扶沟至大新公路改造工程设计说明书.doc

目 录摘要 关键词 引言一、测区概况和任务 3 二、作业依据 3三、已有资料分析利用及其投入仪器设备3四、平面坐标系统和高程系统4五、GPS选点埋石及布网方案4六、控制测量设计5七、数据处理和检核8八、地形图测绘9 九、质量控制措施10十、提交资料11参考文献附表 14摘 要：本设计主要介绍了工程施工前所作的布网方案、控制测量和地形图测绘。布网方案主要要求的是选点符合的要求和导线网的精度要求；控制测量主要是平面控制测量和高程控制测量。其中平面控制测量包括首级控制测量和施工控制测量，以及施工前外业观测计划、采用依据、施工过程中的技术指标、精度要求、数据采集、处理、检核和满足要求等等。高程控制测量采用四等水准测量；地形图主要是外业数据采集、测图规范要求、绘制格式要求、实地检核和精度分析等等；关键词：数据采集 控制测量 精度要求 规范要求引 言：随着我国国民经济的快速增长的西部大开发的实施，我省的高等级公路建设迎来前所末有的发展机遇，这就对勘测设计提出了更高的要求，随着公路设计行业软件技术和硬件设备的发展，公路设计已实现CAD化，有些软件本身还要求提供地面数字化测绘产品的支持；建立勘测、设计、施工、后期管理一体化的数据链，减少数据转抄、输入等中间环节，是公路勘测设计“内外业一体化”的要求，也是影响高等级公路设计技术发展的“瓶颈”所在。目前公路勘测中虽已采用电子全站仪等先进仪器设备，但常规测量方法受横向通视和作业条件的限制，作业强度大，且效率低，大大延长了设计周期。勘测技术的进步在于设备引进和技术改造，在目前的技术条件下引入GPS技术应当是首选。当前，用GPS静态或快速静态方法建立沿线总体控制测理，为勘测阶段测绘带状地形图，路线平面、纵面测量和道路控制网提供依据；，RTK技术在公路工程中的应用，有着更广泛的应用前景。一、测区概况和测量任务测区位于周口市扶沟县，属于豫东平原。西起扶沟县城东环道，东至扶沟县大新镇与太康县交界处。本工程东西走向，是把扶沟至大新原来的城乡公路改造为二级公路，是扶沟连接阿深高速出口和入口的直接信道.为了改变交通日益紧张局面，适应城乡建设的不断发展和交通事业的不断的扩大；以满足公路通行能力的需求，更好地发挥路网的 整体效益，促进沿线经济的快速发展。河南省交通规划勘察设计院将决定把扶沟至大新原来的城乡公路改造为二级公路。来解决交通紧张的局面。以便为经济的快速发展提供更好的条件和基础。由于，本工程是原由公路改造，沿线村庄交多，沟渠纵横，树木极密，通视条件极差，这将会给测量工作带来很大的困难。于是，为了满足工程设计和施工需要，河南省交通规划勘察设计院委托河南省陆通测绘系统工程有限公司承担扶沟至大新公路改造的测量任务，测量任务将包括以下几个方面：1首级GPS点测量2加密施工控制点测量3四等水准测量4沿线两侧各50m, 1：2000地形图测绘二、作业依据（一）公路全球定位系统（GPS）测量规范（JTJ/066-98）（二）公路勘测规范（JTJ/066-99）（三）国家三、四等水准测量规范（GB12898-91）（四）地形图图式（1：500 1；1000 1：2000）（GB/T7929-1995）三、已有资料分析利用及其投入仪器设备（一）已有资料分析利用已知点是由委托方提供的测区东头阿深高速公路扶项段首级控制GPS点，G25，G26，G27，G28。控制点成果为1954年北京坐标系和1956年黄海高程系。其中G25，G28已被破坏，选用G26，G27作为测区首级控制起算点；因为G25，G28已被破坏，故又找到高速公路施工公司索取施工控制点I063，作为平面控制检核点。另外，测区还有1：50000的地形图，可供选点埋石和编制作业计划用。（二）仪器及软件配置投入徕卡GPS530型双频接收机4台，徕卡TC406型全站仪和索佳SET2B全站仪各一台，DSZ2自动安平水准仪一台，笔记本计算机两台，打印机一台，汽车一部，HP design jet 3500CP绘图仪；采用南方CASS4.0测图软件等其它测绘仪器。以上仪器均经检验合格。 四、平面坐标系统和高程系统（一）平面坐标系统采用1954年北京坐标系，3带，中央子午线为11445。（二）高程系统采用1956年黄海高程系。（三）几个主要的参数:X。=755500 Y。=39448000 (抵偿点坐标)Hm=32mh=42m R=6371KmH。=-138q=-0.0000217 抵偿坐标系与1954年北京坐标系的转换关系：Xc=X+q（X-X。）Yc=Y+q（Y-Y。）上式中：Xc、Yc为抵偿坐标系坐标；X、Y为1954年北京坐标系坐标；X。Y。为抵偿点1954年北京坐标系坐标五、GPS选点埋石及布网方案（一）GPS网的选点应符合下列要求1点位的选择应符合技术设计要求，并有利于其它测量手段的进行扩展和联测。2点位的基础应坚实稳定，易于长期保存，并有利于安全作业，点位应便于安置接收设备和操作，视野应开阔，被测卫星的地面高度角应大于15；尽量选在通视良好的地方，动态地面如大树临近、填土区域、开挖现场、松土中均不得选择。3点位附近不应有强烈干扰接受卫星信号的物体，应远离大功率无线电发射源（如电视台、微波站等），其距离不得小于200m，并应远离高压输电线，其距离不得小于50m。4应允许利用符合上述要求的旧有控制点及标石。5GPS点均应按实地绘制点之记（包括所利用的旧点）。并应符合规程附录A的要求。6GPS点的点号命名为Ax x x如：A001、A002。（二）埋石要求1GPS网点一般应埋设具有中心标志的标石，以精确标志点位。2固定桩要选择在永久地物上做标志、带十字丝的钢钉或埋设水泥桩。点位选择在坚硬的铺装路面上时，一般采用长15cm、20mm的钢筋钉作为点位标志，在其顶面中心钻一小孔（或刻一个“十”字），位于软质地面上的点位，埋设12cm12cm（顶）20cm20cm（底）50cm（高）的水泥桩。3埋桩时，桩要露出地面50mm。4点的标石和标志必须稳定、坚固以利长久保存和利用。（三）GPS布网时的精度要求1GPS控制网可根据相邻点的平均距离和精度参照规程二、三、四、等和一、二级，见表如下：GPS测量精度分级 等级 平均距离(km)a(mm)b(ppm.D)最弱边相对中误差二9102112万 三510518万四2101014.5万一级1 101012万二级1 152011万注:当边长小于200时,以边长中误差小于20mm来衡量.2等级GPS相邻点间弦长精度用下式表示：=a+(bd)式中：GPS基线向量的弦长中误差（mm），亦即等效距离误差；aGPS接收机标称精度中的固定误差（mm）；bGPS接收机标称中的比例误差系数（ppm.D）；dGPS网中相邻点间的距离（km）。六、控制测量设计（一）平面控制测量1首级控制首级控制测量，以公路全球定位系统（GPS）测量规范（JTJ/066-98）为依据，可采用徕卡GPS530型双频接收机进行静态观测。（1）观测作业要求：1作业应严格按调度表的时间进行，保证同步观测同一卫星组。当情况有变化需修改调度计划时，应经作业队负责人同意。观测组不同意不得擅自更改计划。2接收机电源电缆和天线电缆应连接无误，接收机预制状态应正确，然后方可启动接收机进行观测。3每时段开机前，作业员应量取天线高，并及时输入测站名、年、月、日、时段号、天线高等信息。关机后再量取一次天线高做检核，两次量取天线高互差不得大于3mm，取其平均值作为最后结果，纪录在手薄。若互差超限，应查明原因，提出处理意见记入观测手薄备注栏中。天线高的量取方法应符合规程4接收机开始记录资料后，作业员应及时逐项填写测量手薄中的各项内容，当观测时间超过60min以上，应每隔30min记录一次，记录手薄应符合规程5一个时段观测过程中不得进行以下操作：关闭接收机并重新启动；进行自测试（发现故障外）；改变卫星高度角；改变资料采样间隔；改变天线位置；按动关闭文件和删除文件等功能键。6观测员在作业期间不得擅自离开测站，并应防止仪器受震动和被移动，防止人和其它物体靠近天线，遮挡卫星信号。7接收机在观测过程中不应在接收机旁使用对讲机、手机、雷雨过境时应关机停测，并卸下天线以防雷击。8经认真检查，所有规定作业项目均以全面完成，并符合要求，记录与资料完整无误，且将点位和标恢复原位后，方可迁站。（2）拟订外业观测计划观测工作是GPS测量的主要外业工作。观测开始之前，外业观测计划的拟订对于完成数据采集任务，保证测量精度，提高工作效益都是极为重要的。拟订观测计划的主要依据是：1GPS网的规模大小；2点位精度要求；3GPS卫星星座几何图形强度；4参加作业的接收机数量：5交通、通讯及后勤保障（住宿、供电等）。（3）外业数据采集1基准站的布设。基准站的间距须考虑GPS电台的功率和覆盖能力，应尽量布设在相对较高的位置，以获得最大的数据通讯有效半径2基准站设置在已知点上架设好GPS接收机和天线，按要求连接好一切联机后，打开接收机，输入基准站的WGS-84系坐标、天线高。待电台指示灯显示发出通讯信号后，流动站即可开展工作。基准站接收机接收到卫星信号后，由卫星星历和测站已知坐标计算出测站至卫星的距离真距，用观测量伪距与计算值比较得到伪距差分改正数（真距伪距）。伪距差分改正数和载波相位测量资料，以数据传输发射电台发送给流动站，一个基准站提供的差分改正数可供数个流动站使用。3流动站工作。通过手簿建立项目，对流动站参数进行设置，该参数必须与基准站及电台相匹配，用已知点的平面和大地坐标进行点校正。接通流动站接收机和电台后，接收机在接到GPS卫星信号的同时，也接收到了由数据通讯电台发送来的伪距差分改正数和载波相位测量资料，这个过程所需时间不到1min，只要接受到5颗卫星和基准站的信息，测量人员即可在短时间内获知所测点的3维坐标。4碎部点数据采集 经过点校正工作，RTK接收机便可以实时得到地物点在当地坐标系下的3维坐标。并利用RTK放样功能，随时掌握图框4个边界，从而保证测点在绘图区域范围之内。测量人员在地形特征点上立测杆，输入点号（只需输入一次，点号自动累加），并同时输入特征编码，保存资料，另一测量人员画草图，以便内业检查成图情况。首级控制其观测技术指针如表1表1 卫星高度角（）数据采集间隔（s）观测时间（min）（GDOP）重复最小基线数（） 施测 时段有效卫星总数 15 15 40 6 5 2 62施工控制测量加密控制点测量，仍然可以采用徕卡SR530型GPS双频接收机进行快速静态观测。其技术指针如表2表2 卫星高度角（）数据采集间隔（s）观测时间（min）（GDOP）重复最小基线数（） 施测 时段有效卫星总数 15 15 20 6 5 2 6导线观测技术要求如表3表3 测回数 半测回数一测回2C较差 测回差 2 12 18 9边长要按往返观测，一测回读书较差不超过5mm，边长往返较差不超过10mm。其各项技术指针均应符合规范要求。（二）高程控制测量采用四等水准测量的方法。水准路线沿GPS点和加密平面控制点布设，组成附合水准路线。四等水准观测技术要求如表4 表4 水准仪视线长度 （m）前后视距差 （m）前后视距累计差（m）视线离地面高 （m）附合线闭合差 （m） DSZ2 100 3 10 0.2 20L注：L为线路长度，以公里为单位。七、数据处理和检核（一）平面控制测量GPS外业测量结束后，应及时进行处理和检核。1数据处理（1）空间直角坐标系（X、Y、Z）WGS84转换为大地坐标系（B、L、H）WGS84大地经纬度的计算，采用较为简明的逐次趋近法，其计算公式为：B=arctantan1+(ae2/Z)*(sinB/(1-e2sin2B)1/2)L=arctan(Y/X)H=Rcos/cosB-N式中:=arctanZ/（X2+Y2）1/2R=X2+Y2+Z21/2a、e取WGS84椭球长半轴和第一偏心率。（2）WGS84大地坐标（B、L、H）WGS84转换到高斯克吕格平面坐标（x、y）基于该次测图的比例尺，用高斯正算公式按泰勒级数展开式舍去6次项以上的结果，计算精度可至0.001米。x=6367449.1459B”/”-a0-0.5+(a4+a6l2)l2l2NsinBcosBy=1+(a3+a5l2)l2lNcosB式中:l=(L-L0)/”N=6399593.6258-21565.020-(109.0030-0.6122cos2B)cos2Bcos2BL、L0分别为WGS84坐标系中某一点的经度及其该点所在区域的中央子午线的经度。2资料检核(1)在采用多台接收机同步观测的一个同步时段中，可采用单基线模式解算，也可以只选择独立基线多基线处理模式同一解算，采用双差固定解。(2)同步环坐标分量及环线全长闭合差，必须符合下表规定： 等级线差类型 四等 一级 二级坐标差分量相对闭合 6.0 9.0 9.0环线全长相对闭合差 10.0 15.0 15.0(3)在检核时，对N台接收机组成的同步闭合环，其闭合差应满足：wx 0.2nw y 0.2 nw z 0.2 nw 0.2 3n式中： w同步环坐标分量闭合差 （mm）n同步环边数相应等级观测精度 （mm）(按实际平均边长计算)独立观测边组成的异步环，其闭合差应满足：wx 3 n wy 3 n w z 3 n ws 3 3n式中：V 异步环坐标分量闭合差 （mm）n异步环边数相应等级观测精度 （mm）(按实际平均边长计算)(4) 复测基线长度较差ds22经检核合格后，在WGS-84坐标系内进行三维无约束平差。无约束平差可以提供各控制点在WGS-84坐标系下的三维坐标，各基线向量三个坐标差观测值的总改正数，基线边长以及点位和边长的精度信息。（二）高程控制测量四等 水准外业测量结束后，应根据各测段往返差计算四等水准测量每公里高差中数偶然中误差，根据各环线闭合差计算四等水准测量每公里全中误差。经检验合格的外业观测值，进行整体平差。八、地形图测绘1：2000地形图测绘以公路勘测规范 （JTJ/061-91）和地形图图式（1：500 1：1000 1：2000） （GB/T7929-1995）为依据，采用数字测图方法。即用全站仪野外采集资料，内业用南方CASS成图软件编绘成图。基本等高线高距为1米。（一）资料格式的转换整理。为了实现RTK坐标资料与CASS4.0展点数据格式统一，需要对输出资料格式进行重新定义：具体的格式是“点号，代码，东坐标，北坐标，高程”。资料的输出须满足成图软件的格式要求，通过编辑将资料存为*.dat格式（CASS要求资料格式）实现了RTK资料和测图软件的资料格式的统一，为内业成图做好准备。（二）绘制地形图。打开CASS4.0，改变图形比例尺为1：2000，启用展点命令，将上述整理好的数据文件名输入，然后根据外业所绘草图，人机交互编辑，联机成图。将野外测点按CASS4.0提供的图式符号库联机后，对于一些与地形图规范要求有差别的地方需要作编辑处理。（三）实地检查及精度分析待所有外业和内业完成 ，用HP design jet 3500CP绘图仪打出样图，拿样图到测区去实地检查：1点位精度检查。用RTK测量出待检查的当地3维坐标，再用高精度的直尺根据格网线进行展点读出图上坐标，然后对照，误差为0.1mm精度符合要求。2地形、地物检查。对于漏测的地物及时进行补测，将坐标资料存为一个新文件，绘制补测草图，内业处理时把补测的坐标资料展到原地形图上，进行地形图的修补；对于一些特殊地物如电线杆等的连接关系也进行了详细的检查，并绘制草图，以备内业处理。 3根据测图规范要求，图根点对于最近三角点的平面位置中误差不得超过图上0.1mm，换算成实地点位误差为20cm，RTK测点的点位中误差为1.5 cm2 cm，完全满足精度要求。碎部点对于邻近图根点的平面位置中误差不应超过图上0.6mm，同样满足精度要求。4结论通过用RTK对地形图的具体施测，得出如下结论：RTK作业效率高。流动站在每个地物地貌点上的观测时间仅5s左右，一般地形条件下，一台流动站一个工作日可以采集400600个资料。RTK作业人员少。RTK流动站仪仅需一人操作，一人画草图，基准站在设置好后可以自动运行。RTK测量精度高。实践证明，RTK的精度取决于GPS系统本身，RTK设备、测量环境、用户专业水平、测量方法等5大因素。只要用户认真作业，规范操作，RTK测量可得到满意的测量成果。测量精度达到厘米级，能满足地形测量要求。RTK测量点位精度分布较均匀。每个点的误差均为随机产生，不会像传统测量一样产生误差积累，成果可靠。用RTK技术进行地形图测绘，不需要布设控制网点，而且点间无需通视，省去了控制测量费用；由于作业时间短，节省省了人力物力。5实际操作中应注意的几个问题（1）能接收5颗以上的GPS卫星信号。（2）迁站过程中不能关机、不能失锁。（3）必须能同时接收到GPS卫星的信号和基地站播发的差分信号。星数问题限制了RTK技术的应用范围。在城镇、林荫、山地等地区凡所测星数少于5个时RTK测量就会遇到困难。迁站过程中不能关机容易做到，不能失锁则很难。当迁站过程中通过树下、立交桥、隧道等地物时，都会引起失锁。失锁后，必须重新初始化，即重新确定整周模糊值。随着陀螺惯性导航系统与RTK系统的集成，该困难有望解决。目前，在测绘领域的RTK应用中，无论单频或双频RTK系统，都采用UHF电台播发差分信号。因此，为了接收到基地站播发的差分信号，要求基地站和移动站之间的天线必须“准光学通视”。这在沙漠、戈壁、沙滩、平原等地区的几公里范围内一般都能办到，能顺利进行RTK测量。九、质量控制措施为了保证按时完成测量任务和保证测量成果质量，应采取以下措施：（一）认真学习测量规范，严格执行规范规定。（二）做好测区踏勘，使控制网的布设符合测区实际，满足规范要求。（三）水准测量采用电子记薄，这样将会提高测量速度，同时也保证记录质量。（四）做好外业成果资料的检查。作业组按100%检查，内业按100%检查，把粗查差、错误消灭在现场。（五）所使用仪器按规定进行建校。十、提交资料（一）技术总结（二）外业观测手薄和平差计算资料（三）控制点点之记（四）控制点成果表（五）1：2000地形图一套及分幅图（六）刻有以上资料的光盘一张毕业设计任务书附表一题目名称 ： 扶沟至大新公路改造工程学生姓名蒋庆卫所学专业测绘工程班级03测绘工程指导教师姓名沙从书所学专业职称教授一、设计（论文）主要内容测区概况和测量任务 作业依据 已有资料分析利用及其投入仪器设备 平面坐标系统和高程系统 GPS选点埋石及布网方案 控制测量设计 数据处理和检核 地形图测绘 质量控制措施 提交资料二、毕业设计的主要技术指标（文科不填）GPS测量精度分级 等级 平均距离(km)a(mm)b(ppm.D)最弱边相对中误差二9102112万 三510518万四2101014.5万一级1 101012万二级1 152011万首级控制其观测技术卫星高度角（）数据采集间隔（s）测时观间（min）（GDOP）重复最小基线数（）施测时段有效卫星总数1515406526导线观测技术要求测回数半测回数一测回2C较差测回差2 12189四等水准观测技术要求水准仪视线长度（m）前后视距差 （m）前后视距累计差（m）视线离地面高 （m）合线闭合差 （m）附DSZ21003100.220L同步环坐标分量及环线全长闭合差 等级线差类型四等一级二级坐标差分量相对闭合6.09.09.0环线全长相对闭合差10.015.015.0毕业设计开题报告附表二题目名称：扶沟至大新公路改造工程学生姓名蒋庆卫专业测绘工程班级03测绘一、 选题的目的意通过这个选题，初步了解GPS 在工程测量中的应用步骤及过程，为以后从事测量工作打下基础，同时检验一下在三年的大学生活所学的知识，把以前学的理论同实践紧密结合起