控制网优化论文.doc

东华理工大学毕业设计（论文） 地籍控制网建立的基本要求 毕业设计（论文）题 目： 瑞金市地籍控制测量gps网的设计与实践英文题目：ruijing city cadastral control measure of gps network design and practice学生姓名 王辛龙 学 号 07351116 专 业 测绘工程班 级 073511指导教师 罗亦泳摘要本文重点阐述了gps控制网的建立过程，详细分析了利用gps建立地籍测量控制网的整个过程，详细述说了gps网精度的设计、gps网的基准设计、gps网形的设计、gps控制点的选择和埋石要求、野外数据采集的要求和内业数据的处理，包括gps基线解算和网平差的步骤和方法。结合瑞金市gps控制网建立实例，实施了从图上设计到gps外业、再到gps数据处理及精度分析的整个过程。在gps控制网的建立问题上，按先后顺序详细论述了控制网的设计、优化及建立的全过程，在数据处理问题上，分情况分点讨论了基线解算及网平差的结果，并将由此得出的结论推广至所有数据的处理。关键词：gps控制网； 精度设计； 网形设计。abstract this article focuses on the establishment of gps control network process, a detailed analysis of the use of gps to establish cadastral control network of the whole process, described in detail the design of precision gps network, gps baseline network design, gps net-shaped design, gps control points buried stone selection and the requirements of the requirements of field data acquisition and data processing within the industry, including the baseline solution and gps network adjustment steps and methods. shangli county combination of gps control network to establish examples of the implementation of the design from the chart to the gps field, then the accuracy of gps data processing and analysis of the whole process. gps control network in the establishment of the issue, according to the order in which they detail the control of network design, optimization and the establishment of the whole process of dealing with issues in the data, point to discuss the situation at the baseline and the net adjustment calculation results and the resulting conclusions will be extended to all data processing.key words: gps control network; precision;design; network design.绪论土地对人类是至关重要的，人类不能离开土地生存，而地球上的人口在逐年增长，土地面积有限，为了在面积有限的土地上生活得更好，人们必须在查清土地资源的基础上，科学地、因地制宜地使用土地，以获取经济、社会、生态等方面的最大效益。因此，地籍的作用已在土地权属和赋税的基本功能基础上，增加了包括土地利用、土地与生产建设、土地与环境、土地与生态等等，它们之间的关系都集中反映了土地问题在整个国民经济建设中所占有的重要地位。随着工业化和城市化的发展，人类本身与资源环境的关系日趋紧张。在我国，所面临的是经济发展对土地资源开发利用过度，保护乏力的严峻局面，而直接后果是破坏了土地资源和生态环境。因此，土地管理工作在我国尤为重要和紧迫。土地管理工作的基础是地籍管理，地籍测绘是获取地籍管理信息的重要途径，而地籍测绘技术和方法是对当今测绘技术和方法的应用集成。地籍测量技术是普通测量、数字测量、摄影测量与遥感、面积测算、误差理论和平差、大地测量、空间定位技术等技术的集成式应用。根据土地管理和房产管理对图形、数据和表册的综合要求组合不同的测绘技术和方法。gps以其测量精度和自动化程度都比较高的优势，成为地籍测绘中的重要技术手段之一。gps技术具有全天候、精度均匀等优点，且选点埋石比常规方法更具灵活性，它不象常规三角网那样要求网型和点位通视的条件十分苛刻，并能大大提高地籍测量首级控制网布设的精度和效率，因此在地籍控制测量中已经广泛采用gps技术。1. 测区概况1.1测区中心地理位置、控制面积及测图范围瑞金市位于江西省东南边陲,闽、粤、赣三省交界处，总面积2448平方公里，总人口55万，是中国江西省赣州市的一个县级市，北纬2530-2620、东经11542-11622。东界福建省长汀县，南邻会昌县，西连于都县，北接宁都县，东北毗石城县。依据合同要求首级控制面积64 km。1500 数字化地籍测图面积约18 km。优越的地理条件，使瑞金拥有丰富的天然资源。全市水能理论储量达10万千瓦， 可开发量4万千瓦，全市现有耕地面积35.69万亩，山地面积280万亩，宜养殖水面2.6万亩，草坡地8万亩， 森林覆盖面积724平方公里，系赣南林区和长江防护林区之一。瑞金市整体位置大概如图1所示： （图1）1.2控制网简况全网共联测三个原有国家三等控制点 (1、2、3)以及新布设的8个d级gps点，经检查各点位保存完整，并符合起算数据精度要求，可作为本次gps控制网的起算数据。已知控制点坐标及高程见表1。表1已知控制点数据点名等级纵坐标x横坐标y高程h备注1三等3092941.570491714.323121.030水准高程2三等3084144.242481086.109127.452水准高程3三等3087431.397483455.730123.131水准高程gd01d级3085955.286480940.46595.6715水准高程gd02d级3086134.814478814.66184.5850水准高程gd03d级3084614.876478489.46182.6653水准高程gd04d级3083733.030479462.54990.3449水准高程gd05d级3084086.222480357.52792.7632水准高程gd06d级3084711.582479963.41687.5918水准高程gd07d级3083164.023478543.440110.911gps高程gd08d级3082349.763480971.973109.0809水准高程 在上面的已知点中，首选了1和2的数据作为此次gps网的起算数据。其他的已知点我们用来作为做数据检核。如图2 所示, 1 3 号点均为国家一等三角点, 各点平面坐标作为本次gps 网起算数据(其中1 号为基线点, 3 号为天文点)。图1 中4 6 号点为四等点, 建于1988 年, 当时主要满足于城区10 km, 11 000 地形测量需要, 共设10 个点, 为三角锁与光电导线混合网结构, 以1 号点的平面坐标及1 2 号点的方位作为该网的起算数据, 为瑞金城建独立坐标系, 从观测质量和平差结果来看, 能满足四等三角测量规范要求。 （图2）2.控制网建立的基本要求地籍控制网是为开展地籍细部测量以及日常地籍测量而布设的测量控制网。地籍控制网的布设，在精度上要满足测定界址点坐标精度的要求，在密度上要满足辖区内地籍细部测量的要求，在点位埋设上要顾及日常地籍管理的需要。地籍控制测量坐标系统尽量采用国家统一坐标系统。地籍控制测量坐标系最好选择国家统一的3度带平面直角坐标系。在进行地籍控制测量时，应将实地观测值统一投影到高斯正射投影平面上，进行各项改正。为使不同高度海平面的观测值在统一的平面上计算，要求把各项观测值归化至参考椭球面上(或平均海平面上)，防止引起距离变形。地籍控制测量的精度是以界址点的精度和地籍图的精度为依据而制定的。根据地籍测量规范的规定，地籍控制点相对起算点中误差不超过0.05m以往的工程控制网大多采用边角网，用测边与测角两种观测值的组合达到一种观测值所不能达到的精度。但边角网的外业工作量大，且对点位要求相邻点位相互通视，用gps技术建立高等级控制网不仅较常规方法精度高，速度快，费用低，由于对通视条件要求不高，故可大大的提高工效。而应用gps定位技术建立地籍测量首级控制网是能满足规范中的要求的。现如今应用gps技术建立高等级控制网的方法已经越来越普遍，所以此次瑞金市城区控制网采用gps布设。3. gps控制网布设原理及方法3.1精度设计 （1） 对于各类gps网的精度设计主要取决于网的用途。用于全球性地球动力学、地壳形变及国家基本大地测量的gps网可参照规范中aa、a、b级的精度分级，见表2；用于城市或工程的gps网可根据相邻点的平均距离和精度参照规范中的二、三、四等和一、二级见表3。表2 gps测量精度分级（一）级 别主要用途固定误差a(mm)比例误差b(ppmd)aa全球性的地球动力学研究、地壳形变测量和精度定轨30.01a区域性的地球动力学研究、地壳形变测量50.1b局部形变监测和各种精密工程测量81c大、中城市及工程测量基本控制网105d、e中、小城市及测图、物探、建筑施工等控制网101020表3 gps测量精度分级（二）等级平均距离（km）a(mm)b(ppmd)最弱边相对中误差二91021/12万三51051/8万四210101/4.5万一级110101/2万二级115201/1万注：当边长小于200m时，以边长中误差小于20mm来衡量。（2）各等级gps相邻点间弦长精度用下式表示:式中，-gps基线向量的弦长中误差（mm）,亦即等效距离误差； a-gps接收机标称精度中的固定误差（mm）； b-gps接收机标称精度中的比例误差系数（ppm）； d-gps网中相邻点间的距离（km）。 （3）在实际过程中，精度标准的确定要根据用户的实际需要以及人力、物力、财力情况合理设计，也可参照本部门已有的生产规程和作业经验适当掌握。在具体布设时，可以分级布设，也可越级布设，或布设同级全面网。通过多方面的考虑，根据甲方任务要求书上的要求，我们知道e级网的精度足够满足工程的需要，因此此次地籍控制测量布设为e级网。3.2选点与埋石 选点要求：点位应尽量选在交通方便，易于安置接收设备地方，且视野开阔，视场内周围障碍物高度角应小于15度。另外点位应选远离大功率的无线电发射台及高压输电线，且地面基础稳定易于长期保存。每个点必须保证有一个以上通视方向，便于其它测量手段联测和扩展。在选定gps点时应遵循以下的技术原则：观测站(即接收天线安置点)应远离大功率的无线电发射台和高压输电线，以避免其周围磁场对gps卫星信号的干扰。接收机天线与其距离一般不得小于200m；观测站附近不应有大面积的水域或对电磁波反射(或吸收)强烈的物体，以减弱多路径效应的影响；观测站应设在易于安置接收设备的地方，且视野开阔。在视场内周围障碍物的高度角，一般应大于1015，以减弱对流层折射的影响；观测站应选在交通方便的地方，并且便于用其它测量手段联测和扩展；对于基线较长的gps网，还应考虑观测站附近具有良好的通讯设施(电话与电报、邮电)和电力供应，以供观测站之间的联络和设备用电；点位选定后(包括方位点)，均应按规定绘制点位注记，其主要内容应包括点位及点位略图，点位的交通情况以及选点情况等。点位标志埋石。gps点的埋设一般采用永久性水泥砼桩或在稳固岩石上刻永久性标志，水泥砼桩为顶面12cm12cm、底面16cm16cm、高50cm的柱形砼桩，中间为8mm，长30cm的钢筋，钢筋上刻十字，钢筋覆出顶面5mm。个别岩层坚硬的地方，gps点采用现场水泥浇灌，顶部固定2cm的十字螺钉。所有的gps点均在四周灌注水泥加固，边框大小为30cm30cm10cm。各等级gps点点位选定后均应按规定填写点之记，并应按点号顺序装订成册。gps点编号均采用流水号记录，点编号采用gen，具体点名详见gps控制点成果表4. gps数字化地籍测量控制网的建立与作业方法4.1 布网方案瑞金市gps 控制网的布设, 既要满足64 km远景发展, 又要满足近期规划及目前18 km 1500 数字化地籍测量图根加密的需要。本着确保精度, 速度快, 费用省的原则, 采用分级布网方式:(1) 首先在64 km的远景发展区, 以常规四等工测控制网(平均边长2 km ) 的密度、精度布测28 个点(含起算点和旧点) , 作为本次gps 四等首级控制网(以及下简称首级网)。(2) 然后以首级gps 网点为基础, 在近期规划区和数字化地籍测图范围布设40 kmi 级gps 导线网, 按常规i级导线(平均边长约300 m ) 的密度、精度布测共238 个点(含四等以上控制点17 个) , 作为本次gps 加密控制网(以下简称加密网)。(3) 首级网: 以图1 中1 3 号国家一等三角点作为联测起算点, 利用三台topcon turbo2si型双频gps接收机同步观测, 以边连、点连混合方式连续构成整体网, 这样构网便于组成较多的同步环、异步环及复测基线, 具有较强的几何强度和多余观测。(4) 加密网: 采用两台接收机同步观测, 每次观测均从已知点或已测点出发, 连续推进, 形成全封闭结点导线网, 这样构网可以组成较多的异步环和多余观测, 用以检核gps 点的可靠性。(5) gps 首级网的图形设计如图2,相应等级图形设计的主要指标列于表4。 表4瑞金市gps 网图形设计主要指标统计控制网 等 级总点数总基线数独立基线总数必要基线总数多余观测基线数复测基线数每点平均设站数四等网28724827211126i级网238299299237620254.2外业数据采集4.2.1数据采集技术要求gps控制网数据采集采用四台中海达公司生产的hd8200b遥控型一体化gps静态接收机。其平面精度为(5mm1ppm)，高程精度为(10mm1ppm)，为保证观测质量,测前应根据星历预报,认真编制观测计划。所有gps点均采用静态定位技术施测，为提高观测质量和精度，同步作业图形之间采用边连接的构网方式。有效观测卫星数 4几何图形强度因子pdop 6卫星截止高度角为 15观测平均时段长度 30分钟平均重复设站次 1.8数据采样率（间隔）10秒天线对中精度为:2mm闭合环或符合路线边数 10表5 gps测量主要技术要求等级卫星数边长卫星高度角pdop值最弱点点位中误差最弱边相对中误差四等42.0km1565cm1/45000一级40.5km1565cm1/200004.2.2数据采集操作要求(1)野外观测:天线安置应严格整平、对中、天线固定标志大致朝北,天线高三个方向量至mm,互差不超过3mm,取均值输入接收机。(2)当点位观测条件欠佳或总几何精度衰减因子gdop值接近8以及同步边较长时,适当延长观测时间;当gdop值急剧变化时,停止数据记录,待落到正常值后,再进行观测记录,以确保基线向量的解算和精度。(3)同步观测:各观测组到站后马上安置仪器,启动机器,待各站接收机均跟踪到4颗以上卫星,精度因子在规定范围以内时,互相通报情况,同时按下确认键,开始采集数据,如无异常情况,四等点采足120160个卫星历元,即可同时关机,结束在该站观测。(4)外业观测者在保证基本作业原则的前提下,应对每一站点的点位环境,每一基线的长短,每一时段的卫星状况等,进行综合分析,以灵活掌握观测时间和采取必要措施。同时为确保数据安全,每天的数据应及时传输至微机存盘保存。5.高程控制网的建立5.1 仪器技术要求仪器技术指标按表6规定执行。 表6序号仪器指标项指标限差超限处理办法三等四等1标尺弯曲差8.0mm8.0mm施加改正2一对标尺零点不等差1.0mm1.0mm调整3标尺基辅分划常数偏差0.5mm0.5mm采用实测值4一对标尺名义米长偏差0.5mm0.5mm禁止使用5标尺分米分划误差1.0mm1.0mm禁止使用6调焦透镜运行误差1.0mm1.0mm禁止使用7i角2020校正，自平水准仪应送厂校正8测站高差观测中误差1.0mm1.5mm禁止使用9竖轴误差0.3mm0.5mm10自动安平水准仪磁致误差0.120.2011垂直度盘测微器行差2.02.012一测回垂直角观测中误差3.03.05.2 四等水准测量观测 四等水准测量采用中丝读数法进行单程观测。支线必须往返测或单程双转点观测。水准测量每测站照准标尺分划的顺序为：a. 后视标尺黑面(基本分划)；b. 后视标尺红面(辅助分划)；c. 前视标尺黑面(基本分划)；d. 前视标尺红面(辅助分划)。 四等水准测量采用尺台作转点尺承。观测应在标尺分划线成像清晰稳定时进行，若成像欠佳，应酌情缩短视线长度。测站的视线长度、视线高度等按表7规定执行。 表7等级视线长度前后视距差每站的前后视距差累积视线高度仪器类型视距四等ds31003.010.0三丝能读数ds1,ds05150整个水准测量路线如下图3所示 （图3） 6.gps网平差级结果精度分析 6.1加密网平差方案由于加密网238 个点中共纳入首级网点17 个, 其点号为(1、4、5、6、7、8、9、11、15、17、18、19、21、23、25、26、28) , 首先用1 号的高斯平面坐标对加密网进行二维无约束平差, 以分析其内符合精度, 然后采用引入13 个和17 个首级网点的高斯平面坐标对加密网进行二维约束平差, 目的在于分析其重合点精度、单位权中误差及点位中误差的变化情况。6.2 加密网平差各方案结果精度分析加密网平差各方案结果精度分析见表8表10。表8二维无约束平差精度统计约束点号单位权中误差/mm最弱边相对中误差基线平均相对中误差最弱点点位中误差/cm平均点位中误差/cm13.3051:3.6万1:26.3万2.20.97 表9二维约束平差精度统计约束点数单位权中误差/mm最弱边相对中误差最弱点点位中误差/cm点位中误差/cm平均点位中误差/cm限差/cm01.012.0133.2521:3.8万2.072.9%27.1%0.985.0173.2111:3.9万1.777.3%22.7%0.825.0 表10引入13 个已知点的二维约束平差结果重合点坐标较差统计重合点号171118x/cmy/cm0.50.70.51.71.01.71.50.8/cm0.91.82.01.7(1) 加密网内符合精度较好, 无明显粗差。(2）引入13 个已知点进行二维约束平差结果重合点坐标差表明, 首级网与加密网兼容性良好。(3)对同级gps 已知点引入约束点数增加, 对次级gps 网的精度略有提高, 但并不明显, 证明gps 网不存在误差积累。(4)为保证首级网和加密网坐标成果的唯一性, 加密网取用引入17 个已知点参与的二维约束平差结果作为本加密网正式成果。6.3 加密网成果与光电测距边比较精度分析首级网、加密网正式平差成果出来以后, 我们对加密网29 条边, 进行光电测距边长比测检验, 测距边均匀分布全网, 测距仪器采用拓普康gts2211d 全站仪, 所测边长经各项改正及投影归算后与gps 边长比较精度列于表11。 表11加密网gps 边长与光电测距边比较精度统计相对精度区间1:3万1:5万1:5万1:10万1:10万以上边数10145比例/%34.548.217.36.4一、二级图根导线实测精度统计分析边长比测后, 为满足1500 数字地籍测图需要, 首先在一街区进行了一、二级图根导线加密, 在gps 控制点下, 采用gts2211d 全站仪角度、边长各一测回, 电子手簿自动记录, 共测55 条无定向闭合导线, 规范要求一、二级图根导线全长相对精度分别为15000 和13000, 实测结果精度列于表12。 表12一、二级图根导线精度统计全长相对精度1:10万1:20万21万1:30万1:31万以上导线条数30169占百分比/%54.529.116.4从表11 表12 统计结果表明: gps 首级及加密网精度很理想, 一、二级图根导线精度指标远优于规范要求, 完全可以满足城市大比例尺地籍测量、规划测量及工程测量的精度要求。7.结论与体会7.1结论通过这次瑞金市地籍控制测量gps 分级布网方案的实施, 可初步得出如下结论:(1) 运用gps 技术布设地籍测量控制网, 不仅能达到较高的精度, 而且总体点位精度分布也很均匀, 与同级光电测距导线网相比, gps 建网更具机动性和灵活性。(2) 本次瑞金市地籍测量gps 首级网和加密网, 设计要求达到常规四等工测网及i 级光电测距导线精度,由于我们所用gps 接收机标称精度较高, 所以外业数据采集的时段数及时段长度按低于e 级网一半要求执行,实测结果最弱点点位中误差、最弱边相对中误差及环相对闭合差等精度指标仍优于相应等级的规范要求, 且还有较大的精度储备, 说明对四等或四等以下工程控