D级GPS控制网技术方案设计书

1、D级GPS空制网技术方案设计书一、课程设计的目的和任务设计目的：本次课程设计的主要目的是通过本课程的学习并结合“GPS技术完成一项"GPSD级网的技术设计，为下一步大比例尺数字测图提供基础控制。能用所学的理论知识来解决设计中所遇到的实际问题，做到理论与实际相结合。12任务概述：本次GPS空制测量任务和作业内容是在辽阳市境内吉洞峪，对吉洞峪地区进行村庄的地籍测量。贝嚅要在吉洞峪的测区范围内建立D级GPS网。二、测区概况测区自然地理概况吉洞峪在辽阳市最南端，介于北纬40o40'至40o50',东经123o00'至123o15'之间。东与河栏镇，南与岫岩县三

2、家镇、牧牛镇，西与海城市接文镇马风镇，北与隆昌镇、八会镇接壤。乡政府驻地吉洞峪村距县政府（直线距离）45公里。乡域境内山地占总面积的80%属长白山系千山山脉。该地区地势陡峭，山脉较多，北部和西南部比较平坦。2.2民族种类境内居民主要有满族、汉族，另有少量蒙古族、回族等。其中满族人口占大多数。2.3已有资料情况1）本工程收集到国家二等点A1、A2、A3A4A5点作为本工程平面控制起算点。2）根据设计提供的1:5万地形图，1:5万地形图之地物、地貌逼真，取舍恰当，为本次测量工作之交通、选埋、控制点联测及测图分幅等工作提供了方便。（所根据的是中国人民解放军总参谋部测绘局1977年9月航摄地形图）2.

3、4测区的范围:1) 测区的位置：测区的地理坐标为北纬40o40'至40o50',东经123o00'至2) 123o15'之间测区的面积：施测范围呈规则矩形，范围面积约18*21=378平方千米二.、设计的依据(1)CH2001-92全球定位系统(GPS测量规范GB-T2009(2)CH1003-95测绘产品质量评定标准(3)工程测量规范(GB50026-2007)(4)二、四等水准测量规范(GB12898-91)国家技术监督局颁布(5)测绘技术总结编写规定GBCH1001-91(6)城镇地籍调查规程(1993.6)国土局制定，以下简称规程(7)吉洞峪地籍调查协议

4、书参考技术标准(8)2.ZGB96地形图图式(9)地勘测绘规范地矿部1985年(10)«1:500、1:1000、1:2000地形图图式(11)本工程技术课程设计指导书四、主要的技术指标根据中华人民共和国测绘行业标准全球定位系统测量规范GB-T2009和辽阳市吉洞峪地形的具体情况，确定该测区可建立D级GPS网,GPS网中相邻点之间的距离满足下表要求：4.1GPS测量(1)根据规程规范,D级GPS网的精度要求如下表:项目平均边长(km固定误差a(mm)比例误差b(mm)最弱边相对中误差技术要求510二10二101/45000各等级GPS相邻点间弦长精度S=a2(b*d)2式中:SGPS

5、基线向量的弦长中误差（mr）亦即等效距离误差aGPS接收机标称精度中的固定误差（mr）bGPS接收机标称精度中的比例误差系数（ppmdGPS网中相邻点间的距离（km）o（2）GPS点的密度标准项目级别相邻点最小距离相邻点最大距离相邻点平均距离D2155-10四等GPS相对定位测量的主要技术规定表1平均边长D/kmGPS接收机性能测量量接受机标称精度优于/mm同步观测接收数量2双频（或单频）载波相位10+3X10-6>2四等GPS相对定位测量的主要技术规定表2同时观测有效卫星数>4卫星截止高度角15°有效观测卫星总数>4观测时间段>1.6观测时段长度/min&g

6、t;10数据米样间隔5?15时段中任一卫星有效观测时间/min>3点位几何图形强度因子/PDOP<8表3同步环闭合环或附合路线的边数（条）最弱边相对中误差坐标分量相对闭企左环线全长相对闭合差6.010.0<101/45000表4地籍控制测量二级测距导线的主要技术规定"均边附合导各边测j测角中导线全测回数方位角长(km)线长度距中误差(")长相对DJ2DJ6闭合差(km)差(mm)闭合差(")D22.41/1000013表5地籍图根控制测量导线的主要技术规定*别导平均边测回数测回差方位角导线全坐标闭1线长度(km)长(m)|(")闭合差(

7、")长相对闭合差合差(")'级1.212012181/50000.22.级0.77011/30000.224.2水平角观测使用科利达KTS-400型全站仪，采用方向观测法，其技术要求见表4和表6表6方向观测法的各项限差项目使用仪器：南方NGS-352同一方向各测回互差9一测回各方向值2C互差13°4.2.1水平距离的观测水平距离的观测用全站仪来完成，采用单程测量，测回数为1测回。一、二级导线的主要技术要求见下列各表：表7测距仪测距的各项限差项目使用仪器：科利达KTS-400全站仪同一测回读数间互差(MM)5MM422导线网对外业观测成果和起算数据均进行10

8、0%的自检和作业组间的互检后。平差用南方平差易-2000软件在微机上进行，计算前用已有的计算实例进行可靠性检查，然后进行平差计算，并评定每个导线点的点位中误差及点间中误差。一、二、三级导线最弱点点位中误差分别小于1.4mm,4.2mm,14.0mm五、坐标系统的选择GPS基线向量为WGS-84坐标系。GPS网平面平差成果为1954北京坐标系坐标并转换为本测区相应的独立坐标系坐标。高程系统采用1956年黄海高程系统。时间系统采用北京时间系统。六、设计方案6.1布网的原则在实际布网设计时遵循以下几个原则：IGPS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

9、的可靠性。nGPS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。川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。IVGPS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。V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。W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。GPS网型网型方案设计

10、GPS网的图形布设通常有点连式、边连式、网连式及边点混合连接、三角锁连接、导线GPS网连接、星形连接等几种基本方式。本次主要采用边连接式，每次用四台接收机，组成网，能保证网的几何强度，提高网的可靠指标。62图上展绘已知点(或图上查找已知点)通过在1:5万的吉洞峪地形图上查找，找到国家二等水准点A1、A2、A3A4A5,以及国家三等水准点B1，并通过已知控制点向测区的村庄布设低等级的控制点C1至C7。并在图上进行展绘成图。1) 6.3按点位要求与测区情况在图上选点布网在选点布网前：搜集测区范围内有关的地形图、交通图及测区总体建设规划和近期发展方面的资料。若任务需要，还应搜集有关的地震、地质资料等

11、。然后应对上述资料分析研究，必要时进行实地勘察。2) 进行图上设计：在设计图上应标出新设计的GPS点的点位、点名、点号和级别。3) GPS网的布设应视其目的、要求的精度、卫星状况、接收机类型和数量、测区已有的罗料、测区地形和交通状况以及作业效率综合考虑，按照优化设计原则进行。我测区接收机的数量为4台套，根据m=CN/n其中C=7,N=4,n=16,得到重复设站数为1.75>1.6,故符合。4) 经济方面：考虑该项目投入的资金和具体支出，并且充分利用制高点和高建筑物等有利地形，充分利用旧点，以便节省造标埋石的费用。5) 物力方面：选点时应考虑在村庄或者人口较多的地区，这样有利于基准站的架设

12、，考虑到仪器的搬运问题和测区距员工的休息的远近。6) 人力方面：选点时应在村落周围或者附近，避免山区和偏远的地方，有利于基准站架设和节省人力和时间。具体的布网图形如下：（cass绘图）以及手机照射成图具体点见名称及高程信息见上图设重复设站数m=1.75GPS空制点数:16接收机台数:4由以上数据计算观测时段数=（16*1.75）/4=7由图可知，观测时段数=7所以符合要求判断和检查点间的通视（主要点间）布设点的时候应该判断所布设的点是否通视，别记录下不通视的边数。影响通视的因素主要是球气差的影响。通过对图纸分析和实地考察，以下三组存在通视问题。A1（大顶山）与C6（花红峪）A2（杉光山）与C4

13、（后腰岭）A5（弯岭沟）与C9（平杏沟）但大顶山位于至高点，花红峪位于村落地带，故通视良好。而弯岭沟和平杏沟都是村落地带，故通视也良好，杉光山地势高，后腰岭位于村落地带，地势较低，故也通视。外业选点埋石6.5.1选点由于GPSM量观测站之间不一定要求相互通视，而且网的图形结构也比较灵活，所以选点工作比常规控制测量的选点要简便。但由于点位的选择对于保证观测工作的顺利进行和保证测量结果的可靠性有着重要的意义，所以选点工作还应遵守以下原则：I应设在易于安装接受设备、视野开阔的较高点上。n目标要显著，视场周围15°以上不应有障碍物，以减/J、GPS言号被遮挡或被障碍物吸收。川应远离大功率无线

14、电发射源（如电台、微波站等），其距离不小于200m;远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不得小于50。以避免电磁场对GPS言号的干扰；IV附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接受的物体，以减弱多路径效应的影响。V应选在交通方便，有利于其他观测手段扩展与联测的地方。W基础稳定，易于点的保存。VD人员应按技术设计进行踏勘；在实地按要求选定点位。当利用旧点时，应对旧点的稳定性、完好性，以及觇标是否安全、可用性进行检查，符合要求方可利用。Vffl点之记：在埋石工作完成后按照统一格式绘制和整理点之记，采用标准A4纸张打印输出，确保点之记内容完整、格式统一、整齐美观。点之记中的交通路线图

15、、交通情况、点位略图及点位说明要尽可能多地增加找点信息，以便查找点位，并力求简单，语言精练。位于测图范围内的D级GPS点无需绘制点之记6.5.2标志埋设埋石点的埋设规格见下图：(单位：厘米)gou级aPs屈厉JibW.右性IGPS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注：控制点中心标志要求：GPS点中心标志均为：5cmK0.5cm的不锈钢顶盖，中间焊接10cm长0.8cm的实心不锈钢螺丝，底部有螺丝帽。不锈钢顶盖中间有球面隆起，并刻有“+”字，不锈钢标志面上部刻有“市局”，下部刻有“GPS控制点”字样。GPS点的埋设要求：？在水泥路面上埋设时，用切

16、割机切割成20cmX20cm的正方形边框，边槽深0.5cm,宽0.5cm中心用冲击钻钻孔，埋入标志，并用混凝土固紧，标石面与地面高度保持一致。？在沥青路面上埋设时，先将沥青面凿成20cmx20cm的正方形，深度以凿到路基碎石为准，清去杂土，灌入混凝土并埋入标志，标石面与地面高度保持一致。?在岩石面上可采用浇灌岩标办法，标石规格为20cmx30cmx15cm的混凝土标石，标石面与岩石表面高度保持一致。？在房顶表面浇灌房标时,标石规格为20cmx30cmx15cm的混凝土标石，浇筑前应将与屋顶的接触面打毛，再打入3-4颗水泥钉并清洗干净，使标石底面与房顶接触牢固，房标禁止浇灌在隔热层上；？在土质地

17、面埋设标石时，标石规格为20cmx40cmx40cm的混凝土标石(可以是预制的混凝土?控制点标石，也可以现场浇注)。标石面高出地面1?2cm,便于找点和利用埋设时，不锈钢标志面与标石面高度保持一致，以利于水准联测时标尺的自由转动。(1) 每个点位标石埋设结束后提交以下资料:a. 点的记录。b. GPS网的选点网图。c. 土地占用批准文件与测量标志委托保管书。d. 选点与埋石工作技术总结。六、仪器设备的选择主要设备：5台南方中海达V300型接收机(标称精度为土(5mm+1x10-6D)以及科利达KTS-400全站仪若干台，仪器标称精度土(3mm土2Dppm),检测精度(-2.14土1.6ppm)

18、,测角精度为M?坦七、外野实测方案设计7.1GPS外业工作的原则GPS外业工作一方面，要有较多的多余观测，以提高观测成果的精度和可靠性，另一方面，还要考虑各待测点的点位精度的均匀性和各观测时段的独立性。具体要求如下： GPS网中各待测点的设站次数应相同；优先测量点间距离较近的点，同时沿最短距离欠站；应该联测相距较远的高等级已知点；GPS网中各待测点每次重复设站都使用不同的接受机。7.2安置天线要求用三脚架安置天线时，其对中误差不应大于3mm；B级不应在高标上安置天线；需在觇标的基板上安置天线时，应先卸去觇标顶部，将标志中心投影至基板上，然后以投影点安置天线。投影点示误三角形的最大边或示误四边形

19、的长对角线不得大于5投影方法见GB/T17942;GPS点上建有寻常标时，应在安置天线前放倒觇标或采取其他措施；B级及以上各级GPS测量，其定向标志线应指向正北，估计当地磁偏角修正后，其定向误差应不大于土5°,对于定向标志不明显的接收机天线，可预先设置标记，每次按此标记安置仪器.5）天线集成体上的圆水准气泡必须居中，没有圆水准气泡的天线，可调整天线基座唧螺旋，使在天线互为120。方向上量取的天线高互差小于5m。 721对仪器设备的要求用于GPS空制网观测的GPS接收机必须是符合GPS规范要求的双频机，其标称精度应优于5mn土1x10-6o为便于观测、提高精度和可靠性，采用1517台T

20、rimbie5700GPS接收机参加作业，使全网一次同步完成（包括联测的大地控制点）。 GPS天线的相对中心稳定。参加作业的GPS接收机，均采用chokering天线。对新购置的GPS接收机，应按GPS规范要求进行全面的检验，各项指标均符合要求后方可使用。凡经过检修或更换主要插件的接收机，以及受强烈撞击或更新天线与接收机匹配关系的接收机，均应同新购置接收机一样做全面检查。对原有的GPSS收机也应有当年的检验资料。 天线及基座上的圆气泡及长气泡、光学对中器，天线高量尺，在作业前也应进行检校。接收机的检验7.3观测方法7.3.1GPS观测方法GPS外业数据采集使用4台中海达V300GPS接收机（标

21、称精度为土（5mm+X10-6D）进行。外业观测依据全球定位系统GPS测量规程中有关D级的作业要求采用静态边连式的观测方案，每测段同步观测视不同边长一般为60?150min,接收机的其他参数设置为：卫星截止高度角为15°数据采样率为15S;卫星图形强度因子PDOPV4.0;同步接收卫星的个数不少于5颗。接收机的对准用光学对准器对准；天线高度用钢尺在不同方向上量测二次，其差值不超过4mm时，最后求平均值。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

22、操作手册进行输入和查询操作。a. 观测期间不得在天线附近50m范围内使用电台，不得在10m范围内使用对讲机或手机。f. 每点观测数据，除存储在计算机硬盘外，必须在软盘或光盘上备份。在整个GPS控制网范围内，选2个国家大地控制点，与GPS空制网点同步联测，以便将GPS控制网点的坐标转换成1954年北京坐标系和1980年西安坐标系。其余有关规定参照GPS规范执彳了7.4地籍勘丈7.4.1地籍勘丈的方法：地籍堪丈采用解析法，基本地籍图比例尺为1:500o7.4.2宗地图编号按权属调查表上的编号进行编号7.4.3地籍图的规格及分幅选用0.07MM独立编号，最后封闭到1号点。在街坊范围内和街坊外围界址点

23、均不统一。街坊周围界址点的编号按界址点所在的地号和所在宗地的点号来表示。7.4.4地籍勘丈的基本精度(1)界址点精度及适用范围见表类别界址点临近图根点位误差(观)界址点间距允许误差界址点与临近地物点关系距离允许误差适用范围中误差允许误差土5土10土10cm土10cm村庄外围界址点及主要街道明显界址点±7.5土15土15cm土15cm村庄内部隐蔽的界址点(2)地籍成图方法用南方cass7.0软件编辑成图。745界址点的施测方法村庄外围及主要巷道的界址点用解析法测量。用科利达KTS-400全站仪直接进行数据采集(坐标格式)，测量时加气象改正。对于墙上界址点，当棱镜中心不能直接立于界址点上

24、时，应通过改变棱镜常数的设置来测得正确的坐标值。村庄内部的界址点用图解法测绘。746界址点边长的检核：用解析法求出的界址点边长与宗地草图上相对应的边长进行比较，如两边长交差大于10?15厘米时，应检查改正；用图解法求得地籍图上界址边长与宗地草图相对应的边长比较不得大于30厘米。7.4.7地籍图的表示原则：(1) 只测定地籍要素以及相关的地物要素的平面位置，不测注高程点。(2) 本次地籍测量的临时性或违章的建(构)筑物按甲方要求表示。(3) 为减轻图面负载，围墙只表示较大宗地界址线上的围墙，内部的不表示。(4) 界址点按0.8MM的圆圈表示，相邻两个界址点间距小于1mm时，地籍图上其中一个界址点

25、可以不绘圆圈。对由于建筑结构或造型等其它原因引起的凹凸不平小于30cm时，地籍图上可以进行综合取舍。(5) 街区内各种管线均不表示(6) 建筑物均不注记结构和层数。7.4.8宗地图宗地图由ARCGIS软件自动生成749面积量算与汇总统计面积分类统计由ARCGIS软件自动汇总。7410提交成果按辽阳市管理局与此次工程负责部签订的协议书要求执行7.5数据的记录GPS外业观测手薄点亏点名图幅编号观测员日期段号观测日期接收机名称及编号天线类型机器编号储存介质编号数据文件名近似纬度。N近似经度0/E近似高程m米样间隔S开始记录时间hmin结束记录时间hmin天线高测定天线高测定方法及略图点位略图测前：测

26、后：测定值m修正值m天线局m平均值m时间（UTC跟踪卫星信号（PRN及信噪比纬度0f经度0/ff大地高m天气状况记录八、数据处理的方法与要求外业观测数据处理D级GPS控制网的野外数据处理宜利用GPS接收机的随机软件，按原码采用双差相位观测值进行基线解算，采用双差固定解作为最终结果。外业观测采集的数据通过随机软件输入计算机内，应转成RINEX格式进行备份。8.2外业观测数据质量检核重复基线边较差的检验同一条GPS基线边若观测了多个时段，可得多次基线边的观测结果，同一条基线边任意两个时段结果的互差不宜超过下式的规定：同步环各坐标分量闭合差的检验采用单基线处理模式，对于采用同一种数学模型获得的基线解

27、，由其同步时段若干基线组成的同步多边形环的坐标分量相对闭企差和全长闭企差应满足：Wx<=S5晶Wy<=-S5Wz<4S5式中n为多边形的边数，c为GPS网相应级别规定的观测精度。 异步环各坐标分量闭合差的检验由若干条独立基线边构成的异步闭合环，其闭合差应符合下式规定：Wx<=3.nSWy<=3nSWz<=3.nS式中n为多边形的边数，c为GPS网相应级别规定的观测精度。异步环多边形闭合差的大小，是基线向量质量检核的主要指标。如果闭合差超限，应及时分析原因，对其中部分成果进行重测。基线处理采用标准参数解算，采用其它技术参数解算的基线以文本文件说明。 相邻点间基

28、线长度精度用下式表示:式中：（T标准差（基线向量的弦长中误差mm）,a固定误差10mm,b一比例误差系数20ppm,d一相邻点间距离（km）8.3数据处理和平差计算在基线向量检验符合要求后，按照全球定位系统测量规程GB-T200?的要求，进行GPS网的无约束平差和约束平差。平差计算宜采用中海达公司的HDS2003随机软件进行。8.3.1数据处理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。基线解算基线数据按同步时段为单位进行，按多基线解时，每个时段需提供一组独立基线向量及其完全的方差协方差阵；按单基线解时，须提供每条基线分量及其方差协方差阵。可以采用不同