、采用仪器设备、观测日期等）、控制网联测略图、起算点成果表、基线处理报告、重复基线及闭合环检查、无约束平差报告和约束平差报告等内容。除此之外，还要整理技术设计书、检查报告、技术总结、验收报告等相关文档资料。
GNSS控制网观测与平差虽说比较简单，但在实际操作中还是有非常多的技术点的。本文舍繁就简，着重表述GNSS控制网观测与平差的技术流程，各流程的要点及一些需要注意的事项，主要目的是提供总体思路，希望能有助于大家对GNSS控制网观测与平差总体的理解和把握。