E级GPS测量技术设计书

章贡区章贡区 E E 级级 GPSGPS 控制网控制网 设计书设计书 江西理工大学应用科学学院江西理工大学应用科学学院 20162016 年年 6 6 月月 2323 日日 1 任务概述任务概述 为了满足章贡区第二次土地资源详查工作的需要 章贡区人民 政府委托我校在中心城区进行测量 测制 1 500 数字化地籍图近 50 平方公里 具体范围由章贡区土管局圈定 双方于 2016 年 6 月 20 日签订了测绘合同 要求在 2016 年 8 月底完成 为完成本次测 图任务需要布设一控制网 要求 2 个月内完成 2 2 测区概况测区概况 章贡区位于江西省南部 赣州市中偏西北部 北纬 25 40 16 25 58 56 东经 114 46 44 115 3 40 间 东 南 北与赣县接壤 西与南康市 赣州经济技术开发区相邻 总面积 375 52 平方千米 2009 年底 辖水东 水南 水西 沙石 沙河 5 个镇和赣江 解放 南外 东外 4 个街道办事处 共 57 个行 政村 48 个街道社区居民委员会和 10 个镇辖居民委员会 章贡区属低山丘陵区 地势由东南 西北向中部倾斜 略呈马 鞍形 东南 西北高 为丘陵山地 中部平缓 为河谷平原 最高 点为峰山 海拔 1016 4 米 最低点在水西镇白田村西部田塅 海拔 93 米 境内河流有章江 贡江 交汇合流为赣江而北去 美丽的赣 州古城正处于低山 丘陵的环抱 章 贡 赣江的环绕之中 构成 山为翠浪涌 水作玉虹流 的靓丽风光 有 千里赣江第一城 誉称 境内山脉被章 贡 赣三江截为东 东南 西北三部分 分 属武夷山脉 九连山脉 罗霄山脉余脉 全境有群山作屏障 中部 有三江滋润土地 尽夺山川之灵气 章贡区属亚热带季风湿润气候区 气候温和 四季分明 雨量 充沛 光照充足 年均气温 19 4 无霜期 286 日 年均降水量 1494 8 毫米 年均日照 1888 5 小时 冬盛行偏北风 夏盛行偏南风 年均风速 1 9 米 秒 适宜各种生物繁衍生长 3 3 测量依据测量依据 1 全球定位系统 GPS 测量规范 GB T18314 2009 2 全球定位系统城市测量技术规程 CJJ73 99 3 公路全球定位系统 GPS 测量规范 JTJ T066 98 4 数字产品质量要求 GB17491 1 4 4 已有资料利用情况已有资料利用情况 1 有等级控制点 测区附近有国家二等三角点 3 个 经检测精 度符合要求后可做为四等平面控制的起算点使用 测区附近有国 家 等水准点 2 个 经检测精度符合要求后可做为四等水准的起算 点使用 2 2010 年卫星遥感图可作为测区的设计 工作计划用图 5 5 布网方案布网方案 1 1 GPSGPS 测量主要技术要求测量主要技术要求 1 平均边长 表 1 GPS 网中各点平均边长 A A ABCDE 级 别 项 目 平均距 离 1 000 30070 10 1 5 5 10 0 2 5 2 外业观测要求 表 2 各级 GPS 测量基本技术要求规定 AAABCDE 卫星截止高度 角 1010151515 1 5 同时观测有效 卫星数 4 4 4 4 4 4 有效观测卫星 总数 2 0 2 0 9 2 4 4 观测时段数 1 0 6 4 2 1 6 1 6 表 3 观测技术要求 A A ABCDE 静态 720 540 240 60 45 40 双频 P Y 码 10 5 2 双频全波 15 5 2 时 段长度 min 快 速静 态 单频或双 频半波 30 5 2 静态 3 0 3 0 3 0 1 0 30 1 0 30 1 0 30 采 样间隔 S 快速静态 5 5 5 15 5 15 级 别 项 目 级 别项 目 静态 15 15 15 15 15 15 双频 P Y 码 1 1 1 双频全波 3 3 3 时 间中任 一卫星 有效观 测时间 min 快 速静 态 单频或双 频半波 5 5 5 注 1 在时段中观测时间符合表 7 中第七项规定的卫星 为有效观测卫星 2 计算有效观测卫星总数时 应将各时段的有效观测卫星数扣除其间的重 复卫星数 3 观测时段长度 应为开始记录数据到结束记录的时间段 4 观测时段数 1 6 指每站观测一时段 至少 60 测站再观测一时段 5 所做 E 级 GPS 控制网还应符合以下要求 相对中误差 1 45000 cpop 值 6 闭合环或附合路线边数 8 工具 水泥钉 1 台能够正常使用的计算机及中海达 GPS 静态接收机 4 台套 组 联机使用的 HDS2003 数据处理软件 2 2 布网要求 布网要求 GPS 网相邻点间基线中误差 按下式计算 22 ab d 式中a mm 为固定误差 b ppm 为比例误差系数 d km 为相邻点间的距 离 GPS E 级网的主要技术要求应符合表 1 规定 相邻点最小距离应为平均距 离的 1 2 1 3 最大距离应为平均距离的 2 3 倍 表 1 GPS 网的主要技术要求 级 别平均距离 km a mm b 1 10 6 最弱边相对中误差 E 级0 2 5 10 201 45000 注 当边长小于 200m 时 边长中误差应小于 20mm 3 3 布网原则与网形设计 布网原则与网形设计 1 GPS 网应根据测区实际需要和交通状况进行设计 GPS 网的点与点间 不要求每点通视 但考虑常规测量方法加密时的应用 每点应有 1 2 个通视方 向 2 在布网设计中应顾及原有测绘成果资料以及各种大比例尺地形图的沿 用 对凡符合 GPS E 级网布点要求的旧有控制点 应充分利用其标石 3 GPS 网应由若干个独立观测环构成 也可采用附合线路构成 E 级 GPS 网中每个闭合环或附合线路中的边数应符合表 2 的规定 非同步观测的 GPS 基线向量边 应按所设计的网图选定 也可按软件功能 自动挑选独立基线构成环路 表 2 闭合环或附合线路边数的规定 级 别E 级 闭合环或附合线路边数 条 10 4 为求定 GPS 点在 80 西安坐标系中的坐标 应与当地 80 西安坐标系中 的原有控制点联测 联测总点数不得少于 3 个 5 为了求得 GPS 网点正常高 应进行水准测量的高程联测 高程联测采 用等级水准测量方法进行 联测的 GPS E 级控制点且应均匀分布于网中 6 作业要求作业要求 1 1 选点 选点 在了解任务 目的 要求和测区自然地理条件的基础上 进行现场踏勘 最后进行选点 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进行扩展与 联测 2 点位的基础应坚实稳定 易于长期保存 并应有利于安全作业 3 点位应便于安置接收设备和操作 视野应开阔 视场内周围障碍物的 高度角一般应小于 15 4 点位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 以避免周围磁场对卫 星信号的干扰 5 点位附近不应有对电磁波反射 或吸收 强烈的物体 以减少多路径 效应的影响 6 交通应便于作业 以提高作业效率 7 应充分利用符合上述要求原有的控制点及其标石 但利用旧点时应检 查旧点的稳定性 完好性 符合要求方可利用 8 选好点后应按合理的方法给 GPS 点编号 此外 有时还需考虑测区内的通讯设施 电力供应等情况 以便于各点之 间的联络和设备用电或充电 综上所述 结合测区的实际情况 GPS 控制点宜布设在较高的永久性建筑 物 山顶及其它符合要求的地方 或已成型的较宽的城市主干道 路口或其它 较开阔而又稳固的建 构 筑物上 2 2 标石埋设 标石埋设 1 E 级 GPS 点的标石及标志规格参见附录 D 标石的中心标志用铜材料 制作 标志中心应刻有清晰 精细的十字丝 2 地面 E 级 GPS 点标石可用混凝土预先制作 然后运往各点埋设 埋设 时坑底填以沙石 捣固夯实或浇灌混凝土底层 楼顶 E 级 GPS 点标石应现场浇 灌 浇灌前应将楼面磨出新层 打毛 钉上 3 4 颗钢钉 再套模浇灌 3 埋石结束后应填写 GPS 点之记 4 待标石埋设稳定 没有下沉 或现场浇灌的标石凝固后 2 3 天方可 观测 3 3 观测准备 观测准备 1 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 2 作业前应检查接收机内存是否充足 3 天线安置应符合下列要求 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 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 天线定向标志应指向正北 定向误差不宜超过 5 4 4 观测作业要求 观测作业要求 1 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 2 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 3 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 天线高是指观测时天线平均相位中心至测站中心标志面的高度 分为上 下两段 上段是指相位中心至天线底面的高度 这是常数 hc 由厂家给出 下 段是从天线底面至测站中心标志面的高度 由观测员在现场采用倾斜测量方法 直接量取 具体方法是 从三脚架三个空档 互成 120 测量天线底盘下表面至测站中心标志面 的距离 互差应小于 3mm 取平均值为 L 天线底盘半径为 R 再利用厂家提供 的 hc 按天线高 22 c hLRh 求出 4 接收机开始记录数据后 作业人员可使用专用功能键选择菜单 查看 测站信息 接收卫星数 卫星号 各通道信噪比 实时定位结果及存贮介质记 录情况等 5 仪器工作正常后 作业员及时 每隔 15min 逐项填写测量手簿中各 项内容 6 一个时段观测过程中不得进行以下操作 关闭接收机以重新启动 进 行自测试 发现故障除外 改变卫星截止高度角 改变数据采样间隔 改变天 线位置 按动关闭文件和删除文件等功能 7 观测员在作业期间不得擅自离开测站 并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 8 接收机在观测过程中不应在接收机近旁使用对讲机和手机等通讯设备 雷雨过境时应关机停测 并卸下天线以防雷击 9 观测中应保证接收机工作正常 数据记录正确 每日观测结束后 应 及时将数据下载到计算机硬 软盘上 确保观测数据不丢失 5 5 外业观测记录 外业观测记录 1 录项目应包括下列内容 测站名 测站号 观测月 日 年积日 天气状况 时段号 观测时间应包括开始与结束记录时间 宜采用协调世界时 UTC 填写至 时 分 接收机设备应包括接收机类型及号码 天线号码 近似位置应包括测站的近似经 纬度和近似高程 经 纬度应取至 1 高程应取至 0 1m 天线高应包括测前 测后量得的高度及其平均值 均取至 0 001m 观测状况应包括电池电压 接收卫星号及其信噪比 SNR 故障情况等 2 记录应符合下列要求 原始观测值和记事项目应按规格现场记录 字迹要清楚 整齐 美观 不得涂改 转抄 外业观测记录各时段结束后 应及时将每天外业观测记录结果录入计算 机硬 软盘 接收机内存数据文件在下载到存贮介质上时 不得进行任何剔除与删改 不得调用任何对数据实施重新加工组合的操作指令 六 数据处理方案六 数据处理方案 1 1 基线解算及其质量检验 基线解算及其质量检验 1 基线解算以双差固定解作为最终结果 双差固定解的可靠性由以下两 项指标来判别 即固定解的单位权中误差 Rms 和整周模糊度检验倍率 Ratio 其检验值见表 4 根据表 4 判别时 Rms 必须首先符合要求 而 Ratio 值越大表示固定值越可靠 表 4 静态 GPS 基线固定解可靠性判别表 基线长度 km 5 5 10 10 Rms m 0 010 0 012 0 015 Ratio 2 5 2 1 2 0 2 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的基线解 其同步时段中任一三边同步环的坐标分 量闭合差和全长相对闭合差按独立环闭合差要求检核 同步时段中的多边形同 步环 可不重复检核 表 5 同步环坐标分量及环线全长相对闭合差的规定 1 10 6 等 级 限差类型 E 级 坐标分量相对闭合差 6 0 环线全长相对闭合差 10 0 3 重复基线边检验 重复基线的长度较差不宜超过下式的规定 2 2ds 式中 为 E 级 GPS 控制网规定的精度 按实际平均边长计算 4 独立环闭合差检验 无论采用单基线模式或多基线模式解算基线 都应在整个 GPS 网中选取的 独立基线构成独立环 各独立环的坐标分量闭合差和全长闭合差应符合下式的 规定 3 3 3 3 3 x y z s n n n n 式中 n 为闭合环边数 为 E 级 GPS 控制网规定的精度 按实际平均边长计算 s 222 xyz 2 2 补测与重测 补测与重测 1 无论何种原因造成一个控制点不能与两条合格的独立基线相连接 则 在该点上应补测或重测不得少于一条独立基线 2 可以舍弃在重复基线较差 同步环闭合差 独立环闭合差中超限的基 线 但应保证舍弃基线后的独立环所含基线数不超过表 2 的规定 否则应重测 该基线或者有关的同步图形 3 由于点位不符合 GPS 测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各 项技术规定时 可按技术设计要求另增选新点进行重测 3 3 GPSGPS 网平差网平差 1 起算数据与坐标系统 首先要了解测区中央子午线经度 起算数据的带号 采用的坐标系等 如 岳麓山校区的起算数据为 3 度带的 1954 北京坐标 则中央子午线经度为 114 故采用 1954 北京坐标系 取中央子午线经度 L0 114 的 3 带高斯投影 即 有 参考椭球为克拉索夫斯基椭球 长半径 a 6378245m 扁率 1 298 3 中 央子午线经度 L0 114 00 00 高程系统采用 1985 国家高程基准 2 三维无约束平差 当 GPS 基线各项质量检验符合要求时 应以所有独立基线组成闭合图形 以三维基线向量及其协方差阵作为观测信息 以一个点的 WGS 84 系三维坐标 作为起算依据 进行 GPS 网的三维无约束平差 以提供各 GPS 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改正数 基线 边长以及点位和边长的精度信息 并生成 GPS 高程拟合的数据文件 在三维无约束平差中 基线向量的改正数 V x V y V z 绝对值应满足 下式要求 V x 3 V y 3 V z 3 式中 为 E 级 GPS 控制网规定的基线的精度 当超限时 可认为该基线或其附近存在粗差基线 应采用软件提供的方法 或人工方法剔除粗差基线 直至符合上式要求 3 二维约束平差 在无约束平差确定的有效观测量基础上 以起算数据中提供的已知点作为 强制约束的固定值 进行二维约束平差 平差结果就输出各 GPS 控制点在前述 的坐标系统中的二维平面坐标 基线向量改正数 基线边长 方位以及坐标 基线边长 方位的精度信息 转换参数及其精度信息 约束平差中