控制课程设计书刘九阳 2

辽宁科技大学课程设计说明书设计题目：《辽宁省鞍山市岫岩县黄花甸D级GPS控制网技术方案设计》学院、系：土木工程学院测绘工程专业班级：测绘2011-2班学生姓名：刘九阳学号：120113705021指导教师：宁殿民杨凤芸成绩：2013年12月24日目录TOC\o"1-3"\h\u25161一、设计的目的 126065二、测区自然地理概况和已有资料情况 117862.1测区自然地理概况 1196312.2已有资料情况 115028三、设计的依据 117194四、主要技术指标 2169974.1在实际布网设计时遵循以下几个原则 226364.2基线向量解算 329566五、坐标系统的选择 4385.1、坐标系统 483565.2、时间系统 4200255.3、通过GPS坐标系统的选择，我们可以用GPS进行高程拟合 412542六、设计方案 4153776.1布网的原则 5242916.2图上展绘已知点 5204136.3按点位要求与测区情况在图上选点布网 5166216.4判断和检查点间的通视 6294556.5外业选点埋石 763406.6仪器设备的选择 8193966.6.1接收机的选择 8320276.6.2外业观测 897316.6.3观测要求 8247546.7外野实测方案设计 930396.7.1GPS-RTK的工作流程 10180166.7.2注意事项 10147686.8数据处理的方法与要求 11129146.8.1数据预处理 11242036.8.2基线解算 11112226.8.3GPS网平差 11207676.8.4GPS质量检核 1129690七、提交成果 1225782八、参考文献 134677九、附录 13辽宁科技大学测绘工程刘九阳控制课程设计书一、设计的目的控制测量课程设计的目的是，随着农村建设越来越快，农村向城市发展，为了对方便对辽宁省鞍山市岫岩县黄花甸及周边的区域进行规划和管理，对其进行地籍地形测量，对其环境及地理位置进行量算，更好的了解黄花甸及周围的土地利用率及其居民分布情况。二、测区自然地理概况和已有资料情况2.1测区自然地理概况黄花甸成立于1958年，隶属岫岩县管制，相传乾隆年间有大批居民移居到此，当时西南大荒草甸上黄花盛开，故为名黄花甸。解放战争期间，黄花甸是青城县政府所在地，1948年，黄花甸划给岫岩县管辖至今。黄花甸地理位置东邻凤城市，西接营口、盖州，南边东港、庄河，北与海城、辽阳接壤。黄花甸地势平坦，土地肥沃，素有“小平原”之称。总面积176.3平方公里，东西长26公里，南北宽24公里，管辖郭家村、关门山村、前堡村等10个自然村，共105个村民组，总人口2.7万，其中满族人占95%以上，是一个“八山半水一分田，半分道路和庄园”的山区。测区范围东经123º15'至123º30'，北纬40°30′至40°40′测区面积约400多平方公里，交通便利，周边山脉较多,所以选择较高高程的山顶作为控制点GPS卫星信号接收情况良好。2.2已有资料情况已有中国人民解放军总参谋部测绘局所测的黄花甸1：50000地形图及其国家等级点和高程图纸，图上有黄花甸周围地形及地物的分布情况，有各种图例，例如独立房屋，突出房屋，整固的街道，独立石等，及东经，与纬度，便于交通路线的选择，及控制点的选择，为本次测地形及地籍提供便利的条件。三、设计的依据1、平面采用1954年北京坐标系，高程采用1956年黄海高程系2、《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314—2001）3、《城市测量规范》（CJJ8—99）

4、《全球定位系统城市测量技术规范》5、《三、四等水准测量规范》（GB12898-91）国家技术监督局颁布6、《大比例尺地形图机助制图规范》（GB14912-94）国家技术监督局颁发7、通过审批的本工程《技术设计书》8、《测绘产品质量评定标准》9、《测量产品检查验收规定》四、主要技术指标表1：D级GPS精度要求项目技术要求平均边长(km)2～10固定误差a(mm)≤10比例误差b(mm)≤10最弱边相对中误差1/400004.1在实际布网设计时遵循以下几个原则：1）GPS网一般应采用独立观测边构成闭合图形，如三角形、多边形或附合线路，以增加检核条件，提高网的可靠性。2）GPS网作为测量控制网，其相邻点间基线向量的精度，应分布均匀。3）GPS网点应尽量与原有地面控制点相结合。重合点一般不少于3个（不足时应联测），且在网中分布均匀，以可靠地确定GPS网与地面之间的转换参数。4）GPS网点应考虑与水准点重合，而非重合点，一般应根据要求以水准测量（或相当精度的测量方法）进行联测，或在网中布设一定密度的水准联测点。5）为了便于GPS的测量观测和水准联测，减少多路径影响，GPS网点一般应设在视野开阔和交通便利的地方。6）为了便于用经典方法联测或扩展，可在GPS网点附近布设一通视良好的方位点以建立联测方向，方向点与观测站距离一般应大于300米。7）GPS网必须由非同步独立观测边构成若干个闭合环或附和线路。各级GPS网中每个闭合环或附和线路中的边数应符合的规定如表2：表2：GPS独立环要求级别ABCDE闭合环附和线路的边数≤5≤6≤6≤8≤10表3：GPS相对定位测量主要指标等级法卫星高度角（°）有效观测卫星总数同一卫星有效观测时间(min)观测时段数时段长度（min）数据采样间隔（S）PDOPD级静态≥15≥4≥45≥2≥4510至60≤8表4：各导线技术指标级别项目平均边长（m）全长（km）一级≤300≤3.6二级≤200≤2.4表5：椭球参数椭球参数年代长半径m扁率分母采用国家、地区海福特19066378283297.8美、阿根廷、比利时、大洋洲克拉索夫斯基19406378245298.3苏、东欧、中、朝鲜等1975年大地坐标系19756378140298.2571975年国际第三个推荐值WGS-8419846378137298.25722GPS定位系统4.2基线向量解算：本次布设的GPS网基线预处理可采用随接收机配备的商用软件，计算结果中应包括相对定位坐标和协方差阵等平差所需的元素。新启用的软件需经有关部门的试验鉴定并以业务部门批准方能使用。GPS网外业基线预处理结果，其独立闭合环或附合路线坐标闭合差应满足：Wx≤3σWy≤3σWz≤3σWz≤3σ式中：n——闭合环边数；σ——相应级别规定的精度（按实际平均边长计算）。Ws=五、坐标系统的选择5.1、坐标系统本次GPS控制测量采用广播星历时，其相应坐标系为大地坐标系WGS-84。WGS-84长半径a=6378137m短半径b=6356752.3142m扁率α=1/298.2572236，平均海拔350，通过改椭球参数求出b’,此时参考椭球a’=6378487m,则b’=6357101.141m则消除高程带来的误差影响。地面坐标系统采用北京-54坐标系统，高程系统采用黄海-56高程系统。5.2、时间系统GPS测量采用GPS时间系统，手簿记录宜采用世界协调时（UTC）。5.3、通过GPS坐标系统的选择，我们可以用GPS进行高程拟合：已知GPS控制点Hr；已知或测的相应等级水准高程Hg；求已知高程异常ξ；代入曲面拟合公式；ξ=a0+a1x+a2y+a3x^2+a4xy+a5y^25)求出各测点的高程异常；6）求出各点的正常高Hg=Hr-ξ；六、设计方案6.1布网的原则1）GPS网中各待测点的设站次数应相同；2）优先测量点间距离较近的点，同时沿最短距离欠站；3）应该联测相距较远的高等级已知点；4）GPS网中各待测点每次重复设站都使用不同的接受机。确定观测时段时，需要分析最新的星历预报并与实地结合的原理选定，选择合适的PDOP值以保证观测精度，确保工作顺利进行，减少作业返工量。各级GPS外业测量均有技术要求，本次控制测量采用D级GPS网,按照规程规范，其基本技术要求按表中相应规定执行。6.2图上展绘已知点在图上选取三个国家已知点，分别为YZ01(在石花印子，山顶上)、YZ02（在山顶上）、YZ03（在山顶上），便于接受卫星信号，与不用照看，以免被遮挡。选点L01选在山顶上，l02,l03,l04,l05,l06,l07,l08,l09,l10,l11,l12,l13,l14,在村里，人家或是学校，便于看管与保护。6.3按点位要求与测区情况在图上选点布网根据已知点，布设GPS控制网D级采用边点混此控制网符合要求：平均边长5.364km,重复设站数1.88≥1.6,共观测8个测段，17个点，独立环边数5≤8。如下图，黄花甸测区的GPS，D级控制网。6.4判断和检查点间的通视图1若地貌不复杂，设计者又有一定读图经验时，则可较容易地对各相邻点间的通视情况作出判断。若有些地方不易直接确定，就得借助一定的方法加以检查。下面介绍一种简单可靠的方法—图1如图1所示。设为预选的点，为方向上的障碍物，三点的高程如图中所注。取一张透明纸，将其一边与两点相切，在三点处分别作纸边的垂线，垂线的长度依三点的高程按同一比例尺绘在纸上，得、、。连接，若在之上（如本例所示），则不通视；如在之下，则通视。但必须注意：当很接近时，还得考虑球气差的影响。例如，当距任一端点为1.2km时，虽比低0.1m，但实际上并不通视。6.5外业选点埋石1、GPS点应埋设具有中心标志的标石，以精确确定点位，点的标石和标志必须稳定、坚固长久保存和利用。GPS点的标石及标志规格如图2图2：GPS点的标石及标志规格2、各GPS点均应埋设永久性的标石，埋设时坑底填以砂石，捣固夯实或浇灌混凝土底层。埋石规格如图3：图3：埋石规格3、标石埋设要求：1）盐碱地区埋设混凝土标石，须加涂沥青，以防腐蚀。2）在泥土松软、地下水位较高的地区或沼泽地区埋设标石时，除应尽量选择好埋石地点以外，应在盘石下边浇灌混凝土底层。3）埋石时，须使各层标石的标志中心严格在同一铅垂线上，其偏差不大于3mm。并用钢尺量取各层标石面间的垂直距离，填记于点之记的标石断面图中，结果取至厘米。6.6仪器设备的选择6.6.1接收机的选择等级项目三等四等一级接收机类型双频或单频双频或单频双频或单频标称精度≤(10mm+5ppmp*d)≤(10mm+5ppm*d)≤(10mm+5ppm*d)观测量载波相位载波相位载波相位同步观测接收机数≥3≥2≥26.6.2外业观测基本技术要求:等级项目观测方法卫星高度角(。)有效观测卫星数时段长度（分钟）数据采集间隔（秒）PDOP四等静态快速静态≥15≥4≥5≥45≥1510~60≤6一级静态快速静态≥15≥4≥5≥45≥1510~60≤66.6.3观测要求:天线安置完成后，在离开天线适当位置的地面上安放GPS接收机，接通接收机与电源、天线、控制器的连接电缆，即可启动接收机进行观测。接收机锁定卫星并开始记录数据后，观测员可按照仪器随机提供的操作手册进行输入和查询操作。通常来说，在外业观测工作中，仪器操作人员应注意以下事项：1)当确认外接电源电缆及天线等各项连接完全无误后，方可接通电源，启动接收机。2)开机后接收机有关指示显示正常并通过自检后，方能输入有关测站和时段控制信息。3)接收机在开始记录数据后，应注意查看有关观测卫星数量、卫星号、相位测量残差、实时定位结果及其变化、存储介质记录等情况。4）一个时段观测过程中，不允许进行以下操作：关闭又重新启动；进行自测试(发现故障除外)；改变卫星高度角；改变天线位置；改变数据采样间隔；按动关闭文件和删除文件等功能键。5）每一观测时段中，气象元素一般应在始、中、末各观测记录一次，当时段较长时可适当增加观测次数。6）在观测过程中要特别注意供电情况，除在出测前认真检查电池容量是否充足外，作业中观测人员不要远离接收机，听到仪器的低电压报警要及时予以处理，否则可能会造成仪器内部数据的破坏或丢失。对观测时段较长的观测工作，建议尽量采用太阳能电池板或汽车电瓶进行供电。7）仪器高一定要按规定始、末各量测一次，并及时输入仪器及记入测量手簿之中。8）接收机在观测过程中不要靠近接收机使用对讲机；雷雨季节架设天线要防止雷击，雷雨过境时应关机停测，并卸下天线。9）观测站的全部预定作业项目，经检查均已按规定完成，且记录与资料完整无误后方可迁站。10）观测过程中要随时查看仪器内存或硬盘容量，每日观测结束后，应及时将数据转存至计算机硬、软盘上，确保观测数据不丢失。6.7外野实测方案设计根据图形GPS控制网，先去实地察看，规划路线，根据所布设的D级控制网，进行GPS控制。在75年版的1：5万比例尺地形图上根据地形的起伏高程情况以及周围地物的位置进行初步先点布网。又在实地踏勘后进行埋石工作，所布设的控制点平均高程350米。采用中海达V30GPS接收机4台，分为4个作业小组，每小组3人，保证作业的准确迅速。每天出发工作前应检查电池容量是否充足，仪器及其附件是否携带齐全。作业前应检查接收机内存是否充足。天线安置应符合下列要求：①作业员到测站后应先安置好接收机使其处于静置状态，然后再安置天线；②天线可用脚架直接安置在测量标志中心的铅垂线方向上，对中误差应小于3mm。天线应整平，天线基座上的圆水准所泡应居中；③天线定向标志应指向正北，定向误差不宜超过±5°。观测组应严格按调度表规定的时间进行作业，以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，观测组不得擅自更改计划。接收机电源电缆和天线应连接无误，接收机预置状态应正确，然后方可启动接收机进行观测。各观测时段的前后各量取天线高一次，两次量高之差不大于3mm。取平均值作为最后天线高，记录在手簿。若互差超限，应查明原因，提出处理意见记入手簿备注栏中。每天将观测数据下载，进行基线解算。6.7.1GPS-RTK的工作流程：新建项目坐标几何设定坐标系统设置键入参数键入已知坐标输入WGS-84坐标配置基准站和流动站配置基准站无线电启动基准站和流动站点校正外业实测6.7.2注意事项1）观测组必须严格遵守调度命令，按规定的时间进行作业。2）经检查接收机电源电缆和天线等各项联结无误，方可开机。3）开机后经检验有关指示灯与仪表显示正常后，方可进行自测试并输入测站、观测单元和时段等控制信息。4）接收机开始记录数据后，观测员可使用专用功能键和选择菜单，查看测站信息、接收卫星数、卫星号、卫星健康状况、各通道信噪比、相位测量残差、实时定位的结果及其变化、存储介质记录和电源情况等，如发现异常情况或未预料到的情况，应记录在测量手簿的备注栏内，并及时报告调度组织者。5）每时段观测开始及结束前各记录一次观测卫星号、天气状况、实时定位经纬度和大地高、PDOP值等。6）当测站附近的小环境与周围的大环境不一致时，可在合适的地方量测气象元素，然后加上高差修正化为天线相位中心处的气象元素。7）每时段观测前后应各量取天线高一次。两次量高之差不应大于3mm，取平均值作为最后天线高。若互差超限，应查明原因，提出处理意见记入测量手薄记事栏。8)除特殊情况外，不宜进行偏心观测，若迫不得已进行时，应测定归心元素。6.8数据处理的方法与要求首先数据采集—>数据传输—>预处理—>基线解算—>网平差6.8.1数据预处理为了获得GPS观测基线向量并对观测成果进行质量检核，首先要进行GPS数据的预处理，根据预处理结果对观测数据的质量进行分析并做出评价，以确保观测成果和定位结果的预期精度。GPS网数据处理分基线向量解算和网平差两个阶段。各阶段数据处理软件均采用随机所带软件。处理的主要内容有：GPS卫星轨道方程的标准化、时钟多项式的拟合和标准化。6.8.2基线解算基线数据解算采用随机软件包南方GPS解算软件或HDS2003软件求解，基线解算采用消电离层的双差浮点解或加点离层改正的双差整数解（固定解）。6.8.3GPS网平差GPS网的平差计算应用HDS2003软件在WGS-84空间直角坐标系下进行三维无约束平差，以检查本次GPS网的内符合精度。同时为将WGS-84坐标系下的GPS基线观测值投影到高斯平面上，并转换到1980西安坐标系或1954北京坐标系中（或地方独立坐标系），采用南方GPS软件包或HDS2003软件包进行三维约束平差。6.8.4GPS质量检核1）同步多边形闭合差检验对于采用同一种数学模型的基线解，其同步时段中任一三边同步环的坐标分量相对闭合差和全长相对闭合差不宜超过表5的规定。对于采用不同数学模型